Математики провели розрахунки про те, що сталося з Азовським морем

Сьогодні для вивчення і прогнозування природних і взагалі фізичних процесів все частіше використовується математичне моделювання . Не секрет, що на комп'ютерах досить великої потужності можна змоделювати навіть вибух ядерної бомби. Математику довелося "включити" і в процес вивчення того, що відбувається з Азовським морем і його притоками, головний з яких - річка Дон.

Наскільки перспективні такі дослідження? Що вони дають на виході в практичному плані? Чи здатні математичні алгоритми врахувати основні чинники, що визначають гідрологічний режим Азовського моря? Про це ми говоримо з головою Південного наукового центру РАН, доктором географічних наук Сергієм Бердниковим.

- Сергію Володимировичу, чи можна описати "музику моря" за допомогою чисел?

- Можна, але для того щоб математична модель була адекватною, настройка її параметрів повинна проводитися на основі даних спостережень за досить тривалий період часу.

Протягом декількох років колектив вчених ЮНЦ і МГУ досліджував геохімічні потоки сполук важких металів і біогенних елементів в гирлової області Дону. Ця робота була розпочата ще під керівництвом директора Інституту аридних зон ЮНЦ РАН, члена-кореспондента РАН Дмитра Матішова. Пройшли експедиції, лабораторні дослідження. Разом з польовиком працювали фахівці з матмоделірованію і сучасних інформаційних технологій.

- Чи доводиться стикатися з тим, що математичні моделі дають неточні результати?

- Коли ми займалися моделюванням гідрологічного режиму, за допомогою математичної моделі Корпуси американських інженерів з'ясувалося, що в момент спаду води після нагона модель дає неадекватні уявлення про зміну рівня в дельті. Відповідно до моделі, вода затримується на ділянках і не стікає, як це спостерігається в дійсності.

Справа в тому, що ці моделі не враховують роль єриків, (єрик - вузька протока, що з'єднує озера, затоки, протоки і рукави річок між собою і з морем, також - штучний осушувальний канал. - Р од.). які поширені в дельті Дону і служать як джерелом швидкого надходження води і речовини в дельту при нагоні, так і - скидання води під час спаду рівня. Саме за цими єриках йде значний винос речовини з дельти.

- Що пропонують ваші фахівці?

- Ми пропонуємо новий погляд на, здавалося б, відомі процеси. Протягом 15 років завдяки науково-експедиційної базі ЮНЦ в дельті Дону ми комплексно досліджуємо і збираємо об'єктивні дані про події тут процесах. Гирлова область Дона схильна до впливу екстремальних проявів гідрологічного режиму.

- Про які екстремальних умовах може йти мова?

- Перший прояв було в березні 2013 року, коли за короткий час рівень води піднявся на 2,85 метра. Після цього нагона, яка зачепила безпосередньо базу ЮНЦ РАН в п. Кагальник Азовського району, ми почали формувати мережу автоматизованого моніторингу гідрологічного режиму в дельті Дону. Перший пост був побудований на хуторі Донський біля причалу ЮНЦ РАН. Другий - в Таганрозькій затоці в 10 кілометрах від берега на фундаменті старого створу.

- Що дав такий моніторинг?

- Наявність гідрологічного поста дозволило нам документувати екстремальний нагон у вересні 2014 року. Тоді хвиля заввишки більше 3,3 метрів закинула наш 20-тонний корабель "Професор Панов" на причал.

Зібравши дані, ми поставили завдання математичного моделювання особливостей гідрологічного режиму дельти Дону в екстремальних умовах. Як інструмент використовували вже згадувану мною гідрологічну модель Корпуси американських інженерів.

- Це що - прогноз того, що така-то територія може бути затоплена?

- Не тільки. Крім нагонов, спостерігаються екстремальні згони води. При північно-східних вітрах рівень води падає на 1,5 метра. При цьому рукава Дона впираються в сушу. Днопоглиблювальні роботи, що проводяться в руслі Дона, також впливають на гідрологічний режим річки. Екстремальні пожежі в умовах, коли близько трьох місяців майже немає дощів, призводять до випалювання рослинності на величезній площі.

- Останнім часом вчені все частіше говорять про зміну клімату. Не будемо говорити про всій планеті. Розкажіть, що відбувається з Доном? В останні роки все частіше видно на ньому мілини.

- Сток Дона має істотну міжрічних мінливість. У XX столітті річка пережила багато етапів перетворення: будувалися низьконапірні греблі, введено було в експлуатацію Цимлянське водосховище, потім три гідровузла нижче за течією. Можливо, буде побудований і четвертий гідровузол в районі хутора Арпачін.

За тривалий період часу тут спостерігалися періоди маловоддя, в останні роки цей період затягнувся. В цьому році, вперше за десять років, у нас був відносно великий паводок і небезпека затоплення населених пунктів. Виникли припущення, що період маловоддя закінчився, проте відсутність рясних дощів протягом літа залишає на це мало надії.

- У ваших дослідженнях приділяється багато уваги не тільки водного стоку Дону, а й твердому. На що він впливає? Наскільки важливо його вивчати?

- Гідрологічний режим Таганрозької затоки, вітровий режим, наганянь зганяння коливання рівня істотно впливають на концентрацію суспензії на прилеглих ділянках дельти. Через гідротехнічного будівництва в гирлову область зі стоком Дону надходить в рік всього 400 тисяч тонн зваженого матеріалу, тобто в 10 разів менше, ніж в умовах природного гідрологічного режиму. Закономірне збільшення витрат зважених наносів з ростом витрат води порушено.

Як екстремального гідрологічного режиму ми розглядали нагон у вересні 2014 року, коли була затоплена практично вся дельта. В цей час в дельту Дону зверху надійшло приблизно 300 млн кубометрів донський води. А з протилежного боку, з Таганрозької затоки, за три доби - понад 800 млн кубометрів води - майже в три рази більше.

У багатьох рукавах дельти - низька швидкість течії (20-30 см в секунду). Однак при нагоні протягом може змінюватися на зворотне, причому воно вимірюється вже не сантиметрами, а метрами в секунду.

При нагінних явищах в дельті Дону накопичується значна маса зваженого вещества.По міру спаду рівня води суспензія осідає на залитих водою участках.В річці зменшується каламутність води.

- З року в рік зростає солоність Азовського моря. Чим це можна пояснити?

- В умовах маловоддя солоні води проникають глибоко в дельту Дону до водозаборів міста Азова. Сьогодні темпи зростання солоності в Азовському морі навіть вище, ніж реєструвалося в 1970-і роки, в період аномальної солоності водойми. Спостерігається стійке зростання температури поверхневих вод. Ледовитость в море скоротилася приблизно в два рази в порівнянні з серединою XX століття.

Разом з тим стік органічних речовин (азот і фосфор) в річці Дон поступово повертається до рівня, який був характерний для періоду до будівництва Цимлянской греблі.

- Як це відбивається на дельті Дону?

- Наші спостереження показують, що дельта перестала рости, морський край дельти заростає, рукава і протоки замулюються. Про ці гострі питання ми говорили на конференції "Дельти річок Росії", підтриманої Міністерства освіти та науки РФ і Російським фондом фундаментальних досліджень.

На початку нашої бесіди я згадав дослідження розподілу стоку річки Дон по рукавах в умовах маловоддя, які наш колектив провів з 2014 по 2017 роки. Тоді сітка станцій охоплювала всі ділянки гирлової області Дону. Фахівці відібрали проби води та донних відкладень для визначення вмісту біогенних елементів (фосфор, азот) і сполук важких металів, гідробіологічні проби.

Цей значний за обсягом матеріал сьогодні вивчається і аналізується. Отримано уявлення про сезонну динаміку зваженого речовини (дрібні частинки глини, піску, загиблих організмів) в дельті Дону в період маловоддя і зарегульованого стоку річок. Можна з упевненістю сказати, що при нагоні води і перенесення суспензії з Таганрозької затоки різко зростає вміст сполук важких металів (наприклад, свинцю) в водах, що проникають в дельту.

- Що плануєте робити далі?

- Ми продовжуємо ізученіегідрологіческого циклу нагон-зганяння. Нам цікаво, як концентрується суспензія, як змінюється каламутність води. Пошук відповідей на ці питання допоможе зрозуміти, що чекає цю територію в майбутньому.

Розмовляла і підготувала до публікації Вероніка Білоцерківська

Читайте також:

Вчені попередили: клімат Землі стане "смертоносної теплицею"