Hydrosphere. Hazard processes and phenomena
Not a member yet
170 research outputs found
Sort by
СОВРЕМЕННЫЙ ТЕХНОГЕНЕЗ МИРОВОГО ОКЕАНА: ХАРАКТЕР ПРОЦЕССОВ И ЭКОЛОГИЧЕСКИЕ ПРОБЛЕМЫ
Get PDFThe condition of the World Ocean has always been the most important factor living conditions of all Biosphere. For this reason change of its hydrological structure and properties during past geological eras repeatedly led to global ecological crises and extinction of the majority of the organisms existing at that time. The modern technogenesis of the World Ocean can have similar catastrophic consequences. The development of this crisis will take place in a hopping manner. At its first stage, the consequences of technogenic transformation are localized within the boundaries of individual sections of the World Ocean. But their number is constantly increasing. At a certain point in time, the cumulative effect of this process for a relatively short time can cause the destruction of the World Ocean as a single system, and its transition to a new state. This will inevitably disrupt conditions in most parts of the planet, and will cause a global ecological and socio-economic crisis. At the same time, it is impossible to stop the process of technogenesis of the World Ocean under the conditions of continuous growth of the Earth’s population and its need for natural resources. The only real way to prevent catastrophic consequences is to develop mechanisms for controlling the processes of technogenesis. In practice, this problem can be solved by creating managed natural-technical systems. In these systems, enabling ecological conditions and biodiversity conservation are ensured by the operation of technical facilities ‑ ecological regulators.В настоящее время человеческая деятельность постепенно охватывает весь объем Мирового океана, включая его центральные части и глубинные слои. Состояние Мирового океана всегда являлось важнейшим фактором, определявшим условия существования всей биосферы. По этой причине изменение его гидрологической структуры и свойств в прошедшие геологические эпохи неоднократно приводило к глобальным экологическим кризисам и вымиранию большинства существовавших в то время организмов. Современный техногенез Мирового океана может иметь аналогичные катастрофические последствия. Развитие этого кризиса будет скачкообразным. На его первом этапе последствия техногенной трансформации локализованы в границах отдельных участков акватории Мирового океана. Но их количество непрерывно возрастает. В определенный момент времени совокупный эффект этого процесса в течение относительно короткого времени может вызвать разрушение Мирового океана как единой системы, перехода ее в новое состояние. Это неизбежно приведет к нарушению условий на большинстве участков планеты, вызовет глобальный экологический и социально-экономический кризис. Вместе с тем остановить процесс техногенеза Мирового океана в условиях непрерывного роста народонаселения Земли и его потребности в природных ресурсах невозможно. Единственным реальным путем предотвращения катастрофических последствий является разработка механизмов управления процессами техногенеза. На практике эта задача может быть решена на основе создания управляемых природно-технических систем. В этих системах благоприятные экологические условия и сохранение биоразнообразия обеспечиваются работой технических объектов – экологических регуляторов. В качестве них могут использоваться технические системы и сооружения, создаваемые для других целей (искусственные острова, морские электростанции и др.). Мировой океан является достоянием всего человечества, но его прибрежные акватории и острова принадлежат отдельным государствам. По этим причинам управление техногенезом Мирового океана обусловливает необходимость развития специального направления в сфере международного права, консолидации усилий различных стран по комплексному решению экологических, экономических и геополитических проблем.
Литература
Безносов В.Н. Экологические последствия нарушения стратификации моря. Дисс. … докт. биол. наук. М., 2000а. 449 с.
Безносов В.Н. Крупномасштабные нарушения гидрологической структуры океана, биотические кризисы и их фиксация в геологической летописи // Стратиграфия, геологическая корреляция. 2000b. Т. 8. № 3. С. 3-13.
Виноградов М.Е. Современные тенденции изменения экосистемы Черного моря // Вестник АН СССР. 1987. № 10. С. 56-67.
Гулин М.Б. К актуализации исследований перманентного накопления донных отложений из аллохтонных и автохтонных взвесей в пресноводных и морских водоемах // Сборник научных трудов Всероссийской научной конференции «Научное обеспечение реализации «Водной стратегии Российской Федерации на период до 2020 года» (г. Петрозаводск, 06-11 июля 2015 г.). Петрозаводск: Карельский научный центр РАН, 2015. Т. 1. С. 407-413.
Кабанова Ю.Г., Доманов М.М. Некоторые особенности удобрения морских вод для марикультуры // Экология фауны и флоры прибрежных зон океана / Отв. ред. А.П. Кузнецов. М.: Изд. ИО АН СССР, 1985. С. 93-100.
Найдин Д.П., Похиалайнен В.П., Кац Ю.И., Красилов Ю.А. Меловой период. Палеогеография и палеоокеанология. М.: Наука, 1986. 262 с.
Резниченко О.Г. Классификация и пространственно-масштабная характеристика биотопов обрастания // Биология моря. 1978. № 4. С. 3-15.
Резниченко О.Г., Солдатова И.Н., Цихон-Луканина Е.А. Обрастание в мировом океане. М.: Изд. ВИНИТИ, 1976. 120 с.
Суздалева А.Л. Создание управляемых природно-технических систем. М.: ИД ЭНЕРГИЯ, 2016. 160 с.
Суздалева А.Л. Экологическая глобалистика: востребованность, задачи и основные направления // Естественные и технические науки. 2019. № 9 (135). С. 69-70.
Суздалева А.Л., Безносов В.Н., Горюнова С.В. Биологические инвазии в природно-технических системах // Вестник Российского университета дружбы народов. Серия: экология и безопасность жизнедеятельности. 2015. № 3. С. 34-39.
Суздалева А.Л., Горюнова С.В. Техногенез и деградация поверхностных водных объектов. М.: ИД «ЭНЕРГИЯ», 2014. 456 с.
Суздалева А.Л., Горюнова С.В. Биотехносфера: экология и безопасность жизнедеятельности. М.: МГПУ, 2017. 240 с.
Alcérreca-Huerta J.C., Encarnacion J.I., Ordoñez-Sánchez S., Callejas-Jiménez M., Barroso G.G.D., Allmark M., Mariño-Tapia I., Casarín R.S., O’Doherty T., Johnstone C., Carrillo L. Energy Yield Assessment from Ocean Currents in the Insular Shelf of Cozumel Island // Journal of Marine Science and Engineering. 2019. Vol. 7. Iss. 5. P. 147. DOI: 10.3390/jmse7050147
Chee S.Y., Othman A.G., Sim Y.K., Adam A.N.M., Firth L.B. Land reclamation and artificial islands: Walking the tightrope between development and conservation // Global Ecology and Conservation. 2017. Vol. 12. P. 80-95. DOI: 10.1016/j.gecco.2017.08.005
Givi A.A., Karimi S., Sadat M., Zoghi M., Karimi S., Foroughi N., Malekmohamadi B. Ecological risk assessment of construct artificial islands by fault tree analysis method in the Persian gulf // International Journal of Environmental Monitoring and Analysis. 2015. Vol. 3. Iss. 3. P. 139-146. DOI: 10.11648/j.ijema.20150303.15
Lin T., Fan W., Xiao C., Yao Z., Zhang Z., Zhao R., Pan Y., Chen Y. Energy Management and Operational Planning of an Ecological Engineering for Carbon Sequestration in Coastal Mariculture Environments in China // Sustainability. 2019. Vol. 11. Iss. 11. P. 3162. DOI: 10.3390/su11113162
Liu C.C.K. Ocean thermal energy conversion and open ocean mariculture: The prospect of Mainland-Taiwan collaborative research and development // Sustainable Environment Research. 2018. Vol. 28. Iss. 6. P. 267-273. DOI: 10.1016/j.serj.2018.06.002
Sol D., Weis J.S. Highlights and Insights from “Biological Invasions and Animal Behaviour” // Aquatic Invasions. 2019. Vol. 14. Iss. 3. P. 551-565. DOI: 10.3391/ai.2019.14.3.12
Xu Y., Hoitink A.J.F., Zheng J., Kästner K., Zhan W. Analytical model captures intratidal variation in salinity in a convergent, well-mixed estuary // Hydrology and Earth System Sciences. 2019. Vol. 23. Iss. 10. P. 4309-4322. DOI: 10.5194/hess-23-4309-201
ОБ ИЗМЕНЕНИИ КОЭФФИЦИЕНТА РЕДУКЦИИ МАКСИМАЛЬНОГО МОДУЛЯ СТОКА С УВЕЛИЧЕНИЕМ ПЛОЩАДИ ВОДОСБОРА
Get PDFWhen forming river runoff, as a rule, its maximum modulus decreases (reduction) as the catchment area increases. For catchments with an area of less than 5 km2, reduction of maximum drainage and runoff modules is not expressed, which confirms the accepted assumption of equal drainage and runoff for small catchment areas. This is the first stage of the process of forming flood water runoff on channel-free slopes. At the second stage, catchments with an area of 5 to 10 km2 tend to decrease the maximum runoff modulus with an increase in catchment area. The reason for the decrease in drainage modules is a decrease in the effective catchment area as a result of a change in the snow cover area; for water flow modules - reduction of the effective catchment area and beginning of channel regulation. At the third stage, at catchments with an area of 10 to 100 km2, a decrease in the maximum water flow modulus depending on the catchment area has a stable tendency, determined by channel regulation, a decrease in the existing catchment area, and features of the increase in the catchment area along the length of the main watercourse. At the fourth stage, at catchments with an area of more than 100 km2, the reduction of the maximum module of water flow has a stable appearance and is determined by channel regulation and features of the increase in the catchment area along the length of the main watercourse. For small watercourses, the dependence of the shape coefficient of the catchment (Kf) on its area reflects the process of development of the catchment from slopes in which the width of the catchment is significantly longer, to watercourses where the width of the catchment becomes less than the length of the watercourse. In general, Kf is not sufficiently informative and does not reflect the features of the increase in catchment area along the length of the channel of the main watercourse. The main reason for using Kf in analysis and calculations is the lack of cadastral data on the increase in catchment area along the length of the main watercourse bed for all hydrologically studied riversПри формировании речного стока, как правило, происходит уменьшение (редукция) его максимального модуля при возрастании площади водосбора. Для водосборов площадью менее 5 км2 редукция максимальных модулей водоотдачи и стока не выражена, что подтверждает принятое допущение о равенстве водоотдачи и стока для малых площадей водосбора. Это первый этап процесса формирования стока воды половодья на безрусловых склонах. На втором этапе на водосборах площадью от 5 до 10 км2 появляется тенденция к снижению максимального модуля стока с увеличением площади водосбора. Причина снижения модулей водоотдачи – уменьшение действующей площади водосбора как следствие изменения площади покрытия снегом; для модулей стока воды – снижение действующей площади водосбора и начало руслового регулирования. На третьем этапе на водосборах с площадью от 10 до 100 км2 снижение максимального модуля стока воды в зависимости от площади водосбора имеет устойчивую тенденцию, определяющуюся русловым регулированием, снижением действующей площади водосбора, особенностями нарастания площади водосбора по длине основного водотока. На четвертом этапе на водосборах с площадью более 100 км2 редукция максимального модуля стока воды имеет устойчивый вид и определяется русловым регулированием и особенностями нарастания площади водосбора по длине основного водотока. Для малых водотоков зависимость коэффициента формы водосбора (Кф) от его площади отражает процесс развития водосбора от склонов, в которых ширина водосбора существенно больше длины, к водотокам, где ширина водосбора становится меньше длины водотока. В целом Кф недостаточно информативен и не отражает особенностей нарастания площади водосбора по длине русла главного водотока. Основной причиной использования при анализе и расчетах Кф является отсутствие кадастровых данных о нарастании площади водосбора по длине русла главного водотока для всех гидрологически изученных рек
ВОЗМОЖНОСТИ КРАТКОСРОЧНОГО ПРОГНОЗИРОВАНИЯ СТОКА МАЛОЙ РЕКИ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ МЕТОДОВ МАШИННОГО ОБУЧЕНИЯ
Get PDFThe paper addresses prospects for short-term (from 1 to 7 days) forecasting of river streamflow runoff based on several machine learning methods: multiple linear regression (LM) model, a multilayer perceptron (MLP) artificial neural network, and a recurrent artificial neural network with long short-term memory (LSTM). Methods for expanding the set of predictors for model construction are proposed, and the possibility of random shuffling of the time-series of predictors for model calibration and verification are assessed. The object of the study is the small river of Central Russia – river Protva (Spas-Zagorie gauge). Current and lagged values of streamflow discharge at the gauge and daily precipitation at local weather stations are used as predictors for the model, as well as moisture index and evaporation rate. The obtained results show the possibility of constructing an effective operational forecasting system for short-term runoff forecasting. The study revealed the applicability of artificial neural network models, acceptable for operational practice, using all available hydrometeorological information on the catchment, as they showed the most stable results at all lead times from 1 to 7 days. In contrast to the linear model, which efficiency decreases after lead time of more than 3 days, the artificial neural networks models have higher forecast efficiency up to 7 days. The results obtained are robust for all phases of the water regime, both spring floods and summer floods. The software implementation of the models is made on the basis of open software libraries in the Python language, which makes it possible to widely use the methods for scientific research and applied problems.В статье исследуются возможности краткосрочного (от 1 до 7 суток) прогнозирования расходов воды на основе нескольких методов машинного обучения: модели множественной линейной регрессии, искусственной нейронной сети по типу многослойного перцептрона и рекуррентной искусственной нейронной сети с долгосрочной кратковременной памятью. Предлагаются методы расширения набора предикторов для построения моделей и исследуется возможность случайного перемешивания хронологического ряда предикторов для калибровки и верификации моделей как повышающая устойчивость результатов прогноза. В качестве объекта исследования используется малая река Средней полосы России – река Протва (гидрометрический пост Спас-Загорье). В качестве предикторов используются расходы воды на посту и суточные суммы осадков на трех ближайших метеостанциях в текущий момент времени (сутки) и со сдвигом назад до 7 суток, а также индекс увлажнения бассейна и характеристики температуры воздуха и испарения. На конкретном примере показана возможность построения эффективной оперативной прогностической системы для краткосрочного прогнозирования стока. Исследование выявило приемлемую для оперативной практики применимость моделей искусственных нейронных сетей, использующих всю доступную гидрометеорологическую информацию на водосборе, как показавших наиболее устойчивые результаты на всех заблаговременностях от 1 до 7 суток. Так, в отличие от линейной прогностической модели, эффективность которой снижается на заблаговременностях более 3 суток, модели искусственных нейронных сетей показали высокую эффективность прогноза до 7 суток. Полученные результаты устойчивы для всех фаз водного режима, как весеннего половодья, так и летних паводков. Программная реализация моделей выполнена на основании открытых программных библиотек на языке Python, что показывает возможность широкого использования описанных методик для научных исследований и прикладных задач
НЕРАЗМЫВАЮЩИЕ СКОРОСТИ ПОТОКА ДЛЯ НЕСВЯЗНЫХ ГРУНТОВ
Get PDFThere are the values of non-eroding water velocities for various types of bottom sediments (incoherent and cohesive) given in the normative documentation in the form of tables and graphs. Also there are a number of regulatory documents containing methods for calculation such velocities. These methods are based on empirical dependencies adapted to specific conditions. The calculated mean non-eroding water velocities are proportional to the depth of flow and bottom particle size in the case of incoherent bottom sediments erosion.
The authors made an attempt to estimate non-eroding water velocity by a physical approach to the problem depending on the internal friction angle, the calculated clutch of incoherent bottom sediments and the depth of the water over the bottom. This approach should be universal.
An analysis of the results indicated that the proposed formula for calculating bottom non-eroding water velocities in all considered cases gives results significantly higher than the values given in the regulatory documents for the corresponding size of incoherent bottom sediments. As a result authors obtained non-eroding water velocities, which were overestimated at times on the basis of expert evaluation. When the depth changes from 0.5 to 10 m, the spread of estimated bottom velocities varies from 14 to 22%, depending on the size of the incoherent soil.
It was concluded that for smaller particles of incoherent soil, the less deviation of the calculated values of bottom non-eroding water velocities from the normative ones (for massive gravel sands at a 10 m flow depth, the deviation from the normative values reaches 375-510%). In addition, the dependence of the value bottom non-eroding water velocity on the depth is traced, which is not provided in regulatory documents.
The authors offer the scientific community to join to discussion of the reasons for these discrepancies.Значения неразмывающих скоростей для различных типов донных отложений (связных и несвязных) приводятся в нормативной документации в виде таблиц и графиков. Кроме этого, существует ряд нормативных документов, содержащих методики их расчета. Эти методики основаны на эмпирических зависимостях, адаптированных к конкретным специфическим условиям. Расчетные значения средних неразмывающих скоростей пропорциональны глубине потока и диаметру частиц в случае размыва несвязных донных отложений.
Авторами статьи сделана попытка оценить неразмывающую скорость потока путем физического подхода к проблеме в зависимости от угла внутреннего трения, расчетного сцепления несвязных донных отложений (грунтов) и глубины водной толщи над размываемым участком дна. Данный подход должен являться универсальным.
Анализ полученных результатов показал, что предложенная формула расчета придонных неразмывающих скоростей во всех рассмотренных случаях дает результаты значительно больше значений, приведенных в нормативных документах для соответствующих градаций крупности несвязных донных отложений. В результате расчетов были получены неразмывающие скорости, на основании экспертной оценки, завышены в несколько раз. При изменении глубины потока от 0,5 до 10 м разброс оцененных придонных скоростей колеблется от 14 до 22% в зависимости от крупности несвязного грунта.
Сделан вывод, что чем меньше частицы несвязного грунта, тем меньше отклонение рассчитанных значений придонных неразмывающих скоростей от нормативных (для крупнозернистых гравелистых песков при глубине потока 10 м отклонение от нормативных значений достигают 375-510%). Кроме того, прослеживается зависимость величин придонной неразмывающей скорости от глубины потока, что не предусмотрено нормативными документами.
Авторы предлагают научному сообществу подключиться к обсуждению причин таких несоответствий.
Литература
Барышников Н.Б. Гидравлические сопротивления речных русел: учебное пособие. СПб.: изд. РГГМУ, 2003. 147 с.
Боровков В.С., Волынов М.А. Размыв речного русла в грунтах, обладающих сцеплением // Вестник МГСУ. 2013. Том 8. № 4. С. 143-149. DOI:10.22227/1997-0935.2013.4.143-149
Виноградов А.Ю., Кадацкая М.М., Бирман А.Р., Виноградова Т.А., Обязов В.А., Кацадзе В.А., Угрюмов С.А., Бачериков И.В., Коваленко Т.В., Хвалев С.В., Парфенов Е.А. Расчёт неразмывающих скоростей водного потока на высоте верхней границы пограничного слоя // Resources and Technology. 2019. Т. 16. № 3. С. 44-61. DOI: 10.15393/j2.art.2019.4782.
Гришанин К.В. Динамика русловых потоков. Л.: Гидрометеоиздат, 1969. 428 с.
Кадацкая М.М., Виноградов А.Ю., Кацадзе В.А., Беленький Ю.И., Бачериков И.В., Хвалев С.В., Каляшов В.А. Анализ методов расчета неразмывающей скорости при проектировании водопропускных и водоотводных сооружений лесного хозяйства // Известия Санкт-Петербургской лесотехнической академии. 2019. Вып. 227. С. 174-187. DOI:10.21266/2079-4304.2019.227.174-187
Кадацкая М.М., Виноградов А.Ю., Обязов В.А., Кацадзе В.А., Угрюмов С.А., Беленький Ю.И., Бирман А.Р., Хвалев С.В., Кучмин А.В., Бачериков И.В., Коваленко Т.В. Расчет неразмывающих скоростей на высоте выступов шероховатости донных отложений // Системы. Методы. Технологии. 2020. № 1 (45). С. 80-84. DOI: 10.18324/2077-5415-2020-1-80-84
Ялтанец И.М., Тухель А.Э., Леванов Н.И., Дятлов В.М. Переработка горных пород с использованием средств гидромеханизации: Учебное пособие. М.: Издательство Московского государственного горного университета, 2008. 318 с
PALAEORUNOFF FROM LAKE LADOGA TO THE BALTIC SEA DURING THE HOLOCENE
Get PDFThe article presents the results of the palaeohydrological analysis of the river system reorganization in the North-West of Russia, the Karelian Isthmus. This study aimed at the hydrological calculation of the runoff through the Heinjoki water connection of Lake Ladoga, the Gulf of Finland and PalaeoVuoksa during different periods of the Holocene. The methods of the equation of water balance, hydraulic-morphometric dependencies and the method of geographical analogy were used in this research. The main result of the carried work is the refinement of the existing regional flow model. In particular, the role of the Heinjoki Strait and the Neva River channel in different stages of the Holocene is considered. The authors came to the conclusion that Lake Ladoga always had a runoff to the Baltic Sea. It is shown that most probably in the period of 10,200-3,500 years ago the runoff was carried out through the Heinjoki waterway. The study underlines that the isostatic factor played a significant role in the forming of the water flow. The change in the runoff direction from the Heinjoki waterway to the Neva River is mainly related to the isostatic uplift of the Karelian Isthmus and the northern part of Lake Ladoga. Quantitative parameters of the Heinjoki palaeoflow (flow rate, annual runoff, runoff layer, runoff coefficient) seem to be roughly equivalent to the modern parameters of the flow of the Neva River.
The article is dedicated to our colleague, a talented geographer and teacher, PhD Oleg Borisovich Averichkin (1979-2010) who first performed the calculations of the paleorunoff of Lake LadogaThe article presents the results of the palaeohydrological analysis of the river system reorganization in the North-West of Russia, the Karelian Isthmus. This study aimed at the hydrological calculation of the runoff through the Heinjoki water connection of Lake Ladoga, the Gulf of Finland and PalaeoVuoksa during different periods of the Holocene. The methods of the equation of water balance, hydraulic-morphometric dependencies and the method of geographical analogy were used in this research. The main result of the carried work is the refinement of the existing regional flow model. In particular, the role of the Heinjoki Strait and the Neva River channel in different stages of the Holocene is considered. The authors came to the conclusion that Lake Ladoga always had a runoff to the Baltic Sea. It is shown that most probably in the period of 10,200-3,500 years ago the runoff was carried out through the Heinjoki waterway. The study underlines that the isostatic factor played a significant role in the forming of the water flow. The change in the runoff direction from the Heinjoki waterway to the Neva River is mainly related to the isostatic uplift of the Karelian Isthmus and the northern part of Lake Ladoga. Quantitative parameters of the Heinjoki palaeoflow (flow rate, annual runoff, runoff layer, runoff coefficient) seem to be roughly equivalent to the modern parameters of the flow of the Neva River.
The article is dedicated to our colleague, a talented geographer and teacher, PhD Oleg Borisovich Averichkin (1979-2010) who first performed the calculations of the paleorunoff of Lake Ladog
ВОЗМОЖНОСТИ ОЦЕНКИ ОБЕСПЕЧЕННОСТИ МАКСИМАЛЬНЫХ РАСХОДОВ РЕК ПРИАНГАРЬЯ (НА ПРИМЕРЕ РЕКИ ИЯ)
Get PDFThis work aim is analyzing the flood hazard in the Angara region with using stochastic hydrology methods. This region is characterized by greatest danger of summer rain floods, relatively rare but systematic, and are very dangerous. The possibility is studied to construct one-dimensional analytical distribution curves that reliably approximates a series of observed maximum annual discharges and allow to give a reasonable estimate of the extreme floods probability – using the example of extraordinary floods on the Iya River in 1984 and 2019. A number of three-parameter probability laws and methods of probability curves parameterization was used.
Resulting, 14 variants of analytical distribution curves were constructed, compared by the statistical and rational criteria. Despite the several versions satisfy to almost all the requirements, it seems impossible to solve the problem qualitatively on their basis. All acceptable curve versions underestimate the probability for extraordinary floods of 1984 and 2019 years. Some of these versions go beyond the 5-95% confidence intervals of empirical probability curve, or are the results of direct mathematical fitting without the satisfactory conceptual reasons.
Thus, it was not possible to construct adequate three-parameter maximum discharge distribution for the Iya River according to above requirements. The complexity of the runoff formation processes in the region, different generation mechanisms of ordinary and extraordinary floods, obviously, leads to statistical heterogeneity of the series, which cannot be correctly described by one-dimensional three-parameter distribution laws. To assess the extraordinary floods probability, it seems most appropriate to use dynamic-stochastic modeling based on a physically based runoff modelЗадача работы заключается в анализе методами стохастической гидрологии опасности наводнений в Приангарье – на левобережных притоках реки Ангара от истока до Братского водохранилища. Этот регион характерен наибольшей опасностью летних дождевых наводнений, которые формируются относительно редко, но систематически, и отличаются особой разрушительностью. Исследуется возможность построения одномерной аналитической кривой распределения, надежно аппроксимирующей выборку фактических данных о максимальных годовых расходах воды и позволяющей дать обоснованную оценку обеспеченности экстремальных паводков – на примере событий на реке Ия в 1984 и 2019 годах. Использован максимально широкий спектр трехпараметрических законов распределения вероятностей и методов параметризации кривых обеспеченности.
В результате выполненного анализа построено 14 вариантов расчетных кривых распределения, сопоставляемых на основе статистических и рациональных критериев. Несмотря на наличие нескольких вариантов, удовлетворяющих почти всем требованиям, качественно решить на их основе поставленную задачу не удается. Все приемлемые варианты в расчетной области наивысших расходов занижают оценки обеспеченности паводков 1984 и 2019 годов. Кроме того, некоторые из этих вариантов существенно выходят за границы 5-95%-х доверительных интервалов эмпирической кривой обеспеченности, либо являются результатами прямой подгонки математических кривых к данным и не имеют удовлетворительного концептуального обоснования.
Таким образом, построить адекватную одномерную малопараметрическую вероятностную модель распределения максимальных расходов реки Ия, надежно аппроксимирующую выборку эмпирических данных и позволяющую дать обоснованную оценку обеспеченности экстраординарных паводков, не удалось. Сложность процессов формирования стока в регионе, существенные различия механизмов и условий развития рядовых и выдающихся паводков, очевидно, приводит к статистической неоднородности выборок, которые не могут быть корректно описаны одномерными трехпараметрическими законами распределения. В таких условиях для оценки вероятности выдающихся паводков наиболее целесообразным представляется использование динамико-стохастического моделирования на основе физически-обоснованной модели стока.
Литература
Виноградов А.Ю., Догановский А.М., Обязов В.А. Существующие проблемы гидрологических расчётов. Часть 1 // Гидросфера. Опасные процессы и явления. 2019. Т. 1. Вып. 1. С. 143-159. DOI: 10.34753/HS.2019.1.1.004.
Виноградов Ю.Б. Математическое моделирование процессов формирования стока. М.: Гидрометеоиздат, 1988. 365 с.
Губарева Т.С. Типы распределений при оценке экстремальных паводков // Геоэкология. 2010. № 5. С. 446-457.
Губарева Т.С. Пространственные закономерности распределения паводков рек умеренного пояса Северного полушария // Известия Российской академии наук. Серия географическая. 2011. № 2. С. 65-77.
Губарева Т.С., Гарцман Б.И. Оценка параметров распределений экстремальных гидрологических величин методом L-моментов // Водные ресурсы. 2010. Т. 37. № 4. С. 398-407.
Иваньо Я.М. Экстремальные природные явления исторического прошлого на территории Иркутской области. Иркутск: Изд-во ИГУ, 1997. 96 с.
Кичигина Н.В. Опасность наводнений на реках Байкальского региона // География и природные ресурсы. 2018. № 2. С. 41-51. DOI: 10.21782/GIPR0206-1619-2018-2(41-51).
Кичигина Н.В. Опасность паводочных наводнений в бассейнах левых притоков Ангары // География и природные ресурсы. 2020. № 4. С. 45-55. DOI: 10.21782/GIPR0206-1619-2020-4(45-55).
Многолетние данные о режиме и ресурсах поверхностных вод суши: в 3 т. Том 1. РСФСР: в 25 вып. Выпуск 13. Бассейн Ангары. Л.: Гидрометеоиздат, 1986. 290 с.
Найденов В.И. Нелинейная динамика поверхностных вод суши. М.: Наука, 2004. 317 с.
Писаренко В.Ф., Болгов М.В., Осипова Н.В., Рукавишникова Т.А. Применение теории экстремальных событий в задачах аппроксимации распределений вероятностей максимальных расходов воды // Водные ресурсы. 2002. Т. 29. № 6. С. 645-657.
Ресурсы поверхностных вод СССР: в 20 т. Т. 16. Ангаро-Енисейский район: в 3 вып. Вып. 2. Ангара. Л.: Гидрометеоиздат, 1972. 593 с.
Greenwood J.A., Landwehr J.M., Matalas N.C, Wallis J.R. Probability weighted moments: Definition and relation to parameters of several distributions expressable in inverse form // Water Resources Research. 1979. Vol. 15. Iss. 5. Pp. 1049-1054. DOI: 10.1029/WR015i005p01049.
Hosking J.R.M., Wallis J.R. Regional Frequency Analysis. An Approach Based on L-Moments. Cambridge: Cambridge University Press, 1997. 224 p. DOI: 10.1017/CBO978051152944
ЛАВИНЫ, СЕЛИ И ОПОЛЗНИ НА ОСТРОВЕ МОНЕРОН
Get PDFOn Moneron Island actively develops avalanche, debris-flow and landslide processes. Avalanches with a volume from 25 to 70 000 m3 are formed in avalanche catchments and avalanche slopes with a height of 70-300 m and a steepness of 35°-50°. Avalanches are formed that are associated with recrystallization of the snow column and the formation of weak layers inside it and at time during of snow fall and blizzard. Debris-flow are formed in the numerous streams, in the craters of denudation and landslide cirques and troughs. In small watercourses, connected debris-flows with a volume from 300 to 50 000 m3 and disconnected suspended streams with a volume of up to 1,000 m3 are formed. In large debris-flow are volume more them 50,000 m3. The debris-flow period lasts from April to November. Repeatability of debris-flows of up to 3,000 m3 – 1 time in 5-7 years, debris-flows of more than 10,000 m3 – 1 time in 10-12 years. Surface landslides are formed (volume of 500-5 000 m3) with a depth of capture of rocks up to 2.5 m (mainly on the slopes facing the sea coast with a steepness of 40-50°) in low-power (1.0-2.5 m) deluvial loose deposits of fractured basalts and mudstones. Block landslides in rocks with a volume of 50 000-500 000 m3 or more with a rock capture depth of more than 10 m are formed on the coastal slopes. Block landslides descend during earthquakes and (or) heavy prolonged rains into the sea area and can cause tsunamis that can reach the shores of Sakhalin Island, Hokkaido and the Maritime provinces. On the bodies of old landslides secondary block asequent landslides of slow displacement and landslides of viscoplastic displacement with a volume of 5 000-30 000 m3 with a depth of rock capture up to 10 m develop. The formation of landslides and debris-flows of large volumes and mass formation of landslides and debris-flows occurs when heavy intense precipitation falls after the previous moistening of rocks caused by heavy prolonged rains. Daily precipitation can reach 89.0 mm. In 1914, 4 people was killed in an avalanche in the village of Nagahama; in 1917, 1 person was killed in an avalanche in the village of Nishihama. In September 1957, a landslide destroyed the village of Bodriy. In October 2015, a tourist trail was destroyed by landslides.Представлены основные результаты проведённых исследований лавинных, селевых и оползневых процессов острове Монерон. Лавины всех генетических типов объёмом от 25 до 70 000 м3 формируются с декабря по апрель. Связные грязекаменные сели объёмом от 300 до 50 000 м3 и несвязные сели (наносоводные потоки) объёмом до 1000 м3 формируются с апреля по ноябрь в бассейнах водотоков, в денудационных воронках, в оползневых цирках и мульдах. Повторяемость селей объёмом до 3 000 м3 – 1 раз в 5-7 лет, селей объёмом более 10 000 м3 – 1 раз в 10-20 лет. Формируются поверхностные оползни-оплывины (сплывы) объёмом 500-5 000 м3 с глубиной захвата до 2,5 м делювиальных рыхлых отложений, залегающих на миоцен-плиоценовых трещиноватых базальтах и аргиллитах. На береговых склонах формируются блоковые оползни в скальных породах объёмом 50 000-500 000 м3 и более с глубиной захвата пород более 10 м. Блоковые оползни сходят во время землетрясений и (или) сильных продолжительных дождей в морскую акваторию и способны вызывать цунами, которые могут достигать берегов островах Сахалин, Хоккайдо и Приморья. На телах старых оползней развиваются вторичные блоковые асеквентные оползни медленного смещения и оползни вязкопластического смещения объёмом 5 000-30 000 м3 с глубиной захвата пород до 10 м. Формирование оползней и селей больших объёмов и массовое формирование оползней и селей происходит в июле-октябре при выпадении сильных интенсивных осадков после предшествующего увлажнения горных пород, вызванного сильными продолжительными дождями. Суточная сумма осадков может достигать 89,0 мм. На острове Монерон происходили катастрофы, вызванные сходом лавин и оползней. В 1914 г. в деревне Нагахама (восточное побережье острова) в лавине погибло 4 человека; в 1917 г. в деревне Нишихама (западное побережье острова) в лавине погиб 1 человек. В сентябре 1957 г. оползнем был разрушен посёлок Бодрый. В октябре 2015 г. оползнями была разрушена туристическая тропа в бухте Чупрова
ИССЛЕДОВАНИЕ СКОРОСТИ ИСКУССТВЕННОГО ГРЯЗЕВОГО СЕЛЯ НА ЛАБОРАТОРНОМ СТЕНДЕ
Get PDFIn August 2020, an experiment was conducted to measure the velocity of an artificial coherent mudflow on a laboratory stand. The stand is a rectangular cross-section tray with a length of 3.0 m, a width of 0.25 m, a depth of 0.25 m, slope – 29°. 4 racks were installed in the tray to measure the hydrodynamic pressure of the mudflow. The movement of the mudflow was filmed by a high-speed video camera. Velocity of artificial mudflow were measured. Most of the mudflow mixture soil is made up of particles less than 0.25 mm in size (34%). The density of the prepared mudflow mixture was 1 880 kg/m3. Density of mudflow deposits 2 040 kg/m3. Despite the small values of the Reynolds number, the turbulent movement of the mudflow was observed. Comparison of the results of the measured mudflow velocities with the velocities calculated by different methods of calculating the mudflow velocity based on the structure of the Shezi formula (for Newtonian fluids) showed a strong variation of the calculated values. The methods either greatly overestimate or, on the contrary, greatly underestimate the measured values. This is probably due to the fact that the connected mudflow is not a Newtonian fluid, but a non-Newtonian fluid. The closest physical analogue of a connected mudflow is a pseudoplastic (non-Newtonian) fluid whose viscosity decreases with increasing shear stress. As a physical model of a connected mudflow, it is advisable to use the Bingham fluid model, the flow of which is similar to the flow of coherent debris-flows and mudflowsВ августе 2020 года был проведён эксперимент по измерению скорости искусственного связного (грязевого) селя на лабораторном стенде. Стенд: прямоугольный в поперечном сечении лоток длиной 3,0 м, шириной 0,25 м, глубиной 0,25 м. В лотке установлены 4 вешки для измерения гидродинамического напора селя. Уклон лотка: 29°. Движение селя снималось скоростной видеокамерой. Измерялись скорость и скоростной напор грязевого селя. Селевая смесь была приготовлена из дресвяно-щебенистого элювиально-делювиального грунта возрастом QIV с суглинистым заполнителем (лёгкий и средний суглинок, до 30%) плотностью в естественном 2 210 кг/м3. Плотность суглинка – 1 910 кг/м3. Дресва и щебень представлены алевролитом средней прочности плотностью 2 210 кг/м3. Преобладающая часть тонкодисперсных фракций грунта селевой смеси – пылеватые частицы размером менее 0,25 мм (34%). Плотность селевой смеси 1 880 кг/м3. Плотность селевых отложений составила 2 040 кг/м3. Характер движения потока – турбулентный. Скорость селя на разных участках постоянно изменялась, что говорит о постоянном изменении динамической и эффективной вязкостей потока. На это же указывает и характер обтекания селем препятствий. Сравнение результатов измеренных скоростей селя со скоростями, рассчитанными по разным методикам, основанным на структуре формулы Шези (для ньютоновских жидкостей) и по величине гидродинамического напора показало сильный разброс рассчитанных значений. Методики либо сильно завышают, либо, наоборот, сильно занижают измеренные значения. Вероятно, это вызвано тем, что связный сель не является ньютоновской жидкостью, а является жидкостью неньютоновской. Наиболее близкий физический аналог связного селя – псевдопластичная жидкость, вязкость которой уменьшается при увеличении напряжения сдвига. Скорость связных селей необходимо рассчитывать как скорость потоков неньютоновских жидкостей. В качестве физической модели связного селя целесообразно использовать модель Бингамовской жидкости, течение которой подобно течению связных селей (грязевых и грязекаменных)
ЛАВИННЫЙ РИСК В КАЗАХСТАНЕ ПРИ РАЗЛИЧНЫХ УРОВНЯХ ЛАВИННОЙ ОПАСНОСТИ
Get PDFA review was made of avalanche accidents in Kazakhstan. Data on casualties and damage processed for the period 1951–2020. The aim of the study is to analyze avalanche incidents and develop recommendations for their prevention. The relationship between accidents and the degree of avalanche danger in mountainous areas is also considered. In total, over the period studied, 95 accidents occurred in Kazakhstan, 95 people died and 93 people were injured. The largest number of avalanche incidents occurred in the vicinity of the city of Almaty on the territory of the Ile-Alatau National Park – 81%. The most avalanche months are March-April (38 and 21%, respectively). The main victims of avalanches are extreme sports enthusiasts. Most of the victims themselves provoked avalanches – 56% of cases.
The relationship between the level of avalanche danger and avalanche risk was studied. For this, data were collected on avalanche situations in the area of the Shymbulak avalanche station for the observation period 1978–2020. The classification of the level of avalanche danger was carried out in accordance with an international five-point scale. In the cold period from November to May, the second "yellow" hazard level prevails here – 56% of days. The extreme level of danger was noted only in 0.2% of days. Avalanche incidents with victims mainly occurred at the first and second levels of avalanche danger: 21 and 52% of cases. Material damage to objects was caused during the descent of catastrophic avalanches at the fourth and fifth levels of avalanche danger (43 and 29% of cases, respectively).
Analysis of avalanche incidents allows us to conclude that the majority of avalanche victims are extreme sports enthusiasts who die in provoked avalanches at low levels of avalanche danger. To prevent such accidents, it is necessary, instead of "Storm warnings", to switch to probabilistic forecasts using an international five-point danger scale. At low levels of danger, it is very important to carry out preventive measures among fans of extreme sports – lectures, seminars and training courses.Авторами проведен обзор несчастных случаев, связанных со снежными лавинами в Казахстане. Обработаны данные о жертвах и ущербе за период с 1951 по 2020 год. Целью исследования является анализ лавинных инцидентов и разработка рекомендаций по их предотвращению. Также рассмотрена связь несчастных случаев со степенью лавинной опасности в горных районах.
Всего за изученный период в Казахстане произошло 95 несчастных случаев, погибло 95 и пострадало 93 человека. Наибольшее количество лавинных инцидентов произошло в окрестностях города Алматы на территории Иле-Алатауского национального парка – 81%. Самые лавиноопасные месяцы: март – апрель (38 и 21% соответственно). Основные жертвы снежных лавин – любители экстремальных видов спорта. Большинство жертв сами спровоцировали сход лавин – 56% случаев.
Была изучена связь между уровнем лавинной опасности и лавинным риском. Для этого собраны данные о лавиноопасных ситуациях в районе снеголавинной станции «Шымбулак» за период наблюдений с 1978 по 2020 год. Классификация уровня лавинной опасности была проведена в соответствии с международной пятибалльной шкалой. В холодный период с ноября по май преобладает второй «желтый» уровень опасности – 56% дней. Экстремальный уровень опасности отмечался только в 0,2% дней. Лавинные инциденты с жертвами преимущественно происходили при первом и втором уровнях лавинной опасности: 21 и 52% случаев. Материальный ущерб отмечался при четвертом и пятом уровнях лавинной опасности (43 и 29% случаев соответственно).
Анализ лавинных инцидентов позволяет сделать вывод: большинство жертв лавин – это любители экстремальных видов спорта, которые погибают в спровоцированных лавинах при низких уровнях лавинной опасности. Для профилактики таких несчастных случаев необходимо переходить от «Штормовых предупреждений» к вероятностным прогнозам с применением международной пятибалльной шкалы опасности. При низких уровнях опасности очень важно проводить профилактические мероприятия среди любителей экстремального спорта – лекции, семинары, обучающие курсы
Литература:
Благовещенский В.П., Жданов В.В. Опыт оценки и прогноза лавинной опасности в Швейцарии // Гидрометеорология и экология. 2019. № 1 (92). С. 178–191.
Жданов В.В. Анализ несчастных случаев, связанных с лавинами // Вопросы географии и геоэкологии. 2012. № 2. С. 26–30.
Жданов В.В. Анализ ошибок снеголавинных наблюдений и прогнозов // Вопросы географии и геоэкологии. 2015. № 3. С. 52–55.
Жданов В.В. Обзор несчастных случаев в Казахстанском альпинизме в 2004–2019 годах // Вопросы географии и геоэкологии. 2019. № 4. С. 73–79.
Медеу А.Р., Благовещенский В.П., Жданов В.В. Инновационные технологии оценки и прогноза уровня лавинной опасности в горах Иле Алатау // Вестник КазНУ. Серия Географическая. 2021. №2 (61) 2021. С. 76–87. DOI: 10.26577/JGEM.2021.v61.i2.07.
Практическое пособие по прогнозированию лавинной опасности в Казахстане / Сост. Е.И. Колесников. Алматы: РГП «Казгидромет», 2005. 262 с.
Greene E., Birkeland K., Elder K., McCammon I., Staples M., Sharaf D. Snow, weather, and avalanches: Observation guidelines for avalanche programs in the United States. Victor: American Avalanche Association, 2016. 104 p.
Observation Guidelines and Recording Standards for Weather, Snowpack and Avalanches. Revelstoke: Canadian Avalanche Association, 2014. 109 p.
Schweizer J., Mitterer C., Techel1 F., Stoffel1 A., Reuter B. On the relation between avalanche occurrence and avalanche danger level / The Cryosphere. 2020. Vol. 14. Iss. 2. Р. 737–750. DOI: 10.5194/tc-14-737-2020.
Techel F., Schweizer J. On using local avalanche danger level estimates for regional forecast verification // Cold Regions Science and Technology. 2017. Vol. 144. Рp. 52–62. DOI: 10.1016/j.coldregions.2017.07.012
МОРФОГЕНЕТИЧЕСКАЯ ДИФФЕРЕНЦИАЦИЯ БЕРЕГОВ КОНТАКТНЫХ ЗОН СЕВЕРНОЙ ПАЦИФИКИ
Get PDFThe results of the analysis of geospatial and geological-geomorphological information on the shores of the contact zones of the North Pacific are presented. An analysis of the maps of the morphogenetic types of coasts of the North Pacific revealed the specifics of the coastal morpholithogenesis of the seas of subarctic and moderate zones. It has been established that for the seas of the North Pacific, a two-modal distribution of the length of coasts of various types is characteristic. The first maximum relates to abrasion-denudation rocky shores, with a significant contribution to the destruction of physical weathering. The second peak is formed by abrasive-accumulative shores. A similar distribution of coast types along with structural and geological features of the coastal structure is probably associated with various stages of coastal maturity under conditions of intense denudation destruction of the coasts of the seas, characterized by a prolonged “open sea” period at negative air temperatures. The morphoclimatic position (geospatial parameters and the related differences in morpholithodynamic parameters) of Sakhalin Island and the island arc systems of the North Pacific allowed us to consider them as contact zones of different types of seas, as well as seas and oceans. The morpholithodynamic characteristics of the shores of contact zones along with the features of hydrodynamics and the thermal regime of the shared water areas also determine the morphoclimatic parameters of the contact zone itself. The Sakhalin shores of the moderately cold northern part of the Sea of Japan and the Subarctic Sea of Okhotsk are 30-140 km apart, while the oceanic and marine shores of large islands in island-arc systems separate the first kilometers. Thus, the windwave fields and their interaction with swell waves in the contact zones are very complex. The temperature regime of the coasts also largely depends on the geospatial parameters of the contact zones. Based on the map of morphogenetic types of coasts, the distribution features of coastal types from the sea and ocean side of island-arc systems are digitized and considered. Cartometric and morphometric studies in conjunction with the data of geological and geomorphological analysis revealed the peculiarities of development and modern dynamics of the sea and ocean coasts of island-arc systems. It is assumed that the longitudinal asymmetry of the low isthmus between the ocean and sea shores is due to tsunamigenic processes.Представлены результаты анализа геопространственной и геолого-геоморфологической информации о берегах контактных зон Северной Пацифики. Анализ карт морфогенетических типов берегов Северной Пацифики позволил выявить специфику берегового морфолитогенеза морей субарктической и умеренной поясности. Установлено, что для морей Северной Пацифики характерно двухмодальное распределение протяженности берегов различного типа. Первый максимум относится к абразионно-денудационным скалистым берегам, со значительным вкладом в процессы разрушения физического выветривания. Второй пик формируют абразионно-аккумулятивные берега. Подобное распределение типов берегов наряду со структурно-геологическими особенностями строения побережий вероятно связано с различными стадиями зрелости берегов в условиях интенсивного денудационного разрушения берегов морей, характеризующихся продолжительным периодом «открытого моря» при отрицательных температурах воздуха. Морфоклиматическая позиция (геопространственные параметры и связанные с ними различия морфолитодинамических показателей) острова Сахалин и островодужных систем Северной Пацифики позволили нам рассматривать их как контактные зоны морей разного типа, а также морей и океанов. Морфолитодинамические характеристики берегов контактных зон наряду с особенностями гидродинамики и термического режима разделяемых акваторий определяют также и морфоклиматические параметры собственно контактной зоны. Сахалинские берега умеренно холодной северной части Японского моря и субарктического Охотского моря расположены друг от друга в 30-140 км, в то время как океанские и морские берега крупных островов в островодужных системах разделяют всего несколько километров. Таким образом, ветроволновые поля и их взаимодействие с волнами зыби в контактных зонах имеют весьма сложный характер. Температурный режим побережий также в значительной степени зависит от геопространственных параметров контактных зон. На основе карты морфогенетических типов берегов оцифрованы и рассмотрены особенности распределения типов берегов с морской и океанской стороны островодужных систем. Картометрические и морфометрические исследования в комплексе с данными геолого-геоморфологического анализа позволили выявить особенности развития и современной динамики морских и океанских берегов островодужных систем. Предполагается, что продольная асимметрия низменных перешейков между океанскими и морскими берегами обусловлена цунамигенными процессами