SOLID RUNOFF OF THE DON RIVER AND SUSPENDED MATTER FLOW INTO THE DELTA DURING SURGES: STATISTICAL MODELING AND COMPARISON IN THE LOW WATER PERIOD

Cover Page

Cite item

Full Text

Abstract

Statistical modeling of the Don River solid runoff based on water discharge and turbidity measurements obtained at the hydrological station in the village of Razdorskaya for the twelve-year period 2009–2020 was carried out. The WRTDS (Weighted Regressions on Time, Discharge, and Season) and WRTDSKalman (WRTDS with Kalman filtering) methods were applied. The developed statistical model is aimed at solving the problem of the imbalance between the regularity of collecting data on water discharge and data on the concentration of suspended matter by “restoring” the concentration values on days without measurements based on data on the most “similar” days with measurements in terms of time, discharge and season and does not claim to describe a relationship between the concentration of the constituent of interest and discharge. The quality of the developed statistical model and its modification were checked. The average daily concentrations and fluxes of suspended matter were compared with estimates of the volumes of suspended material deposited during periods of recurring strong surge phenomena. A comparative assessment of sea and river factors contributions to the transport and sedimentation of suspended matter in the Don River delta was fulfilled.

About the authors

N. V. Likhtanskaya

FEDERAL STATE BUDGETARY INSTITUTION OF SCIENCE "FEDERAL RESEARCH CENTRE THE SOUTHERN SCIENTIFIC CENTRE OF THE RUSSIAN ACADEMY OF SCIENCES"

Email: natalikht@gmail.com
ORCID iD: 0000-0001-8612-6808
ResearcherId: I-3242-2013

S. V. Berdnikov

FEDERAL STATE BUDGETARY INSTITUTION OF SCIENCE "FEDERAL RESEARCH CENTRE THE SOUTHERN SCIENTIFIC CENTRE OF THE RUSSIAN ACADEMY OF SCIENCES"

ORCID iD: 0000-0002-3095-5532

A. V. Kleshchenkov

FEDERAL STATE BUDGETARY INSTITUTION OF SCIENCE "FEDERAL RESEARCH CENTRE THE SOUTHERN SCIENTIFIC CENTRE OF THE RUSSIAN ACADEMY OF SCIENCES"

ORCID iD: 0000-0002-7976-6951

References

  1. АИС ГМВО. Автоматизированная информационная система государственного мониторинга водных объектов. — 2014. — URL: https://gmvo.skniivh.ru (дата обр. 10.10.2022).
  2. Бердников С. В., Бухмин Д. А., Гуськов Г. Е. и др. Экспедиционная деятельность ЮНЦ РАН на НИС "Профессор Панов"и НИС "Денеб"в Азовском, Черном и Каспийском морях в 2020 году // Итоги экспедиционных исследований в 2020 году в Мировом океане и внутренних водах. Тезисы докладов всероссийской научной конференции, Москва, 24–26 февраля 2021 года. — Севастополь : Морской гидрофизический институт РАН, 2021. — С. 136—144.
  3. Бердников С. В., Дашкевич Л. В., Кулыгин В. В. Новое состояние гидрологического режима Азовского моря в ХХI веке // Доклады Российской академии наук. Науки о Земле. — 2022. — Т. 503, № 1. — С. 65—70. — doi: 10.31857/S2686739722030057.
  4. Бердников С. В., Шевердяев И. В., Клещенков А. В. Анализ поступления взвешенных веществ в дельту Дона при нагонах на основе численного моделирования // Материалы Международной молодежной научной конференции памяти члена-корреспондента РАН Д. Г. Матишова (г. Ростов-на-Дону, 4–6 сентября 2018 г.) — Ростов-на-Дону : ЮНЦ РАН, 2018. — С. 18—23.
  5. Бронфман А. М., Хлебников Е. П. Азовское море. Основы реконструкции. — Ленинград : Гидрометеоиздат, 1985. — С. 272.
  6. Варенцова Н. А., Киреева М. Б., Фролова Н. Л. и др. Прогноз притока воды к Цимлянскому водохранилищу в период половодья в современных климатических условиях: проблемы и воспроизводимость // Водные ресурсы. — 2020. — Т. 47, № 6. — С. 694—709. — doi: 10.31857/S0321059620060152.
  7. Воловик С. П., Корпакова И. Г., Лавренова Е. А. и др. Экосистема Азовского моря: режим, продуктивность, проблемы управления. Ч. 1: Режим и продуктивность в период до зарегулирования стока рек. — Краснодар : Кубанский гос. ун-т, 2008. — С. 347.
  8. Воловик С. П., Корпакова И. Г., Лавренова Е. А. и др. Экосистема Азовского моря: режим, продуктивность, проблемы управления. Ч. 2: Климат и водные ресурсы бассейна во второй половине XX века. — Краснодар : Кубанский гос. ун-т, 2010. — С. 393.
  9. Георгиади А. Г., Милюкова И. П., Кашутина Е. А. Современные и сценарные изменения речного стока в бассейне Дона // Водные ресурсы. — 2020. — Т. 47, № 6. — С. 651—662. — doi: 10.31857/s0321059620060061.
  10. Гидрометеорологический справочник Азовского моря / под ред. А. А. Аксенова. — Ленинград : Гидрометеоиздат, 1962. — С. 856.
  11. Гидрометеорология и гидрохимия морей СССР. Том 5. Азовское море / под ред. Н. П. Гоптарева, А. И. Симонова. — Санкт-Петербург : Гидрометеоиздат, 1991.
  12. Джамалов Р. Г., Л.Фролова Н., Киреева М. Б. Современные изменения водного режима бассейна Дона // Водные ресурсы. — 2013. — Т. 40, № 6. — С. 544—556. — doi: 10.7868/s0321059613060047.
  13. Клещенков А. В. Особенности твердого стока р. Дон в современный маловодный период // Третьи виноградовские чтения. Грани гидрологии. Сборник докладов международной научной конференции памяти выдающегося русского гидролога Юрия Борисовича Виноградова. — СПб : Наукоемкие технологии, 2018. — С. 591—594.
  14. Клещенков А. В., Герасюк В. С., Кулыгин В. В. и др. Взвешенное вещество вод от Цимлянского водохранилища до Таганрогского залива в период длительного маловодья 2006–2020 гг. // Наука Юга России. — 2023. — Т. 19, № 1. — С. 29—39. — doi: 10.7868/25000640230104.
  15. Лихтанская Н. В., Бердников С. В. Использование программного комплекса EGRET для оценки потоков взвешенных веществ с речным стоком // Экология. Экономика. Информатика. Серия: Системный анализ и моделирование экономических и экологических систем. — 2022. — Т. 1, № 7. — С. 32—37. — doi: 10.23885/2500-395X-2022-1-7- 32-37.
  16. Матишов Г. Г. Климат, водные ресурсы и реконструкция гидротехнических сооружений с учетом интересов населения, рыболовства и сельского хозяйства, судоходства и энергетики: Доклад на расширенном заседании Президиума Южного научного центра РАН. — ЮНЦ РАН, 2016. — С. 64.
  17. Михайлов В. Н., Михайлова М. В. Влияние многолетних изменений морских факторов на устья рек // Водные ресурсы. — 2015. — Т. 42, № 4. — С. 367—379. — doi: 10.7868/s0321059615040082.
  18. Родионов Н. А. Гидрология устьевой области Дона. — Москва : Гидрометеоиздат, 1958. — С. 95.
  19. Сорокина В. В. Особенности терригенного осадконакопления в Азовском море во второй половине XX века. — 2006. — С. 216.
  20. Сорокина В. В., Бердников С. В. Математическое моделирование терригенного осадконакопления в Азовском море // Океанология. — 2008. — Т. 48, № 3. — С. 456—466.
  21. Сорокина В. В., Ивлиева О. В., Лурье П. М. Динамика стока на устьевых участках рек Дон и Кубань во второй половине ХХ века // Вестник Южного научного центра. — 2006. — Т. 2, № 2. — С. 58—67. — doi: 10.23885/1813- 4289-2006-2-2-58-67.
  22. Шевердяев И. В., Клещенков А. В. Выявление вклада нагонных явлений в поступление тяжелых металлов в дельту Дона // Морской гидрофизический журнал. — 2020. — Т. 36, № 5. — С. 582—594. — doi: 10.22449/0233-7584- 2020-5-582-594.
  23. Ator S. W., García A. M., Schwarz G. E., et al. Toward Explaining Nitrogen and Phosphorus Trends in Chesapeake Bay Tributaries, 1992–2012 // JAWRA Journal of the American Water Resources Association. — 2019. — Vol. 55, no. 5. — P. 1149–1168. — doi: 10.1111/1752-1688.12756.
  24. Chanat J. G., Yang G. Exploring Drivers of Regional Water-Quality Change Using Differential Spatially Referenced Regression-A Pilot Study in the Chesapeake Bay Watershed // Water Resources Research. — 2018. — Vol. 54, no. 10. — P. 8120–8145. — doi: 10.1029/2017wr022403.
  25. EGRET. Exploration and Graphics for RivEr Trends. — URL: http://usgs-r.github.io/EGRET/ (visited on 10/10/2022).
  26. Fanelli R. M., Blomquist J. D., Hirsch R. M. Point sources and agricultural practices control spatial-temporal patterns of orthophosphate in tributaries to Chesapeake Bay // Science of The Total Environment. — 2019. — Vol. 652. — P. 422–433. — doi: 10.1016/j.scitotenv.2018.10.062.
  27. Giosan L., Syvitski J., Constantinescu S., et al. Climate change: Protect the world’s deltas // Nature. — 2014. — Vol. 516, no. 7529. — P. 31–33. — doi: 10.1038/516031a.
  28. Hirsch R. M. Flux of nitrogen, phosphorus, and suspended sediment from the Susquehanna River basin to the Chesapeake Bay during Tropical Storm Lee, September 2011, as an indicator of the effects of reservoir sedimentation on water quality. — U.S. Department of the Interior, U.S. Geological Survey, 2012. — P. 17.
  29. Hirsch R. M., Moyer D. L., Archfield S. A. Weighted Regressions on Time, Discharge, and Season (WRTDS), with an Application to Chesapeake Bay River Inputs // JAWRA Journal of the American Water Resources Association. — 2010. — Vol. 46, no. 5. — P. 857–880. — doi: 10.1111/j.1752-1688.2010.00482.x.
  30. Lee C. J., Hirsch R. M., Crawford C. G. An evaluation of methods for computing annual water-quality loads. — US Geological Survey, 2019. — P. 58. — doi: 10.3133/sir20195084.
  31. Meter K. J. V., Basu N. B., Cappellen P. V. Two centuries of nitrogen dynamics: Legacy sources and sinks in the Mississippi and Susquehanna River Basins // Global Biogeochemical Cycles. — 2017. — Vol. 31, no. 1. — P. 2–23. — doi: 10.1002/2016gb005498.
  32. Rankinen K., Keinänen H., Bernal J. E. C. Influence of climate and land use changes on nutrient fluxes from Finnish rivers to the Baltic Sea // Agriculture, Ecosystems & Environment. — 2016. — Vol. 216. — P. 100–115. — doi: 10.1016/j.agee.2015.09.010.
  33. Stackpoole S. M., Stets E. G., Clow D. W., et al. Spatial and temporal patterns of dissolved organic matter quantity and quality in the Mississippi River Basin, 1997–2013 // Hydrological Processes. — 2016. — Vol. 31, no. 4. — P. 902–915. — doi: 10.1002/hyp.11072.
  34. Strickling H. L., Obenour D. R. Leveraging Spatial and Temporal Variability to Probabilistically Characterize Nutrient Sources and Export Rates in a Developing Watershed // Water Resources Research. — 2018. — Vol. 54, no. 7. — P. 5143–5162. — doi: 10.1029/2017wr022220.
  35. Zhang Q., Blomquist J. D. Watershed export of fine sediment, organic carbon, and chlorophyll-a to Chesapeake Bay: Spatial and temporal patterns in 1984–2016 // Science of The Total Environment. — 2018. — Vol. 619/620. — P. 1066–1078. — doi: 10.1016/j.scitotenv.2017.10.279.
  36. Zhang Q., Hirsch R. M. River Water-Quality Concentration and Flux Estimation Can be Improved by Accounting for Serial Correlation Through an Autoregressive Model // Water Resources Research. — 2019. — Vol. 55, no. 11. — P. 9705–9723. — doi: 10.1029/2019wr025338.
  37. Zhang Q., Hirsch R. M., Ball W. P. Long-Term Changes in Sediment and Nutrient Delivery from Conowingo Dam to Chesapeake Bay: Effects of Reservoir Sedimentation // Environmental Science & Technology. — 2016. — Vol. 50, no. 4. — P. 1877–1886. — doi: 10.1021/acs.est.5b04073.
  38. Zolkos S., Zhulidov A. V., Gurtovaya T. Y., et al. Multidecadal declines in particulate mercury and sediment export from Russian rivers in the pan-Arctic basin // Proceedings of the National Academy of Sciences. — 2022. — Vol. 119, no. 14. — doi: 10.1073/pnas.2119857119.

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download

Copyright (c) 2023 Лихтанская Н.V., Бердников С.V., Клещенков А.V.

Creative Commons License
This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 International License.