Проект 19-17-00181

Название: Количественная оценка бассейновой составляющей стока наносов и её изменений в голоцене на реках Кавказа

Руководитель: Голосов Валентин Николаевич, доктор географических наук

Организация финансирования, регион: Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт географии Российской Академии наук, Москва

Года выполнения: 2019-2021

Конкурс: Конкурс на получение грантов РНФ по мероприятию «Проведение фундаментальных научных исследований и поисковых научных исследований отдельными научными группами»

Область знания, основной код классификатора: 07 – Науки о Земле, 07-702 – геоморфология; 07-711 – геоэкология и природопользование; 07-203 – геохимия осадочных процессов

Ключевые слова: сток наносов, бассейновая эрозия, денудация, речной бассейн, аккумуляция наносов, датировка отложений, пойма, озёра, голоцен, тренды, изменения климата, антропогенные изменения, источники наносов

Код ГРНТИ: 38.47.15

Аннотация

Горы занимают значительную часть территории Российской Федерации. При этом горы Кавказа являются не только наиболее густо населённым регионом, но и территорией, важной в отношении развития лечебных и оздоровительных курортов, сельскохозяйственного, гидроэнергетического и промышленного производства, включая добычу полезных ископаемых, и транспортной инфраструктуры. В природном отношении горы Кавказа также имеют большое значение. Здесь присутствует полный спектр высотной поясности за исключением тропиков, начиная от влажных субтропиков Черноморского побережья и заканчивая ледниками Большого Кавказского хребта. Интенсивность процессов эрозии и аккумуляции в различных высотных поясах Кавказа и их изменения во времени являются отражением климатических флуктуаций и антропогенного воздействия, усиливающегося в последние десятилетия. Возрастающая повторяемость событий, связанных с формированием экстремальных паводков, прохождения мощных разрушительных селей, требует проведения детальных количественных оценок особенностей формирования стока наносов на водосборах различных высотных поясов, так как именно в пределах склонов подготавливается материал, поступающий за счёт проявления различных процессов денудации в постоянные водотоки. При этом в настоящее время отсутствуют количественные оценки интенсивности процессов денудации и коэффициентов доставки наносов со склонов в постоянные водотоки для различных высотных поясов и другие данные, необходимые для проведения инженерных расчётов и разработке мероприятий по предотвращению  негативных последствий экстремальных паводков.. Не исследованы и изменения темпов денудации водосборов различных высотных поясов гор Кавказа, происходившие на фоне климатических флуктуаций и усиления антропогенного воздействия, за голоцен.   Главными вопросами при этом являются: оценка темпов различных процессов денудации, их долевой вклад в формирование стока наносов рек и влияние на них изменений климата, как современных, так и наблюдавшихся в течении голоцена, и антропогенного воздействия на темпы денудации в различных высотных поясах. В этом состоит актуальность данного проекта.

В рамках проекта для выбранных для детальных исследований в пределах различных высотных поясов гор объектов (водосборов 3-4 горных озёр и 3 малых рек) будут решаться несколько взаимосвязанных задач:

а) Количественная оценка   темпов современных экзогенных процессов

б) Картографирование путей транспортировки материала со склонов в постоянные водотоки и оценка коэффициентов доставки наносов, поступающих со склонов в постоянные водотоки и/или водоёмы

в) Оценка вклада различных источников в формирование стока наносов рек

г) Динамика изменений темпов денудации за различные интервалы времени внутри голоцена и влияние на них изменений климата и антропогенной деятельности. 

д) Прогноз вероятных изменений бассейновой составляющей стока наносов рек Кавказа в зависимости от различных сценариев изменений климата и возможных изменений антропогенной нагрузки 

За последние десятилетия разработан и широко опробован целый спектр полевых, аналитических и дистанционных методов исследования количественной оценки различных экзогенных процессов, перераспредения наносов на склонах водосборов , датировки отложений в зонах аккумуляции. Совместное применение традиционных, усовершенствованных и новейших методов, включая набор полевых методов количественной оценки темпов различных экзогенных процессов (включая лазерное сканирование с беспилотных летальных аппаратов (БПЛА), метод ловушек, метод шпилек и т.п.) и отбора донных отложений, методов оценки перераспределения наносов по пути их транспортировки со склонов в постоянные водотоки и водоёмы (метод, крупномасштабного геоморфологического картографирования в сочетании с использованием тории графов), методов идентификации долевого вклада различных источников наносов с использованием набора трассеров (метод отпечатка пальцев или fingerprinting technique); методов дистанционного зондирования (включая дешифрирование аэро- и космоснимков высокого разрешения, метод устойчивых отражателей и т.д.); аналитических методов изучения донных и пойменных отложений и наносов, переотложившихся на склонах по пути их транспортировки в постоянные водотоки (метод радиоуглеродного датирования, радиоизотопное датирование, AMS и т.п.), позволит для выбранных объектов (водосборов 3 горных озёр и 3 малых рек) количественно охарактеризовать особенности формирования бассейновой составляющей стока наносов и её изменения во времени.

Комплексность охвата нерешённых к настоящему времени проблем, связанных с формированием бассейновой составляющей стока наносов рек различных высотных поясов гор Кавказа и его изменений за период голоцена в сочетании с использованием набора традиционных и современных методов исследования составляет новизну проекта.

Ожидаемые результаты

В результате выполнения проекта будут впервые получены количественные оценки современных темпов основных экзогенных процессов в различных высотных поясах гор Кавказа, определены коэффициенты доставки наносов со склонов в русла рек и долевой вклад различных источников наносов бассейнового происхождения в сток наносов рек, реконструирована динамика изменений темпов денудации на склонах водосборов за  голоцен для среднегорно-высокогорного пояса и выявлены факторы , определившие данные изменения. На основании полученных результатов и с использованием существующих климатических прогнозных моделей будет дан прогноз изменений бассейновой составляющей стока наносов рек Кавказа для рек, дренирующих различные высотные пояса. Выявленные закономерности и взаимосвязи в формировании стока наносов на водосборах рек Кавказа за период голоцена позволяют оценить динамику трансформации рельефа как основы ландшафтов и определить изменения ритмики формирования экстремальных эрозионных событий  за период голоцена в зависимости от изменений климата, тектонической активности и антропогенного воздействия. Уровень исследований, планируемых в рамках выполнения проекта,  соответствует мировому как в части набора используемых методов исследований, так и в области углубления представлений и выявления взаимосвязей в механизмах и темпах формирования рыхло-обломочного материала и его последующего перераспределения по пути транспортировки со склонов в русла рек и водоёмы.  В части комплексности планируемых в рамках проекта исследований проект является уникальным в мире. 

Результаты проекта могут быть использованы для: а) разработки противоселевых и противопаводочных мероприятий  в бассейнах горных рек ;  б) строительства транспортных коммуникаций, водохранилищ, объектов инфраструктуры; в) оптимизации размещения туристических и рекреационных объектов на водосборах рек в различных высотных зонах  Кавказа; г) создания и эксплуатации ирригационных систем в горах и предгорьях; д) сельскохозяйственного использования горных склонов (оптимизация нагрузок на горные пастбища, террасирование склонов и т.п.)

Одна из наиболее важных сфер использования результатов исследования в социальной сфере – образовательная, которая состоит в формировании научных и научно-педагогических кадров современной России в области наук о Земле, так как основная часть участников проекта относится к категории молодых исследователей. Планируется использовать полученные в процессе выполнения проекта результаты включать в  существующие курсы для бакалавров и магистров на географическом факультете МГУ имени М.В. Ломоносова, а также разработать ряд специализированных курсов для бакалавров и магистров по направлениям «География»,  «Картография и геоинформатика» и  «Экология и природопользование». Планируется подготовить две кандидатские диссертации на основе полученных результатов.