Оценка изменения межсезонного состояния Ромашкинского залива Цимлянского водохранилища по данным ДЗЗ за 2015-2026 гг.

Климатические флуктуации последних десятилетий оказали существенное влияние на состояние водных объектов юга России, в том числе на водохранилища, заполнение которых зависит от ежегодной водности на их водосборной территории и, соответственно, степени их сработки в период расхода на водохозяйственные потребности региона. Наиболее чувствительными к межгодовым и сезонным изменениям уровня водохранилищ, являются заливы, образовавшиеся в нижнем течении притоков. Так, Цимлянское водохранилище, самое крупное на юге РФ, насчитывает 24 боковых притока [Гидрометеорологический, 1977], которые за годы эксплуатации претерпели значительные преобразования за счет изменения многолетних и сезонных уровней воды в водохранилище, а также поступления жидких и твердых стоков с речной сети водосборов.
В рамках настоящей работы выполнена оценка многолетней изменчивости залива Ромашкинский, который находится на четвертом месте из наиболее значимых по площади акватории. Он сформировался в нижнем течении левобережного притока Аксай Есауловский после наполнения водохранилища в 1953 г. Площадь залива составляет 35 км2 при нормальном подпорном уровне (НПУ) водоема. Длина притока 222 км, площадь водосбора 2210 км2 [Гидрометеорологический, 1977]. Среднемноголетний объем водных ресурсов, поступающих в залив с водосбора, не превышает 0,05 км3/год [Джамалов и др. ,2017], основной объем которого в размере 70-90 % поступает в залив в период половодья. Берега залива пологие, береговая линия сильно изрезана. Определение изменения площади зеркала воды залива наземными методами не проводится. Детальную информацию о степени зарастания, составе растительности и ее состоянии позволяют получить одноразовые экспедиционные обследования, но они достаточно трудоемки, затратны по времени и эпизодичны. Наличие в заливе обширных прибрежных мелководий создает благоприятные условия для нереста и нагула фитофильных рыб в зонах развития высшей водной растительности [Кочеткова…2018], что требует детального изучения ситуации.
Основным доминирующим фактором, влияющим на изменение площади водной поверхности и зарастание Ромашкинского залива, является не речной сток (с позиций его незначительного объема), а сезонное и межгодовое колебание уровня водохранилища.
Информационное обеспечение проведенного исследования базировалось на совместном анализе разновременных спутниковых данных ИСЗ Sentinel-2 L2A и Landsat 8-9 L1 за период 2015-2026 гг. (межгодовых и сезонных), сведений Донского БВУ [Донское http//www donbvu] о положении уровня водохранилища на дату съемки, топографических карт, отображающих границу водной поверхности при НПУ, а также отметки глубин и изобаты на акватории залива. Информация о положениях уреза воды, изменениях площади зарастания залива высшей водной растительностью (ВВР) при разных значениях уровня водохранилища и интенсивности весеннего паводка получена с помощью расчетных индексов – водного MNDWI (Modified Normalized Difference Water Index) и вегетационного NDVI (Normalized Difference Vegetation Index) [Геологическая ]. Изучение основных этапов при многолетнем и сезонном колебании уровня водохранилища в диапазоне от НПУ (36,0 м) до близкого к уровню мертвого объема УМО (31,0 м) [Правила, 2014] проводилось по результатам дешифрирования выбранных 46-ти спутниковых изображений, на которых зафиксированы изменения площади залива как при чрезвычайных понижениях уровня, близких к УМО (2015 и 2020 гг.) так и при его повышениях (2018 и 2023 гг.), а также для промежуточных значений. Совместный анализ изображений зеркала воды с помощью спектрального водного индекса MNDWI и значений уровня воды на дату съемки позволил выявить их прямую зависимость. Установлено, что диапазон изменений площади водной поверхности залива (в % от площади при НПУ) весьма значителен – сокращение до 60 % в экстремально маловодный период 2015 г и всего лишь на 6-10 % в многоводные годы 2018 и 2023 гг. Для перехода от отдельных спутниковых наблюдений к фиксированным уровенным состояниям по многолетней серии масок MNDWI сформированы расчетные контуры акватории Ромашкинского залива: состояния при 32–35 м получены по пиксельной модели, отметка 31 м представлена экстраполяционным состоянием по нижним фактическим наблюдениям, а отметка 36 м соответствует топографической границе при НПУ. Расчетная площадь акватории составляет около 30, 49, 73, 82 и 84 % от площади НПУ при уровнях воды 31, 32, 33, 34 и 35 м соответственно. Наиболее интенсивное расширение происходит в диапазоне 31–33 м: по неокругленным модельным значениям площадь увеличивается на 14,9 %, тогда как в интервале 34–35 м прирост составляет 2,5 %. Такой характер изменения согласуется с широким распространением низменных прибрежных поверхностей по периферии залива.
Для оценки пространственно-временной изменчивости растительного покрова использован вегетационный индекс NDVI. Спутниковые наблюдения для каждого года сгруппированы по трем сезонным состояниям: весеннему, позднелетнему и осенне-предзимнему. Значения NDVI разделены на пять рабочих интервалов: >0; 0-0,2; 0,2-0,3; 0,3-0,4; >0,4. Эти интервалы характеризуют различную степень выраженности растительного сигнала и не рассматриваются как универсальная ботаническая классификация. Для количественного межсезонного и межгодового сопоставления использован интегральный показатель NDVI >0,3, объединяющий два верхних класса: 0,3–0,4 и >0,4 – и характеризующий участки с выраженным растительным покровом. Значения ниже 0,3 относятся к поверхностям без выраженного растительного сигнала и участкам с разреженной растительностью, поэтому в расчет данного показателя не включались. Для Ромашкинского залива средняя доля территории с NDVI >0,3 составляет 3,9 % весной, 22,6 % в конце лета и 23,5 % в осенне-предзимний период».
Подобные детальные исследования Ромашкинского залива проведены впервые. Полученные результаты могут быть использованы как база данных для дальнейшего мониторинга состояния залива, выявления площадей осушки и их зарастания при изменении уровня водохранилища.
Работа выполнена в рамках темы № FMWZ-2025-0002 Государственного задания ИВП РАН.