Спутниковый мониторинг многолетнего переформирования
Чирского залива в условиях нестабильности уровенного режима Цимлянского водохранилища

Чирский залив является вторым по величине заливом Цимлянского водохранилища. Он образовался после создания водохранилища в результате затопления нижнего русла р. Чир, самого большого бокового притока, почти на 30 км. Значительные колебания уровня зеркала воды водохранилища, вызванные условиями его эксплуатации и многолетними маловодными периодами в начале ХХI столетия, привели к серьезным изменениям в гидрологическом и экологическом состоянии залива. Отсутствие регулярных наблюдений за зарастанием и обмелением залива обусловило необходимость обращения к данным дистанционного зондирования. В качестве основных источников информации были использованы многолетние данные ИСЗ Sentinel-2А, Sentinel-2В, Landsat-8/9 (Геологическая…; Сервис Sentinel…) и результаты преобразования изображений с привлечением индексов растительности NDVI, водного MNDWI.
Целью проведенного спутникового мониторинга береговых зон Чирского залива является комплексный контроль при значительных диапазонах колебания уровня водохранилища за их многолетней трансформацией - изменением площади зеркала воды, обмелением, зарастанием и заболачиванием мелководий. Проведена выборка дат из архива многолетних наблюдений Донского бассейнового водного управления (Донское..) за уровенным режимом воды в Цимлянском водохранилище за последние 10 лет (2015-2024 гг). Анализ данных показал, что в этот период уровень водохранилища изменялся в диапазоне от 35.8 до 31.2 м абс., что очень близко к значениям максимального подпорного уровня (НПУ) - 36.0 и уровню мертвого объема (УМО) – 31.0 м абс. Выбор этого временного диапазона представляется правомерным и для обеспечения его набором спутниковых снимков. Всего было рассмотрено около 100 спутниковых снимков Sentinel-2 и Landsat 8/9, за период с 2015 по 2024 гг. Выбор дат съемки происходил по двум критериям: наличие безоблачных изображений исследуемого района на многоканальных снимках и обеспечение данными об уровне воды водохранилища на момент съемки. Поставленным условиям соответствовали 26 снимков. Для каждой выбранной даты рассчитан индекс MNDWI и определена площадь водной поверхности Чирского залива. Полученные данные были сведены в таблицу и анализированы как в хронологическом порядке для выявления продолжительности периодов примерно равных стояний уровня, так и в порядке понижения отметок уровня от НПУ для определения сокращения зеркала воды залива и появления осыхающих мелководий. Поскольку на топографических картах береговая линия водохранилищ соответствует уровню НПУ, то установлено, что при отметке уровня 36.0 м площадь залива составляет 55 км2. Площадь водной поверхности залива для всех дат определялась по границе вода-суша, полученной с помощью индекса MNDWI, расчеты проводились в программе QGIS. Самое низкое значение уровня 31.2 м зафиксировано 08.11.15 г., площадь водной поверхности залива составила всего 13,7 км2 (25% от площади при НПУ). Учитывая, что маловодный период продлился несколько лет, мелководья заросли высшей водной растительностью, а наиболее сухая верхняя часть залива - кустарниковой. Самые высокие значения уровней, немного не достигая 36 м, наблюдались в 2018 и 2023 гг., когда площадь залива составляла 51 км2 (94% при НПУ).
Увеличение глубин залива привело к отмиранию высшей водной растительности в аквальной части залива и перемещению ее к тыловой части залива. Для данного района водохранилища такие исследования выполнены впервые.
Результаты обработки спутниковых данных позволили определить пространственно-временные характеристики Чирского залива при полном диапазоне изменений уровня водохранилища от УМО до НПУ в указанный период. По итогам анализа спутниковых снимков составлены карты залива, которые отображают экстремальные и промежуточные изменения положения береговой линии при разных значениях уровня водохранилища
Работа выполнена в рамках государственного задания темы № FMWZ-2022-0002 ИВП РАН Министерства науки и высшего образования РФ.