Гидрологическая связь составляющих системы Калининградский залив-река Преголя-Куршский залив тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 00.00.00, кандидат наук Боскачёв Руслан Владимирович

• Боскачёв Руслан Владимирович
• кандидат наук
• 2024

Оглавление диссертации кандидат наук Боскачёв Руслан Владимирович

ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА 1. Лагунно-эстуарная система Калининградский залив — река Преголя — Куршский залив

1.1. Группы соединённых водоёмов лагунно-эстуарного типа (примеры для различных берегов Мирового океана)

1.2. Устьевой участок реки Преголи (рукава Нижняя Преголя и Дейма) и гидрологические посты Калининград-Рыбный порт, Преголя-Гвардейск и Дейма-Полесск

1.3. Лагунно-эстуарная система Калининградский залив - река Преголя -Куршский залив

1.4. Историческая справка по рукаву Дейма

1.5. Заключение по главе

Глава 2. Совместный анализ данных об уклоне водной поверхности и расходе воды в устьевых рукавах Нижняя Преголя и Дейма по данным

за 2002-2007 г. и 2019-2020 гг

2.1. Выявление случаев обратного уклона водной поверхности в рукавах Нижняя Преголя и Дейма по данным 2002—2007 гг

2.2. Несоответствие между уклоном водной поверхности и расходом воды в рукавах Нижняя Преголя и Дейма по данным 2002—2007 гг

2.3 Оценки расхода воды устьевых рукавов Нижняя Преголя и Дейма по инклинометрическим измерениям за периоды 10—25.12.2019 г., 19.09— 15.10.2020 г., 15.11—17.12.2020 г

2.4 Сопоставление расхода и уклона водной поверхности в периоды инклинометрических измерений 10—25.12.2019 г., 19.09—15.10.2020 г.,

15.11—17.12.2020 г

2.5. Заключение по главе

Глава 3. Анализ данных о колебании уровня воды на гидрологических постах рукавов Нижняя Преголя и Дейма в единой референтной

системе.

3.1. Геометрическое нивелирование реперов и реек гидропостов Калининград-Рыбный порт, Преголя-Гвардейск и Дейма-Полесск (август

2022 г.—апрель 2023 г.)

3.2. Спутниковое нивелирование реперов и реек гидропостов Калининград -Рыбный порт, Преголя-Гвардейск и Дейма-Полесск (ноябрь 2020 г, апрель

2023 г.)

3.3. Совместный анализ результатов геометрического и спутникового нивелирования и выводы по корректировке данных по уровню воды на гидропостах Калининград-Рыбный порт, Преголя-Гвардейск и Дейма-Полесск для их объединения в единую референтную систему

3.4. Статистический анализ характеристик колебания уровня воды на гидрологических постах рукавов Нижняя Преголя и Дейма за 2002—2022 г.

и взаимосвязи между ними

3.5. Окончательная статистика для выявления случаев обратного уклона водной поверхности в рукавах Нижняя Преголя и Дейма по данным 2002— 2022 гг

3.6. Заключение по главе

Глава 4. Распределение стока реки Преголи между рукавами Нижняя Преголя и Дейма и межрукавные перетоки

4.1. Расход воды в реке Преголе и её рукавах Нижняя Преголя и Дейма -межгодовая изменчивость (1990—2022 гг.)

4.2. Статистический анализ изменчивости расхода воды в реке Преголе и рукавах Нижняя Преголя и Дейма (1990—2022 гг.)

4.3. Оценка распределения стока с водосбора реки Преголи между устьевыми рукавами Нижняя Преголя и Дейма (1990—2022

гг.)

4.4. Ситуации перетока воды между устьевыми рукавами Нижняя Преголя

и Дейма и гидрометеорологические условия для них

4.5. Оценка возможности перетока воды из Калининградского в Куршский залив

4.6. Заключение по главе

Глава 5. Придонные интрузии солоноватой воды из Калининградского залива в рукав Нижняя Преголя

5.1. Обзор работ по механизмам затока солоноватой воды из Калининградского залива вверх по руслу рукава Нижняя Преголя

5.2. Результаты гидрологических измерений на устьевом участке рукава Нижняя Преголя (10.09.2019—27.03.2020 гг.) и сопутствующая гидрометеорологическая обстановка

5.3. Реализация интрузионного механизма затока солоноватой воды из Калининградского залива вверх по руслу рукава Нижняя Преголя по данным 10.09.2019—27.03.2020 гг

5.4. Оценки возможности реализации затока солоноватой воды из Калининградского в Куршский залив при интрузионном механизме

5.5. Заключение по главе

Заключение

Публикации по теме диссертации

Список использованных источников

ПРИЛОЖЕНИЯ

Приложение 1. Методика расчёта расхода воды в системе Росгидромет... 200 Приложение 2. Методика расчёта вдольрусловой скорости течения и

вдольрусловой скорости ветра

Приложение 3. Методика расчёта расхода воды по инклинометрическим

измерениям скорости течения

Приложение 4. Методика выполнения гидрологических измерений.. .. Приложение 5. Методика оценки дальности проникновения солоноватой

воды

Приложение 6. Методика анализа наличия трендовой составляющей в

рядах данных

Приложение 7. Методика оценки рядов данных на однородность

Приложение 8. Методика оценка стационарности рядов

Приложение 9. Ведомости превышений и высот реперов нивелирования ГП Калининград-Рыбный порт, ГП Преголя-Гвардейск, ГП Дейма-Полесск

Приложение 10. Методика определения высотных отметок контрольных точек гидропостов Калининград-Рыбный порт, Преголя-Гвардейск и Дейма-

Полесск (ноябрь 2020 г.) с применением спутникового нивелирования

Приложение 11. Методика приведения данных измерений уровня воды на речных и морских постах к единой системе отсчёта в Балтийской системе высот (БС)

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Гидрологическая связь составляющих системы Калининградский залив-река Преголя-Куршский залив»

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность темы. Сток с основной части бассейна реки Преголя (рис. 1), крупнейшей реки Калининградской области (Юго-Восточная Балтика), направляется по двум рукавам (Нижняя Преголя и Дейма) в Калининградский/Вислинский1 и Куршский заливы [Силич, 1971], одни их самых крупных эстуарных лагун Европы [Schiewer (ed.), 2008]. Эти рукава являются связующим звеном гидрологической системы Калининградский залив2 - рукав Нижняя Преголя - рукав Дейма - Куршский залив [Домнин, Чубаренко, 2012]. Соединённые речным водотоком

Калининградский/Вислинский и Куршский заливы можно отнести к устьевым лагунам по классификации [Михайлов, Горин, 2012]. Аналогичные системы лагун, например, Кизилташский лиман - река Кубань - Ахтанизовский лиман (Азовское-Чёрное моря), лагуны устья Терека (Каспийское море), соединённые каналами и естественными водотоками лагуны вдоль южного и восточного побережья США, лагуны в устье реки По (Средиземное море) [Rubino et al., 2013, Maicu et al., 2018, Bellafiore et al., 2018, 2021], существуют на берегах многих морей, но работ, где бы рассматривалась гидрологическая связь их составляющих, почти нет. Настоящая работа посвящена рассмотрению функционирования такой системы в условиях бесприливного Балтийского моря.

Началом активного изучения динамики потока воды в устьях рек можно считать работы Ю.М. Шокальского и Б.А. Аполлова, [Ляхницкий, 1918, Марютин, 1934, 1941], исследования начала ХХ века непосредственно были связаны с решения конкретных практических задач (строительство портовой инфраструктуры, обеспечением условий для судоходства и т. д.).

С середины ХХ века изучению гидрологии устьевых областей рек было посвящено множество монографий [Антонов, 1967, Байдин, Линберг и др., 1956, Байдин, Скриптунов и др., 1971, Великанов, 1954, Иппен, 1970, Гришанин, 1979, Залогин, Родионов, 1969, Костяницын, 1964, Рогов и др., 1968, Родионов, 1958, Officer, 1976], которые, чаще всего были посвящены разработке методик исследований гидродинамики в устьевых областях крупных рек СССР. В период послевоенного восстановления и развития водных хозяйств,

1 В англоязычных изданиях чаще всего употребляется этноним «the Vistula Lagoon». На официальных российских картах северная, принадлежащая России часть залива, называется Калининградским заливом, южная (польская) часть — Вислинским заливом. Немецкое историческое название залива — Frisches Haff, в польских источниках весь залив называется Вислинским (Zalew Wislany). [Каталог ..., 2015].

2 Здесь и далее название Калининградский будет использовано, если речь идет о российской части залива.

морской и речной инфраструктуры и путей сообщения было развёрнуто всестороннее изучение крупнейших устьев страны по единой программе [Залогин, Родионов, 1969]. Разработка и реализация единой программы исследования была инициирована Государственным океанографическим институтом (ГОИН), где в 1948 году была создана лаборатория морских устьев рек. Лабораторией выполнялась координация и методическая поддержка работы устьевых станций и постов крупных устьев рек СССР, а по результатам системных исследования издано руководство [Руководство устьевым станциям, 1951], которое впоследствии изменялось и дополнялось [Руководство по гидрологическим исследованиям..., 1965; Руководство по гидрологическим исследованиям..., 1972; Гидрологические наблюдения и работы ..., 1993, Самойлов, 1952].

Начиная с XXI века, с появлением современных программных комплексов и достаточно мощных ЭВМ всё больше работ посвящено особенностям динамики воды в приливных устьях с использованием подхода числового моделирования. [Панченко, Льюменс и др., 2020, Крыленко, Алабян и др., 2021, Алабян, Крыленко и др., 2022, Лебедева, 2016]. Наиболее эффективным методом исследования гидродинамического режима приливных устьев в настоящее время представляется сочетание полевых работ и гидродинамического моделирования [Лебедева и др., 2015; Ионов и др., 2018], где данные полевых измерений используются для настройки, калибровки и верификации моделей. Детальная модель конкретного устья реки предоставляет целостную в пространстве и времени картину изменения полей течений, уровней воды и других гидродинамических характеристик, позволяет исследовать гидродинамический режим устьевой области при различных сочетаниях факторов, влияющих на структуру потока. В частности, в работе Лебедевой С.В. исследовалась динамика потока в приливных устьях крупной реки (на примере реки Северная Двина) [Лебедева, 2016]. В работе с использованием современных методов полевых гидрологических наблюдений и построения на основе натурных измерений двумерной плановой модели течений при различных гидрометеоусловиях и в периоды всех фаз водного режима в 2011 г. определена зависимость распределения стока воды по рукавам дельты и дальности распространения приливных колебаний уровня от расхода воды Северной Двины и уровня моря. Работы, посвящённые динамике потока в приливных устьях малых рек (на примере Беломорского бассейна) [Алабян и др., 2018, 2019; Панченко, 2022; Рап^епко, А1аЬуап, 2022] содержат исследования с использованием данных полевых исследований в периоды различных фаз водного

режима 2016—2020 гг. и построения на основе одномерной гидродинамической модели, основанной на уравнениях Сен-Венана.

В работах [Повалишникова, 2001; Михайлова, 2013] выполнен общий обзор причин процессов затока солоноватой морской воды в устьевую область реки и описаны последствия, этих затоков. Рассмотрены основные теоретические и эмпирические подходы при изучении опасного гидрологического явления - интрузии морской воды в устья рек, охарактеризованы естественные и антропогенные факторы, влияющие на эти процессы, а на примере рек Тибр, По, Фрейзер и др., а также дана типизация процессов проникновения морской воды в устья рек. Выполнен обзор способа определения стратификации морской и речной воды, приведены способы расчёта дальности проникновения морской воды в устья рек [Михайлова, 2013; Зырянов, 1987; Turn, 1991].

В настоящее время так же уделяется внимание гидрологическому режиму в устьевых областях рек [Михайлов и др., 2009, Михайлов, Горин, 2012], но в то же время, гидрологический режим устья реки Преголя - исследован недостаточно детально [Chubarenko B., Margonski, 2008; Кушевски и др., 2014; Chubarenko etc., 2017; Чубаренко, 2007], так как неприливным устьевым областям многочисленных средних рек уделялось значительно меньше внимания.

Непосредственно связанных с объектом и предметом исследования настоящей диссертации работ немного. Ниже приведён обзор работ последнего времени, выполненных отечественными учёными и посвящённых данному направлению научного исследования - гидрологии Юго-восточной части Балтийского моря и реки Преголи.

В 1971 году была издана первая и единственная монография на русском языке под редакцией Н.Н. Лазаренко и А. Маевского «Гидрометеорологический режим Вислинского залива» [Лазаренко, Маевский, 1971], посвящённая Калининградскому/Вислинскому заливу, в которой подробно были описаны и проанализированы все особенности гидрологического и метеорологического режимов данного водного объекта.

За последнюю четверть века опубликовано достаточное количество результатов научных исследований, посвящённых Калининградскому и Куршскому заливам и освещающие частные вопросы, касающиеся гидрометеорологии, гидробиологии, геологии и геоморфологии в устьевой области реки Преголи и заливах. Можно выделить

научные труды, непосредственно касающиеся предмета исследования диссертационной работы.

Затоки солоноватой вод. Исследованиям затоков солоноватой воды Калининградского залива в устье реки Преголя уделено существенное внимание Лаборатории прибрежных систем Атлантического отделения Института океанологии РАН (далее - ЛПС АО ИО РАН). В работе [Чубаренко, Шкуренко, 1999, 2001], используя данные измерений термохалинной структуры воды на участке от двухъярусного моста вверх по реке до эстакадного моста (в черте г. Калининград) и выше до Берлинского моста выполнен анализ механизмов проникновения солоноватой воды вверх по реке с точки зрения последующего учёта выявленных особенностей при моделировании этого явления и подготовке практической прогнозной методики. Измерения проводились в периоды с 10.09—05.11.98 г. и 01.12—05.12.99 г. (период ураганных ветров западных и юго-западных румбов) СГО-зондом SeaCat в режиме вертикальных зондирований на 7 станциях на фарватере рукава Нижняя Преголя, где и находятся водозаборы водонасосных станций. При наблюдениях было зафиксировано, что реализуется два механизма проникновения солоноватой воды вверх по реке под действием определённых сочетаний режимообразующих факторов.

В работе [Домнин и др., 2013] также исследовался процесс затока заливной воды по речному руслу. Лабораторией прибрежных систем АО ИОРАН им. П.П. Ширшова РАН в период 1994—2012 гг. проводился мониторинг Калининградского залива, Калининградского морского канала и устьевой части реки Преголи. Опираясь на многолетние контактные данные (1994—2012 гг.), проведён анализ параметров солёности в устьевой части реки Преголи и подсчитана интегральная величина, характеризующая среднюю солёность.

Определено, что среднемноголетнее значение солёности для весны-лета-осени (та часть года, когда проводились измерения) в месте впадения реки Преголи в Калининградский залив имеет максимальное значение, равное 4 PSU (промилле) [Чубаренко и др., 2015 ]. В среднем, при интрузионному перемешивании солоноватая вода Калининградского залива, имея большую плотность, распространяются по дну русла, «подтекая» под более пресную воду, движущиеся в сторону залива по поверхности реки. Таким образом, граница зоны смешивания морской (солоноватой) и речной (пресных) воды, определённая значением солёности в 1 PSU [Михайлов и др., 2009], имеет форму

клина, где её придонная часть находится на 11 км выше устья реки, а приповерхностная - на 7 км.

В статье [Домнин и др., 2014] выполнен анализ параметров солёности в устьевой части реки Преголи, влияние нагонного ветра >15м/с на проникновение солоноватой воды Калининградского залива вглубь устья р. Преголя. Исследователями выполнен расчёт модели расхода воды в процессе затока солоноватой воды из Калининградского залива в устьевую часть реки Преголя с использованием нескольких наборов данных. Расход воды в реке рассчитан стоковой гидрологической моделью HYPE (Hydrological Predictions for the Environment) Шведского гидрометеорологического института (SMHI). Так же выполнен расчёт модели затоков в устьевой части реки Преголя. Для моделирования осреднённых по глубине течений, возвышения свободной поверхности, так же затоков солоноватой воды использовался гидродинамический модуль MIKE 21, с нерегулируемой сеткой, покрывающей Калининградский залив, рукавов Нижняя Преголя и Дейма.

Общие предварительные расчёты работ [Домнин и др., 2013, 2014] показали, что основными калибровочными параметрами, влияющими на глубину затока вверх по реке солоноватой воды, являются величины горизонтальной турбулентной вязкости и донного трения. Для вычисления турбулентной вязкости выбрана модель Смагоринского [Smagorinsky, 1963]. Для вычисления донного трения использована модель с числом Маннинга [Gioia, Borabardelli, 2002]. Имея на момент затока результаты контактных измерений, авторы сравнили с ними модельные данные, полученные на день проведения измерения. Выводы работы: сильные нагонные ветра вызывают проникновение солоноватой воды Калининградского залива верх по руслу реки Преголя; повышенная ветровая активность в первую очередь влияет на подъём уровня водной поверхности в системе Балтийский пролив - Калининградский морской канал - река Преголя; проникновение солоноватой воды Калининградского залива по руслу рукава Нижняя Преголя и рукава Дейма в Куршский залив не было обнаружено, для фиксации ситуации перетока, когда в нем участвует только пресная вода реки, требуется поиск каких-либо других маркирующих свойств воды. Авторами сделан вывод, что проведённые расчёты полностью подтверждают, что заток солоноватой воды Калининградского залива происходят в осенне-зимний период года при свежем (более 15 м/с) ветре западных румбов. Продолжительность затока связана с длительностью ветрового нагона. За период

нагона в 3 суток солёная вода может проникать вглубь устья реки на расстояние не менее 20 км.

Уровень и расход воды. Ввиду того что одними из основных характеристик являются уровень и расход воды данным параметрам были так же посвящены работы, посвящённые устьевой области реки Преголи. Рассматривались межгодовые колебания в устье реки Преголи за 1996—2015 гг. [Навроцкая, Чубаренко, 2017] и положительный тренд среднего годового уровня 6,4 мм в год или 12,8 см за 20 лет. По мнению авторов, рост минимальных уровней, как правило, происходит в результате климатических изменений гидрологических климатообразующих факторов, в то время как максимальные уровни более отражают тенденции в режиме нагонных ветров. Так же для прибрежной зоны Калининградской области по данным за 1901—2018 гг. анализировались изменчивость среднегодовых значений температуры воздуха, атмосферных осадков и уровня моря с климатическим осреднением (в пределах 30-летних климатических периодов со сдвигом 30-летнего «окна» с шагом 10 лет) [Стонт и др., 2020]. Рост среднегодовой температуры воздуха, в основном, обусловлен повышением температуры в зимний и весенний периоды, с чем связано уменьшение контрастности между сезонами. По ежегодным значениям уровня моря в Калининграде в пределах временного интервала 1961—2018 гг. отмечена неоднозначность вклада экстремальных уровней в рост среднего годового уровня (4,5 см/декада) - положительных трендов минимального уровня (3,4 см/декада) и максимального уровня (1 ,2 см/декада) [Стонт и др., 2020]. Выполнен анализ расхода реки Преголи и пропорция его распределения по двум рукавам Нижняя Преголя и Дейма за период 1990—2020 гг. [Боскачёв, Чубаренко, 2021] Использованы данные ежесуточных измерений на гидрологических постах Калининградского Гидрометцентра приходящего расхода реки Преголи и расхода через рукав Дейма. Обсуждены среднегодовые значения стока, максимальные и минимальные расходы в году, пропорция разделения расхода между рукавами. Определено, что в исследуемый период расход воды реки Преголи и её рукавов изменялся более чем в 100 раз. Столь значительные диапазоны изменения расхода воды реки Преголи и её рукавов напрямую связаны с сезонным температурным режимом и вариативностью количества выпавших осадков в виде снега или дождя. Среднегодовое значение расхода воды реки Преголи за исследуемый период очень близко к среднемноголетнему значению 50-х годов и составляет 81,1 м3/с, а рукаве Дейма - 34,6 м3/с соответственно, где рассчитанное среднее значение за весь исследуемый

период рукава нижней Преголи составило - 46,7 м3/с. За исследуемый период среднегодовой расход воды реки Преголи (выше точки бифуркации в г. Гвардейске) варьировался в пределах 32,1—167,5 м3/с. Распределение стока реки Преголи в рукава Нижняя Преголя и Дейма примерно в равной степени зависит от двух основных факторов: стока с водосбора реки Преголи и подпора (уровня) воды в приёмных водоёмах. Значимый тренд для среднегодового расхода воды реки Преголи за период 1990—2020 гг. не выявлен [Боскачёв, Чубаренко, 2021].

Случаи обратных течений в Нижней Преголе известны по литературным данным [Маркова, Нечай, 1960], фиксировались в предшествующих гидрологических измерениях [Домнин и др., 2013, 2014] и непосредственно автором [Боскачёв, Чубаренко, 2020]. Перетоки воды (водообмен) между Калининградским и Куршским заливами должны сопровождаться появлением длительных случаев обратного течения в рукавах Нижняя Преголя и Дейма. Отсутствуют публикации, посвящённые эффекту связи двух заливов через речную систему и перетокам воды между ними. В работе [Марковой, Нечай, 1960] есть утверждение о возможности таких событий, но факта такого перетока никто пока инструментально не фиксировал. Имеются сведения, полученные в рабочем порядке от сотрудников АтлантНИРО, об обнаруженной ими аномальной солёности вблизи устья рукава Дейма в начале сентября 1997 г.: в период измерений 01—12.09.1997 г. концентрация хлоридов в Куршском заливе превышала 500 мгС1/л, что составляет 0,93 PSU. Причиной такой аномалии не мог стать заток морской воды через Клайпедский пролив, т.к. повышенная солёность была обнаружена в виде локального пятна в полностью пресном Куршском заливе (только в юго-восточной его части, примыкающей к устью Деймы). Единственным объяснением является переток воды Калининградского залива по Нижней Преголе и Дейме.

Актуальность исследования также определяется тем, что Калининградский [Schiewer (ed.), 2008] залив является эстуарной лагуной, т.к. в его пределах происходит смешение солоноватой воды Балтийского моря с речной водой. Влияние морской воды сказывается на акватории всего Калининградского залива [Chubarenko, Margonskii, 2008], эстуарные условия наблюдаются даже на устьевом участке рукава Нижней Преголи [Chubarenko et al., 2017]. Комбинация режимообразующих факторов (нагонный ветер, высокий уровень воды, слабый речной сток и исходное высокое расположение эстуарной зоны смешения) в устье рукава Нижняя Преголя, создаёт условие для проникновения

солёностной интрузии вверх по реке, что приводит к блокировке водозаборов системы водоснабжения г. Калининграда [Чубаренко, Шкуренко, 2001]. Кроме того, загрязнённая вода портовых акваторий Калининграда, расположенных на устьевом участке Нижней Преголи, в случае перетока в Куршский залив могут оказывать негативное влияние на речную и заливную экосистемы [Павловский, Шамшурин, 2021]. Получение знаний о гидрологической связи Калининградского и Куршского заливов необходимо для прогнозирования в условиях ожидаемых изменений регионального климата -уменьшения атмосферных осадков и подъёма уровня Балтийского моря [Малинин, 2015; Стонт и др. 2020].

Территория Калининградской области занимает ту часть трансграничных водосборов (Россия-Литва и Россия-Польша) Калининградского и Куршского заливов, через которую осуществляется гидрологическая связь между заливами. А, следовательно, все гидротехнические преобразования на территории области могут отражаться на акваториях заливов, принадлежащих соседним странам, что становится весьма чувствительным моментом во взаимоотношениях с Европейским Союзом в условиях нынешней изолированности России.

В связи с фактическим отсутствием исследовательских работ, посвящённых гидрологически связанным системам устьевых и прибрежных лагун, настоящая работа впервые с использованием данных натурных наблюдений количественно освещает гидравлические характеристики перетоков воды в одной из таких систем, а также раскрывает её функционирование в условиях бесприливного Балтийского моря.

Объект исследования - лагунно-эстуарная система Калининградский залив -рукав Нижняя Преголя - рукав Дейма - Куршский залив (Юго-восточная Балтика).

Предмет исследования - гидрологическая связь между Калининградским и Куршским заливами (колебания уровня, распределение речного стока и перетоки воды по рукавам реки Преголи).

Цель исследования - установить характеристики гидрологической связи составляющих системы Калининградский залив - река Преголя - Куршский залив. Для достижения поставленной цели решались задачи:

- провести статистический анализ рядов уровня воды и расхода воды на гидрологических постах системы Калининградский залив - река Преголя - Куршский

залив, оценить их однородность, стационарность, корреляционные связи, возможности объединения данных в единую референтную систему (на основе данных 2002—2022 гг.);

- провести гидрологические наблюдения в устьевом участке рукава Нижняя Преголя с целью получения верификационных данных для совместного анализа данных по уклонам и расходам в изучаемой системе;

- оценить возможность возникновения эффекта перетока воды между Калининградским и Куршским заливами на основе анализа уклона водной поверхности в рукавах Нижняя Преголя и Дейма;

- установить современное соотношение в распределении стока реки Преголи по рукавам Нижняя Преголя и Дейма и выявить факты перетока воды между рукавами, которые могут привести к перетокам воды между заливами (по данным (1990—2022 гг.);

- оценить возможность проникновения придонной интрузии солоноватой воды Калининградского залива вверх по руслу вплоть до перетока в рукав Дейма.

Научная новизна

Впервые на примере Калининградского и Куршского заливов выполнено исследование возможности перетоков воды в гидрологической системе соединенных водотоками устьевых лагун. Для этого в единой референтной системе впервые проведено сопоставление уровня воды на устьевых участках соединяющих их водотоков - рукавов Нижняя Преголя и Дейма.

Проведены тестовые измерения течений и совместные прямые измерения уровня воды на устьевых участках рукавов Нижняя Преголя и Дейма, позволившие ввести необходимые корректировки для объединения данных по уровню воды с гидрологических постов Калининград-Рыбный порт, Преголя-Гвардейск и Дейма-Полесск в единую референтную систему.

Получено современное соотношение (для периода 1990—2022 гг.) для перераспределения стока реки Преголи в Калининградский и Куршский заливы по рукавам Нижняя Преголя и Дейма.

Получены данные прямых измерений толщины придонной интрузии солоноватой воды Калининградского залива на городском участке рукава Нижней Преголи в течение полугода (10.09.2019—27.03.2020 г.).

Оценены дальности проникновения солёностного клина и определены условия для возможного перетока интруз ий солоноватой воды через рукав Нижняя Преголя в рукав Дейма (а, соответственно, и далее - в Куршский залив). Защищаемые положения:

1. Калининградский и Куршский заливы Балтийского моря объединяются устьевыми рукавами Нижняя Преголя и Дейма в единую гидрологическую систему.

2. Разработана и применена верифицированная на характеристиках течения -уклон методика, впервые позволившая провести сравнение уровня воды в пределах устьевого участка реки Преголи в единой высотной референтной системе.

3. По данным последних десятилетий выявлено перераспределение стока р. Преголи в пользу рукава Дейма, что способствует интенсификации проникновения солоноватой воды Калининградского залива в русло рукава Нижняя Преголя при нагонах.

4. Межрукавные перетоки воды в 1990—2022 гг. происходили только из Нижней Преголи в Дейму и являются редким явлением из -за малой вероятности длительного совпадения благоприятствующих гидрометеорологических условий - низкого стока реки и нагонного ветра западных направлений.

5. Интрузия солоноватой воды в русле рукава Нижняя Преголя существует при любых расходах воды вплоть до 6% обеспеченности (менее 120 м3/с). Она может подниматься по рукаву Нижняя Преголя до точки бифуркации по рукаву Нижняя Преголя (вплоть до перетока солоноватых вод в Куршский залив) в случае низкого стока реки (95% обеспеченности или 5—7 м3/с) на протяжении трех недель и толщины языка придонной интрузии солоноватых вод - не менее 6 м в районе г. Калининграда.

Практическая и научная значимость результатов работы:

Предложен, обоснован и применён вариант объединения в единую референтную систему существующих данных об уровне воды на гидрологических постах Калининград -Рыбный порт, Преголя-Гвардейск, Дейма-Полесск.

Результат полученного в работе анализа по дальности проникновения интрузии солоноватой воды Калининградского залива в русло рукава Нижняя Преголя даёт ориентир для муниципальных служб города Калининграда по использованию резервного водоснабжения в случае блокировки солоноватой заливной водой водозаборов городской системы водоснабжения (на рукаве Нижняя Преголя).

Выполненная оценка условий, способствующих возникновению интрузий солоноватой воды в русло рукава Нижняя Преголя вплоть до возможного перетока солоноватой воды из Калининградского залива в Куршский залив, может быть использована в дальнейшем для анализа усугубления этого эффекта при снижении количества атмосферных осадков и роста температуры воздуха (т.е., в итоге - увеличении доли испарения в водном балансе), что в совокупности приводит к уменьшению речного стока, а, значит, и к ослаблению сопротивляемости реки затокам солоноватой воды. Фактический материал и методы

Проведён совместный статистический анализ данных сети Росгидромета для уровня воды на речных (Преголя-Гвардейск, Дейма-Полесск) и морских (Калининград-Рыбный порт, Краснофлотское, Открытое) постах за период 2002—2022 гг., а также расхода воды на речных постах (Преголя-Гвардейск, Дейма-Гвардейск) за период 1990— 2022 гг.

Выполнены измерения скорости придонных течений в рукавах Нижняя Преголя и Дейма за три периода в 2019—2020 гг., данные которых анализировались совместно с данными о колебании уровня воды и метеоусловиях.

Для определения корректности высотных отметок гидрологических постов (системы Росгидромет) на рукавах Нижняя Преголя и Дейма посредством спутникового нивелирования определены вспомогательные референтные высотные отметки контрольных точек (ноябрь 2020 г.). Выполнены измерения уровня воды на контрольных точках (ноябрь—декабрь 2021 г., март 2022 г.), по которым определены поправки к данным уровня воды с гидрологических постов Росгидромета. Выполнено геометрическое нивелирование реперов и водомерных реек гидрологических постов в Балтийской системе высот (БС-77) от государственных пунктов высотного обоснования (Россреестр) (август 2022—апрель 2023 г.). Проведено спутниковое нивелирование с определением корректности высотных отметок пунктов высотного обоснования (реперов Россреестра, апрель 2023 г.).

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Боскачёв Руслан Владимирович, 2024 год

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ

1. Алешкин С.А. Математическое моделирование гидролого-морфологических процессов в неприливных дельтах рек: автореферат дис. ... кандидата географических наук: 25.00.27 / Моск. гос. ун-т им. М.В. Ломоносова. - Москва, 2004. - 27 с.

2. Алексеевский НИ., Айбулатов Д.Н. Структура дельтовых водотоков и её учёт при оптимизации гидрологического мониторинга в устьевых областях рек. // Труды Государственного океанографического института. - 2013. - №2(214). - С. 251 — 263.

3. Алабян А. М., Крыленко И. Н., Лебедева С. В., Панченко Е. Д. Мировой опыт численного моделирования динамики потока в устьях рек // Водные ресурсы. 2022. Т. 49, № 5. С. 552—567.

4. Алабян А.М., Панченко Е.Д., Алексеева А.А. Особенности динамики воды в приливных устьях малых рек бассейна Белого моря // Вестник МГУ. Серия 5.

5. География. 2018. № 4. С. 39—48

6. Алабян А. М., Панченко Е. Д., Медин А. М. Парадоксы гидродинамики реверсивных течений в приливных устьях рек // Труды Ш Всероссийской конференции Гидрометеорология и экология: достижения и перспективы развития. Санкт-Петербург, 2019. С. 61—64.

7. Антонов В. С. Устьевая область реки Лены: гидрологический очерк. Л.: Гидрометеоиздат, 1967. 107 с.

8. Байдин С.С. Сток и уровни дельты Волги // Гидрометеоиздат, 1962.

9. Байдин С.С., Линберг Ф.Н., Самойлов И.В. Гидрология дельты Волги. Л.: Гидрометеоиздат, 1956. 331 с.

10. Байдин С.С., Скриптунов Н.А., Штейман Б.С., Ган Г.Н. Гидрология устьевых областей Терека и Сулака. М.: Гидрометеоиздат, 1971. 198 с.

11. Берталанфи Л. фон. История и статус общей теории систем // Системные исследования. М.: Наука, 1973. C. 22—38.

12. Боскачев Р.В., Чубаренко Б.В., Кондратов А.А., Корж А.О. Инструментальные инклинометрические измерения течения в реках Преголя и Дейма в период 10.12 -26.12.2019 // Процессы в геосредах. 2020. №3 (25). С. 747—754.

13. Боскачёв Р.В., Чубаренко Б.В. Среднегодовые расходы воды в реках Преголя и Дейма в 1990-2020 гг. / Международный научно-исследовательский журнал. -2021. - № 8(110) Ч 1. - С. 176—183 https://doi.org/10.23670/IRJ.2021.110.8.030.

14. Боскачёв Р.В., Чубаренко Б.В. Придонные интрузии солоноватой воды из Калининградского залива в рукав Нижняя Преголя / Водные ресурсы. - 2024. - в печати

15. Великанов Ю. А. Гидрология суши. Л.: Гидрометеорологическое издательство, 1948. 528 с.

16. Великанов М.А. Динамика русловых потоков. Том 1. Структура потока. М.: Гос. изд-во технико-теоретической литературы, 1954. 322 с.

17. Гидродинамика береговой зоны и эстуариев: пер. с англ. / под ред. А.Е. Иппен. Л.: Гидрометеоиздат, 1970. 392 с.

18. Гмыря Е.И. Чубаренко Б.В. Морфометрические характеристики участка разделения реки Преголи на устьевые рукава / - 2023. В печати.

19. Горелиц О.В., Землянов И.В., Павловский А.Е., Иллаев Т.С. Деформации русла и перераспределение стока в пределах устья реки Терек после катастрофического наводнения 2002 года. // Водные ресурсы. - 2006, том 33, № 6, с. 677—685

20. Государственные стандарты СССР. Океанология. Термины и определения // ГОСТ 18 451-73-ГОСТ-18458-73. - М.: Изд-во стандартов, 1973. - 63с.

21. Гришанин К.В. Динамика русловых потоков. Л.: Гидрометеоиздат, 1979. 312 с.

22. Давыдов Л.К., Дмитриева А.А., Конкина Н.Г. Общая гидрология. Л.: Гидрометеоиздат, 1973. - 463 с.

23. Данные о водотоке Дейма (рукав реки Преголи): сайт. - URL: https://textual.ru/gvr/index.php?card=149669&bo=1&rb=0&subb=0&hep=0&wot=0&n ame=%C4%E5%E9%EC%E0&loc= (Данные водного реестра РФ) (дата обращения: 10.06.2022) - Текст: электронный.

24. Двоеглазова Н.В. Возможное блокирование водозаборов г. Калининграда на реке Преголе интрузиями воды с повышенной солёностью // Комплексные исследования Мирового океана. Материалы VII Всероссийской научной конференции молодых ученых, г. Санкт-Петербург, 15-19 мая 2023 г. — Санкт-Петербург: Своё издательство, 2023. — С. 430-432. ISBN 978-5-4386-2269-7

25. Двоеглазова Н.В., Чубаренко Б.В. Изменения в структуре гидрологических характеристик устьевой зоны смешения реки Преголи (Юго-Восточная Балтика) в период осеннего осолонения // Гидрометеорология и экология. 2024. № 74. 87— 104. doi: 10.33933/2713-3001-2024-74-87-104.

26. Домнин Д.А. Чубаренко Б.В. Трансграничные водосборы Юго-восточной Балтики//География и природные ресурсы, 2012. - №3.- С. 69—76.

27. Домнин Д.А., Пилипчук В.А., Карманов К.В. Формирование затока солоноватой воды в лагунно-эстуарной системе водосборного бассейна Вислинского залива и реки Преголи в результате сгонно-нагонных явлений // Естественные и технические науки. 2013. № 6. С. 206—211. EDN: RRREHH.

28. Домнин Д.А., Соколов А.Н., Пилипчук В.А. Особенности и закономерности затока солоноватой масс в лагунно-эстуарной системе Калининградский залив - Преголя - Куршский залив посредством данных контактных измерений и моделирования. //Известия КГТУ - 2014. №35, С. 11—20.

29. Залогин B.C., Родионов Н.А. Устьевые области рек СССР. М.: Мысль, 1969. 312 с.

30. Землянов И.В., Павловский А.Е., Милютина И.Ю., Горелиц О.В., Сапожников а А.А. Краткосрочный прогноз уровней воды в устьевой области р. Дон на основе гидродинамического моделирования // Водные ресурсы. - 2022. - Т. 49, № 5. - С. 596—607. - DOI 10.31857/S0321059622050170.

31. Зырянов В.Н. Гидродинамика соленостного клина // Вод. ресурсы. 1987. № 6. С. 107—125.

32. Зырянов В.Н., Чебанова М.К., Филатов Н.Н. Интрузия морской воды в устья рек. // Водные ресурсы. - 2015. - Т. 42, № 5. - С. 492—503. - DOI 10.7868/S032105961505020X. - EDN SCWSLV.

33. Инструкция по нивелированию I, II, III, IV классов (ГКИНП (ГНТА)-03-010-03). Москва: ЦНИИГАиК, 2003 г. 135 с.

34. Довоенная топографическая карта Восточной Пруссии сайт. - URL: https://lh6.googleusercontent.com/-

KWDqyPZZh3M/W78vimQWuvI/AAAAAAAAKN8/8n0MFXZGP EMalSFLGiR2U 7z3IgNVkQJQCK4BGAYYCw/w1200-h630-p-k-no-nu/Nazvaniia-NP-K0-istoria.ipg. (дата обращения: 25.07.2023) - Текст: электронный.

35. Довоенная топографическая карта Восточной Пруссии (начало 20 века, Messtischblatt) сайт. - URL: http://www.etomesto.ru/download.php?map=kallningrad messtischblatt kenig. (дата обращения: 25.07.2023) - Текст: электронный.

36. Ионов, В.В. Опыт комплексного исследования приливного режима устьевой области реки Кереть, Кандалакшский залив Белого моря / Ионов В.В., Май Р.И., Пряхина Г.В., Рубченя А.В., Смагин Р.Е. // Труды II Всероссийской конференции «Гидрометеорология и экология: достижения и перспективы развития». - Санкт-Петербург, 2018. - С. 311—314.

37. Клещенков А.В., Московец А.Ю. Интрузии солёной воды в дельту реки Дона: закономерности развития и последствия. // Наука юга России. - 2021. - Т. 17, № 3. - С. 30—37. DOI: 10.7868/S25000640210304.

38. Костяницын М.Н. Гидрология устьевой области Днепра и Юж. Буга. М.: Гидрометеоиздат, 1964. 335 с.

39. Крыленко И. Н., Алабян А.М., Василенко А. Н. и др. Двумерная гидродинамическая модель устьевой области реки Печоры // Морские исследования и образование. Сборник трудов X Международной научно -практической конференции (MARESEDU-2021). Т. 1, 2021. С. 321—324.

40. Лебедев В.Н. Воды юго-восточной Камчатки. Ч. 2. Текущие воды. СПб., 1919. 130 с.

41. Лебедева С.В. Динамика потока в многорукавном приливном устье крупной реки (на примере реки Северная Двина). Диссертация на соискание учёной степени кандидата географических наук // Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Московский государственный университет имени М.В. Ломоносова". 2016

42. Лебедева С. В., Алабян А. М., Крыленко И. Н., Федорова Т. А. Наводнения в устье Северной Двины и их моделирование // Геориск, №1. - 2015. С. 18—25.

43. Ляхницкий В.Е. Общие основания улучшения судоходных условий устьев рек, подверженных действию морских приливов, и необходимых при этом исследований // Труды отдела торговых портов, 1918. Вып. XI. 358 с.

44. Любимова О.Е. Оценка риска штормовых наводнений и их геоэкологических последствий в устьевой области реки Преголи (Калининградская область) // Дисс. на соиск. уч. ст. канд. геогр. наук. Калининград, 2012. 266 с.

45. Малая энциклопедия Забайкалья: Природное наследие / гл. ред. Р. Ф. Гениатулин. - Новосибирск: Наука, 2009. - 698 с.

46. Малинин В. Н. Изменения уровня Мирового океана и климата // Ученые записки РГГМУ. 2015. № 41. С. 100—115.

47. Малинин В. Н. Статистические методы анализа гидрометеорологической информации. СПб.: РГГМУ, 2008. 408 с.

48. Малинин В. Н., Гордеева С. М., Митина Ю. В., Шевчук О. И. Результаты исследований уровня моря в РГГМУ // Гидрометеорология и экология. 2020. № 60. С. 269—305.

49. Маркова Л.Л. Реки // Калининградская область: Очерки природы / Сост. Д.Я. Беренбейм; Науч. ред. В.М. Литвин. - 2-е изд., доп. и расш. Калининград: Янтарный сказ, 1999. -С. 69—83.

50. Маркова Л.Л., Нечай И.Я. Гидрологический очерк устьевых областей рек Немана и Преголи. // Труды ГОИН, вып. 49. - М: 1960, с. 118—187.

51. МИ 1759-87. Государственная система обеспечения единства измерений. Расход воды на реках и каналах. Методика выполнения измерений методом скорость— площадь. М.: Издательство стандартов, 1987. 28 с.

52. Миньковская Р.Я. Термины и определения океанографии морских устьев рек. Методическое руководство. - Севастополь, 2009.- 29 с.

53. Марютин Т.П. Основные принципы исследования дельт рек // Известия ГГИ, 1934. №66. С. 3—8.

54. Марютин Т.П. Уравнения прогноза нагонных и сгонных уровней в дельте реки Северная Двина // Труды НИУ ГУМС, 1941. Сер. 5. Вып. 1. С. 108—116.

55. Михайлов В.Н. Гидрологические процессы в устьях рек. М.: ГЕОС, 1997, 176 с.

56. Михайлов В.Н. Гидрология устьев рек. - М.: Изд-во МГУ, 1998. - 176 с.

57. Михайлов В.Н., Горин С.Л. Новые определения, районирование и типизация устьевых областей рек и их частей - эстуариев. // Водные ресурсы, 2012. №3.- С. 243—256.

58. Михайлов ВН., Горин СЛ., Михайлова М.В. Новый подход к типизации эстуариев. // Вестник Московского университета. 2009, №5. С. 3 -11.

59. Михайлов В.Н., Добровольский А.Д., Добролюбов С.А. Гидрология. М.: Высш. шк., 2005. 463 с.

60. Михайлов В.Н., Добролюбов С. А. Гидрология: учебник для вузов. М. ; Берлин : Директ-Медиа, 2017. - 752 с.

61. Михайлова М В. Процессы проникновения морской воды в устья рек // Водные ресурсы. - 2013, том 40, № 5, с. 439-455.

62. Михайлов В.Н., Михайлова М. В. Закономерности воздействия повышения уровня моря на гидрологичсекий режим и морфологическое строение речных дельт. // Водные ресурсы. - 2010, том 37, № 1, с. 3—16

63. Михайлов В.Н., Михайлова М.В. Физические основы гидрологических и морфологических процессов в речных дельтах. // Вестник РФФИ, 2013. № 2 (78), С. 26—34.

64. Навроцкая С. Е., Чубаренко Б. В. О повышении среднегодовых и сезонных значений уровня воды в устьевой части реки Преголи (Балтийское море) по данным 1996—2015 гг. // Известия Русского географического общества. 2017. Т. 149, № 2. С. 16—30.

65. Навроцкая С. Е., Чубаренко Б. В. Тенденции изменения уровня моря в лагунах юго-восточной Балтики. // Океанология. 2013. Т. 53 (1). С. 17—28.

66. Навроцкая С.Е., Чубаренко Б.В. О повышении уровня моря в Российской части Вислинского залива// Метеорология и гидрология. 2012. № 1. С. 57—67

67. Навроцкая С. Е., Чубаренко Б. В. О повышении среднегодовых и сезонных значений уровня воды в устьевой части реки Преголи (Балтийское море) по данным 1996—2015 гг. // Известия Русского географического общества. 2017. Т. 149, № 2. С. 16—30. ББК уьтаср.

68. Наумов В.А. Статистический анализ среднесуточных расходов реки Преголя (2006-2015) // Вестник науки и образования Северо-Запада России, 2017, Т.3, №2. -С. 17—27.

69. «Нивелирование морских уровенных постов» (РД 52.10.768.2012). Обнинск: Издательство «Артифекс», 2012. 64 с.

70. Нормативы допустимого воздействия по бассейнам реки Преголя (код 01.01.00.002) и рек бассейна Балтийского моря в Калининградской области без р.р. Неман и Преголя (код 01.01.00.003). ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА К СВОДНОМУ ТОМУ ФГБУ "Государственный океанографический институт им. Н.Н. ЗУБОВА" (ФГБУ ТОИН"), 2012. - С. 88.

71. Океанология. Термины и определения. ГОСТ 18451 -73 - ГОСТ 18458-73. М.: Госстандарт, 1973. 63 с.

72. Осадчий В. М. Регулирование рыболовства и стратегия использования рыбных ресурсов в Куршском заливе: Автореф. дисс. на соиск. учен. степ. канд. биол. наук. — Калининград, 2000. — 24 с.

73. Павловский А. А., Шамшурин В. И. Влияние повышения уровня Балтийского моря на историко-культурное наследие России // Гидрометеорология и экология. 2021. № 65. С. 681—693.

74. Панченко Е. Д. Динамика потока в приливных устьях малых рек (на примере Беломорского бассейна). Диссертация на соискание учёной степени кандидат а географических наук // Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Московский государственный университет имени М.В. Ломоносова". 2022

75. Панченко Е. Д., Льюменс М., Лебедева С. В. Моделирование гидродинамических процессов в приливном устье реки Онеги // Сборник докладов международно й научной конференции Четвертые Виноградовские чтения. Санкт-Петербург, 2020. С. 135—140.

76. Повалишникова Е.С. Смешение речных и морской воды в устьях рек: автореферат диссертации на соискание учетной степени кандидата географических наук: / Моск. гос. ун-т им. М.В. Ломоносова. - Москва, 1995. - 26 с.

77. Повалишникова Е.С. Причины проникновения морской воды в реки и его экологические последствия. // Вестник Московского университета. 2001. № 3. С. 20—28.

78. Полонский В.Ф., Михайлов В.Н., Кирьянов С.В. и др. Устьевая область Волги: гидролого-морфологические процессы, режим загрязняющих веществ и влияние колебаний уровня Каспийского моря // Отв. ред. В.Ф.Полонский и др. // Океанографический ин-т (Москва). - М.: ГЕОС, 1998. - 278 с. ISBN 5-89118-041-3

79. Полонский В.Ф., Лупачев Ю.В., Скриптунов Н.А. Гидролого-морфологические процессы в устьях рек и методы их расчёта (прогноза).- СПб., 1992.- 384 с.

80. Программа залива Чесапик: сайт. - URL: https://www.chesapeakebay.net/discover/ecosystem/physical_characteristics (Гидрологические характеристики залива Чесапик) (дата обращения: 10.11.2022) -Текст: электронный.

81. Регион Калининградского/Вислинского залива: современное состояние и сценарий развития / Под ред. В. Кушевски, Г.М. Федоров, Б.В. Чубаренко, В.А. Гриценко. Калининград, БФУ им. Канта, 2014. 216 с.

82. Рогов М.М., Ромашин В.В., Штейнбах Б.В. Гидрология устьевой области Западной Двины. М.: Гидрометеоиздат, 1964. 349 с. Рогов М.М., Ходкин С.С., Ревина С.К., Гидрология устьевой области Амударьи. М.: Гидрометеоиздат, 1968. 268 с.

83. Ромашин В.В. Динамика наносов в устьевой области реки Даугавы: автореферат диссертации на соискание учетной степени кандидата географических наук: / Гидрол. институт. - Ленинград, 1964. - 24 с.

84. Родионов Н.А. Гидрология устьевой области Дона. М.: Гидрометеоиздат, 1958. 95 с.

85. Руководство по гидрологическому исследованию морских устьев рек. М.: Гидрометеоиздат, 1965. 340 с.

86. Руководство по гидрологическим исследованиям в прибрежной зоне морей и в устьях рек при инженерных изысканиях. М.: Гидрометеоиздат, 1972. 393 с.

87. Руководство устьевым станциям. Л.: Гидрометеоиздат, 1951. 188 с.

88. Руководство по гидрологическим исследованиям в прибрежной зоне морей и в устьях рек при инженерных изысканиях. М.: Гидрометеоиздат, 1972. 393 с.

89. Руководство по гидрологическим исследованиям морских устьев рек. М.: Гидрометеоиздат, 1965. 340 с.

90. Русловые процессы в дельте Волги / Под ред. Н.И. Алексеевского. М., 1997. 163 с.

91. Самойлов И.В. Устья рек. М.: Географгиз, 1952. -526 с.

92. Сафьянов Г.А. Эстуарии.- М.: Мысль, 1987.- 189 с.

93. Силич М.В. Водный баланс залива. // Гидрометеорологический режим Вислинского залива, под ред. Лазаренко Н., Маевского А, Л.: Гидрометеоиздат, 1971, - С. 143-172

94. Солодовник А.И., Шурыгин Д.Н., Литовченко Т.В., Николаева Д,М., Николаева А.М. Высокоточное спутниковое нивелирование и исследование локальной модели высот квазигеоида на территории России // ГИАБ. 2017. №12. URL: https://cyberleninka.ru/article/n/vysokotochnoe-sputnikovoe-nivelirovanie-i-issledovanie-lokalnoy-modeli-vysot-kvazigeoida-na-territorii-rossii (дата обращения: 26.09.2023).

95. Стонт Ж.И., Навроцкая С.Е., Чубаренко Б.В. Многолетние тенденции изменчивости гидрометеорологических характеристик в Калининградском регионе // Океанологические исследования. 2020. Т. 48, № 1. С. 45—61.

96. Студенческая библиотека онлайн: сайт. Краснодар, 1968 - URL: https://studbooks.net/1181870/geografiya/inzhenerno_geologicheskie_usloviya_krasno darskogo_kraya (Инженерно-геологические условия Краснодарского края) (дата обращения: 10.11.2022) - Текст: электронный.

97. Таблица критических значений t-критерия Стьюдента. URL: https://statpsy.ru/t-student/t-test- tablica (дата обращения: 20.08.2022).

98. Чикин А.Л., Клещенков А.В., Чикина Л.Г., Коршун А.М. Численное исследование влияния ветровой ситуации в Таганрогском заливе на уровень воды в дельте Дона. // Наука юга России. - 2022. - Т. 18, № 3. - С. 21—28. - DOI 10.7868/S25000640220303

99. Чикин А. Л., Клещенков А. В., Чикина Л. Г. Моделирование проникновения солёной воды в основные рукава дельты Дона в зависимости от ветровой ситуации // Экологическая безопасность прибрежной и шельфовой зон моря. 2023. № 4. С. 56-72. EDN KFZQNW

100. Чубаренко Б.В. Зонирование Калининградского залива и устьевого участка реки Преголи по показателям гидролого-экологического состояния и в целях оптимизации мониторинга / Комплексное исследование процессов, характеристик и ресурсов российских морей Северо-Европейского бассейна (проект программы «Исследование природы Мирового океана» федеральной целевой программы «Мировой океан»»). - Вып. 2 - Апатиты: Изд. Кольского научного центра РАН, 2007. - С. 591—602.

101. Чубаренко Б. В., Двоеглазова Н. В., Боскачев Р. В., Шушарин А. В., 2024, Океанологические исследования, 2024, Том 52, № 1, С. 157-176

102. Чубаренко Б.В., Боскачёв Р.В. Возможность перетока воды в системе «Калининградский залив - река Преголя - Куршский залив» // Процессы в геосредах. 2018. №2 (15). С. 911—919.

103. Чубаренко Б. В., Есюкова Е. Е., Домнин Д. А., Лейцина Л. В. Оценка влияния возможных изменений климата на Вислинский залив (Балтийское море) и его водосборный бассейн // Процессы в геосредах. - 2015. - N° 1(1). - С. 113-121. - EDN VCHUSB.

104. Чубаренко Б.В., Шкуренко В.И. Особенности гидрологической структуры воды в эстуарии реки Преголи и в точке стоянки НИС "Витязь" // Экологические проблемы Калининградской области и юго-восточной Балтики.- Калининград. КГУ.- 1999.- С. 41—47.

105. Чубаренко Б.В., Шкуренко В.И. Физические механизмы проникновения солёной воды вверх по реке Преголе с учётом влияния рельефа дна. // Физические проблемы экологии (экологическая физика), вып. 7. - М.; Изд-во МГУ, 2001. - С. 80—88.

106. Baretta, J., Ruardij, P. Tidal Flat Estuaries: Simulation and Anlysis of the Ems Estuary.- Ecological Stusies, Vol.71.-Springer-Verlag, 1988.-353 p.

107. Bellafiore, D., Ferrarm, C., Maicu, F., Braga, F., Zaggia, L., Lorenzetti, G., Manfe, G., Brando, V., De Pascalis, F. (2018). Coastal mixing in multiple-mouth deltas: A case study in the Po delta, Italy. Estuarine Coastal and Shelf Science 226 (8):106254. https://doi.org/10.1016/j.ecss.2019.106254.

108. Bellafiore, D., Ferrarm, C., Maicu, F., Manfe, G., Lorenzetti, G., Umgiesser, G., Zaggia L., Levinson A.V. (2021). Saltwater intrusion in a Mediterranean delta under a changing climate. Journal of Geophysical Research: Oceans, 126, e2020JC016437. https://doi.org/10.1029/2020JC016437

109. Bird E. Coastal geomorphology: an introduction. Second edition. ISBN 978-0470-51730-7 / E. Bird. - John Willey & Sons Ltd., 2008.

110. Blaylock, D., (1983) Choctawhatchee Bay—analysis and interpretation ofbaseline environmental data: Pensacola, Florida Sea Grant College, technical paper #29, 237 p., 30 appendixes

111. Chubarenko B., Domnin D., Navrotskaya S., Stont Zh., Chechko V., Bobykina V., Pilipchuk V., Karmanov K., Domnina A., Bukanova T., Topchaya V., Kileso A.

Transboundary Lagoons of the Baltic Sea (Chapter 6) // The Diversity of Russian Estuaries and Lagoons Exposed to Human Influence, Estuaries of the World (Ed. R. Kosjan). Switzerland: Springer International Publishing, 2017. Р. 149—191. doi: 10.1007/978-3-319-43392-9_6.

112. Chubarenko B., Margonski P. The Vistula Lagoon. [In] Ecology of Baltic Coastal Waters. U. Schiewer (Ed.) Ecological studies (analysis and synthesis). Issue 197. Berlin: Springer, 2008. P. 167—195.

113. Chubarenko B., Boskachev R. 2021. Hydraulic connection between Vistula and Curonian lagoons of the Baltic Sea. Baltica 34 (1), 81 —94. https://doi.org/10.5200/baltica.2021.1.7.

114. Chubarenko B., Domnin D. International and Inner Transboundary River Basins in the Kaliningrad Oblast, South-Eastern Baltic. // Integrated Water Management: Practical Experiences and Case Study. Meire P., Coenen M., Lombardo C., Robba M., Sacile R. (Eds.). Earth and Environmental Sciences, Vol. 80. Springer, 2008. Pp. 309— 321

115. Davies L.J. A Morphogenic Approach to the Worlds' Shorelines. Zeitschrift für Geomorphologie, 1964—8, 127-142

116. Day J.W.Jr., Hall Ch.A.S., Kemp W.M., Yanez-Arancibia A. Estuarine Ecology.-New York: John Wiley & Sons, 1989.- 558 p.-ISBN 0-471- 06263-4

117. Daniel W.W. Kolmogorov—Smirnov test with one sample // Applied Nonparametric Statistics (2nd ed.). Boston: PWS-Kent, 1990. Р. 319—330.

118. Dickey D. A. (2014) Stationarity Issues in Time Series Models. // Proc. SUGI-30. Paper 192-30. URL: https:// pdf4pro.com/amp/view/192-30-stationarity-issues-in-time-series-models-1db2b6.html (дата обращения: 21.09.2022).

119. Domnin D., Chubarenko B., Lewandowski A. Vistula lagoon catchment: Atlas of water use. Moskow: Exlibris Press, 2015.106 p. ISBN 978-5-9900699-4-7

120. Guidelines on the study of seawater intrusion into rivers / prepared for the International Hydrological Programme by the Working Group of Project 4.4b (IHP-III) ; editor, H. van der Tuin. United Nations Educational, Scientific and Cultural Organization. - Paris, 1991. 137 p.

121. Gasiunaite Z.R., Daunys D., Olenin S., Razinkovas A. (2008) The Curonian Lagoon. In: Schiewer U (ed) Ecology of Baltic coastal waters. Ecological studies, vol 197. Springer-Verlag, Heidelberg, pp 197 —216.

122. Gioia G., Borabardelli F.A. (2002) Scaling and Similarity in Rough Channel Flows, Physical Review Letters, 88, 014501-1-014501-4.

123. Hansen D.V., Rattry M. New dimensions in estuary classification // Limnol. and oceanogr. 1966. V. 11. № 3. P. 319-326.

124. Hinwood J.B. Estuarine salt wedges. Dock and Harbour Authority. 1964. № 45. P. 79—83.

125. Jensen J., Wahl T., Mudersbach C. Sea level variations at the German North Sea and Baltic Sea coast-lines // COPEDEC VII. UAE: Dubai. 2008. No. 99. Р. 1—12.

126. Keller R. Memel und Pregelstrom: ihre Stromgebiete und ihre wichtigsten NebenFluffe. / Memel, Pregel und Weichselstrom. Band II. Berlin, 1899. 532 s. (перевод названия: Келлер Р. Реки Мемель и Прегель: их речные участки и наиболее важные притоки. / Реки Мемель, Прегель и Висла. Том. 2. Берлин, 1899. 532 с.).

127. Maicu F., De Pascalis F., Ferrarin C., Umgiesser G. (2018). Hydrodynamics of the Po River-Delta-Sea system. Journal of Geophysical Research: Oceans, 123. https://doi.org/10.1029/2017JC013601

128. Miththapala S. (2013). Lagoons and Estuaries. Coastal Ecosystems Series (Vol 4). vi + 73 pp. IUCN Sri Lanka Country Office, Colombo.

129. Odebrecht, C., Abreu, P. C., Bemvenuti, C. E., Copertino, M., Muelbert, J. H., Vieira, J. P., Seeliger, U. (2010). The Patos Lagoon Estuary Biotic Responses to Natural and Anthropogenic Impacts in the Last Decades (1979—2008). Institute of Oceanography, Federal University of Rio Grande, Rio Grande, Brazil. P. 437 —460.

130. Officer Ch.B. Physical oceanography of estuaries (and associated coastal waters). N.Y.: Wiley Intersci. Publ., 1976. 465 p.

131. Panchenko E., Alabyan A. Friction factor evaluation in tidal rivers and estuaries // METHODSX. 2022. Vol. 9. P. 101669.

132. Pritchard D.W. Estuarine circulation patterns // Proc. Am. Soc. Civ. Engrs. 1955. V. 81. № 717. P. 1-11. 33.

133. Pritchard D.W. Estuarine hydrography // Adv. Eco-phys. 1952. № 1. P. 243-280.

134. Pritchard D.W. What is an estuary: a physical viewpoint // Estuaries. Washington: Am. Ass. Adv. Sci., 1967. Publ. 83. P. 3 -5.

135. Prussak Z., Zavadzka E. Potential implications of sea level rise for Poland // Journal of Coastal Res. 2008. Vol. 24 (2). P. 410—422.

136. Rubino A., Traverso P., Zanchettin D. (2013) Monitoring the water quality in the PO delta lagoons: analisis of chemical-phisical parameters measured between 2005 and 2010. The Po delta lagoons. 2013. 97 p.

137. Samarakoon, J., Samarawickrama S. (2012). An Appraisal of Challenges in the Sustainable Management of the Micro-tidal Barrier-built Estuaries and Lagoons in Sri Lanka. IUCN Sri Lanka Country Office, Colombo. xxii+171pp.

138. Shapiro S.S., Wilk M.B. Analysis of variance test for normality (complete samples) // Biometrika. 1965. Vol. 52(3-4). P. 591 —611.

139. Smagorinsky J. General Circulation Experiment with the Primitive Equations, Monthly Weather Review. 1963, no. 91(3), pp. 99—164.

140. Strategic Framework and guidelines for the future development of the List of Wetlands of International Importance of the Convention on Wetlands (Ramsar, Iran, 1971). 2022 update. https ://rsis.ramsar. org/RISapp/ StatDoc/strategic_framework_en. pdf;

https: / /www.ramsar.org/do cument/strategic-frame work- and- gui deline s - future -development-list-wetlands-international-1.

141. Guidelines on the study of seawater intrusion into rivers / prepared for the International Hydrological Programme by the Working Group of Project 4.4b (IHP-III) ; editor, H. van der Tuin. United Nations Educational, Scientific and Cultural Organization. - Paris, 1991. 137 p.

142. Wang, D., Hagen, S.C., Alizad, K. (2013). Climate change impact and uncertainty analysis of extreme rainfall events in the Apalachicola River basin, Florida. Journal of Hydrology. 480: 125-135. doi:10.1016/j.jhydrol.2012.12.015

ПРИЛОЖЕНИЯ

Приложение 1. Методика расчёта расхода воды в системе Росгидромет. Приложение 2. Методика расчёта вдольрусловой скорости течения и вдольрусловой скорости ветра

Приложение 3. Методика расчёта расхода воды по инклинометрическим измерениям скорости течения.

Приложение 4. Методика выполнения гидрологических измерений Приложение 5. Методика оценки дальности проникновения солоноватой вод Приложение 6. Методика анализа наличия трендовой составляющей в рядах данных. Приложение 7. Методика оценки рядов данных на однородность. Приложение 8. Методика оценка стационарности рядов.

Приложение 9. Ведомости превышений и высот реперов нивелирования ГП Калининград-Рыбный порт, ГП Преголя-Гвардейск, ГП Дейма-Полесск. Приложение 10. Методика спутникового нивелирования реперов и реек гидропостов Калининград-Рыбный порт, Преголя-Гвардейск и Дейма-Полесск (ноябрь 2020 г.). Приложение 11. Методика приведения данных измерений уровня воды на речных и морских постах к единой системе отсчёта в Балтийской системе высот (БС).

Приложение 1. Методика расчёта расхода воды в системе Росгидромет.

Согласно предписаниям Росгидромета, расход воды на РГП Преголя-Гвардейск и Дейма-Гвардейск определяются по данным измерения уровня воды на 06:00 по Гринвичу с помощью кривых расхода, имеющихся для профилей расчётных створов. Контрольная оценка расхода по данным прямых измерений скорости потока проводится на расчётных створах механическими вертушками [МИ 1759-87, 1987] ежедекадно, в периоды высоких или очень низких уровней воды. По этим оценкам рассчитываются учитывающие подпорные явления коэффициенты, с помощью которых проводится корректировка расхода воды, полученных по кривой расхода воды.

Приложение 2. Методика расчёта вдольрусловой скорости течения и вдольрусловой скорости ветра.

Для расчёта продольной (вдольрусловой) и поперечной составляющих скорости течения в рукавах Преголи и Деймы введены оси (рис. П2.1) так, что ось ОХ идет вдоль

русла реки вниз по течению, а ось ОУ правой тройки.

- перпендикулярна оси ОХ и дополняет ее до

течение

/

Б

Рисунок П2.1 - Система углов для расчёта вдольрусловой и поперекрусловой

составляющих скорости течения.

Введены следующие углы:

Оо - азимут положительного направления оси ОХ, отсчитывается по часовой стрелке от

направления на север;

у - азимут направления течения \Л/, отсчитывается по часовой стрелке от направления на север;

^ - угол между положительным направлением оси ОХ и вектором направления течения, отсчитывается как в математической системе координат, положительное направление от оси ОХ в сторону оси ОУ.

В таком случае, угол ^ рассчитывается по формуле (1), а вдольрусловая (Шэ) и поперёкрусловая (Шп) составляющие течения рассчитываются по формулам (2) и (3), причём, положительное значение вдольрусловой составляющей скорости течения соответствует естественному течению реки, а отрицательное значение вдольрусловой составляющей - затоку воды против естественного течения реки.

Формула расчёта угла

V = ао - у, 0)

где а0 - азимут положительного направления оси ОХ, градусы. Формула расчёта вдольрусловой составляющей скорости Шэ:

= . (2) Формула расчёта поперёкрусловой составляющей скорости Шп:

Шп = Ы*5тф, (3)

где № - абсолютная скорость течения, м/с.

Методика расчёта вдольрусловой скорости ветра. Для определения степени (влияния) ветра на заток солоноватой воды в реку произведён расчёт величины продольной составляющей скорости ветра по отношению к направлению русла рукава Нижняя Преголя в точке его впадения в Калининградский залив (рис. П6.2а). За ось ОХ системы координат (рис. П6.2б) взято направление устьевой части русла рукава, а за ось ОУ - перпендикуляр к оси ОХ. Продольная составляющая ветра была рассчитана по формулам (4) и (5):

Шпродол = Wa * cos ф (4)

ф = 180° - (у - ао), ф = 180°+ ао - у , (5)

где: а0 - азимут (от северного направления по часовой стрелке, равен 81°) положительного направления оси OX, направленной вдоль реки вверх по течению; Wa - модуль скорости ветра, у - направление ветра по данным стандартных измерений (в компас, азимут, от северного направления по часовой стрелке).

V * N

Wa\ Аф.- Is

......7 ветер / 1 1 1 1 1 1 1

(б)

Рис. П2.2 - Нижний сегмент устьевого участка рукава Нижняя Преголя от устья до точки слияния протоков Старая и Новая Преголя в центре г. Калининграда. Центр системы координат для расчёта вдольруслового ветра (б) находится в устье рукава Нижняя Преголя.

Приложение 3. Методика расчёта расхода воды по инклинометрическим измерениям скорости течения.

Полученные в результате инклинометрических измерений скорости течения в рукавах Нижняя Преголя (три точки - 1 «Родники», 2 «Медовое», 3 «Гвардейск») и Дейма (две точки - 4 «Ратное», 5 «Загородное», прил. 5 рис. П5.2) в периоды 10.12-26.12.2019 г., 20.09-15.10.2020 г. и 14.11-17.12.2020 г. пересчитаны, с применением средней 12-часовой скорости течения в точке измерения по методу "скорость-площадь" (1) [МИ 1759-87, 1987], выполненный в [Гмыря, Чубаренко, 2022]. Профиля (площадь сечения) русел рукавов рассчитаны по данным, полученным в ходе экспедиции в ноябре 2019 года (табл. 1)

Оточки ^средняя * 8сечения русла (1)

Таблица П3.1. Площади сечений русел рукавов Нижняя Преголя и Дейма в точках инклинометрических измерений

Точка инклинометрических измерений Площадь сечения, м2

1 «Родники» 323,97

2 «Медовое» 213,58

3 «Гвардейск» 109,96

4 «Ратное» 135,12

5 «Загородное» 278,3

Приложение 4. Методика выполнения гидрологических измерений.

Для получения данных о гидрологической структуре, а также о наличии интрузий солоноватой воды Калининградского/Вислинского залива выполнена программа ежедневных вертикальных зондирований в период с 10.09.19-27.03.20 г. СТД-зондом (Valeport SWIFT-SVP) (рис. П8.1) в точке на расстоянии 9 км вверх по течению от устья рукава Нижняя Преголя - напротив здания Росморпорта (Ш-54.706462; Д-20.495327) (рис. П8.2). Измерения проводились в режиме вертикальных зондирований в диапазоне глубин от 0,2 до 7 метров (дискретность 0,2 м). Выполнены измерения вертикальных профилей солёности, температуры, электропроводности, плотности воды.

Рис. П4.1 - Оборудование для выполнения гидрологических измерений в устье рукава Нижняя Преголя СТД-зонд Valeport SWIFT-SVP

(а) (б)

Рис. П4.2 - Нижний сегмент рукава Нижняя Преголя от устья (в нём располагается система координат для расчёта вдольруслового ветра) до точки слияния протоков Старая и Новая Преголя в центре г. Калининграда с указанием положения точки гидрологических измерений 10.09.2019-27.03.2020 гг. (а), фотография места проведения измерения (б)

Приложение 5. Методики оценки дальности проникновения солоноватой вод.

Важность определения дальности проникновения солоноватой воды Калининградского залива связано и с угрозой блокировки водозаборов г. Калининграда и с экзотической возможностью затока солоноватой воды в русло рукава Нижняя Преголя вплоть до точки ветвления реки Преголи (г. Гвардейск) с дальнейшим перетоком по руслу рукава Дейма в пресноводный Курский залив [ОДиЬагепко, Boskachev, 2021].

Методика расчёта плотностной скорости и дальности проникновения солоноватой воды (по Келегану) ранее использовалась [Тшп, 1991] для русла реки Даугавы (Западная Двина), гидрологические и морфометрические условия которой схожи с условиями для реки Преголи. Формула Ьэ (прямая зависимость от плотностных чисел

Фруда (Frр) и Рейнольдса (Reр) выведена Кейлеганом в 1957 году на основании лабораторных опытов в виде [Hinwood, 1964, Михайлов, 1997]:

Ls = Ah • (Reр)1/4 • Frp-3. (1)

Впоследствии (1966 г.) формула Ls была уточнена и представляется в виде [Hinwood, 1964, Tum, 1991, Михайлов, 1997]:

Ls = Kh '(Rep)1/4 •(FrP)-5/2 , (2)

где: К - эмпирический коэффициент, h - средняя глубина речного русла; A - площадь сечения русла; Rep = (Vph)/v - число Рейнольдса (v - кинематическая вязкость); Frp = Vr / Vp - плотностное число Фруда, Vr - средняя по глубине скорость течения реки; Vp = (g h Ap/pm)12 - плотностная скорость, ps - плотность солёной воды, поступающей в эстуарий, pr - плотность речной воды, Ap = ps - pr, pm = (ps + pr)/2 - плотность смешанной воды.

Условия, при которых клин солёной воды начинает проникать в реку определяются «критической скоростью течения» («плотностной скоростью») (Vrcr) и «критическим расходом» (QKp) речной воды:

Vrcr = Vp = ((Ap/pm) 'g'h)1/2 (3)

Qrcr = AVcr = Bh3/2 • (g-AP/Pm)1/2 (4)

Оценки дальности проникновения и критического расхода для рукава Нижняя Преголя буду проведены в настоящей работе по данным измерений солёности в периоды (июль—сентябрь 1996—2002 гг.) выполненных сотрудниками АО ИО РАН.

Далее для дополнительных оценок будет использована формула расчёта плотностной дальности проникновения солоноватой вод, которая ранее использовалась для русла реки Яны и Дуная [Михайлов, 1998]. Дальность проникновения солоноватой воды Ls обратно пропорциональна плотностному числу Фруда (Frp) в виде:

Ls = a • Frpb • h, (5)

где: параметр а - индивидуален для каждого устья, величина Ь - находится в диапазоне 1-2,5 (например, река Яна - 1,17 и реки Дунай - 2,04 [Михайлов, 1998]).

В настоящей работе коэффициенты а и Ь для рукава Нижняя Преголя будут оценены по данным измерений.

Приложение 6. Методика анализа наличия трендовой составляющей в рядах данных.

Ряды уровня анализировались на наличие трендовой составляющей. Временные ряды уровня Нраскладывались на составляющие: среднее за период (Науг), член линейного тренда по времени для аномалии Ан (кн- коэффициент линейного тренда для аномалии Ан), и остаточная составляющая Нг(), которая включала в себя всю изменчивость, вызванную сезонными, синоптическим, суточными и прочими вариациями:

{= Нат+кНЛ+Нг(),

ля(0 = ЖО - нат. = к11г + Н (0,

При оценках трендов выполнялась оценка их значимости по критерию Стьюдента (2) [Малинин, 2008]:

г

где г - коэффициент корреляции между аномалией и ее линейным трендом; (п — 2) -число степеней с вобо ды( п - количество измерений уровня воды на ГП). Тренд считался значимым, если оценка критерия Стьюдента превышала критическое значение при заданном уровне значимости (£ > Ткр). В нашем случае число измерений было более 5000, а для числа свобод от 1000 до бесконечности критическое значение равно 3,3 [Малинин, 2008, Математическая статистика https://statpsy.ru/t-student/t-test-tablica] с вероятностью надёжности 99,9%.

Поскольку линейные тренды дают значительный вклад в повышение корреляции между временными рядами, статистические связи между рядами уровня воды на разных

постах анализировались с помощью корреляционного анализа_между аномалиями без учета тренда, т.е. между составляющими Hr(t) соответствующих временных рядов. Приложение 7. Методика оценки однородности рядов.

Оценка однородности рядов проводились [Математическая статистика https://statpsy.ru/t-student/t-test-tablica] по десяти критериям Диксона: пять для максимальных (1) и пять для минимальных (2) значений ранжированного по возрастанию ряда ¡=1^и), имеющего п значений. Критические значения, по которым делался вывод о приняти и гипотезы однородности (величина критерия должна быть не больше критического значения) составляют для Б1—Б5: 0.26, 0.15, 0.18, 0.16, 0.22 [Математическая статистика https://statpsy.ru/t-student/t-test-tablica] соответственно (для уровня значимости 0.05).

01;

= (

- У

/(*

- у

02;

= (

- У

/(*

- у

03;

= (

- У

/(*

- У

= (

- У

/(*

- у

05;

= (

- У

/(*

- у

01:

= (

- У

/(*

- У

02:

= (

- У

/(*

- У

03:

= (

- У

/(*

- У

= (

- У

/(*

- У

05;

= (

- У

/(*

- У

Кроме того, оценки на однородность были проведены по критерию Смирнова -Грабса [Методические рекомендации..., 2010]: (3) и (4) для максимального (Yn) и минимального членов ранжированного по возрастанию ряда (Yi, ¡=1^п), имеющего стандартное отклонение а:

Для анализа возможности приведения рядов к однородным за счет исключения экстремальных значений критерий Смирнова-Грабса был применён последовательно для все более и более укороченных (с одной и другой стороны) рядов, отсортированных по возрастанию, т.е. последовательно отбрасывались самое маленькое и самое большое значения (при этом ряд оставлялся прежним со стороны больших и, соответственно, меньших значений).

Приложение 8. Методика оценки стационарности рядов.

Для проверки — не изменяются ли со временем статистические свойства анализируемых временных рядов — была осуществлена оценка их стационарности [Методические рекомендации., 2010] как визуально, так и с помощью статистических критериев. Причём, поскольку временной тренд, как одна из основных характеристик нестационарности, уже выделялся в анализируемых рядах в явном виде (см. Приложение 6), анализ стационарности проводился для рядов с вычтенным временным трендом, т.е. для остаточных составляющих Нг(^ (см. Приложение 8, формулу (1).

Сп = (Уп - Кср)/*,

(3)

С; = (Уср - КОМ

(4)

Использовались два дополняющих друг друга статистических критерия: критерий KPSS (KPSS test, [Kwiatkowski, Phillips и др., 1992]) и расширенный тест Дики-Фуллера (ADF-test, [Dickey, 2014, Fuller, 1995]). Критерий KPSS предполагает выдвижение двух конкурирующих гипотез (Но: временной ряд являются стационарным; Hi: временной ряд не являются стационарным). В расширенном тесте Дики-Фуллера конкурирующие гипотезы выдвигаются в обратном порядке (Но: временной ряд содержит единичный корень, а значит нестационарный; H1: временной ряд не содержит единичный корень, а значит стационарный). В качестве расчетного инструмента использовался статистический модуль для задач эконометрики и статистического моделирования на языке программирования Python — "statsmodels" [Seabold, Perktold и др., 2010].

Также для оценки стационарности рядов для остаточных составляющих Hr(t) и Qr(t) на основе сравнения выборочных средних и дисперсий применялись критерии Стьюдента и Фишера [Малинин, 2008, стр 84-87].

Ряды данных уровня воды Hr(t) для всех гидропостов были разделены на три близкие по длительности части: 2002-2007 (6 лет, 4381 членов, период 1), 2008-02.2016 (8 лет и 12 мес., 5963 члена, период 2), 03.2016—2022 (6 лет и 10 мес., 5963 члена, период 3). Такое разделение обусловлено тем, что в период 2 не проводились измерения на ГП Калининград-Рыбный порт.

Ряды расхода воды на ГП Преголя-Гвардейск и Дейма-Гвардейск, и, соответственно, ряд расхода воды для Нижней Преголи (разность между расходом воды на ГП Преголя-Гвардейск и Дейма-Гвардейск), а также процентные доли расхода воды рукавов Нижней Преголи и Деймы, были разделены на три равные части: 01.01.199002.05.2000 (3775 членов, период 1), 03.05.2000-31.08.2010 (3775 членов, период 2) и 01.09.2010-31.12.2020 (3775 членов, период 3).

Для оценки стационарности по дисперсии используется критерий Фишера [Малинин, 2008, стр 86] (рис. П11.1), а для оценки стационарности по средним значениям - критерий Стьюдента, [Малинин, 2008, стр 84-85] (рис. П8.2).

Поскольку используемы в работе ряды имеют количество членов в несколько тысяч, то критическим значением являются предельные, представленные в [Малинин, 2008, приложения 3 и 4]: Ткр = 1.96, Fbp = 1.32.

Проверяются неравенства:

F > Fkp, где F - гипотеза о равенстве дисперсий при неизвестных средних; (П8.1)

T > Ткр, где T - гипотеза о равенстве средних при неизвестных дисперсиях. (П8.2)

Если эмпирические значения статистик Стьюдента и Фишера больше их критических (пороговых) значений, то выборка считается нестационарной по выборочной средней и выборочной дисперсии. В противоположном случае у нас есть основания полагать, что выборка является стационарной.

Гипотеза о равенстве дисперсий при неизвестных средних.

Рассмотрим опять две независимые выборки X и Y, объемы которых равны man соответственно. Эти выборки извлечены из нормальных генеральных совокупностей, причем математические ожидания их неизвестны. Требуется проверить равенство выборочных дисперсий. Для этиго составляем нулевую гипотезу вида На : s2x - szy при альтернативе И\ : s\ ф s2y. Наиболее точным критерием се проверки, как известно, является статистика Фишера (дисперсионное отношение), определяемое по формуле:

(4.3)

причем принимается, что > з2у. Выборочные опенки ,гг и рассчитываются как

Л = (т-1Т1£(х<- х)\ = (п - 1)" '¿О', - у)\

Далее осуществляется проверка неравенства Р > Ккр(а; ц,^), где V, -п — 1 \>2=т — 1 (Приложение 4). Если оно выполняется, то нулевая гипотеза о равенстве выборочных дисперсий отвергается и можно сделать вывод, что выборочные дисперсии, извлеченные из нормальных генеральных совокупностей, имеют значимые расхождения (не равны друг другу) при заданном уровне значимости. Если оно не выполняется, то у нас нет оснований для отвержения нулевой липотезы.

Гипотеза о равенстве дисперсий при известных средних.

Рис. П8.1 - Фрагмент методики оценки на стационарность по дисперсиям [Малинин,

2008, стр 86 ].

Д Гипотеза о равенстве средних при неизвестных генеральных

Рассмотрим две независимые выборки X и У, объемы которых равны тип соответственно, причем известно, что они извлечены из нормальных генеральных совокупностей, имеющих равные дисперсии (Ох - Ву - О). При атом сами генеральные (истинные) дисперсии, а также математические ожидания тх и ту неизвестны. Прежде всего ^формулируем нулевую^гипотезу о равенстве средних значений этих выборок, т.е. Но : л* - у. Альтернативную ги-

Поскольку указанные выборочные средние имеют нормальное распределение, то естественно считать, что их разность также должна быть распределена по нормальному закону. В этом случае

для проверки нулевой гипотезы можег быть использована статистика Стьюдента, рассчитываемая по следующей формуле:

где л2с и .ч2у - выборочные оценки дисперсий первой и второй совокупностей; тип- соответственно длина первой и второй выборки.

Как известно, статистика I распределена по закону Стьюдента е у- п + т - 2 степенями свободы (Приложение 3).

После этого осуществляется проверка неравенства ( > *>ф(<х, у),\] где ^(а, V) - критическое значение статистики Стьюдента, соот- , ветствующее уровню значимости а и числу степеней свободы V = л + т - 2. Вели данное соотношение выполняется, то нулевая гипотеза о равенстве средиюНтачений отвергается и можно сделать вывод, что выборочные средние, извлеченные из нормальных генеральных совокупностейимеют значимые расхождения (не равны друг другу) при заданном уровне значилюстй'. "ЕИфОти- 1 воположном случае, т.е. ( < Цр, у нас есть основания считать, что расхождения между выборочными средними не являются значи-

Рис. П8.2 - Фрагмент методики оценки на стационарность по средним [Малинин, 2008,

стр 84-85].

Приложение 9. Ведомости превышений и высот реперов нивелирования ГП Калининград-Рыбный порт, ГП Преголя-Гвардейск, ГП Дейма-Полесск.

Таблица П9а. Ведомость превышений и высот реперов нивелирования, выполненного МГП «Дейма - Полесск». Линия нивелирования IV от оголовка водомерной рейки до стенного репера б/н (башня) и обратно, 6 августа 2022 г.

Номер секции Вид и номер репера, тип центра Местоположение репера Расстояние (км) Число штативов в ходе прямо обратно Измеренное превышение Разность превышений Среднее превышение Поправки за уравнивание Уравненное превышение Высота в БС 1977 года

от нач. рп. между рп. прямой ход обратный ход Тех. дело

(км) (м) (м) (мм) (м) (мм) (м) (м)

Уровенная рейка (оголовок) 1,812

1 1,082 1,082 13 2,007 - - -

ст. рп. б/н (башня) 3,717 (каталог)

2 1,049 1,049 11 -2,023 - - -

Уровенная рейка (оголовок) 1,702

Итого по линии: 0,066 24 2,007 -2,023 16 - -

Лоп =±20 = ±29

мм

Поправка на 1 км хода = Ёюл/Ькм = 12 мм.

Таблица П9б. Ведомость превышений и высот реперов нивелирования, выполненного МГП «Калининград-Рыбный порт». Линия нивелирования IV от 503, п.п. центр Д к гр. рп. 6 (МГП) и обратно, 12 апреля 2023 года.

Номер секции Вид и номер репера, тип центра Местоположение репера Расстояние (км) Число штативов в ходе прямо обратно Измеренное превышение Разность превышений Среднее превышение Поправки за уравнивание Уравненное превышение Высота в БС 1977 года

от нач. рп. между рп. прямой ход обратный ход Тех. дело

(км) (м) (м) (мм) (м) (мм) (м) (м)

503, п.п. центрД Описание местоположения нивелирных знаков приведены в карточках обследования (закладки) 1,878 (каталог)

1 1,377 1,377 11 -0,629

гр. рп. 6 2,499 2,416

1,397 1,397 10 0,614

503, п.п. центрД 1,878 (каталог)

Итого по линии: 1,387 21 0,629 0,614 15 0,621 +7,5 0,621

fдоп ~ -20ммл!- ±23,6 мм Поправка на 1 км хода = йюл/Ькм = 10,8 мм.

Таблица П9в. Ведомость превышений и высот реперов нивелирования, выполненного РГП «Преголя-Гвардейск». Линия нивелирования IV от рп. 6 РГП до оголовка водомерной рейки и обратно, 25 января и 3 февраля 2023 г

Номер секции Вид и номер репера, тип центра Местоположе ние репера Расстояни е (км) Число штативов в ходе Измеренное превышение Разность превы шений Среднее превы шение Поправ - ки за Урав-ненно е Высот а в БС 1977 года

от нач. рп. между рп. прямо обратн о прямо й ход обратны й ход уравнивание превы шение Тех. дело

(км) (м) (м) (мм) (м) (мм) (м) (м)

рп. 6 (РГП) (контрольный ) 3,883 (каталог )

1 0,032 0,032 1 -0,138 - - -

Уровенная рейка (оголовок) 3,667 (техдело)

2 0,034 0,034 1 +0,138 - - -

рп. 6 (РГП) (контрольный ) 3,883

Итого по линии 0,066 2 -0,138 +0,138 0 - - 3,745

1доп - -20мм у - ±0 мм Поправка на 1 КМ хода — 1Лол/Ь,км — 0 мм.

Приложение 10. Методика определения высотных отметок контрольных точек гидропостов Калининград-Рыбный порт, Преголя-Гвардейск и Дейма-Полесск (ноябрь 2020 г.) с применением спутникового нивелирования

Гидрологический пост Калининград-Рыбный порт. Контрольной точкой являлся западный угол швеллера (рис. П10.1). Измерения от 03.11 выполнялись с использованием лазерного дальномера. Измерялось расстояние по вертикали (специальная функция в дальномере, учитывающая угол наклона дальномера) от находящегося на поверхности воды пенопласта до ограждения около контрольной точки. Расстояние фиксировалось в момент сопоставления конца тыльной части дальномера с верхней частью ограждения (между ними имелся небольшой сдвиг, он фиксировался) и появлением отметки луча лазерного дальномера на поверхности пенопласта. При измерениях, проводимых 25.11 и 08.12 расстояние от точки отсчёта до поверхности воды измерялось с помощью измерительной рулетки с контактных датчиком, фиксирующим момент касания водной поверхности.

Рисунок П10.1 - Западный угол крепёжного швеллера (контрольная точка АОИОРАН) рядом с ГП Калининград-Рыбный порт - точка для который была определена высотная отметка (в БСВ-77) при спутниковом нивелировании 2020 г.

Гидрологический пост Преголя-Гвардейск. Контрольной точкой отсчета являлась отметка «9» на водомерной рейке (красная линия на рис. П10.2). Расстояние от контрольной точки до воды измерялось рулеткой вручную. Контрольная точка отсчета -сетка нитей тахеометра наведена на деление со значением «9» водомерной рейки гидрологического поста в г. Гвардейске. Высота контрольной точкой отсчета (отметка

«9») по результатам спутникового нивелирования составляет 4,367 м БСВ-77, оголовок рейки на 10 см выше, значит его абсолютная высота - 4,467 м БСВ-77.

В 2022 г. (27 сентября 2022 г.) рейка была заменена на новую, оголовок которой в настоящее время расположен на 15,3 см ниже оголовка предыдущей («старой») рейки (рис. 3).

а) б) в)

Рисунок П10.2 (а, б, в) - Контрольная точка АОИОРАН рядом с ГП Преголя-Гвардейск -отметка «9» на старой рейке. Это точка для который была определена высотная отметка (в БСВ-77) при спутниковом нивелировании 2020 г.

(а) (б)

Рисунок П10.3 - Положение оголовков водомерных реек ГП Преголя-Гвардейск: (а) -для старой рейки. (б) - для новой рейки, установленной 27.09.2022 г.

Гидрологический пост Дейма-Полесск. Контрольной точкой отсчета являлась точка на бровке причала на углу набережной на расстоянии 3,8 м от угла причала (рис П10.4). Вынесение горизонтали от точки отсчета перпендикулярно от бровки причала осуществлялось ровной планкой. Расстояние от нижнего края планки до воды (оно порядка 1 м) измерялось ручным отвесом (веревочка с грузиком, размером 1 —3 см по вертикали) с последующим измерением рулеткой расстояния от середины груза до отметки на отвесе. При волнении погружение грузика было таково, чтобы он полностью омывался волнами примерно 40% времени. При пересчете учитывались толщина планки и толщина груза, имея в виду, что результатом измерения должно быть расстояние до воды от горизонтали, проходящей через контрольную точку отсчета.

а) б)

Рисунок П10.4 - Положение контрольной точки АОИОРАН рядом с ГП Дейма-Полесск (а), определение её высотной отметки спутниковым методом (б, в) и контрольные измерения уровня воды (г).

Определение значений уровня воды в БСВ-77 выполнено по формулам на основе

измерений, полученных в соответствующих точках (табл. П10.1).

Таблица П10.1. Формулы расчёта значений уровня воды в системе БСВ-77 в контрольных точках АО ИОРАН рядом с гидропостами Росгидромета.

Точка Что является измеряемой величиной Формула расчёта значения уровня воды (м) в системе БСВ-77

Калининград-Рыбный порт [03.11.21 - показание лазерного дальномера], [расстояние от высотной отметки до поверхности воды] 03.11.21 - ДЬ (м) — 2,794 + [высота до верха трубы ограждения] - [расстояние до воды от горизонтали, проходящей через контрольную точку] [Расстояние до воды от горизонтали, проходящей через контрольную точку] = [показание лазерного дальномера] -[сдвиг лазерного дальномера] + [толщина пенопласта, 2.9 см] -[толщина пенопласта погружён. в воду, 0.2 см]. 25.11.21 и 08.12.21 - ДЬ (м) — 2,794 -[расстояние от точки отсчёта до поверхности воды]

Преголя-Гвардейск [верхняя отметка показаний рулетки] -[нижняя отметка показаний рулетки] ДЬ (м) — 4,367 - [расстояние до воды от горизонтали, проходящей через контрольную точку] [Расстояние до воды от горизонтали, проходящей через контрольную точку] — [показания рулетки на уровне контрольной точки] - [отметка показаний рулетки на уровне воды]

Дейма-Полесск [расстояние по отвесу от нижнего края планки по которой выводится горизонталь, до середины грузика] ДЬ (м) — 1,159 - [расстояние до воды от горизонтали, проходящей через контрольную точку] [Расстояние до воды от горизонтали, проходящей через контрольную точку] — [расстояние до воды по отвесу от верхнего края планки, по которой выводится горизонталь]

Приложение 11. Методика приведения данных измерений уровня воды на речных и морских постах к единой системе отсчёта в Балтийской системе высот (БС).

Измерения уровня проводится на гидрологических постах МГП19 Краснофлотское, МГП Калининград-Рыбный порт, РГП20 Преголя-Гвардейск, РГП Дейма-Полесск, МГП

19 Морской гидрологический пост

20 Речной гидрологический пост

Открытое с дискретностью 12 часов, т.е. в 08:00 и 20:00 по местному времени, визуальным способом с использованием рейки морской стационарной ГМ-3. На РГП Калининград-Рыбный порт с марта 2016 дискретность составляет 1 час, измерения проводятся автоматическим способом с использованием АГК (автоматизированный гидрологический комплекс), выполняющий измерения по гидростатическому принципу. Примеры высотного положения нуля поста и нуля уровенной рейки показаны ниже (рис. П1.1). В таблице П1.1 представлены характеристики измеренных значений уровня воды в сантиметрах по рейке морской стационарной, а также данные, необходимые для пересчета в единую высотную систему отсчета - Балтийскую систему высот. В рабочих таблицах Росгидромета данные уровня воды на гидрологических постах указываются в виде суммы значений [по рейке] и [приводка].

Рисунок П1.1 - Примеры высотного положения нуля поста и нуля уровенной рейки. а - относительно нуля поста; б - относительно нуля Кронштадтского футштока [Наставление вып. 9 ч. 1, 1984]

В журнал для записи гидрологических наблюдений КГ-1М, в случае наблюдения за уровнем воды по водомерной рейке, каждый срок вносятся записи: величина уровня воды по рейке [Н уровень по рейке, см], приводка рейки [Приводка рейки ^пр.р.), см] и

сумма этой двух величин, которая является возвышением уровня над нулём поста (рис. П1.2):

[Н уровня воды (журнал), см ] = [Н уровень воды по рейке, см] + [Приводка рейки (1) (Ъ пр.р.), см], где:

[Приводка рейки ^ пр.р.), см] = [Н«о» рейки, см БСВ] - [Н«о» поста, см БСВ] (2)

Рис. П1.2. Схема высотных отметок для водомерных постов.

Отметка нуля поста [Н«о» поста, см, БСВ] назначается при открытии гидрологического поста исходя из условия, чтобы наблюдаемый уровень воды всегда были выше этой высотной отметки, а вот высотная отметка нуля рейки [Н«о» рейки, см, БСВ] определяется при установлении рейки на местности. При нивелировке не ниже 4 класса определяется высота оголовка рейки, а путём вычитания длины рейки определяется [Н«о» рейки, см БСВ]:

[Н«о» рейки, см БСВ] = [Н оголовка рейки, см БСВ] - [Длина рейки (Ър), см] (3)

где [Длина рейки ^р), см] - всегда положительная величина.

Формула перевода уровня воды по данным из журнала в Балтийскую систему высот выглядят следующим образом:

[Нуровня воды, см БСВ] = [Нуровня воды (журнал), см ] + [Н«0» поста, см БСВ] , (4) или с учётом (1):

[Нуровня воды, см БСВ] = [Нуровня воды по рейке, см] + [Приводка рейки ^пр. (5)

р.), см] + [Н«0» поста, см БСВ], или с учётом (2):

[Нуровня воды, см БСВ] = [Нуровня воды по рейке, см] + [Н«0» рейки, см БСВ]; (6)

или, переходя к самому исходному значению для высотных отметок, т.е. к оголовку рейки:

[Нуровня воды, см БСВ] = [Нуровня воды по рейке, см] + [Ноголовка рейки, см БСВ] - (7)

[Длина рейки ^р), см] т.к. [Нуровня воды по рейке, см] и [Приводка рейки ^пр.р.), см] - всегда положительные величины, а [Н«0» поста, см БСВ] и [Н«0» рейки, см БСВ] - отрицательные.

Следует сразу обратить внимание, что указанная в журнале для записи гидрологических наблюдений КГ-1М (от 26.10.2001 г.) приводка рейки к нулю поста для ГП Калининград-Рыбный порт (+316 см), похоже, не верна, т.к. не соответствует формуле (2), то есть формула (2) не выполняется, если в неё подставлять все три, приведенных в табл. П1.1 цифры - нуль поста, нуль рейки и приводку. Именно величина приводки идентифицирована как неверная, так как ГП Калининград-Рыбный порт является морским гидрологическим постом, а для всех морских постов (согласно [РД 52.10.8422017]) нуль поста равен единому нулю поста, т.е. -500 см БСВ.