Том 51, № 6 (2024)

Многообразие природных условий п-ва Крым определяет различные режимы основных метеорологических характеристик, влияющих на водообеспеченность территории. Для оценки пространственно-временной неоднородности этих характеристик, а также для преодоления проблемы пропусков в данных наземных наблюдений могут использоваться результаты расчетов по моделям общей циркуляции атмосферы Земли с ассимиляцией данных наземных наблюдений, также известные как атмосферный реанализ. Приведен результат оценки качества воспроизведения приземной температуры воздуха и суммы осадков моделями атмосферного реанализа EWEMBI, ERA5-Land и MSWEP в сравнении с данными наземных метеонаблюдений. Приведены основные характеристики использованных наборов данных (как наблюдений, так и расчетов), основные методы верификации, результаты оценки и выводы о применимости использованных данных в задачах моделирования. Оценены средние ошибки моделей по температуре воздуха и количеству осадков за различные периоды осреднения (сутки, месяц, год). Так, средние коэффициенты корреляции за разные периоды осреднения по температуре находятся в пределах 0.74÷0.97, по осадкам – 0.52÷0.79. Получено представление, что все модели достаточно корректно воспроизводят значения температуры и суммы осадков за разные периоды осреднения, однако у всех выявлена тенденция к занижению суточных сумм осадков при одновременном завышении количества дней с осадками.

Для экспериментальных бассейнов карстовых водоносных систем Горного Крыма выполнена адаптация трехкомпонентной модели смешения с использованием геохимических трассеров. На ее основе установлены следующие стабильные источники питания: эпикарстовый сток, формирующийся преимущественно в приповерхностной трещиноватой и выветрелой зоне карстующихся пород; поверхностно-склоновый сток, различающийся по механизму формирования; базисный карстовый сток, включающий смесь подземных вод зон аэрации карстовых массивов ниже эпикарста и фреатической, обеспечивающий базисную часть гидрографа стока. Существенную долю питания в стоке карстовых водоносных систем составляют эпикарстовые воды (>30%). Для составляющих стока выявлены тесные эмпирические связи их долей с расходами воды в замыкающих створах.

Рассмотрен экспресс-метод определения расхода воды, основанный на вычислении поверхностной скорости течения с использованием PIV-метода. Показаны методика выполнения измерений и алгоритм работы программного обеспечения для обработки видеоизображений водного потока. Приведены результаты натурных исследований, выполненных с помощью разработанного метода, а также итоги сличения результатов, полученных с применением стандартных методик. Разработанный метод позволяет получать оперативные данные о расходе воды в реке или канале без наличия дорогостоящих средств измерения и специально подготовленного персонала. Благодаря определению поля скоростей течения по всему поперечному створу исследуемого водного объекта метод дает возможность получить более точные данные о расходе, чем стандартные средства измерения (гидрометрические вертушки, поплавковый метод), работы с которыми выполняются точечно на определенных станциях. Полученные данные о расходе воды могут использоваться для научного обоснования работ при проектировании берегозащитных, русло-регулирующих морских и речных сооружений, а также экологической оценки состояния водного объекта при изучении проблемы загрязнения воды. Использование данного метода на действующих гидрологических постах позволит оперативно определять расход воды в реках в дистанционном режиме с применением соответствующего оборудования, что особенно актуально в Крыму для оценки пикового стока в периоды высоких паводков и половодий.

Разработана и откалибрована на современный период региональная геофильтрационная модель юго-западного Крыма в пределах Альминского артезианского бассейна и прилегающей к нему области трещинно-карстовых подземных вод Горного Крыма. На основе численных экспериментов с этой моделью оценены изменения ресурсов подземных вод под влиянием ожидаемых в XXI в. климатических изменений. Для этого для выбранного района исследования построены прогнозные карты инфильтрационного питания. Прогнозные карты инфильтрационного питания строились для равнинной части исследуемой области с помощью моделирования инфильтрационного водообмена. Для горной части в прогнозе изменения питания учитывались не только инфильтрационный водообмен, но и инфлюация – поглощение осадков поверхностными формами карста. В качестве прогнозного использован экстремальный сценарий изменения климата SSP5-8.5, предусматривающий максимальное потепление и ансамбль моделей общей циркуляции атмосферы и океана семейства CMPI 5. Из ансамблевого прогноза выбраны три наиболее контрастные по изменению индекса увлажненности модели, и для них получены прогнозные карты изменения питания в XXI в., использованные затем в численных экспериментах. Прогнозное инфильтрационное питание заметно отличается от современной величины – 366.4 тыс. м³/сут: при “сухом” климате инфильтрационное питание составляет 187.9 тыс., при “среднем” – 283.6 тыс., при “влажном” – 403.3 тыс. м³/сут. Результаты прогнозного моделирования баланса подземных вод в течение XXI в. при использовании этих карт инфильтрационного питания показали высокую адаптационную роль емкостных запасов и сокращения минимального речного стока на исследуемом масштабе времени порядка ста лет при сохранении сложившегося водоотбора подземных вод.

Катастрофические ситуации последних лет – в июне 2021 г. в районе Ялты и в январе 2024 г. в Севастополе – связанные с обильными осадками, подъемом уровня воды в реках и образованием селевых потоков, в очередной раз показали необходимость заблаговременного прогноза событий с экстремальными осадками на территории Крыма для своевременного реагирования и минимизации экономических потерь. Район горного Крыма с его сложным рельефом и большими уклонами особенно подвержен возникновению опасных ситуаций после прохождения обильных (часто многодневных) дождей. По ежедневным данным об атмо сферных осадках с метеорологической станции Ай-Петри рассчитаны и проанализированы случаи с суммой осадков ≥40 мм за три последовательных дня. Такие условия использованы при анализе в качестве порога экстремальных осадков, приводящих к размыву русел рек горного Крыма и формированию селевых потоков. Рассмотрена ситуация катастрофического паводка на р. Черной в январе 2024 г., обусловленная выпавшими в течение трех дней экстремальными осадками в Севастопольском регионе. Затем для такой ситуации проведено исследование возможности их прогнозирования с заблаговременностью от 3 мес. с использованием разработанной модели искусственной нейронной сети. Полученные результаты показали удовлетворительное качество разработанной нейронной сети для прогноза с заблаговременностью 3 мес. 2–3-дневных экстремальных осадков, интенсифицирующих эрозионные процессы в горном Крыму.

Изучены основные факторы формирования химического состава вод рек северо-западного склона Крымских гор, сделана оценка экологического состояния речных вод. Данные для представленной работы получены в результате летних полевых работ 2003–2022 гг. Химический состав рек не постоянен и варьирует в зависимости от метеоусловий конкретного года и антропогенного воздействия. Показано влияние геолого-гидрогеологических условий на состав макро- и микрокомпонентов в природных водах региона. Концентрации химических элементов в поверхностных водах бассейна р. Бодрак предлагается использовать в качестве естественных (фоновых) содержаний химических элементов, не затронутых антропогенным воздействием речных вод.

Проведена аналитическая оценка трансформации водохозяйственного и мелиоративного комплекса Крыма в условиях дефицита водных ресурсов на основе системного и информационно-аналитического подходов с применением методов логического и сравнительного анализа, качественного и количественного анализа статистических данных. Выявлено резкое изменение структуры забора пресной воды. За 2014–2022 гг. утечки и потери в водопроводной сети Республики Крым выросли на 44%. Здесь ежегодно заменяется от 0.5 до 1.8% протяженности сети, требующей замены, в г. Севастополе – от 0.1 до 1.3%, что крайне мало. Среднесуточное водопотребление населения в Республике Крым с учетом роста количества отдыхающих за этот период снизилось с 134 до 101 л, в г. Севастополе – с 184 до 98 л. В настоящее время только 3/4 городского населения Республики Крым и <2/3 сельского населения обеспечены качественной питьевой водой. После перекрытия Северо-Крымского канала площадь поливаемых земель сократилась в 7–8 раз. Резкий рост дефицита воды в сельском хозяйстве привел к стремительному росту самого экономного способа полива – капельного. Показана роль орошения в производстве важнейших продуктов земледелия. Выявлено, что доля загрязненных сточных вод растет, а доля нормативно очищенных вод снижается. В Республике Крым отмечается как снижение, так и рост сброса массы отдельных загрязняющих веществ. Качество воды большинства рек Крыма не ухудшается. В 2022 г. >97% основных загрязняющих веществ, содержащихся в сточных водах г. Севастополя, сбрасывалось непосредственно в Черное море и главные водотоки (реки Черная, Бельбек, Кача) ими не загрязнялись.