''Русловые процессы' '
Электронная рассылка
http://subscribe.ru/catalog/science.natural.river

4.1. Фундаментальная научная проблема, на решение которой направлен проект

Проект направлен на выработку новых и синтез различных существующих подходов к решению одной из фундаментальных проблем русловедения, заключающейся в разработке методов прогноза деформаций речных русел.

Особое место занимает разработка методов прогноза русловых деформаций не только в условиях относительной стабильности руслоформирующих факторов (т.е. в рамках определённого типа русловых процессов), но также  и при смене типов русловых деформаций под воздействием соответствующего  изменения определяющих факторов.

Для разработки методов прогноза изменений типов русловых процессов требуется выявление роли различных руслоформирующих факторов, что позволит объяснить причины взаимопревращения типов.

Выяснение причин изменений типов русловых процессов позволит перейти от прогноза естественных изменений типов русловых процессов к прогнозу изменений русел рек под воздействием различного рода антропогенных воздействий, а затем и к разработке рекомендаций по способам целенаправленного регулирования формы речных русел и соответствующих типов русловых процессов.

4.2. Конкретная фундаментальная задача в рамках проблемы, на решение которой направлен проект

Проект нацелен на создание метода прогноза смены типов русловых процессов равнинных рек.

Для создания метода требуется решить следующие подзадачи:

1. выявить многообразие руслоформирующих факторов;

2. синтезировать и расширить существующие типизации русловых процессов;

3. найти цепочки взаимопревращения типов при изменении разных руслоформирующих факторов;

4. построить многомерные классификации типов русловых процессов одновременно по нескольким факторам;

5. на основе анализа полученных данных формализовать и проверить найденный метод прогноза смены типов русловых процессов.

4.3. Предлагаемые методы и подходы (с оценкой степени новизны; общий план работ на весь срок выполнения проекта)

Базовым методом для решения задач, на которые направлен проект, является системный подход, применяющийся в настоящее время в разной степени в различных русловедческих школах.

Для этого выделяется определённый системный (структурный) уровень, на котором ведётся рассмотрение. В проекте это уровень типа русловых процессов, а не подсистем (грядового рельефа) и не надсистемы (рисунка гидрографической сети).

В соответствии с принципом эмерджентности, используемом в русловедении, выявляются законы, соответствующие рассматриваемому системному уровню, а не другим уровням.

Впервые по отношению к типам русловых процессов используется понятие о диссимметрии, применяющееся в других науках, как причине, приводящей при разном своём значении к разным типам явления. Выясняется, что большинство руслоформирующих факторов являются диссимметриями (т.е. разностями и отношениями), а не абсолютными величинами.

Например, впервые выявлено, что одним из главных руслоформирующих факторов является соотношение между транспортирующей способностью потока и поступлением наносов на рассматриваемый участок реки, а не их абсолютные значения, как ранее считалось в одном из ответвлений русловедения.

В настоящем проекте впервые применяется синтез большого количества различных подходов, разрабатываемых в различных русловедческих школах.

Новым является само предложение по одновременному учету наиболее возможно большого количества различных руслоформирующих факторов. Такое объединение выражается в разработке набора упорядоченных типов русловых процессов, которые соответствуют разной степени проявления главных руслоформирующих факторов.

Далее такие одномерные типизации по методу «турнирной таблицы» или «морфологического ящика» объединяются в двухмерные и трехмерные многофакторные типизации.

На основе имеющихся в русловедении разработок руслоформирующие факторы делятся на непосредственные и ограничивающие, а также производится деление на главные, второстепенные и косвенные факторы.

Впервые разрабатывается методика, алгоритм и экспертная система прогноза изменений типов русловых процессов.

Общий план работ на весь срок выполнения проекта:

п1. Учёт имеющихся в наличии и сбор новых фактов (примеров) изменений типов русловых процессов; описание каждого примера по схеме: форма русла и тип русловых процессов до изменения типа; новая форма русла и тип русловых процессов; сущность морфологического изменения, его темпы и направленность.

п2. Выявление и типизация видов изменения типов русловых процессов.

п3. Поиск, выявление и анализ возможных причин, приведших к соответствующей ответной морфологической реакции русла.

п4. Выявление, составление списка и анализ руслоформирующих факторов: как естественных, так и антропогенных.

п5. Деление руслоформирующих факторов на 1) главные, совокупность которых, в соответствующих природных условиях, определяют тип русловых процессов;  2) второстепенные, влияние которых значительно меньше; 3) косвенные, которые сами не определяют тип русловых процессов, а влияют на непосредственные (главные и второстепенные) факторы и 4) ограничивающие, которые подавляют проявление главных и второстепенных факторов.

Составление списка непосредственных (главных и второстепенных, которые могут различаться в различных природных зонах), косвенных и ограничивающих факторов.

п6. Выделение географических зон по различным сочетаниям главных и второстепенных руслоформирующих факторов.

п7. Раскрытие связи различных типов русел и соответствующих типов русловых процессов с непосредственными руслоформирующими факторами.

п8. Ревизия существующих гидроморфологических соотношений и формул, выбор из них генетически обусловленных.

п9. Выявление порядка смены типов русловых процессов при изменении главных руслоформирующих факторах и при их разной степени проявления.

п10. Построение одномерных типизаций русловых процессов (выстраивание по разным степеням проявления главных руслоформирующих факторов).

п11. Построение многомерных таблиц типов русловых процессов (с одновременным учётом нескольких руслоформирующих факторов). По одной из руслоформирующих осей откладывается один из факторов, по второй оси – другой.

п12. Выработка многоступенчатой системы наименований типов русловых процессов по расширенной типизации.

п13. Разработка рекомендаций по прогнозу смены типов русловых процессов в зависимости от изменения определяющих руслоформирующих факторов. Создание алгоритма прогноза изменений типов русловых процессов.

п14. Подборка иллюстраций и проверка правомерности применения разработанных рекомендаций по прогнозу изменений типов русловых процессов на реальных примерах.

п15. Разработка аналитической экспертной системы по прогнозу изменений типов речных русел в зависимости от возможных изменений естественных и антропогенных руслоформирующих факторов.

п16. Выработка предложений по методам регулирования русел.

4 .4. Ожидаемые в конце 2005 года научные результаты (развернутое описание с оценкой степени оригинальности; форма изложения должна дать возможность провести экспертизу результатов)

По результатам работ, которые будут проведены в 2005 году, будут получены следующие результаты:

1. Каталог примеров изменений типов русловых процессов с описанием морфологических изменений и анализом возможных причин, приведших к соответствующей ответной реакции русла.

2. Список естественных и антропогенных руслоформирующих факторов с делением на 1) главные, 2) второстепенные, 3) косвенные, 4) ограничивающие.

3. Одномерные классификации типов русловых процессов (по разным степеням проявления главных руслоформирующих факторов).

4. Многомерные таблицы типов русловых процессов (с одновременным учётом нескольких руслоформирующих факторов). В результате будут построены несколько таких таблиц (4-6), являющихся проекцией многомерного причинного пространства на некоторые из осей, соответствующие главным и второстепенным руслоформирующим факторам.

5. Первоначальные рекомендации по прогнозу изменения типа русловых процессов в зависимости от изменения определяющих руслоформирующих факторов.

6. Подборка иллюстраций применения разработанных рекомендаций по прогнозу изменений типов русловых процессов на реальных примерах.

4.5. Современное состояние исследований в данной области науки, сравнение ожидаемых результатов с мировым уровнем

В настоящее время существуют несколько русловедческих школ, как в России, так и за рубежом, в каждой из которых: 1) разработана своя типизация русловых процессов, 2) выделяются разные главные руслоформирующие факторы, 3) существует (или отсутствует) определённый порядок выстраивания типов русловых процессов по изменению этого фактора (классификация).

Недостатком многих подходов являются попытки объяснить образование всех типов русловых процессов каким-либо одним руслоформирующим фактором.

Имеются только отдельные примеры использования многомерных классификаций типов русловых процессов одновременно по нескольким руслоформирующим факторам.

В то же время существуют несколько десятков гипотез образования отдельных типов русловых процессов, например, меандрирования, которые часто не соответствуют главному принятому руслоформирующему фактору в каждом отдельном русловедческом направлении.

В проекте используется системный подход к поиску многообразия руслоформирующих факторов.

Предлагается поиск таких руслоформирующих факторов, которые отвечают за образование сразу нескольких типов русловых процессов при разных значениях этих факторов.

Предлагается переход от используемых абсолютных значений руслоформирующих факторов к отношениям и разностям.

В современном русловедении разработаны методы прогноза деформаций русел равнинных рек при относительно стабильных руслоформирующих факторах отдельно в рамках некоторых типов русловых процессов. Главной задачей проекта является выработка методов прогноза деформаций русел рек при изменении естественных и антропогенных руслоформирующих факторов, которые приводят к смене типов русловых процессов.

4.6. Имеющийся у коллектива научный задел по предлагаемому проекту: полученные ранее результаты (с оценкой степени оригинальности), разработанные методы (с оценкой степени новизны)

К настоящему времени руководителем проекта в целях поиска решения задачи, решаемой в проекте, проведены работы по поиску, синтезу и развитию методов решения научных задач.

Собраны методы, предлагаемые в науковедении (диссимметрия, объединение альтернативных гипотез, перенапряжение и др.), предложено развитие этих методов (например, «переступить пределы»).

Эти методы применены к русловедению.

Выяснено, что диссимметрия (разность) между транспортирующей способностью потока и поступлением наносов на рассматриваемый участок реки является одним из руслоформирующих факторов, определяющим смену типов русловых процессов от разных видов меандрирования к русловой многорукавности.

Выяснено, что большинство других руслоформирующих факторов являются также диссимметриями.

Предложено объединение альтернативных гипотез по образованию русел равнинных рек.

На основе имеющихся в существующих научных школах одномерных классификаций типов русловых процессов на основе разных руслоформирующих факторах предложена двухфакторная классификация типов русловых процессов.

Систематизированы и предложены к объединению ещё два руслоформирующих фактора.

Предложено искать такой руслоформирующий фактор, который отвечает одновременно за образование нескольких типов русловых процессов при разной степени своего проявления.

Предложено искать взаимосвязанные типы русловых процессов при противоположных проявлениях различных руслоформирующих факторов.

Разработано деление руслоформирующих факторов по виду воздействия на русло.

На примере влияния растительности на переформирования русел равнинных рек совместно с исследователями других научных учреждений показано, что многие факторы могут проявляться как прямо, так и косвенно через воздействие на непосредственные руслоформирующие факторы.

Все перечисленные выше разработки являются новыми и оригинальными в применении к русловым процессам.

Имеется опыт применения перечисленных выше методов научных исследований к другим отраслям науки.

Также имеется многолетний опыт: 1) натурных полевых исследований переформирований русел рек; 2) экспериментальных исследований русловых деформаций на лабораторных моделях рек и в гидравлических лотках; 3) прогноза русловых деформаций в рамках отдельных типов русловых процессов.

4.7.1. Список основных публикаций коллектива, наиболее близко относящихся к предлагаемому проекту:

Кондратьев А.Н. Соотношение транспортирующей способности потока и стока наносов как условие формирования русел рек разных типов/ Геоморфология, № 3, 1999, с. 14-18.

Кондратьев А.Н. Объединение альтернативных гипотез на формирование русел./ Динамика и термика рек, водохранилищ и прибрежной зоны морей. V конференция. Труды. М., 1999, с. 312-315.

Кондратьев А.Н. Причина образования извилистости: меандрирование рек и других природных потоков // Известия АН. Серия географическая, 2000, № 4, с. 42-44.

4.7.2. Список основных публикаций руководителя проекта за последние 3 года:

Кондратьев А.Н. О гипотезах причин формирования русел // Водные ресурсы, т. 28, № 5, 2001, с. 628-630.