Московский Государственный Университет им. М.В. Ломоносова

Московский Государственный Университет им. М.В. Ломоносова

Географический факультет

Кафедра Гидрологии суши

РЕФЕРАТ ПО КУРСУ СОВРЕМЕННЫЕ ПРОБЛЕМЫ ГИДРОЛОГИИ

Тема дипломной работы студента 5 курса Айзеля Георгия:

«Гидрологические закономерности функционирования речных сообществ Камчатки»

Научный руководитель: к.г.н., н.с. Чалов С.Р.

Москва, 2010 г.

В условиях динамично развивающегося современного мира анализ процессов, определяющих структуру и динамику речной экосистемы (детальное рассмотрение которых и является основой дипломной работы), интересен не только (а часто и не столько) как тема академических научных исследований, но и имеет прикладной характер.

Речные экосистемы формировались на протяжении многих тысячелетий, они отличаются сложными системами взаимообусловленных связей между гидробионтами всех трофических уровней и абиотической средой. Мировой опыт показывает, что в случае деградации речной экосистемы достигнуть былого уровня продуктивности не удастся даже в долгосрочной перспективе.

Таким образом, основной целью дипломной работы является раскрытие механизмов взаимодействия факторов абиотической и биотической природы, формирующих внешний облик речной экосистемы и образующих сложный комплекс экосистемных процессов.

В качестве локальных целей моей дипломной работы можно выделить следующие:

1) Дать общую и наиболее полную характеристику долинных экосистем Камчатки, как обладающих исключительными региональными чертами;

2) Рассмотреть условия формирования сообществ водных организмов в зависимости от пространственного распределения и сочетания различных факторов неживой природы;

3) Оценить влияние рыбного сообщества на русловой режим рек на разных стадиях жизненного цикла (заход в реки, период нереста, период сненки);

4) Дать общую оценку трансформации содержания биогенных элементов в речных водах в зависимости от сезона года и периода жизненного цикла лососевых рыб, а также дать качественную оценку процессам внутригодового преобразования потоков вещества и энергии в речных экосистемах под воздействием биоты.

Особое внимание при выполнении дипломной работы будет уделено рассмотрению влияния рыбного сообщества на русловой режим рек в силу подкрепления данного направления данными натурных наблюдений и экспериментов, а также возможности широкого применения программных комплексов моделей русловых переформирований. Таким образом, рассмотрение этого раздела является наиболее актуальным в том плане, что в настоящее время основным методом исследования в области гидрологии стало сочетание детальных полевых наблюдений с математическим моделированием разнообразных процессов и явлений. Изучение гидроэкологических процессов путем математического моделирования обусловлено значительной сложностью взаимодействия большого числа факторов географической среды. Моделирование проводится с тем, чтобы по результатам опытов на модели получить представление о процессах, протекающих в натуральных условиях.

Математическое моделирование вертикальных русловых деформаций основывается на следующей схеме:

Решается двумерное уравнение для стока воды:

где неизвестные u и v – продольная и поперечная составляющие скорости течения.

После решения этой системы полученные значения скорости используются для вычисления расхода наносов.

И на последнем этапе определяется изменение отметок дна по уравнению неразрывности для твердой фазы:

Модель русловых деформаций основывается на моделях скоростного поля потока и стока наносов. Наряду с процессом русловых деформаций необходимо рассматривать процессы стока воды в русле и стока наносов. Подкрепление результатов моделирования натурными данными о расходе влекомых и взвешенных наносов, а также характере вертикальных деформаций на участке максимального воздействия речной биоты, позволит внести в модель калибровочные коэффициенты на воздействие лососевых рыб. Это позволит, в свою очередь, делать качественные и количественные заключения о трансформации руслового режима неизученных участков рек под воздействием биоты.

Область исследования, затронутая в моей работе, лежит на границе двух областей – гидрологии и ихтиологии. Это обстоятельство привносит большое разнообразие в процесс исследования, позволяет использовать разнообразные подходы и методы.

Рис.1. Тематика настоящей работы в иерархии областей знаний

Пространственно-временные рамки исследуемых в работе процессов определяются, прежде всего, подходом, выбранным для оценки особенностей формирования внешнего облика долинных экосистем камчатских рек. Так, пространственный масштаб исследований колеблется от 10 м (участок реки, протоки) до 1000 км (речная сеть в целом). Временной же масштаб исследований имеет нижнюю границу в один час (минимальный шаг натурного эксперимента по измерению стока влекомых наносов), притом, что верхняя граница достигает значения в 1 год (при исследованиях внутригодовых колебаний содержаний в речных водах биогенных элементов) (рис.2).

Рис.2. Пространственно-временные масштабы работы

Оценки характерного времени исследования являются в данном случае неуместными из-за больших пространственно-временных масштабов, охваченных работой.

При написании дипломной работы будут использованы идеи следующих разделов гидрологии:

1. Генетическая гидрологи я. Этот раздел связывает величину и изменение гидрологических характеристик с причинами, вызывающими эти изменения. Приведенному определению в полной мере соответствуют разделы дипломной работы, посвященные взаимообусловленному развитию абиотической и биотической компонент речной экосистемы.

2. Индикационная гидрология. Данный раздел освещает закономерности изменения геостока, системы «поток-русло» по длине реки. В дипломной работе рассматриваются закономерности изменения вида сообществ речных гидробионтов по длине реки, а также используется установленные по ряду рек зависимости водности водотоков, входящих в речную сеть, от их порядка (по Шайдеггеру).

3. Прикладная гидрология. Перспективными направлениями прикладной гидрологии является создание баз данных и программных комплексов. В моей работе будет создана база данных по модельным бассейнам рек Камчатки, содержащая порядка 13 параметров, отражающих сезонное состояние речной экосистемы. Непосредственным графическим подкреплением базы данных будет являться разработанная на район исследований геоинформационная система (ГИС).

В целом работа, несомненно, лежит в рамках раздела региональной гидрологии. Это определяется установленным в названии масштабом исследования речных экосистем, имеющих общую региональную особенность – ежегодную анадромную миграцию лососевых рыб на нерест. Непосредственной целью работы, подтверждающей отнесение ее к разделу региональной гидрологии, является перспективное изучение биологического фактора и установление закономерностей его воздействия на русла рек, которое требуется для уточнения и дополнения региональных особенностей и специфики русловых переформирований на реках камчатки. Применение апробированного в курсовых работах 3-4 курса бассейнового подхода к изучению экосистемных процессов также даст возможность получения более полных региональных экологических классификаций сообществ лососевых рыб.

Дата добавления: 2015-08-29