ИССЛЕДОВАНИЕ КОЛЕБАНИЙ БИМОРФНОЙ ПЛАСТИНЫ ИЗ ПЬЕЗОЭЛЕКТРОМАГНИТНОГО МАТЕРИАЛА В ПЕРЕМЕННОМ МАГНИТНОМ ПОЛЕ, "Наука юга России"

Работа посвящена исследованию поперечных колебаний биморфа, состоящего из двух пьезомагнитоэлектрических слоев, находящегося в переменном магнитном поле. Пьезомагнитоэлектрические слои представляют собой многослойный композит с чередующимися пьезоэлектрическими и пьезомагнитными слоями. Механические и физические свойства такого композита задаются эффективными константами, известными из литературы. На основе прикладной теории колебаний многослойной пластины, учитывающей нелинейное распределение электрического и магнитного потенциала в пьезоактивных слоях как в продольном, так и поперечном направлении, проведено исследование напряженно деформированного состояния, электрического и магнитного поля шарнирно опертого биморфа. Электрический потенциал принят равным нулю на всех электродах, в то время как магнитный равен нулю на внутренней границе и неизвестен на внешних. Поэтому распределение электрического и магнитного потенциалов в середине слоя принимается неизвестными функциями, а в случае магнитного потенциала распределение на внешней границе также является функцией, которую следует найти. В задаче были приняты гипотезы Кирхгофа для механических характеристик. С использованием вариационного принципа и принятой в работе квадратичной зависимости электрического и магнитного потенциалов по толщине пьезоактивных слоев была получена система дифференциальных уравнений и граничных условий. Полученная краевая задача решалась численными методами. Сравнение результатов расчета по предложенной теории с плоской задачей, решенной в конечно-элементном пакете FlexPDE, в низкочастотной области показало, что погрешность в нахождении характеристик механического и магнитного полей составляет менее 1 %. В свою очередь при определении электрического поля разница составила порядка 5 % в средней части пластины и 27 % в окрестности точек опоры. Такая погрешность связана с тем, что конечно-элементный анализ демонстрирует явный нелинейный характер распределения электрического поля, в то время как прикладная теория – линейный.

ЭКОЛОГИЧЕСКАЯ СТРУКТУРА АВИФАУНЫ КРЫМСКОГО ПОЛУОСТРОВА, "Наука юга России"

В результате анализа экологической структуры авифауны Крыма установлено, что в общем спектре преобладают лимнофилы (42,6 %) и дендрофилы (34,2 %), на кампофилов, населяющих зональные ландшафты, и склерофилов – обитателей интразональных биотопов приходится по 11,6 и 11,0 % соответственно. Отмечена диспропорция в распределении дендрофилов – 97,2 % состава экологической группы встречается в степной зоне, тогда как в Горном Крыму – 86,2 %, в том числе в горно-лесном поясе – 78,9 %. Склерофилы равномерно распределены по территории полуострова: в предгорьях – 97,1 % состава экологической группы, в степной зоне – 91,4 %, тогда как б льшая часть лимнофилов (99,3 %) и кампофилов (94,6 %) отмечена в равнинном Крыму. Среди гнездящихся видов преобладают лимнофилы (38,1 % фенологической группы), составляя 55,1 % от числа всех птиц этой экологической группы региона. Видовое разнообразие гнездящихся дендрофилов закономерно больше (49,3 %) в Горном Крыму, тогда как в степной зоне на эту экологическую группу приходится 27,4 %. Миграционный комплекс птиц Крыма отличается не только видовым богатством (252 вида), но и различным фенологическим статусом видов, в него входящих. Б льшая часть мигрантов относится к лимнофилам (48,8 %) и дендрофилам (31,7 %), которые концентрируются на равнине. Зимовочный комплекс птиц полуострова характеризуется наименьшими показателями видового богатства (167 видов). Основные районы концентрации птиц находятся в равнинном Крыму и предгорьях (86,8 % от общего числа видов фенологической группы). В горно-лесном поясе зарегистрирована только треть зимующих на полуострове видов, большая часть которой представлена дендрофилами.

О ТРАНСФОРМАЦИИ СТРУКТУРНОГО СОСТОЯНИЯ ПОЧВ ПОД ВЛИЯНИЕМ УРБОПЕДОГЕНЕЗА НА ПРИМЕРЕ РОСТОВСКОЙ АГЛОМЕРАЦИИ, "Наука юга России"

Структура почвы как результат сложной системы внутрипочвенных взаимодействий и внешнего воздействия в условиях урбопедогенеза претерпевает изменения, что не может не влиять на протекторные функции почвы, роль которых в урболандшафтах многократно возрастает. Отсюда актуальность изучения процессов трансформации структуры городских почв. В сравнительном аспекте рассмотрен состав структурных фракций и их водоустойчивость в типичных городских почвах – урбостратоземах (открытых и запечатанных под плотными покрытиями) и черноземах миграционно-сегрегационных рекреационных зон города. Состав и качество почв изучали по результатам сухого и мокрого просеивания по методу Саввинова. Разницу в структурном состоянии этих двух групп почв оценивали погоризонтно, сравнивая их между собой с применением критерия Стьюдента. Учитывая многовариантность формирования урбиковых горизонтов, для снижения разброса значений их разделили на 2 кластера: тяжелые и легкие. Явным признаком урбопедогенеза является возрастание доли структурных агрегатов с диаметром >10 мм как в горизонтах урбик, так и в погребенных горизонтах. В легких горизонтах урбик обнаружено более высокое содержание фракций 0,5–0,25 и <0,25 мм, чем в тяжелых. Погребенная часть профиля урбопочв, представляющая собой фактически законсервированный под толщей урбонаслоений чернозем миграционно-сегрегационный, по сравнению с черноземами рекреационных зон имеет тенденцию к увеличению содержания глыбистой фракции за счет снижения доли агрономически ценных агрегатов. Водопрочность структуры – более стабильный показатель. Достоверное увеличение содержания фракции 0,5–0,25 мм по сравнению с нативными почвами обнаружено только в погребенных гумусово-аккумулятивных горизонтах за счет снижения доли агрегатов размерностью >3 и 2–1 мм.

РЕКОНСТРУКЦИЯ ОПАСНЫХ НАГОНОВ В СЕВЕРНОМ КАСПИИ НА ОСНОВЕ ЦИФРОВЫХ МОДЕЛЕЙ РЕЛЬЕФА ДНА И ГИДРОЛОГИЧЕСКОГО МОДЕЛИРОВАНИЯ, "Наука юга России"

Представлены результаты работ по реконструкции опасных нагонов в дельте Волги и Северном Каспии с использованием инструментов гидрологического моделирования. Для расчетов разработаны высокоточные цифровые модели дельты Волги и Северного Каспия на основе топографических и гидрографических карт. Контроль осуществлялся в ручном режиме. Для учета особенностей строения русел разработан специальный алгоритм, описанный в статье. Выполнена верификация модели HEC-RAS по ряду гидрологических сценариев при разных вариантах коэффициента шероховатости. При расчетах учтено перераспределение стока Волги по рукавам, предложены оптимальные точки задания речных расходов и уровня. Для реконструкции выбор опасных нагонов в XX–XXI веках осуществлялся на основе отдельных сведений из научной литературы и по данным речных уровнемеров. Всего выделено 26 случаев, для которых выполнены расчеты. Построены карты максимального затопления для каждого случая. Определены некоторые особенности затопления дельты Волги. Помимо колебаний уровня в северной части Каспийского моря на площадь затопления существенное влияние оказывает расход в р. Волге – чем больше расход воды в реке, тем больше площадь затопления при нагонных явлениях схожей динамики. Максимальная площадь затопления характерна для нагона в 1991 г. – 17,5 тыс. км2 в условиях повышенного речного стока в период половодья, минимальная – для 1940-х и 1960-х гг. (менее 10 тыс. км2), когда выделялись нагоны с максимальным уровнем ниже 27 мБС.

МЕТОД РОБАСТНО УСТОЙЧИВОГО УПРАВЛЕНИЯ ДВИЖЕНИЕМ ГРУППЫ МОБИЛЬНЫХ РОБОТОВ С «ЛИДЕРОМ» ДЛЯ СИСТЕМ МОНИТОРИНГА И ПРОГНОЗИРОВАНИЯ ОПАСНЫХ ПРОЦЕССОВ И ОБЕСПЕЧЕНИЯ БЕЗОПАСНОСТИ НАСЕЛЕНИЯ И БЕРЕГОВОЙ ИНФРАСТРУКТУРЫ, "Наука юга России"

В настоящее время актуальным является вопрос разработки научных основ применения технологий цифровой экономики для систем мониторинга и прогнозирования опасных процессов и обеспечения безопасности населения и береговой инфраструктуры и воплощение теоретических принципов мониторинга для водных экосистем, которые бы включали как классические натурные наблюдения, так и новые технологии бесконтактного мониторинга. Для решения указанного вопроса в части улучшения характеристик надежности и «открытости» систем разработана структура децентрализованной распределенной системы без иерархической подчиненности, а также методы и алгоритмы функционирования распределенной сети датчиков и мобильного робототехнического комплекса (МРК), которые являются частью данной системы. МРК позволяет осуществлять сбор данных о состоянии окружающей среды средствами бортовых сенсорных подсистем и сбор данных, накопленных телекоммуникационно изолированными фрагментами распределенной сети интеллектуальных датчиков в удаленных и труднодоступных местах, использующих распределенные вычисления и элементы концепции туманных вычислений. Эффективность предложенной модели МРК, методов и алгоритмов достигается за счет применения системы управления, многомерное цифровое устройство управления которой имеет достаточно высокий порядок. Алгоритмы вычисления значений управляющих воздействий получены с применением декомпозирующего управления и метода аналитического синтеза систем с управлением по выходу и воздействиям. Свойство робастности к отклонениям неопределенных запаздываний в каналах связи каждого МРК с «лидером» достигается за счет использования свойства предложенных полиномиальных уравнений управления. Предложенные методы и алгоритмы могут применяться при создании цифровых систем управления как одномерными, так и многомерными объектами, в частности мультиробототехническими комплексами, которые могут применяться для размещения датчиков систем мониторинга и диагностики.

ПОСЛЕДСТВИЯ ШТОРМА 1969 г. В ПИЦУНДЕ И МЕРЫ ПО ИХ ПРЕОДОЛЕНИЮ, "Наука юга России"

Шторм 1969 г. в Пицунде вошел в число наиболее резонансных событий среди природных катаклизмов конца 1960-х гг. на юге СССР. Пицунда являлась одним из главных мест отдыха советской политической и культурной элиты, а также зарубежных туристов. Но ошибки в строительстве курортного комплекса, прежде всего сокращение природного пляжа, нарушили естественное равновесие. Советское правительство приняло специальные постановления для ликвидации последствий шторма и для защиты от разрушения берегов Черного моря. Руководство страны поставило задачи выработать новые технологии берегоукрепления, устранить ошибки в морском гидротехническом строительстве. Ключевым направлением работы было намечено внедрение принципов сбережения природной устойчивости береговой линии, учет долговременных последствий вмешательства в естественные процессы, исследование влияния на них строительства различных сооружений. Новые нормы рационального проектирования берегоукрепительных сооружений и прогнозы изменений береговой зоны предполагалось максимально широко распространять в практической деятельности заинтересованных организаций в прибрежных регионах страны. Были предприняты шаги по запрету изъятий наносов с пляжей, из низовьев рек и с морского дна, налажен контроль выполнения соответствующих постановлений, приняты меры по созданию предприятий по добыче гравия, гальки и песка вне береговой зоны. На отечественную науку были возложены задачи по изучению и освоению ресурсов морских побережий, исследованию малоизученных природных процессов, выработке прогнозов трансформации берегов, выявлению ошибок в проектировании прибрежных сооружений, а также формированию соответствующих предложений. Но в реализации названных задач административно-управленческие структуры, научно-исследовательские и производственные организации столкнулись со значительными сложностями. Эти вопросы по-прежнему актуальны, что увеличивает важность изучения соответствующих событий, причин успехов и неудач.

ПРОНИКНОВЕНИЯ СОЛЕНЫХ ВОД ИЗ ТАГАНРОГСКОГО ЗАЛИВА В РУКАВА ДЕЛЬТЫ ДОНА (ЧИСЛЕННОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ НА ПРИМЕРЕ СОБЫТИЯ В ПЕРИОД 23–27.09.2014 г.), "Наука юга России"

Устьевая область Дона – ключевой район бассейна Азовского моря, где происходят сложные процессы взаимодействия речных и морских вод. Здесь особенно сильно проявляются сгонно-нагонные колебания уровня и связанное с этим поступление морских трансформированных вод в рукава дельты Дона. Соленые воды Таганрогского залива при определенных гидрометеорологических условиях проникают даже в устье р. Дон, где находятся водозаборы Азова и Таганрога. В работе описана математическая модель процесса поступления соленой воды Таганрогского залива в дельту Дона. Гидродинамическая составляющая модели основана на уравнениях Сен-Венана, записанных в характеристическом виде. Транспортная составляющая описана одномерным уравнением конвекции – диффузии в случае консервативного вещества. В качестве области расчета был выбран участок Нижнего Дона от ст. Раздорская до устьев дельты Дона, включая рукава Старый Дон, Мокрая Каланча и Большая Кутерьма. Задача решается конечно-разностными методами с использованием неявных схем. Расчеты проведены с учетом метеорологической обстановки в период 23–27.09.2014 г., когда наблюдался наиболее сильный за последние годы ветровой нагон. Приведены результаты расчетов скорости течения воды и солености в рукавах Дона в зависимости от уровня воды в Таганрогском заливе. Сравнение расчетных значений солености воды в районе азовского порта с зарегистрированными показало, что представленная математическая модель достаточно адекватно описывает процесс поступления соленой воды из Таганрогского залива в основные рукава р. Дон. В то же время модель дает представление об общей тенденции развития процесса возможного осолонения дельты Дона при нагонных явлениях, что может быть использовано для прогноза таких явлений и принятия оперативных решений для обеспечения устойчивого водоснабжения приморских городов.

АНАЛИЗ ВНУТРИВЕКОВОЙ ПРИРОДНОЙ ИЗМЕНЧИВОСТИ В ПРИАЗОВЬЕ И НА НИЖНЕМ ДОНУ: ПРИЧИНА МАЛОВОДЬЯ, "Наука юга России"

Изменения климата и водности в Приазовье и на Нижнем Дону, отмечаемые с XVIII века после начала инструментальных наблюдений над состоянием окружающей среды и подкрепляемые более древними историческими источниками, подтверждают известные закономерности циклического характера этих трансформаций. Осуществляемые Южным научным центром Российской академии наук комплексные исследования колонок донных отложений, кернов из верхних горизонтов береговых кос позволяют с большой степенью детальности реконструировать гидродинамические и климатические трансформации в Приазовье на протяжении позднего голоцена. Выявлены внутривековые изменения климата и водности в Приазовье по гидрометеорологическим данным (1884–2020 гг.), которые подразделяются на три периода: холодный (многоводный; 1884–1942 гг.), переходный (1942–1985 гг.) и теплый (маловодный; 1986–2020 гг.). Отсутствие паводкового дренажа и маловодье привели в последнее время к заилению многочисленных проток и гирл дельты Дона. После зарегулирования стока реки (начиная с 1952 г.) скорость осадконакопления в некоторых протоках дельты и авандельты достигла 10–30 мм/год, что значительно выше по сравнению со скоростью накопления новоазовских отложений на шельфе Азовского моря (0,2–2,0 мм/год). Анализ наблюдаемых закономерностей позволяет предполагать, что в ближайшие два десятилетия можно ожидать наступления следующего переходного этапа с резкими межгодовыми колебаниями температур, с чередованием теплых и суровых зим.

ИЗМЕНЧИВОСТЬ ГИДРОХИМИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК РЕК САЛ И ЗАПАДНЫЙ МАНЫЧ В УСЛОВИЯХ СОВРЕМЕННОГО АНТРОПОГЕННОГО ВОЗДЕЙСТВИЯ И КЛИМАТИЧЕСКИХ ИЗМЕНЕНИЙ (В ПРЕДЕЛАХ РОСТОВСКОЙ ОБЛАСТИ), "Наука юга России"

Рассмотрена временн я изменчивость гидрохимических характеристик рек Сал и Западный Маныч и влияние природных и антропогенных факторов на формирование и трансформацию химического состава речных вод. Материалом для исследования послужили первичные данные государственной наблюдательной сети Росгидромета (из режимно-справочного банка данных Гидрохимического института) и результаты ранее опубликованных работ. Целью исследования являлось изучение трансформации химического состава и качества воды рек Сал и Западный Маныч с учетом современного антропогенного воздействия и климатических изменений. Был проведен сравнительный анализ двух многолетних периодов (2001–2007 и 2011–2017 гг.) и детально изучено изменение среднегодовых концентраций загрязняющих компонентов за 2010–2017 гг. В химическом составе воды р. Сал наиболее существенные изменения в сторону роста концентраций произошли в содержании соединений железа, сульфатов, нефтепродуктов и азота аммонийного, р. Западный Маныч – в содержании органических веществ, азота аммонийного и нефтепродуктов. В период с 2010 по 2017 г. наиболее четко прослеживаются две общие тенденции: увеличение содержания соединений железа и снижение концентраций меди в воде. Разнонаправленные тренды наблюдаются по ионам магния. Рассмотрены основные причины изменчивости химического состава речных вод – изменение водности и влияние грунтовых вод. За исследуемый период качество воды в реках Сал и Западный Маныч не улучшилось и осталось на уровне 4 класса (степень загрязненности воды – грязная). В категорию критических показателей загрязненности воды для обеих рек ежегодно входили сульфат-ионы, по которым отмечается наибольшая кратность превышения предельно допустимой концентрации со 100%-й повторяемостью. Результаты исследования могут быть использованы при планировании природоохранных мероприятий, а также для совершенствования существующего природопользования.

МОНИТОРИНГ СОЦИАЛЬНО-ЭКОЛОГИЧЕСКИХ УСЛОВИЙ КАК МЕХАНИЗМ ОБЕСПЕЧЕНИЯ БЕЗОПАСНОСТИ НАСЕЛЕНИЯ, "Наука юга России"

Здоровье населения современных городов является главенствующим фактором экологической безопасности и устойчивого развития территорий. На него оказывает воздействие множество условий. При этом, по данным Всемирной организации здравоохранения, с каждым годом возрастает роль социальных и экологических факторов в формировании заболеваемости по разным классам болезней. Целью проведенных исследований является оценка ряда санитарно-гигиенических и экологических условий российских городов (в разрезе регионов России) и их удельный вклад в формирование заболеваемости детского и взрослого населения по различным классам болезней. Репрезентативный массив социальных и экологических данных, а также показателей заболеваемости детского и взрослого населения по различным классам болезней собраны в государственной системе социально-гигиенического мониторинга. Результаты, полученные в ходе многолетних мониторинговых исследований, обобщены в среде ГИС «Экологические и социально-экономические условия городов российских городов». Анализ данных Федерального информационного фонда социально-гигиенического мониторинга ФБУЗ «Федеральный центр гигиены и эпидемиологии» Роспотребнадзора позволил установить, что в ряде городов наблюдается существенное превышение предельно допустимых среднесуточных концентраций в атмосфере бенз(а)пирена, диоксида азота, пыли, формальдегида и других антропогенных поллютантов. Анализ удельного веса проб, превышающих гигиенические нормативы для питьевой воды системы централизованного хозяйственно-питьевого водоснабжения, за последние 5 лет позволил выявить, что в большинстве российских городов данный показатель находится в норме. При этом в ряде регионов наблюдаются существенные превышения ПДК железа, трихлорэтилена, марганца, бора и других загрязнителей. Анализ важнейших социальных условий показал существенную дифференциацию территории Российской Федерации по факторам, определяющим безопасность населения. Проведенный корреляционный анализ выявил наличие средних и сильных зависимостей между социально-экологическими факторами и заболеваемостью населения по различным классам болезней.