|
ИСТИНА |
Войти в систему Регистрация |
ИСТИНА ИНХС РАН |
||
Инфильтрационный водообмен подземных и поверхностных вод в границах Московского и сопредельных артезианских бассейнов – от экспериментальных исследований на ключевых участках до региональной цифровой модели инфильтрационного питания подземных вод»НИР
Groundwater and surface water infiltration water exchange within the boundaries of the Moscow and adjacent artesian basins - from experimental studies at key sites to a regional digital model of groundwater recharge
- Руководитель НИР: Поздняков С.П.
- Ответственные исполнители: Гриневский С.О., Лехов В.А., Самарцев В.Н.
- Участники НИР: Барымова В.А., Василевский П.Ю., Василенко А.Н., Ведяшкина В.В., Григорьев В.Ю., Сорокоумова Я.В., Филимонова Е.А., Халеский В.В.
- Подразделение: Кафедра гидрогеологии
- Срок исполнения: 8 мая 2024 г. - 31 декабря 2026 г.
- Номер договора (контракта, соглашения): 24-17-00102
- Номер ЦИТИС: 124061300081-4
- Тип: Фундаментальная
- Приоритетное направление научных исследований: Геологическое обеспечение минерально-сырьевой базы, безопасности хозяйственной деятельности и развития инфраструктуры России
- Приоритеты и перспективы НТР Российской Федерации согласно Стратегии НТР РФ: возможность эффективного ответа российского общества на большие вызовы
- ПН России: Рациональное природопользование
-
Рубрики ГРНТИ:
- 38.61.05 Моделирование гидрогеологических процессов
- 38.61.15 Динамика и режим подземных вод
- 38.61.31 Ресурсы подземных вод
-
Ключевые слова:
моделирование инфильтрационного водообмена, расчленение гидрографа, инифльтрационное питание, метод будыко, осадки, естесвенные ресурсы подземных вод, подземных сток, суммарное испарение
infiltration water exchange modeling, groundwater flow, precipitation, budyko method, evapotranspiration, hydrograph separation, recharge, natural groundwater resources -
Описание:
разработка цифровой высоко разрешимой пространственной модели (карты) естественного среднемноголетнего инфильтрационного питания подземных вод Московского и сопредельных артезианских бассейнов (МАБ и САБ) на современный период.
-
Abstract:
The importance of the project is related to the assessment of natural resources of fresh groundwater of the zone of intensive water exchange. Infiltration water exchange with surface water determines natural resources and prospects for sustainable groundwater use. The problem of spatial variability of infiltration water exchange formation is one of the fundamental unsolved interdisciplinary problems of hydrogeology and hydrology. For the territory of the European part of the Russian Federation, the last large generalizations of spatial variability of natural resources in the form of groundwater flow maps were made on the basis of river flow data obtained before the early 70s of the last century, i.e. before the beginning of noticeable influence of climatic changes on the flow. The aim is to develop a digital high-resolution spatial model (map) of natural average annual infiltration groundwater recharge of the Moscow and adjacent artesian basins (MAB and SAB) for the modern period. The scientific novelty consists in the fact that the use of an integrated multiscale approach will make it possible to obtain and verify a high-resolution digital regional map of infiltration recharge. The essence of the proposed approach is as follows: a) geohydrological simulation of the processes of water balance formation and infiltration water exchange on a single landscape site; b) construction of medium-scale maps of infiltration recharge for some representative (key) river basins based on the results of this modeling and their verification on the basis of runoff data; c) use of high-resolution world climatic and landscape databases to build a regional digital high-resolution model of spatial distribution of total runoff based on M.M. Budyko's approach; d) use of the method of statistical downscaling of recharge coefficients (ratio of calculated infiltration recharge to total runoff layer) to extend the results of the study on key runoff basins to the entire MAB and SAB study area. Expected results: 1. Development and verification of the methodology for building a digital high-resolution spatial model of natural mean annual infiltration recharge based on the use of modern climatic databases, satellite remote sensing data, river runoff data and simulation of infiltration water exchange. 2. Creation and publication of a digital map of natural mean annual infiltration recharge of groundwater (MAB and SAB) for the present period based on this methodology 3. Identification of regional patterns of infiltration water exchange formation within the MAB and SAB and the relationship between spatial variability of natural average annual infiltration groundwater recharge and the factors forming it
-
Планируемые результаты:
1. Разработка и верификация методики построения цифровой высоко разрешимой пространственной модели естественного среднемноголетнего инфильтрационного питания на основе использования современных климатических баз данных, данных спутникового дистанционного зондирования, данных по речному стоку и моделирования инфильтрационного водообмена 2. Создание и публикация на основе этой методики цифровой карты естественного среднемноголетнего инфильтрационного питания подземных вод МАБ и САБ на современный период 3. Выявление региональных закономерностей формирования инфильтрационного водообмена в пределах МАБ и САБ и связи пространственной изменчивости естественного среднемноголетнего инфильтрационного питания подземных вод с факторами его формирующими
-
Научный задел:
Научный задел по проекту был сформирован в основном в течение предыдущих 10 лет при выполнении проектов РФФИ 15-05-00841, 19-55-80014 , РФФИ-ГФЕН 17-55-53082, 21-55-53017, РНФ 16-17-10187и РНФ-ГФЕН 21-47-00008. Ключевые исполнители проекта участвовали во всех перечисленных грантах и имеют по ним целый ряд совместных публикаций, двое исполнителей (П.Ю. Василевский и В.Н. Самарцев) в результате выполнения этих проектов успешно защитили кандидатские диссертации. В результате этих исследований была разработана и опробирована расчетная модель, позволяющая оценивать инфильтрационное питание в точке. Модель инфильтрационного водообмена подземных и поверхностных вод разработана для ландшафтной площадки единичной площади и состоит из 2-х блоков. В первом блоке, программе SurfBal, разработанной на кафедре гидрогеологии МГУ, моделируются процессы трансформации осадков на поверхности земли, включая их перехват растительностью и испарение с нее, образование поверхностного стока и впитывания влаги в почву с учетом накопления и таяния снега, а также промерзания-оттаивания почвы
- Добавил в систему: Поздняков Сергей Павлович
Источник финансирования НИР
| грант РНФ |
Этапы НИР
| # | Сроки | Название |
| 1 | 8 мая 2024 г.-31 декабря 2024 г. | Инфильтрационный водообмен подземных и поверхностных вод в границах Московского и сопредельных артезианских бассейнов – от экспериментальных исследований на ключевых участках до региональной цифровой модели инфильтрационного питания подземных вод» |
| Результаты этапа: . В результате проведённых в первый год выполнения проекта создана структура и наполнена векторной и растровой информацией цифровая база “климат, почвы, растительность, рельеф, гидрология” для территории Московского Артезианского Бассейна (МАБ) и Сопредельных Артезианских Бассейнов (САБ). В эту базу также внесены материалы предыдущих исследований нашей группы в виде цифровых среднемасштабных карт питания подземных вод и дигитизированы бумажные карты по оценке подземного стока 60-80 годов прошлого века. Проведен сопоставительный анализ климатологических баз данных CHELSA и Worldclim с данными наблюдений на исследуемой территории по 48 метеостанциям. Показано, что WorldClime систематически уменьшает среднегодовой слой осадков на территории исследований, а результаты CHELSA статистически не смещены по отношению к наблюдениям. С использованием уравнения среднемноголетнего баланса стока, осадков и суммарного испарения показано, что в среднем для территории исследований наилучше наблюденному стоку соответствует пара – осадки, взятые из базы данных CHELSA, а суммарное испарение из базы данных MODIS. Это позволило выбрать упомянутые базы данных для дальнейших исследований. 2. С использование более 500 наблюденных гидрографов стока получены оценки среднемноголетнего среднегодового стока и предварительная оценка подземного стока по полусумме летней и зимних меженей. С использованием водно энергетического подхода выявлена климатически-обусловленная географическая изменчивость среднегодового слоя стока. Получено, что что даже использование одного единого параметра ландшафтного параметра ω в уравнении Фу для всех бассейнов в пределах исследуемой территории позволяет объяснить порядка 80% географической изменчивости слоя стока , климатически обусловленной изменчивостью. 3. С использованием опубликованной недавно концепции климатически-обусловленного коэффициента питания подземных вод проанализованы данные полученных оценок подземного стока. Для этого анализа предполагалось равенство оцененного подземного стока среднему питанию в пределах бассейна. Выявлено, что опубликованная в 2024 году [Berghuijs et al, 2024] мировая кривая климатически-обусловленного инфильтрационного питания не согласуется с региональными данными. Поэтому проведена при помощи МНК регионализации “мировой” кривой климатически-обусловленного питания. Показано, что климатически обусловленная изменчивость только 30% изменчивости подземного стока и, соответственно, инфильтрационного питания, что свидетельствует о важности учета гидрогеологических факторов, локальных ландшафтов и почвенных условий при построении высокоразрешимой карты инфильтрационного питания 4. На основе анализа стоковых данных по 29 гидрологическим районам обоснован размер критической минимальной площади речного бассейна в котором может использоваться предпосылка, что подземный сток, замеренный в замыкающем створе равен суммарному слою питания на территории бассейна. В результате отбора по этому критерию и по равномерности покрытия исследуемой территории МАБ и САБ выделено 69 речных бассейнов составляющих порядка 30% общей ее площади. Таким образом создана базу данных для последующих оптимизационных расчетов суммарного испарения с использованием распределенного по территории параметра ландшафтного параметра ω и верификации результатов оценки инфильтрационного питания. | ||
| 2 | 1 января 2025 г.-31 декабря 2025 г. | Инфильтрационный водообмен подземных и поверхностных вод в границах Московского и сопредельных артезианских бассейнов – от экспериментальных исследований на ключевых участках до региональной цифровой модели инфильтрационного питания подземных вод» |
| Результаты этапа: N рамках исследования второго года работ построена серия согласованных карт для Московского (МАБ) и сопредельных (САБ) артезианских бассейнов, характеризующих компоненты водного баланса с использованием современных данных дистанционного зондирования (ДДЗ) и методов математического моделирования. Основные результаты работы: Калибровка водно-энергетической модели. Для применения водно-энергетического подхода М.И. Будыко на исследуемой территории выполнена его параметризация с использованием уравнения Фу. В результате оптимизации, сопоставляющей расчетные и наблюденные значения стока, получено площадное распределение ландшафтно-обусловленного параметра ω этого уравнения. Распределение имеет выраженную широтную зональность/ Создание карты эффективных осадков. С использованием откалиброванного параметра ω высокодетальная карта осадков (CHELSA) была преобразована в карты испарения и эффективных осадков (формирующих сток). Новая карта эффективных осадков показала высокую согласованность с данными наблюдений: ошибка (RSME) снизилась с 50 до 43 мм, а коэффициент детерминации (R²) увеличился с 0.765 до 0.856. Верификация карты суммарного испарения. Сравнение разработанной карты суммарного испарения с глобальными базами данных (GLEAM, MOD16, ERA-5) подтвердило, что MOD16 и ERA-5 дают более реалистичные оценки, чем GLEAM. Обнаружены систематические расхождения: ERA-5 занижает испарение в северных районах, а MOD16 — завышает в средних широтах. Оценка и картирование подземного стока. С использованием данных расчлененияи гидрографов 490 рек методами геостатистики (кригинг) построена карта коэффициентов подземного стока. На ее основе совместно с картой эффективных осадков разработана карта подземного стока территории (RSME = 18 мм, R² = 0.765). Результаты качественно согласуются с картой подземного стока СССР 1982 г., но обладают более высокой детальностью. Тестирование нейросетевой модели. Для бассейна р. Жиздры апробирован метод машинного обучения для прогнозирования инфильтрационного питания. Показана принципиальная возможность его оценки на основе открытых глобальных данных (кросс-корреляция с эталоном 0.77), хотя модель требует дальнейшей доработки для воспроизведения локальных экстремумов. Выполненные исследования демонстрирует эффективность применяемого комплексного подхода, сочетающего физико-статистические модели, геостатистику и данные ДЗЗ, для создания взаимосогласованных и верифицированных карт компонентов водного баланса. Полученные карты, характеризующие разделение осадков на суммарное испарение, поверхностный и подземный сток обладают достаточной точностью и будут на последнем году выполнения проекта далее использоваться для достижения поставленной цели – разработке карты инфильтрационного питания МАБ и САБ. | ||
Прикрепленные к НИР результаты
Для прикрепления результата сначала выберете тип результата (статьи, книги, ...). После чего введите несколько символов в поле поиска прикрепляемого результата, затем выберете один из предложенных и нажмите кнопку "Добавить".