Новости

21 октября, 2022 13:08

Новый метод поможет определять количество взвесей в реках

Российские ученые предложили алгоритм, который позволяет с помощью акустических методов оценить количество взвесей, переносимых крупными реками. Используя предложенную методику, можно определить, сколько загрязняющих веществ попадает в воду и распространяется по руслу. Результаты исследования, поддержанного грантом Российского научного фонда (РНФ), опубликованы в журнале Big Earth Data.
Интенсивность ответного сигнала от ультразвука, проходящего через толщу воды реки Обь (верхняя панель) и скорость течения реки (нижняя панель). Источник: Chalov et al. / Big Earth Data, 2022
Во взвесях — твердых частицах, находящихся в толще воды, — концентрируется основная часть опасных химических веществ, например тяжелые металлы и пестициды, сбрасываемые заводами, промышленными предприятиями, а также попадающие в реки с полей. Течения могут переносить эти соединения на значительные расстояния, однако отслеживание их перемещения — довольно сложная задача. Исследователям нужно учесть много различных факторов: скорость течения, глубину реки, неоднородность распределения частиц в толще воды и на дне.
 
Относительно быстро и точно оценить количество взвесей в речных потоках можно с помощью акустического доплеровского измерителя течения — прибора, который устанавливается на кораблях или лодках. Он посылает в воду ультразвуковые волны, а те, отражаясь от дна, возвращаются обратно. Прибор улавливает этот ответный сигнал и по нему определяет, сколько твердых взвешенных частиц находится в воде — они рассеивают сигнал. Этот принцип можно сравнить с эхом, которое человек слышит, например, крикнув в колодец. Данный подход получил широкую известность применительно к измерениям расхода воды и скоростей течений, однако до настоящего времени не получал развития для изучения речных взвесей.
 
Географы Московского государственного университета имени M. В. Ломоносова (Москва) с помощью акустического доплеровского измерителя течения исследовали шесть российских рек, различающихся по глубине и протяженности, характеру течения и географическому положению: Москву-реку, Енисей, Лену, Обь, Колыму и Селенгу. Проведенные измерения скорости течения и интенсивности эхо-сигнала от испускаемого прибором ультразвука были сопоставлены с результатами отбора проб воды с разных глубин на этих же реках. Так, в образцах поверхностной, глубинной воды и воды из толщи водоема авторы аналитическими методами определили количество взвешенных веществ. Соотношения, полученные на основе этого сопоставления, в дальнейшем легли в основу большого массива данных мутности, состоящего из десятков тысяч значений для каждой реки.
 
Подход позволил получить принципиально новые модели, описывающие распределение твердых частиц по глубине речных потоков, а также на качественно новом уровне оценивать потоки взвесей с материка в реки. Если существовавшие до настоящего времени оценки основывались на разовых измерениях концентраций взвесей в пределах поперечного сечения реки, то разработанная технология — это автоматизированный способ получения данных из каждой точки потока. Кроме того, на основе предложенной методики для исследуемых рек авторы математически определили условия распределения частиц между придонными и взвешенными формами. Ученые обосновали гидравлические критерии, при которых при разном составе переносимого материала происходит плавное распределение наносов по глубине потока или же их концентрирование в придонном слое.
«Наше исследование позволит получать большие массивы данных о количестве взвесей, переносимых крупными реками, на новом качественном и количественном уровне. Это поможет определить особенности формирования стока взвешенных наносов в разных реках. Разработанная методика — значительный шаг вперед в исследованиях крупных рек, и в дальнейшем мы планируем включить в анализ другие водные артерии России», — рассказывает руководитель проекта, поддержанного грантом РНФ, Сергей Чалов, доктор географических наук, доцент кафедры гидрологии суши географического факультета МГУ.
 
18 июня, 2024
Минералоги СПбГУ нашли на острове Диско возможный источник фосфора для возникновения первых живых организмов
Ученые Санкт-Петербургского университета изучили вулканические породы с самородным железом с остро...
17 июня, 2024
Сверхкороткие световые импульсы сделали оптически однородный материал «ловцом» света
Ученые предложили использовать сверхкороткие световые импульсы — длительностью квадриллионные доли...