Исследование зоны смешения речных потоков: измерения ‘in situ’ и спутниковые наблюдения

Исследование процессов смешения в реках, в частности, смешения различных речных потоков и переноса загрязнений в толще воды и на ее поверхности, а также развитие современных методов диагностики и мониторинга этих загрязнений являются ключевыми для решения задачи экологического мониторинга речных бассейнов. Важным в этом контексте является анализ переноса загрязнений в Волге и ее притоках, которые находятся в условиях высокой антропогенной нагрузки.
Настоящая работа посвящена результатам натурных измерений гидрофизических характеристик речных потоков: скорости течений, температуры, мутности, электропроводности, характеристик поверхностных пленок, а также ряда гидрохимических параметров воды по обеим сторонам от границы смешения рек Волги и Оки. Наблюдения проводились с моторной лодки, многократно пересекающей реки как выше, так и ниже области их слияния. Непосредственно с борта катера измерялись температура и мутность зондом YSI6600v2, концентрации хлорофилла-а и растворенного органического углерода флуорометром BBE Moldaenko FluoroProbe II, концентрация растворенного кислорода с помощью амперометрического датчика Марк-302Э, профили течений с использованием акустического профилографа Workhorse Monitor, проводился отбор проб воды, а также проб пленок поверхностно-активных веществ с последующим анализом характеристик пленок лабораторным методом параметрических волн. По результатам анализов проб воды получены картины распределения гидрохимических характеристик Волжского и Окского потоков на поверхности зоны смешения - солесодержания, водородного показателя pH, концентрации растворенного кислорода, цветности и прозрачности воды, содержания в воде органических веществ по величине химического потребления кислорода. Из данных измерений ‘in situ’ следует, что потоки существенно различаются по физико-химическим характеристикам, и эти различия сохраняются на достаточно больших расстояниях от области слияния, существенно (по крайней мере, на порядок) превышающих поперечный масштаб потоков. Следует отметить также существование в ряде наблюдений полосы пены и/или полосы “выглаженного” ветрового волнения (слика), положение которых отвечает границе зоны смешения потоков.
Выполнен анализ спутниковых оптических и радиолокационных изображений (спутники Sentinel 1, 2). На оптических изображениях речные потоки, существенно различаясь по оптическим характеристикам (цвету, мутности), после зоны слияния имеют вид двух струй, слабо смешивающихся на достаточно больших расстояниях. На радиолокационных изображениях наблюдается сликовая полоса, разделяющая два потока, что свидетельствует о формировании конвергентной поперечной компоненты течения вблизи зоны смешения.
Работа выполнена при поддержке РФФИ (проект № 18-45-520004), а также Русского географического общества в рамках гранта “Экспедиция Плавучий университет Волжского бассейна” (договор № 06/2018-Р).