На примере крупных рек Томской области, как, например, Обь, Томь, Чулым, Кеть исследуются закономерности взаимодействий деформаций речных русел с транспортом донных и взвешенных наносов. Участки некоторых рек подвержены техногенным воздействиям, в основном, в форме разработки месторождений песчано-гравийного материала в русле, что влияет на режим течений, транспорт наносов и русловые деформации. Наибольшему антропогенному воздействию подвергнута река Томь – здесь на относительно коротком участке была в течение более 50 лет сконцентрирована почти вся добыча песчано-гравийного материала. В результате углубления русла значительно изменился режим движения наносов, деформаций русла и режим затопления поймы. В условиях направленной аккумуляции наносов в русле реки Томи в черте г. Томска и выше по течению меняются условия формирования и вскрытия ледового покрова, приводящие к смене локализации и интенсивности ледовых заторов, а также условия прохождения половодья при отсутствии ледовых явлений.
Многие населенные пункты страдают от эрозионной деятельности рек – размываются берега и смываются в реки жилые постройки, дороги и т.д. На реках с развитым судоходством деформации русла создают сложности для движения судов и вынуждают проводить большой объем работ по очистке судовых ходов.
Наблюдений за взвешенными и особенно донными наносами в России и, в частности, в Томской области проводится очень мало. В основном это связано со значительной трудоемкостью выполнения работ при использовании общепринятой методики определения концентрации взвешенных и донных наносов в потоке. Тем не менее, мутность воды является одним из ключевых показателей качества воды для различных видов водопользования. Донные наносы являются продуктом эрозионной деятельности рек и сами участвуют в строении их русел. Естественные изменения речного стока сказываются на режиме деформаций русел и качестве их вод как с точки зрения содержания взвешенных веществ минерального происхождения, так и деформаций русел, выражающихся в размыве берегов и разрушений населенных пунктов. Техногенные нарушения речных русел видоизменяют режим движения потока и количественные показатели деформаций русла и берегов, и как следствие, режим наносов – появляются зоны отложения и размыва донных и взвешенных наносов. Режим наносов в свою очередь, влияет на качество воды, состав донных отложений и условия обитания гидробионтов.
Исследование проводится на основе применения современных и экспериментальных методов и технологий натурных наблюдений и компьютерного моделирования. Это исследование углубит теоретические представления о взаимодействиях в системе поток-русло, в результате будут предложены методы определения и прогноза стока наносов, русловых деформаций, компьютерного моделирования рек, что создаст основу для дальнейшего изучения динамики проблемных участков и решения практических задач оптимизации техногенных воздействий, защиты прибрежных населенных пунктов от вредного воздействия вод и ведения экологического мониторинга.
Общий план работ на весь срок выполнения проекта:
1. Обобщение материалов дистанционного зондирования (аэро- и космоснимки) по проблемным участкам рек находящихся в естественных условиях и под техногенным воздействием. 2016.
2. Разработка программы полевых исследований и мониторинга динамических процессов на проблемных участках русел. 2016.
3. Выполнение опытно-конструкторских работ по созданию и доработке приборов для отбора проб донных наносов, экспресс-анализа концентрации взвешенных наносов. 2016-2018
4. Проведение полевых работ, необходимых для изучения скоростного поля потоков, определения концентрации и движения наносов, построения цифровых моделей рельефа русловых систем, оценки русловых деформаций, выявления влияния концентрации взвешенных наносов на гидробионтов, с применением акустического доплеровского профилографа (ADP) и экспериментальных авторских приборов, в том числе с применением водолазных методов исследования с верификацией результатов традиционными способами определения концентрации и состава наносов. 2016-2018
5. Построение компьютерных моделей, развитие теории и практики компьютерного моделирования рек на основе существующих моделирующих систем, позволяющих создавать одно- и двумерные модели системы поток-русло. 2016-2018
6. Разработка методов расчета и прогноза стока наносов и русловых деформаций, экспресс-методов оценки концентрации взвешенных и донных наносов. 2016-2018.
7. Развитие теории и практики компьютерного моделирования сложных участков рек. 2016-2018