Modeling of hydrodynamic processes in the mouth of rivers of the European territory of Russia under possible climate changes

Capa

Citar

Texto integral

Acesso aberto Acesso aberto
Acesso é fechado Acesso está concedido
Acesso é fechado Somente assinantes

Resumo

Possible scenarios for the impact of climate change on hydrodynamic processes in the mouths of the Northern Dvina, Onega and Pechora Rivers are considered. For this purpose, we used hydrodynamic models of estuary areas previously developed by the authors in the STREAM 2D, HEC-RAS and Delft3D software packages. Projected sea level rise values, obtained from data of the global climate models GFDL-ESM2M, IPSL-CM5A-LR, HadGEM2-ES, MIROC-ESM-CHEM, were used to established the lower boundary condition of hydrodynamic models.

As the upper boundary conditions of hydrodynamic models, runoff change estimations performed using the ECOMAG runoff formation model were taken into account. Based on ensemble simulations, two main tendencies in changes in the factors of hydrodynamics of estuarine areas were identified and analyzed - sea level rise and river flow reduction.

Scenarios of spring flood and summer-autumn low water periods were modeled, corresponding to different combinations of boundary conditions for the historical period, as well as for the most probable and most unfavorable hydrometeorological conditions of the mid-21st century. An analysis of possible changes in the hydrodynamic characteristics of the water flow and their impact on various aspects of hydro-ecological safety and use of water resources in the estuarine areas of the rivers under study is presented.

Texto integral

Acesso é fechado

Sobre autores

I. Krylenko

Lomonosov Moscow State University; Water Problems Institute, Russian Academy of Sciences

Autor responsável pela correspondência
Email: krylenko_i@mail.ru

Faculty of Geography

Rússia, Moscow, 119991; Moscow, 119333

S. Lebedeva

State Hydrological Institute

Email: krylenko_i@mail.ru
Rússia, St. Petersburg, 199053

E. Panchenko

Lomonosov Moscow State University; Water Problems Institute, Russian Academy of Sciences

Email: krylenko_i@mail.ru

Faculty of Geography

Rússia, Moscow, 119991; Moscow, 119333

A. Alabyan

Lomonosov Moscow State University; Water Problems Institute, Russian Academy of Sciences

Email: krylenko_i@mail.ru

Faculty of Geography

Rússia, Moscow, 119991; Moscow, 119333

Bibliografia

  1. Алабян А.М., Алексеева А.А., Крыленко И.Н., Панченко Е.Д., Попрядухин А.А., Фингерт Е.А., Демиденко Н.А., Лебедева С.В. Опыт и проблемы гидрологических изысканий в приливных устьях // Инженерные изыскания в строительстве. Материалы Двенадцатой Общерос. конф. изыскательских организаций. М.: Геомаркетинг, 2016. С. 260–263.
  2. Алабян А.М., Василенко А.Н., Демиденко Н.А., Крыленко И.Н., Панченко Е.Д., Попрядухин А.А. Приливная динамика вод в дельте Печоры в летнюю межень // Вестн. Московского ун-та. Сер. 5, География. 2022. № 1. С. 167–179.
  3. Беликов В.В., Алексюк А.И. Модели мелкой воды в задачах речной гидродинамики. М.: РАН, 2020. 346 с.
  4. Борщенко Е.В., Мишин Д.В., Ермакова Г.С., Горелиц О.В., Фатхи М.О., Жбаков К.К., Ракчеева Е.А., Строков А.А., Турсунова Г.Ш., Севастьянова Л.Ю. Справочно-аналитический обзор гидрологического режима устьевой области реки Печора / Под ред. Е.В. Борщенко, О.В. Горелиц. М.; Иваново: ПресСто, 2021. 152 с.
  5. Ермакова Г.С., Сапожникова А.А., Милютина И.Ю., Ракчеева Е.А., Горелиц О.В., Строков А.А., Турсунова Г.Ш., Куликова Ж.М., Демиденко Н.А., Борщенко Е.В., Санин А.Ю., Фатхи М.О., Жбаков К.К., Мигунов Д.А., Малимон О.В. Справочно-аналитический обзор гидрологического режима устьевой области реки Онега. Воронеж: Воронежская обл. типография, 2023. 334 с.
  6. Крыленко И.Н. Оценка характеристик затопления при изменениях климата // Вод. ресурсы. 2023. Т. 50. № 4. С. 485–491.
  7. Крыленко И.Н., Алабян А.М., Василенко А.Н., Демиденко Н.А., Панченко Е.Д., Попрядухин А.А. Двумерная гидродинамическая модель устьевой области реки Печоры // Морские исследования и образование (MARESEDU-2021). Т. 1. М.: ПолиПРЕСС, 2021. С. 321–324.
  8. Крыленко И.Н., Голосной Д.А., Жук В.А. Оценка притока воды в Белое море с территории бассейнов рек Онеги и Северной Двины на основе модели формирования стока // Морские исследования и образование MARESEDU-2018. Т. 1. М.: ПолиПРЕСС, 2029. С. 161–171.
  9. Лебедева С.В., Алабян А.М., Крыленко И.Н., Федорова Т.А. Наводнения в устье Cеверной Двины и их моделирование // ГеоРиск. 2015. № 1. С. 18–25.
  10. Лебедева С.В., Алабян А.М., Попрядухин А.А. Верификация гидродинамической модели устья реки Северной Двины по полевым данным 2016-2017 гг. // Морские исследования и образование (MARESEDU-2017). М.: ПолиПРЕСС, 2017. С. 670–673.
  11. Лебедева С.В., Одоев Л.С., Панченко Е.Д., Алабян А.М., Демиденко Н.А., Льюменс М., Турыкин Л.А. Измерения расходов воды и учет водного стока в приливной устьевой области Северной Двины // Сб. докл. Международ. науч. конф. памяти Ю.Б. Виноградова. Пятые Виноградовские чтения. Гидрология в эпоху перемен. СПб.: Изд-во ВВМ, 2023. С. 279–284.
  12. Лебедева С.В., Ракчеева Е.А., Горелиц О.В., Борщенко Е.В., Мишин Д.В., Турсунова Г.Ш., Фатхи М.О., Жбаков К.К., Строков А.А., Куликова Ж.М., Шевченко Л.Б., Землянов И.В. Справочно-аналитический обзор гидрологического режима устьевой области реки Северная Двина / Под ред. Е.В. Борщенко, Е.А. Ракчеева, О.В. Горелиц. М.; Воронеж: ЮКОНЪ, 2022. 196 с.
  13. Магрицкий Д.В., Агафонова С.А., Банщикова Л.С., Головнин К.И., Севастьянова Л.Ю., Сумачев А.Э. Гидрологические опасности в устье Печоры // Проблемы Арктики и Антарктики. 2024. Т. 70. № 2. C. 185–209. https://doi.org/10.30758/0555-2648-2024-70-2-185-209
  14. Михайлов В.Н., Михайлова М.В., Магрицкий Д.В. Основы гидрологии устьев рек: учебное пособие. М.: Триумф, 2018. 316 с.
  15. Мотовилов Ю.Г., Гельфан А.Н. Модели формирования стока в задачах гидрологии речных бассейнов. М.: РАН, 2018. 300 с.
  16. Ресурсы поверхностных вод СССР. Т. 3. Северный край. Л.: Гидрометеоиздат, 1972. 662 с.
  17. Стратегии развития морской деятельности Российской Федерации до 2030 года. https://docs.cntd.ru/document/561091982?marker=6560IO (дата обращения 18.06.2024)
  18. Третьяков М.В., Шикломанов А.И. Оценка влияния на гидрологические процессы в Обской губе климатических и антропогенных изменений на ее водосборе // Вод. ресурсы. 2022. T. 49. № 5. С. 608–624.
  19. Alabyan A.M., Lebedeva S.V. Flow dynamics in large tidal delta of the Northern Dvina River: 2D simulation // J. Hydroinformatics. 2018. V. 20. № 4. P. 798–814.
  20. Aleksyuk A.I., Belikov V.V. The uniqueness of the exact solution of the Riemann problem for the shallow water equations with discontinuous bottom // J. Computational Phys. 2019. V. 390. P. 232–248.
  21. Biguino B., Haigh I.D., Dias J.M., Brito A.C. Climate change in estuarine systems: Patterns and gaps using a meta-analysis approach // Sci. Total. Environ. 2023. V. 858. 159742.
  22. Brunner G. HEC-RAS River Analysis System User’s Manual. Version 5.0. Davis, CA, USA: US Army Corps of Engineers, Inst. Water Resour., Hydrol. Engineering Center, 2016. 960 p.
  23. Chen W., Chen K., Kuang C., Zhu D.Z., He L., Mao X., Liang H., Song H. Influence of sea level rise on saline water intrusion in the Yangtze River Estuary, China // Appl. Ocean Res. 2016. V. 54. P. 12–25.
  24. Costa Y., Martins I., de Carvalho G.C., Barros F. Trends of sea-level rise effects on estuaries and estimates of future saline intrusion // Ocean. Coast. Manag. 2023. V. 236. 106490.
  25. Delft3D-FLOW User Manual. Version 3.15. Deltares, 2018. 694 p.
  26. Dunn F.E., Darby S.E., Nicholls R.J., Cohen S., Zarfl C., Fekete B.M. Projections of declining fluvial sediment delivery to major deltas worldwide in response to climate change and anthropogenic stress // Environ. Res. Lett. 2019. V. 14 (8). 084034.
  27. Elahi M.W.E., Jalón‐Rojas I., Wang X.H., Ritchie E.A. Influence of Seasonal River Discharge on Tidal Propagation in the Ganges‐Brahmaputra‐Meghna Delta, Bangladesh // J. Geophys. Res. Ocean. 2020. V. 125 (11).
  28. Hong B., Liu Z., Shen J., Wu H., Gong W., Xu H., Wang D. Potential physical impacts of sea-level rise on the Pearl River Estuary, China // J. Mar. Syst. 2020. V. 201. 103245. https://www.isimip.org/ (дата обращения: 18.06.2024)
  29. Kosuth P., Callède J., Laraque A., Filizola N., Guyot J.L., Seyler P., Fritsch J.M., Guimarães V. Sea‐tide effects on flows in the lower reaches of the Amazon River // Hydrol. Process. 2009. V. 23 (22). 3141–3150.
  30. Motovilov Y., Gelfan A. Assessing runoff sensitivity to climate change in the Arctic basin empirical and modelling approaches // IAHS Publ: Cold and mountain region hydrological systems under climate change: towards improved projections. 2013. V. 360. P. 105–112.
  31. Panchenko E., Leummens M., Lebedeva S. Hydrodynamic modelling of the Onega River tidal estuary // E3S Web of Conferences. V. 163. Saint-Petersburg: EDP Sci., 2020. P. 01008.
  32. Sun Y., Bricheno L.M., Payo-Payo M., Rahman M.M., Burns N.M. Simulation of freshwater transport network and salt flux in the Bangladesh delta // Estuar. Coast. Shelf Sci. 2022. V. 270. 107839.
  33. Scown M.W., Dunn F.E., Dekker S.C., van Vuuren D.P., Karabil S., Sutanudjaja E.H., Santos M.J., Minderhoud P.S.J., Garmestani A.S., Middelkoop H. Global change scenarios in coastal river deltas and their sustainable development implications // Glob. Environ. Chang. 2023. V. 82. 102736.
  34. Taylor K.E., Stouffer R.J., Meehl G.A. An overview of CMIP5 and the experiment design // Bull. Amer. Meteor. Soc. 2012. V. 93. Р. 485–498.
  35. Tessler Z.D., Vörösmarty C.J., Grossberg M., Gladkova I., Aizenman H., Syvitski J.P.M., Foufoula-Georgiou E. Profiling risk and sustainability in coastal deltas of the world // Sc. 2015. V. 349 (6248). P. 638–643.
  36. Weedon G.P., Balsamo G., Bellouin N., Gomes S., Best M.J., Viterbo P. The WFDEI meteorological forcing data set: WATCH Forcing Data methodology applied to ERA-Interim reanalysis data // Water Resour. Res. 2014. № 50. P. 7505–7514.
  37. Wu W., Yang Z., Zhang X., Zhou Y., Tian B., Tang Q. Integrated modeling analysis of estuarine responses to extreme hydrological events and sea-level rise // Estuar. Coast. Shelf Sci. 2021. V. 261. 107555.

Arquivos suplementares

Arquivos suplementares
Ação
1. JATS XML
Baixar
2. Fig. 1. Map of the limiting estuarine regions of the Northern Dvina (a), Onega (б) and Pechora (в).

Baixar (281KB)
Metadados
3. Fig. 2. The increase in the ∆H level of the White Sea (bold line) and its possible range (dashed lines) under different climate change scenarios based on data from a set of climate models for 2035–2065.

Baixar (75KB)
Metadados
4. Fig. 3. Changes in water levels (a, б) and flow velocity (в, г) 6.4 km upstream of the mouth of the Onega River under expected climate changes (scenarios 1–8) during flood (a, в) and low water (б, г), obtained on the basis of scenario calculations using VIK-RAS models.

Baixar (304KB)
Metadados
5. Fig. 4. Longitudinal profiles of the Onega River water level (0–25 km from the mouth section) in low (LV) and high (HF) water at the mouth section; a – scenarios 1–4; б – scenarios 5–8, obtained on the basis of scenario calculations using the VIK-RAS model.

Baixar (193KB)
Metadados
6. Fig. 5. Changes in the flood zone in the Pechora estuary area under expected climate changes according to scenarios 2 and 4 relative to current conditions (scenario 1).

Baixar (185KB)
Metadados
7. Fig. 6. Water level in Naryan-Mar (100 km from the mouth) (a) and water flow in the Pechora River branch (85 km from the mouth, control point 13) (б) during the Low Water Period. Scenarios: 5 – current conditions; 6 – with a sea level rise of 29 cm, 8 – with a sea level rise of 52 cm.

Baixar (107KB)
Metadados

Declaração de direitos autorais © Russian Academy of Sciences, 2025

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».