The intrusion of sea water into the Don Delta during the low-water period

Full Text

Введение

Устьевая область Дона представляет собой ключевой район бассейна Азовского моря, где происходят сложные взаимодействия речных и морских вод. Этот район простирается на 291 км от условной линии, соединяющей Должанскую и Белосарайскую косы в Таганрогском заливе, на западе до ст. Раздорской на востоке. Он включает в себя устьевой участок от ст. Раздорской до вершины дельты в районе г. Ростова-на-Дону, дельту Дона и Таганрогский залив. Устьевая область Дона относится к бесприливному типу с многорукавной дельтой выполнения залива и отмелым полузакрытым устьевым взморьем [15].

Дельта Дона хорошо освоена в хозяйственном отношении. Этот район активно используется для судоходства и хозяйственной деятельности. Через порты Ростов-на-Дону и Азов ежегодно происходит перевалка значительной части российского зерна, идущего на экспорт. В дельте Дона расположены водозаборные сооружения, обеспечивающие хозяйственно-бытовое водоснабжение Азова и части Азовского района, Таганрога, а с 2023 г. и Донецкой Народной Республики.

Устье Дона подвержено различным опасным гидрологическим явлениям. Здесь в ХIХ–ХХI вв. наблюдались стоковые и нагонные наводнения, опасные обмеления, опасные ледовые и морфодинамические процессы, ухудшение качества речных вод, заиление рукавов и морских каналов, а также сильные проникновения морских соленых вод в рукава дельты Дона.

Интрузия морских соленых и солоноватых вод в устьях рек – распространенный процесс [7, 14, 21]. Согласно руководящим документам, к сильному проникновению морских соленых вод относят проникновение соленых вод по водотокам устьевого участка реки на значительное расстояние от моря, при котором создается угроза нормальному водоснабжению из реки промышленных предприятий и населенных пунктов [18]. Вода, имеющая соленость > 1‰, как правило, не пригодна для питьевого и промышленного водоснабжения. В ней наблюдаются повышенные показатели хлоридов, сульфатов и общей жесткости [4]. В настоящее время к категории опасных гидрологических процессов принято относить превышение соленостью воды 1‰, а особо опасных – превышение 3‰ [7]. Однако стоит отметить, что в дельте Дона порою наблюдается естественный фон минерализации самих речных вод > 1‰ в силу климатических и антропогенных преобразований речного стока [4, 10].

В исследованиях ЮНЦ РАН неоднократно было зафиксировано проникновение соленых вод в дельту Дона. Во время сильного нагона в июне 2014 г. наблюдался подъем уровня моря до 1.7 м, а соленость в устье Дона достигала 5‰ [8]. В сентябре 2014 г. вода с повышенной (5–9‰) соленостью проникла по Дону до Азова, где она закачивалась в городской водопровод. Впоследствии подобное повторялось несколько раз, наиболее значительно в феврале 2021 г. [4].

Наблюдаемые в последние десятилетия климатические изменения привели к значительной трансформации условий среды в бассейне Дона и в Азовском море. Маловодье Дона, начавшееся в 2007 г. и являющееся самым длительным за последние 100 лет, привело к значительному сокращению пресного стока и увеличению солености в Таганрогском заливе и собственно Азовском море. Средняя соленость воды в Азовском море после 2020 г. стала > 14‰, что ранее не наблюдалось, и подтверждает переход Азовского моря в новое состояние [2]. Анализ экспедиционных данных океанологических исследований ЮНЦ РАН свидетельствует о том, что сокращение стока Дона до исторических минимумов наряду с аномальной адвекцией черноморских вод привело к росту средней солености Таганрогского залива в 2014–2016 и 2020–2021 гг. до 10‰ [3]. Помимо этого, на развитие интрузии соленых вод в дельту Дона влияет рост уровня Азовского моря [13].

Таким образом, указанные выше факты определяют необходимость изучения и прогнозирования гидрофизических процессов для эффективного управления природными ресурсами и минимизации негативных последствий опасных гидрологических явлений. Отдельное внимание стоит уделить оценке изменчивости поступления соленых вод в дельту Дона, а также определению дальности проникновения относительно устьевого створа, продолжительности опасного осолонения вод и максимальной величине солености в пунктах гидрологических наблюдений.

Материалы и методы

С целью изучения поступлений соленых вод в дельту Дона использованы материалы наблюдений за уровнем воды на гидропосту (ГП) ЮНЦ РАН, расположенном в х. Донском, и ГП Эмерсит-0239 [19], расположенном в устье р. Темерник (рис. 1), за 2018, 2020 и 2021 гг.; промеры глубин рукавов Старый (Ст.) Дон, Большая (Б.) Каланча и Б. Кутерьма дельты р. Дон, выполненных ЮНЦ РАН; данные АИС ГМВО о ежесуточных расходах воды в вершине устьевой области на ГП Раздорская и о среднесуточных уровнях воды ГП Ростов, Дугино и Азов за 2018, 2020 и 2021 гг.; а также фондовые данные об уровнях на ГП Перебойный за 2015 г. и о случаях поступления соленых вод в дельту за период 1970–1990 гг. Кроме того, использованы результаты собственных измерений авторами статьи температуры и электропроводности воды, выполненных с помощью океанологических зондов “SBE-19”, “CTD-60M”, “CTD-90M”, “CTD-48M” (измерение гидростатического давления, температуры воды, электропроводности и солености) и измерителя течений “AANDERAA RCM 9LW” в рамках специальных наблюдений и экспедиционных работ на НИС “Профессор Панов”. Также использованы данные автоматических измерений с дискретностью 10 мин системой датчиков уровня, электропроводности и температуры воды на ГП Донской (кондуктометр “СЛ15-10Т” (с датчиком электропроводности и температуры “ДЭТ9-10Т”) производства ООО ОКБ “СОЛИС”, кондуктометрический датчик солености конструкции П.С. Пляки [16]). Значения температуры и электропроводности воды, измеренные зондами и датчиками, пересчитывались в значения солености в единицах практической солености (е.п.с.) по уравнению состояния морской воды УС-80. С целью сравнения фондовых данных о поступлении соленых вод и современных значений определялась соленость по хлорности в отобранных во время нагонов пробах воды в створе ГП Азов.

 

Рис. 1. Картосхема территории расположения гидропостов и расчетных створов в дельте Дона.

 

Вопросы дальности проникновения осолоненных вод в дельты рек (далее – проникновение L_s) в отечественной литературе подробно рассмотрены в работах [11, 12, 14], в которых условно можно выделить два подхода к определению L_s: на основании гидравлических соотношений – “гидравлический” метод и с использованием коэффициента продольной дисперсии – “дисперсионный” метод.

В первом случае расчет проникновения L_s и связанных с ней предела распространения нагона L и дальности проявления обратных течений L_v выполнялся согласно подходам, изложенным в [11, 12], по формулам (1)–(3):

дальность проникновения обратных течений

$Lv=L-\sqrt{\frac{2Q_{p}L\Delta t}{B\Delta H}}$, (1)

B – ширина устьевого участка реки; L – предел распространения подпора; ∆H – подъем уровня воды на морском крае дельты; Q_p – расход воды на верхней границе (в вершине) устьевой области; ∆t – время развития нагона;

предел распространения нагона (точка, в которой ∆H ≤10 см), здесь ∆H – изменение уровня воды в заданном створе на расстоянии L

$L=\frac{1}{m}\text{ln}\left(\frac{\Delta H}{0.1}\right)$, (2)

$m=1.21\times {10}^{-5}{Q}_p+0.011$,

проникновение

$L_s=LA-\sqrt{[L^2}{A}^2-Lv\left(2L-L_v\right)]$, (3)

$A=1+\frac{h_o}{\Delta H}$,

h_o – глубина русла при нормальном уклоне водной поверхности.

Во втором случае использовалось решение уравнения конвективно-диффузионного переноса в одномерной постановке задачи (ось х направлена в сторону реки)

$\frac{\partial S}{\partial t}+v\frac{\partial S}{\partial x}=\frac{\partial }{\partial x}\left(Dx\frac{\partial S}{\partial x}\right)$. (4)

При осреднении за весь период нагона получаем

$\frac{\partial S}{\partial t}=-\frac{Q_p}{\omega Dx}S$, или

$Dx=-\frac{Q_p{S}_{ср}\partial x}{\omega \partial S}$, или

при $D=\text{const}$ $S_p=S_{м}{e}^{-\frac{Qx}{BhD}}$, (5)

после логарифмирования (5)

$L_s=\text{ln}\frac{S_{м}}{S_p}\frac{BhD}{Q}$, (6)

Dx – коэффициент продольной дисперсии; Q_p – расход воды; ω – площадь поперечного сечения; В, h – ширина и глубина русла (соответственно); ∂x – расстояние от устьевого створа до расчетного створа; t – время; v – скорость потока; S – соленость (S_м – моря, S_p – реки); ∂S = S устьевого створа – S расчетного створа.

На первом этапе работы были проведены расчеты “гидравлическим” методом по формулам (1), (2), (3) для 29 случаев проникновения осолоненных вод в дельту р. Дон, зафиксированных на ГП Донской в 2018, 2020 и 2021 гг., на втором этапе – “дисперсионным” методом по формуле (6). При расчете “дисперсионным” методом использованы максимальные значения параметров, входящих в расчетную формулу.

При расчетах принимались следующие параметры. Среднее время добегания расхода воды от ГП Раздорская до ГП Азов (ГП Рогожкино) принято 2 сут (из практики работы отдела гидрологических прогнозов Ростовского ЦГМС) с добавлением боковой приточности в размере меженного расхода р. Маныч, равного 20 м³/с. Распределение стока по рукавам дельты с учетом маловодного периода и малых величин расходов (211–569 м³/с), согласно [5], принято 40% (рук. Ст. Дон) 60% (рук. Б. Каланча – Б. Кутерьма). Коэффициент продольной дисперсии Dx, согласно [17], рассчитывался по формулам:

$D_{\text{max}}=43000R{V}_{\text{max}}{C}^{-2.63}$, (7)

$D_{\text{min}}=43000R{V}_{ср}{C}^{-2.63}$, (8)

R – гидравлический радиус расчетного створа (при R ≥ 3 принимается равным Н_ср); С – коэффициент Шези; V_cp и V_max – средняя и максимальные скорости соответственно.

Среднее время добегания осолоненых вод от устьевого створа до ГП Донской по результатам наблюдений составляет 1 ч. Коэффициент шероховатости русла n, согласно [21], принят равным 0.025. Уклон водной поверхности в рукавах Ст. Дон и Б. Каланча – Б. Кутерьма принимался единым по уклону ГП Донской – ГП Эмерсит-0239. Высотная и плановая привязка мгновенных уровней воды и уровней подвеса уровнемера на гидропостах проводилась с помощью приемника “EFT M4” и полевого контроллера “EFT H3” в режиме “Real Time Kinematic” (RTK) с привязкой к базовым станциям “EFT Course” (Ростов-на-Дону и Таганрог). Предварительно по параллельным наблюдениям в период с 27.05.2015 по 31.12.2015 между постами Донской и Перебойный была вычислена связь между уровнями воды в устье рукава Ст. Дон и в устье рук. Б. Каланча – Б. Кутерьма (коэффициент корреляции r = 0.86).

В качестве расчетных створов приняты створы ГП Донской (7.1 км от устья рук. Старый Дон) и ГП Рогожкино (12.1 км от устья рук. Б. Кутерьма) (рис. 1) для которых были определены средняя глубина створа, ширина створа, площадь поперечного сечения и их связь с уровнями воды на этих постах.

Как отмечено выше, для “дисперсионного” метода в формуле (6) приняты максимальные параметры солености во время нагона. Вместе с тем представилось целесообразным задать ход солености на устьевом створе исходя из времени добегания осолоненных вод от устьевого створа до ГП Донской, принимая соленость на устьевом створе как соленость морских вод, а соленость на ГП Донской как соленость речных, а затем осолоненных вод. Таким образом, на основе уравнения (6) проведены расчеты проникновения L_s с дискретностью 1 ч для каждого из 29 случаев проникновения осолоненных вод в динамике (“динамический” метод).

Результаты и обсуждение

Дельта Дона относится к неприливным устьям рек [11]. Вместе с тем стоит отметить, что основная движущая сила и механизм интрузии соленых вод в рукава дельты Дона – штормовые нагоны, высота которых для нагонов обеспеченности 1, 50 и 75% составляет 3.2, 1.4 и 1.1 м БС соответственно. Средняя высота подъема уровня среди пятидесяти нагонов с максимальным уровнем > 1 м в 2015–2020 гг., которые были зафиксированы уровнемером на ГП Донской, составляет 1.2 м. Мелководность Таганрогского залива (средняя глубина 4.9 м) и штормовая погода во время развития нагонов, как правило, обеспечивают хорошее вертикальное перемешивание водных масс и слабую стратификацию в зоне смешения морских и речных вод. Параметр стратификации n, вычисленный по формуле (9) на основе данных вертикального профилирования водной толщи океанологическими зондами во время нагонов в сентябре 2014 г., декабре 2015 г., июле 2019 г. и апреле 2021 г., 2014 г., составляет 0.19, 0.028, 0.002 и 0.011 соответственно:

$n=\Delta S/S_{\text{cp}}$, (9)

где ∆S – вертикальный градиент солености, S_ср – средняя соленость по вертикальному профилю.

Специальные наблюдения за интрузией соленых вод, проведенные на НИС “Профессор Панов” в рук. Ст. Дон во время двух нагонов в ноябре 2022 г., показали, что вдоль продольной оси рукава параметр n принимает значения в диапазоне от 0 до 0.43 (рис. 2).

 

Рис. 2. Распределение параметра стратификации n в рук. Ст. Дон во время нагона 18.11.2022 (1) и 23.11.2022 (2).

 

Это свидетельствует о том, что в большинстве случаев преобладает первый тип вертикального перемешивания, стратификации и проникновения соленых вод и реже наблюдается второй тип, характеризующийся частичным вертикальным перемешиванием и умеренной стратификацией [14].

Основные параметры проникновения соленых вод в дельту определяются гидрологической структурой и гидродинамикой вод Таганрогского залива, объемом пресного речного стока в Таганрогский залив, качеством речной воды, главным образом минерализацией, на устьевом участке Дона и сгонно-нагонными колебаниями уровня [1, 9]. Современные изменения этих условий приводят к усилению роли морских факторов в развитии дельты и увеличению частоты затоков соленых вод и абсолютных значений солености воды, поступающей в дельту Дона.

В [6, 20] отмечено, что в 1976 г. при нагоне была достигнута соленость воды > 1‰ у Ростова-на-Дону, а в 1979, 1981 и 1990 гг. у г. Азова и х. Дугино ветровые нагоны обусловливали соленость воды до 2–3‰. Однако уже в 2014 г. во время экстремального нагона в Азове была зафиксирована соленость 5.6‰, а во время сильного нагона в феврале 2021 г. – 6.9‰. Более того, за период 2018–2021 гг. авторами статьи на ГП Донской были инструментально зафиксированы не менее 29 случаев проникновения соленых вод в рук. Ст. Дон во время нагонов.

Ретроспективный анализ случаев поступления соленых вод в дельту показывает увеличение солености при одинаковом подъеме уровня воды во время нагонов в створе ГП Азов (рис. 3).

 

Рис. 3. Соленость (1) и уровень воды (2) во время нагонов на ГП Азов в 1973–2021 гг.

 

В целом, можно отметить, что сокращение пресного стока Дона приводит к росту солености поступающих в дельту вод вследствие увеличения солености в Таганрогском заливе и смещения фронтальной зоны 7–10‰ на восток. Так, зимой 2021 г. в условиях формирования указанной фронтальной зоны в районе траверза Павло-Очаковской косы в восточной части залива и зимней межени без навигационных попусков с характерными расходами в вершине дельты порядка 220–230 м³/с при сильном нагоне с достижением неблагоприятных отметок в период с 12 по 14 февраля – в открытом русле р. Дон на ГП Азов 14.02.2021 была зафиксирована соленость воды 5.3‰, а к концу дня в водопроводной сети г. Азова – 6.9‰. Годом ранее, в апреле 2020 г. при почти таких же расходах воды (~240 м³/с) в вершине дельты и уровнях воды соленость в створе ГП Азов поднялась всего до 1‰, так как градиентная зона располагалась значительно западнее. Это было обусловлено тем, что среднемесячные величины расхода воды в октябре–декабре 2019 г. на ГП Раздорская составляли 434–513 м³/с, а в октябре–декабре 2020 г. – лишь 287–309 м³/с. При прохождении “шторма века” через Азовское море и развитии третьего по высоте за последние 30 лет нагона в дельте Дона 27.11.2023 (уровень воды на ГП Азов составил 747 см при отметке опасного явления в 700 см) соленость воды в створе ГП Рогожкино была ≤2‰ в силу того, что в предшествующий нагону период изогалина 2‰ находилась на траверзе Чумбур-Косы в 30 км к западу от устьевого створа. Такое распределение солености в Таганрогском заливе осенью 2023 г. стало следствием повышенного стока пресных вод. Средний расход воды на ГП Раздорская за август–ноябрь 2023 г. составил 572 м³/с.

С целью оценки дальности проникновения соленых вод в дельту Дона выполнены расчеты тремя описанными выше методами для 29 случаев проникновения соленых вод в период с 2018 по 2021 г. Параметры интрузии соленых вод и результаты расчетов приведены в табл. 1, на рис. 4 (для рук. Ст. Дон) и рис. 5 (для рук. Б. Каланча – Б. Кутерьма).

 

Таблица 1. Сводные данные об интрузиях и дальности проникновения соленых вод в дельту Дона в 2018–2021 гг.

Дата	Время Smax	Расход, м3/с			Соленость, е.п.с.		Максимальный уклон, ‰		Дальность проникновения осолоненных вод, км
		Раздорская	ст. Дон (40%)	Каланча (60%)	моря (max)	реки (min)	Cт. Дон	Каланча	“Гидравлический” метод		“Дисперсионный” метод				“Динамический” метод (при Δ = 1 ч)
											Ст. Дон (Донской)		Б. Кутерьма (Рогожкино)		Ст. Дон (Донской)		Б. Кутерьма (Рогожкино)
									Ст. Дон	Каланча	min	max	min	max	min	max	min	max
25.12.2018	21:40	378	151	227	4.61	0.72	–0.030	–0.030	16.14	13.65	79.38	101.06	55.98	57.41	101.56	195.33	39.97	52.39
12.02.2020	20:10	362	145	217	3.02	0.58	–0.008	–0.008	3.59	2.58	28.52	38.87	30.07	50.58	51.46	126.03	16.24	23.13
25.02.2020	8:10	371	144	227	2.2	0.86	–0.001	–0.001	5.15	3.81	6.78	10.98	7.56	29.37	11.97	48.54	8.20	13.09
28.02.2020	18:40	347	117	230	2.82	0.8	–0.007	–0.007	2.43	1.59	22.97	31.81	20.25	30.29	33.79	87.01	4.83	8.30
11.03.2020	19:30	275	100	175	3.54	0.8	0.000	0.000	–3.53	–5.45	5.18	11.88	5.78	12.47	9.70	77.61	9.45	15.11
15.03.2020	8:00	249	100	149	1.12	0.89	–0.002	–0.002	–1.04	–1.57	1.75	2.84	2.54	3.62	4.51	17.39	1.98	3.16
15.03.2020	18:50	246	98	148	1.15	0.96	–0.001	–0.001	–1.46	–1.96	0.88	1.63	1.31	2.06	2.33	12.10	1.51	2.69
16.03.2020	18:10	246	98	148	1.03	0.92	0.000	0.000	–0.82	–1.31	0.19	0.58	0.28	2.00	0.52	6.20	1.38	2.50
20.03.2020	2:20	211	84	127	0.97	0.8	–0.002	–0.002	–0.64	–1.16	1.74	2.76	2.42	5.45	4.62	16.91	0.73	1.21
30.03.2020	5:00	255	102	153	1.08	0.9	0.000	0.000	–0.83	–1.43	0.48	1.12	0.70	3.74	1.28	10.29	0.75	1.23
17.04.2020	10:00	321	128	193	1.94	0.89	–0.003	–0.003	–1.60	–2.94	10.83	15.94	13.29	18.06	18.45	58.74	8.54	12.57
22.04.2020	16:50	330	132	198	1.08	0.78	–0.020	–0.020	15.40	14.21	9.07	11.79	9.65	2.77	17.12	35.00	0.46	0.92
27.04.2020	7:50	314	126	188	1.32	0.72	–0.006	–0.006	1.29	–0.10	10.68	14.85	12.87	15.02	19.95	52.34	5.50	7.74
12.10.2020	16:00	350	140	210	1.37	0.55	–0.007	–0.007	0.98	–0.18	10.03	13.94	13.49	8.31	25.86	65.16	0.90	2.56
14.10.2020	18:20	362	145	217	1.64	0.51	–0.001	–0.001	–1.74	–2.39	3.37	6.32	4.94	17.34	9.68	50.32	2.37	4.52
30.10.2020	11:10	396	158	238	1.11	0.43	–0.001	–0.001	–0.42	–0.65	3.48	5.89	5.10	10.76	9.75	41.10	0.41	0.79
05.02.2021	16:10	447	179	268	3.58	0.28	–0.002	–0.002	–3.12	–4.68	12.85	20.63	17.93	20.97	29.21	112.62	7.29	11.98
07.02.2021	4:40	463	181	282	2.78	2.09	–0.001	–0.001	–3.52	–4.81	1.10	1.83	1.49	3.58	2.70	10.96	8.21	13.46
10.02.2021	3:40	376	150	226	2.41	0.35	–0.007	–0.007	3.57	2.13	22.72	31.59	28.07	34.14	50.92	130.18	14.43	20.05
11.02.2021	6:20	286	114	172	2.19	1.54	–0.001	–0.001	–2.84	–3.97	1.55	2.87	2.12	8.83	3.86	20.04	12.23	17.37
14.02.2021	1:10	394	158	236	9.91	0.65	–0.008	–0.008	3.70	0.19	56.73	77.04	58.04	96.34	83.67	207.43	46.80	63.67
03.03.2021	3:40	383	153	230	4.77	0.39	–0.001	–0.001	–3.44	–4.88	13.31	22.30	16.04	69.10	27.46	118.60	6.17	11.27
05.03.2021	4:50	404	162	242	2.57	0.6	–0.004	–0.004	0.27	–0.50	12.26	17.93	16.81	6.04	27.72	83.27	2.87	5.51
08.03.2021	2:20	463	185	278	2.08	0.74	0.000	0.000	–	–	2.65	5.24	3.56	18.13	5.99	36.26	3.16	5.46
13.03.2021	7:30	324	130	194	1.7	0.5	–0.055	–0.055	41.88	38.78	88.22	110.16	54.94	11.08	104.05	183.91	14.95	20.34
17.03.2021	14:30	280	112	168	2.14	0.5	–0.001	–0.001	–0.78	–1.68	8.08	13.70	10.83	38.87	20.76	88.62	8.68	13.76
18.03.2021	16:10	251	100	151	1.35	0.85	0.000	0.000	–2.81	–3.80	0.55	2.08	0.79	10.33	1.47	23.88	3.05	5.81
20.03.2021	17:40	292	117	175	1.07	0.6	–0.001	–0.001	–1.10	–1.49	3.10	5.35	4.29	13.03	7.69	34.49	0.30	0.61
21.04.2021	4:30	356	142	214	1.25	0.57	–0.004	–0.004	–0.21	–0.95	8.53	12.42	10.36	19.93	16.99	51.01	3.28	4.95

 

Рис. 4. Средняя (а) и максимальная (б) дальность проникновения осолоненных вод в рук. Старый Дон, рассчитанные “гидравлическим” (1), “дисперсионным” (2) и “динамическим” (3) методами.

 

Рис. 5. Средняя (а) и максимальная (б) дальность проникновения осолоненных вод в рук. Б. Каланча – Б. Кутерьма, рассчитанные “гидравлическим” (1), “дисперсионным” (2) и “динамическим” (3) методами.

 

В целом, результаты расчетов “дисперсионным” и “динамическим” методами имеют один порядок величин, в то время как при применении “гидравлического” метода значения L_s занижены из-за не учета динамики процесса. Принятая ранее в [11] максимальная L_s =15 км на фоне существенного снижения стока р. Дон, осолонения Азовского моря и Таганрогского залива должна быть откорректирована до величин 30–35 км. Последнее подтверждается материалами наблюдений ЮНЦ РАН, полученными в ходе экспедиции 13.02.2021, когда в районе х. Колузаево (34.5 км от устьевого створа), ГП Дугино (22.3 км) и ГП Рогожкино (11.7 км) была зафиксирована соленость 0.85, 3.24 и 3.97 е.п.с. соответственно. Максимальная же соленость, равная 9.91 е.п.с., зафиксирована на ГП Донской (7.1 км от устьевого створа) в 00 ч 00 мин 14.02.2021.

Для выяснения причин явного завышения средних и максимальных значений L_s 25.12.2018, 12.02.2020, 10.02.2021, 14.02.2021 и 13.03.2021 были проанализированы зависимости средней L_s (L_sср) от расчетных факторов при нагоне 25.12.2018–26.12.2018: гидравлического радиуса расчетного створа R (H_ср), ширины расчетного створа (В), площади поперечного сечения ω, коэффициента продольной дисперсии (D), соотношения солености морской и речной воды (S_м/S_p) и уклона воды в дельте (i).

Из полученных соотношений, представленных на рис. 6 для нагона 25–26 декабря 2018 г., следует, что наибольшее влияние на результаты расчета имеют R и связанные с ним соотношениями В и ω. Сила связи D_min, S_м/S_p и i значительно меньше.

 

Рис. 6. ГП Донской, ветровой нагон воды 25.12.2018–26.12.2018, зависимость средней дальности проникновения осолоненных вод от гидравлического радиуса расчетного створа R (H_ср) (а), ширины расчетного створа В (б), площади поперечного сечения ω (в), коэффициента продольной дисперсии D (г), соотношения солености морской и речной воды S_м/S_p (д), уклона воды в дельте i (е).

 

Так как берега дельты низменны и выход воды на пойму за прирусловые валы при ветровом нагоне происходит при отметках уровня 0.8–1.0 мБС, то недоучет распластывания нагонной волны и затопления дельты приводит к завышению значений гидравлического радиуса (Н_ср) и, соответственно, результатов расчетов.

Выводы

Проведенные исследования показали, что “дисперсионный” и “динамический” методы расчета дальности проникновения осолоненных вод в рукава дельты р. Дон дают достаточно хорошее представление о характере этого процесса и близкие к реальным значения дальности проникновения. “Гидравлический” метод, по-видимому, приводит к занижению результатов расчета. Следует считать уточненной для рассматриваемого периода дальность проникновения осолоненных вод в дельту р. Дон в пределах 30–35 км. При расчетах следует учитывать распластывание стока нагонной волны и связанное с этим изменение гидравлического радиуса в расчетном створе.

Следует отметить, что современные условия развития устьевой области Дона – такие как продолжающийся период маловодья, рост солености моря и Таганрогского залива, рост относительного уровня Азовского моря, колебания среднегодовой минерализации воды на устьевом участке Дона, планы по сокращению навигационных попусков через Цимлянский гидроузел до 180 м³/с в течение двух третей года после ввода в эксплуатацию строящегося Багаевского гидроузла – позволяют ожидать увеличения частоты проникновения соленых вод в дельту. Важно отметить, что негативные эффекты поступления соленых вод касаются не только качества воды, поступающей в водозаборы (прежде всего общая минерализация, жесткость и концентрация хлоридов и сульфатов), но и гораздо более широкого комплекса последствий.

Авторы выражают благодарность Д.В. Магрицкому за помощь в работе с фондовыми данными.

About the authors

A. V. Kleshchenkov

Southern Scientific Center, Russian Academy of Sciences

Author for correspondence.
Email: kle-aleksej@yandex.ru
Russian Federation, Rostov-on-Don, 344006

V. A. Kostyuk

Southern Scientific Center, Russian Academy of Sciences

Email: kle-aleksej@yandex.ru
Russian Federation, St. Petersburg, 199397

A. Yu. Moskovets

Southern Scientific Center, Russian Academy of Sciences

Email: kle-aleksej@yandex.ru
Russian Federation, St. Petersburg, 199397

E. G. Aleshina

Southern Scientific Center, Russian Academy of Sciences

Email: kle-aleksej@yandex.ru
Russian Federation, St. Petersburg, 199397

References

Supplementary files