Актуальность исследования. Устьевая область р. Волги изучена намного лучше, чем устья других рек России. Наиболее крупные работы выполнены Б. А. Аполловым, С. С. Байдиным, В. В. Валединским, Г. Ф. Красножоном, Ф. Н. Линбергом, В. Н. Михайловым, В. Ф. Полонским, М. М. Роговым, И. В. Самойловым, Н. А. Скриптуновым и др. В последние десятилетия активное участие в изучении устья р. Волги принимали сотрудники ИВП РАН, ГОИНа, географического факультета МГУ. Ими достигнуты серьезные результаты в области гидрологии и гидрохимии устьевой области р. Волги.
Несмотря на это, недостаточно внимания уделялось мелководному устьевому взморью (МУВ) р. Волги (отмелой зоне устьевого взморья). Оно занимает площадь около 9 тыс. км и имеет огромное значение для рыбного хозяйства Каспийского моря. Обширное мелководное хорошо прогреваемое и сильно заросшее высшей водной растительностью пресноводное взморье, аккумулирующее большую часть твердого стока р. Волги, является основной кормовой базой мальков промысловых рыб Северного Каспия [56]. Природные условия этого региона и примыкающей мелководной части Северного Каспия являются определяющими для прохода и нереста многих ценных пород рыб, развития икры и нагула молоди. Географическое положение мелководного взморья р. Волги на стыке одного из важнейших в стране речного пути с морским определяет и большое транспортное значение данного региона.
В настоящее время имеется ряд работ, посвященных исследованию естественных условий устьевого взморья р. Волги, но большинство из них не в состоянии удовлетворить современные научные и практические запросы, тем более что до последнего времени динамика мелководного устьевого взморья изучена чрезвычайно слабо. Исключением являются пересекающие взморье рыбоходные и судоходные каналы, при этом большая часть его площади остается мало исследованной.
Слабая изученность мелководного устьевого взморья связана с его труднодоступностью из-за малых глубин (1 — 2 м) и зарослей макрофитов. Дефицит информации заметно обострился в последние 10−15 лет, когда произошло резкое сокращение объема гидрометеорологических исследований в устье р. Волги. Значительная часть материалов и выводов, полученных ранее, устарела и не может быть использована для характеристики современных условий. Постепенное накопление натурных данных, данных космических съемок, появление новых технологий обработки космических снимков позволяет получить новые научные и прикладные результаты.
ISA с т vA
Цель исследования заключается в определении пространственно-временных закономерностей гидролого-морфологических процессов на мелководном устьевом взморье р. Волги на основе компьютерной обработки материалов космических фотосъемок. Для этого потребовалось решить ряд частных задач:
1. Изучить существующие методы дешифрирования и возможности компьютерной обработки графических данных применительно к материалам космических фотосъемок.
2. Создать электронный атлас фотокарт мелководного устьевого взморья р. Волги, включающий 43 фотокарты за период с 1975 по 1997 гг., выполненные в едином масштабе
О 1:200 ООО, пространственно совмещенные и имеющие наземное разрешение 20 м. ^ ^ 3. Разработать методику составления карт стоковых течений мелководного устьевого взморья р. Волги по космическим фотоснимкам.
4. Составить карты основных элементов природных комплексов мелководного устьевого взморья р. Волги, необходимые для оценки современного гидрологического состояния и прогноза изменений в будущем: карты надводной растительности за разные годыЛ карты стоковых течении в половодье и межень при различных уровнях стояния Каспийского моря.
5. * Уточнить внешние границы и существующее гидрографическое районирование мелководного устьевого взморья р. Волги на основе изучения переноса водных масс и наносов.
6. Изучить процессы, влияющие на формирование мелководного устьевого взморья р. Волги, в том числе: колебания уровней воды различного характеразакономерности зарастания высшей водной растительностью на всех участках мелководного взморья с учетом сезонной и многолетней динамикизакономерности распространения стоковых течений при различных гидрометеорологических условиях.
7.) Разработать компьютерную программу расчета площадей мелководного устьевого взморья р. Волги, занятых надводной растительностью и стоковыми течениями. Получить количественные характеристики в границах выделенных районов.
Методика исследований и фактический материал. Основная идея исследования заключалась в применении современных методов компьютерной обработки графических данных к изучению материалов космических съемок. Пространственные распределения водных объектов, изменение гидрографической сети мелководного устьевого взморья, миграция морского края дельты, развитие дельты в местах выхода проток изучались на основе современных компьютерных технологий, что обеспечило получение главных научных результатов. Нами разработаны и использованы методика создания карт стоковых течений мелководного устьевого взморья р. Волги по космическим фотоснимкам и методика расчета площадей распространения надводной растительности и стоковых течений на мелководном устьевом взморье р. Волги по космическим фотоснимкам.
В работе использованы материалы космических съемок за период с 1975 по 1997 гг., выполненные камерой КФА-1000 с космических аппаратов серии «Ресурс-Ф1М», а также данные натурных исследований устьевого взморья р. Волги экспедициями ИВП РАН и ГУ ГОИН.
Предметом защиты являются научные, методологические и прикладные результаты изучения динамики мелководного устьевого взморья р. Волги под влиянием природных и антропогенных факторов за период с 1975 по 1997 гг. на основе использования материалов космических съемок:
1. Новые данные по распространению стоковых течений и надводной растительности на мелководном устьевом взморье р. Волги, закономерности зарастания надводной растительностью при повышении уровня Каспийского моря от -29,0 до -26,7 м БС, оценка стока воды и наносов по районам, данные по динамике морского края дельты.
2. Гидрографическое районирование мелководного устьевого взморья р. Волги, уточненное по составленным картам стоковых течений. Уточнение внешних границ региона.
3. Компьютерная методика составления карт стоковых течений мелководного устьевого взморья р. Волги по космическим фотоснимкам и расчета площадей распространения стоковых течений и надводной растительности.
А. Фоновый прогноз будущей русловой сети в пределах мелководного устьевого взморья р. Волги при уровне Каспийского моря ниже -26,7 м БС и предложения по трассированию рыбоходных каналов в целях уменьшения их заносимости и увеличения пропускной способности.
Научная новизна работы.
1. Уточнены внешние границы и гидрографическое районирование мелководного устьевого взморья р. Волги по составленным картам стоковых течений. Южная морская граница установлена впервые по зоне схождения речных стоковых струй и морских вдольбереговых течений.
2. Впервые создан электронный атлас стоковых струй мелководного устьевого взморья р. Волги за период с 1975 по 1997 гг. Число струй в атласе превышает 300. Минимальная ширина струи 20 м. Каждая струя представлена в виде отдельного объекта данных и имеет точные координаты на местности. у. Впервые составлены карты стоковых течении мелководного устьевого взморья р. Волги в масштабе 1:200 ООО при различных уровнях стояния Каспийского моря: в половодье при уровне моря от -29,0 до -28,2 м БС
— в половодье при уровне моря от -28,2 до -26,1 м БС
— в межень при уровне моря от -28,2 до -26,7 м БС
— все течения за период с 1975 по 1997 гг.
4. Определены закономерности изменения площадей распространения надводной растительности на мелководном взморье р. Волги при повышении уровня Каспийского моря от -29,0 до -26,7 м БС. i
5. Разработана компьютерная* методика составления карт стоковых течений мелководного устьевого взморья р. Волги по космическим фотоснимкам.
Практическая значимость исследования связана с возможностью использования его результатов для трассирования судоходных и рыбоходных каналов на мелководном устьевом ^ взморье р. Волги, планирования прокосов высшей водной растительности и других мелиоративных мероприятий, оценки запасов и путей транспортировки тростника к местам использования или переработки.
Разработанная в рамках методики компьютерная программа для расчета площадей, занятых надводной растительностью и стоковыми течениями, позволяет уменьшить затраты труда и времени при численной обработке космических снимков.
Апробация работы и публикации. Основные положения и результаты диссертационной работы доложены на четырех конференциях. На конференции молодых ученых Института водных проблем РАН в 2003 году работа отмечена премией. Результаты <�Ц исследований частично использованы при разработке ФЦНТП Мировой Океан 6.8. По теме диссертации опубликованы две статьи и тезисы на двух конференциях, еще две статьи находятся в печати.
Структура и объем работы. Диссертация включает введение, четыре главы, заключение и четыре приложения. Она изложена на 215 страницах машинописного текста (в т.ч. 72 рисунка, 48 таблиц).
Список литературы
насчитывает 64 наименования.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
1. По материалам космических съемок уточнены границы и размеры мелководного устьевого взморья р. Волги за период с 1975 по 1997гг. Южная морская граница мелководного взморья установлена впервые по зоне схождения речных стоковых струй и морских вдольбереговых течений. Уточнено гидрографическое районирование мелководного устьевого взморья с учетом расположения основных групп стоковых струй.
2. Разработана методика составления карт стоковых течений мелководного устьевого взморья р. Волги по космическим фотоснимкам. Созданы 4 карты стоковых течений при различных уровнях стояния Каспийского моря: в половодье при уровне моря от -29,0 до -28,2 м БСв половодье при уровне моря от -28,2 до -26,7 м БС: в межень при уровне моря от -28,2 до -26,7 м БСвсе течения за период с 1975 по 1997 гг.;
3. Разработана методика расчета площадей распространения надводной растительности и стоковых течений на мелководном устьевом взморье р. Волги по космическим фотоснимкам. Разработана специализированная компьютерная программа, позволяющая подсчитывать площади по цветовым характеристикам выбранного пикселя. Получены новые количественные данные по динамике мелководного устьевого взморья р. Волги за период с 1975 по 1997 гг. Подсчитаны площади, занятые надводной растительностью и стоковыми течениями при различных уровнях стояния Каспийского моря.
4. Изучено влияние повышения уровня Каспийского моря от -29,0 до -26,7 м БС на интенсивность развития процессов на мелководном устьевом взморье р. Волги. Определены
• закономерности изменения площадей распространения надводной растительности. Исследована динамика морского края дельты р. Волги за период с 1975 по 1997 гг.
5. Выполнен фоновый прогноз расположения будущей русловой сети на мелководном устьевом взморье р. Волги при уровне Каспийского моря не выше -26,7 м БС на основе анализа положения стоковых струй и динамики развития надводной растительности.
6. Выполнен анализ трассирования рыбоходных каналов на мелководном устьевом взморье р. Волги и даны рекомендации по уменьшению их заносимости и увеличению ф пропускной способности. Предложено наиболее оптимальное положение каналов относительно основных групп стоковых струй и участков, заросших надводной растительностью.
7. Созданы электронные атласы мелководного устьевого взморья р. Волги, позволяющие эффективнее использовать результаты настоящей работы. В будущем атласы могут быть легко пополнены новыми данными, полученными в результате обработки новых космических снимков.
Электронный атлас фотокарт мелководного устьевого взморья р. Волги. В состав атласа входят 43 фотокарты за период с 1975 по 1997 гг., выполненные в едином масштабе 1:200 000, пространственно совмещенные и с наземным разрешением 20 м.
Электронный атлас стоковых струй мелководного устьевого взморья р. Волги за период с 1975 по 1997 гг. Число струй в атласе превышает 300. Минимальная ширина струи 20 м. Каждая струя представлена в виде отдельного объекта данных и имеет точные координаты на местности.
8. Наиболее эффективным методом изучения мелководного устьевого взморья р. Волги признано совместное использование материалов космических съемок и данных натурных исследований. Мониторинг и контроль в условиях малых глубин и больших размеров взморья может быть налажен путем слежения за динамикой стоковых течений и растительности, как индикаторов многих процессов.
