Отправить статью по E-mail 
Моделирование гидродинамических процессов в устьях рек севера Европейской территории России при возможных изменениях климата
- Авторы: Крыленко И.Н.1,2, Лебедева С.В.3, Панченко Е.Д.1,2, Алабян А.М.1,2
-
Учреждения:
- Московский государственный университет им. М.В. Ломоносова
- Институт водных проблем РАН
- Государственный гидрологический институт
- Выпуск: Том 52, № 1 (2025)
- Страницы: 52-66
- Раздел: Гидролого-морфологические и гидролого-экологические процессы в устьевых областях рек
- URL: https://ogarev-online.ru/0321-0596/article/view/288708
- DOI: https://doi.org/10.31857/S0321059625010042
- EDN: https://elibrary.ru/UYRXMR
- ID: 288708
Цитировать
Открытый доступ
Доступ предоставлен
Аннотация
Рассмотрены возможные сценарии влияния изменений климата на гидродинамические процессы в устьях Северной Двины, Онеги и Печоры. Для этого использовались ранее разработанные авторами в программных комплексах STREAM 2D, HEC-RAS и Delft3D гидродинамические модели устьевых областей, для которых в качестве нижнего граничного условия задавались различные варианты изменений уровня моря, полученные по данным глобальных климатических моделей GFDL-ESM2M, IPSL-CM5A-LR, HadGEM2-ES, MIROC-ESM-CHEM. При этом в качестве верхнего граничного условия задавались расходы воды в замыкающих створах речных бассейнов, рассчитанные по модели формирования стока ECOMAG для условий изменившегося климата по данным тех же климатических моделей. На основе ансамблевых расчетов выявлены и проанализированы две основные тенденции изменения факторов гидродинамики устьевых областей – рост уровня моря и снижение речного стока. Промоделированы сценарии весеннего половодья и летне-осенней межени, соответствующие разным сочетаниям граничных условий для исторического периода, а также для наиболее вероятных и наиболее неблагоприятных гидрометеорологических условий середины XXI в. Представлен анализ возможных изменений гидродинамических характеристик водного потока и их влияния на различные аспекты гидроэкологической безопасности и использования водных ресурсов устьевых областей исследуемых рек.
Ключевые слова
Полный текст
Об авторах
И. Н. Крыленко
Московский государственный университет им. М.В. Ломоносова; Институт водных проблем РАН
Автор, ответственный за переписку.
Email: krylenko_i@mail.ru
географический факультет
Россия, Москва, 19991; Москва, 119333С. В. Лебедева
Государственный гидрологический институт
Email: krylenko_i@mail.ru
Россия, Санкт-Петербург, 199053
Е. Д. Панченко
Московский государственный университет им. М.В. Ломоносова; Институт водных проблем РАН
Email: krylenko_i@mail.ru
географический факультет
Россия, Москва, 19991; Москва, 119333А. М. Алабян
Московский государственный университет им. М.В. Ломоносова; Институт водных проблем РАН
Email: krylenko_i@mail.ru
географический факультет
Россия, Москва, 19991; Москва, 119333Список литературы
- Алабян А.М., Алексеева А.А., Крыленко И.Н., Панченко Е.Д., Попрядухин А.А., Фингерт Е.А., Демиденко Н.А., Лебедева С.В. Опыт и проблемы гидрологических изысканий в приливных устьях // Инженерные изыскания в строительстве. Материалы Двенадцатой Общерос. конф. изыскательских организаций. М.: Геомаркетинг, 2016. С. 260–263.
- Алабян А.М., Василенко А.Н., Демиденко Н.А., Крыленко И.Н., Панченко Е.Д., Попрядухин А.А. Приливная динамика вод в дельте Печоры в летнюю межень // Вестн. Московского ун-та. Сер. 5, География. 2022. № 1. С. 167–179.
- Беликов В.В., Алексюк А.И. Модели мелкой воды в задачах речной гидродинамики. М.: РАН, 2020. 346 с.
- Борщенко Е.В., Мишин Д.В., Ермакова Г.С., Горелиц О.В., Фатхи М.О., Жбаков К.К., Ракчеева Е.А., Строков А.А., Турсунова Г.Ш., Севастьянова Л.Ю. Справочно-аналитический обзор гидрологического режима устьевой области реки Печора / Под ред. Е.В. Борщенко, О.В. Горелиц. М.; Иваново: ПресСто, 2021. 152 с.
- Ермакова Г.С., Сапожникова А.А., Милютина И.Ю., Ракчеева Е.А., Горелиц О.В., Строков А.А., Турсунова Г.Ш., Куликова Ж.М., Демиденко Н.А., Борщенко Е.В., Санин А.Ю., Фатхи М.О., Жбаков К.К., Мигунов Д.А., Малимон О.В. Справочно-аналитический обзор гидрологического режима устьевой области реки Онега. Воронеж: Воронежская обл. типография, 2023. 334 с.
- Крыленко И.Н. Оценка характеристик затопления при изменениях климата // Вод. ресурсы. 2023. Т. 50. № 4. С. 485–491.
- Крыленко И.Н., Алабян А.М., Василенко А.Н., Демиденко Н.А., Панченко Е.Д., Попрядухин А.А. Двумерная гидродинамическая модель устьевой области реки Печоры // Морские исследования и образование (MARESEDU-2021). Т. 1. М.: ПолиПРЕСС, 2021. С. 321–324.
- Крыленко И.Н., Голосной Д.А., Жук В.А. Оценка притока воды в Белое море с территории бассейнов рек Онеги и Северной Двины на основе модели формирования стока // Морские исследования и образование MARESEDU-2018. Т. 1. М.: ПолиПРЕСС, 2029. С. 161–171.
- Лебедева С.В., Алабян А.М., Крыленко И.Н., Федорова Т.А. Наводнения в устье Cеверной Двины и их моделирование // ГеоРиск. 2015. № 1. С. 18–25.
- Лебедева С.В., Алабян А.М., Попрядухин А.А. Верификация гидродинамической модели устья реки Северной Двины по полевым данным 2016-2017 гг. // Морские исследования и образование (MARESEDU-2017). М.: ПолиПРЕСС, 2017. С. 670–673.
- Лебедева С.В., Одоев Л.С., Панченко Е.Д., Алабян А.М., Демиденко Н.А., Льюменс М., Турыкин Л.А. Измерения расходов воды и учет водного стока в приливной устьевой области Северной Двины // Сб. докл. Международ. науч. конф. памяти Ю.Б. Виноградова. Пятые Виноградовские чтения. Гидрология в эпоху перемен. СПб.: Изд-во ВВМ, 2023. С. 279–284.
- Лебедева С.В., Ракчеева Е.А., Горелиц О.В., Борщенко Е.В., Мишин Д.В., Турсунова Г.Ш., Фатхи М.О., Жбаков К.К., Строков А.А., Куликова Ж.М., Шевченко Л.Б., Землянов И.В. Справочно-аналитический обзор гидрологического режима устьевой области реки Северная Двина / Под ред. Е.В. Борщенко, Е.А. Ракчеева, О.В. Горелиц. М.; Воронеж: ЮКОНЪ, 2022. 196 с.
- Магрицкий Д.В., Агафонова С.А., Банщикова Л.С., Головнин К.И., Севастьянова Л.Ю., Сумачев А.Э. Гидрологические опасности в устье Печоры // Проблемы Арктики и Антарктики. 2024. Т. 70. № 2. C. 185–209. https://doi.org/10.30758/0555-2648-2024-70-2-185-209
- Михайлов В.Н., Михайлова М.В., Магрицкий Д.В. Основы гидрологии устьев рек: учебное пособие. М.: Триумф, 2018. 316 с.
- Мотовилов Ю.Г., Гельфан А.Н. Модели формирования стока в задачах гидрологии речных бассейнов. М.: РАН, 2018. 300 с.
- Ресурсы поверхностных вод СССР. Т. 3. Северный край. Л.: Гидрометеоиздат, 1972. 662 с.
- Стратегии развития морской деятельности Российской Федерации до 2030 года. https://docs.cntd.ru/document/561091982?marker=6560IO (дата обращения 18.06.2024)
- Третьяков М.В., Шикломанов А.И. Оценка влияния на гидрологические процессы в Обской губе климатических и антропогенных изменений на ее водосборе // Вод. ресурсы. 2022. T. 49. № 5. С. 608–624.
- Alabyan A.M., Lebedeva S.V. Flow dynamics in large tidal delta of the Northern Dvina River: 2D simulation // J. Hydroinformatics. 2018. V. 20. № 4. P. 798–814.
- Aleksyuk A.I., Belikov V.V. The uniqueness of the exact solution of the Riemann problem for the shallow water equations with discontinuous bottom // J. Computational Phys. 2019. V. 390. P. 232–248.
- Biguino B., Haigh I.D., Dias J.M., Brito A.C. Climate change in estuarine systems: Patterns and gaps using a meta-analysis approach // Sci. Total. Environ. 2023. V. 858. 159742.
- Brunner G. HEC-RAS River Analysis System User’s Manual. Version 5.0. Davis, CA, USA: US Army Corps of Engineers, Inst. Water Resour., Hydrol. Engineering Center, 2016. 960 p.
- Chen W., Chen K., Kuang C., Zhu D.Z., He L., Mao X., Liang H., Song H. Influence of sea level rise on saline water intrusion in the Yangtze River Estuary, China // Appl. Ocean Res. 2016. V. 54. P. 12–25.
- Costa Y., Martins I., de Carvalho G.C., Barros F. Trends of sea-level rise effects on estuaries and estimates of future saline intrusion // Ocean. Coast. Manag. 2023. V. 236. 106490.
- Delft3D-FLOW User Manual. Version 3.15. Deltares, 2018. 694 p.
- Dunn F.E., Darby S.E., Nicholls R.J., Cohen S., Zarfl C., Fekete B.M. Projections of declining fluvial sediment delivery to major deltas worldwide in response to climate change and anthropogenic stress // Environ. Res. Lett. 2019. V. 14 (8). 084034.
- Elahi M.W.E., Jalón‐Rojas I., Wang X.H., Ritchie E.A. Influence of Seasonal River Discharge on Tidal Propagation in the Ganges‐Brahmaputra‐Meghna Delta, Bangladesh // J. Geophys. Res. Ocean. 2020. V. 125 (11).
- Hong B., Liu Z., Shen J., Wu H., Gong W., Xu H., Wang D. Potential physical impacts of sea-level rise on the Pearl River Estuary, China // J. Mar. Syst. 2020. V. 201. 103245. https://www.isimip.org/ (дата обращения: 18.06.2024)
- Kosuth P., Callède J., Laraque A., Filizola N., Guyot J.L., Seyler P., Fritsch J.M., Guimarães V. Sea‐tide effects on flows in the lower reaches of the Amazon River // Hydrol. Process. 2009. V. 23 (22). 3141–3150.
- Motovilov Y., Gelfan A. Assessing runoff sensitivity to climate change in the Arctic basin empirical and modelling approaches // IAHS Publ: Cold and mountain region hydrological systems under climate change: towards improved projections. 2013. V. 360. P. 105–112.
- Panchenko E., Leummens M., Lebedeva S. Hydrodynamic modelling of the Onega River tidal estuary // E3S Web of Conferences. V. 163. Saint-Petersburg: EDP Sci., 2020. P. 01008.
- Sun Y., Bricheno L.M., Payo-Payo M., Rahman M.M., Burns N.M. Simulation of freshwater transport network and salt flux in the Bangladesh delta // Estuar. Coast. Shelf Sci. 2022. V. 270. 107839.
- Scown M.W., Dunn F.E., Dekker S.C., van Vuuren D.P., Karabil S., Sutanudjaja E.H., Santos M.J., Minderhoud P.S.J., Garmestani A.S., Middelkoop H. Global change scenarios in coastal river deltas and their sustainable development implications // Glob. Environ. Chang. 2023. V. 82. 102736.
- Taylor K.E., Stouffer R.J., Meehl G.A. An overview of CMIP5 and the experiment design // Bull. Amer. Meteor. Soc. 2012. V. 93. Р. 485–498.
- Tessler Z.D., Vörösmarty C.J., Grossberg M., Gladkova I., Aizenman H., Syvitski J.P.M., Foufoula-Georgiou E. Profiling risk and sustainability in coastal deltas of the world // Sc. 2015. V. 349 (6248). P. 638–643.
- Weedon G.P., Balsamo G., Bellouin N., Gomes S., Best M.J., Viterbo P. The WFDEI meteorological forcing data set: WATCH Forcing Data methodology applied to ERA-Interim reanalysis data // Water Resour. Res. 2014. № 50. P. 7505–7514.
- Wu W., Yang Z., Zhang X., Zhou Y., Tian B., Tang Q. Integrated modeling analysis of estuarine responses to extreme hydrological events and sea-level rise // Estuar. Coast. Shelf Sci. 2021. V. 261. 107555.
Дополнительные файлы
Доп. файлы
Действие
1.
JATS XML
2.
Рис. 1. Картосхема исследуемых устьевых областей Северной Двины (а), Онеги (б) и Печоры (в).
Скачать (281KB)
3.
Рис. 2. Повышение уровня ∆H Белого моря (жирная линия) и его возможный диапазон (пунктирные линии) при разных сценариях изменения климата по данным ансамбля глобальных климатических моделей за 2035–2065 гг.
Скачать (75KB)
4.
Рис. 3. Изменения уровня воды (а, б) и скорости течения (в, г) в 6.4 км выше устьевого створа р. Онеги при ожидаемых изменениях климата (сценарии 1–8) в половодье (а, в) и в межень (б, г), полученные на основе сценарных расчетов по модели HEC-RAS.
Скачать (304KB)
5.
Рис. 4. Продольные профили уровня воды р. Онеги (0–25 км от устьевого створа) в малую (МВ) и полную (ПВ) воду в устьевом створе; а – сценарии 1–4; б – сценарии 5–8, полученные на основе сценарных расчетов по модели HEC-RAS.
Скачать (193KB)
6.
Рис. 5. Изменение зон затопления в устьевой области Печоры при ожидаемых изменениях климата по сценариям 2 и 4 относительно современных условий (сценарий 1).
Скачать (185KB)
7.
Рис. 6. Уровень воды у г. Нарьян-Мара (100 км от устья) (а) и расход воды в основном рукаве р. Печоры (85 км от устья, контрольная точка 13) (б) в межень. Сценарии: 5 – современные условия; 6 – при росте уровня моря на 29 см, 8 – при росте уровня моря на 52 см.
Скачать (107KB)
