Paleohydrology of rivers in the Don River basin

Authors

  • Alexey Yu. Sidorchuk M.V. Lomonosov Moscow State University , Московский государственный университет имени М.В. Ломоносова
  • Olga K. Borisova Institute of Geography RAS , Институт географии РАН
  • Andrei V. Panin Institute of Geography RAS , Институт географии РАН

DOI:

https://doi.org/10.34753/HS.2023.5.2.172
+ Keywords

large meandering rivers, transition from the glacial to interglacial epoch, maximum daily runoff depth, annual runoff

+ Abstract

The hydrological regime of large meandering rivers that existed in the Don River basin 18-14 thousand years ago was reconstructed using paleochannel hydraulic geometry, in particular, bankfull width. For paleohydrological reconstructions, the method of regime equations was used. The relationship between the channel bankfull width and the average maximum discharge is derived from the data on the modern channels. This equation is applied for calculating the maximum discharges of the paleorivers using bankfull width of paleochannels. Then, relationships are constructed between the calculated maximum paleodischarges and catchment areas for the territories within the Don River basin with homogeneous paleolandscapes. On this basis, specific discharges are calculated for elementary catchments. They do not depend on the catchment area and therefore can be mapped. The reconstructed maximum daily specific discharges during the snowthaw period were up to 120 mm/day in the north of the Don basin, in the periglacial forest steppe, and 20–30 mm/day in the central part of the basin, in the periglacial steppe. The average daily maximum runoff depth for the basin was about 50 mm, which is more than six times higher than the current value. The annual river runoff was calculated from the ratio of the average flood and the average maximum runoff depth using a simplified snowthaw model, taking into account air temperatures within the modern region-analogues. The total annual runoff from the territory of the Don basin was about 113 km3, which is four times the modern runoff from the same basin. From these estimates of the annual and especially maximum discharges, it follows that there was abundant winter precipitation with short and rapid snowmelt during the formation of large paleochannels.

+ Author Biographies

Alexey Yu. Sidorchuk

Doctor of Geography, Associate Professor M.V. Lomonosov Moscow State University, Leading Researcher SPIN 3372-1900 ORCHID 0000-0002-6750-5463 ResearcherID R-8968-2019

Olga K. Borisova

Doctor of Geography Institute of Geography RAS, Chief Researcher SPIN 2215-5658 ORCHID 0000-0003-1728-7610 Researcher ID AAF-5503-2021 Scopus Author ID: 7006032514

Andrei V. Panin

Doctor of Geography, Corresponding Member of the Russian Academy of Sciences Institute of Geography RAS, Deputy Director SPIN 6680-0363 ORCID: 0000-0001-9587-1260 ResearcherID: K-2895-2012 Scopus Author ID: 7102442068

+ References

Борисова О.К. Ландшафтно-климатические условия в центральной части Восточно-Европейской равнины в последние 22 тысячи лет (реконструкция по палеоботаническим данным) // Водные ресурсы. 2021. Т. 48. № 6. С. 664–675. DOI: 10.31857/S0321059621060031

Великанов М.А. Русловой процесс. М.: Физматгиз, 1958. 395 с.

Величко А.А. Природный процесс в плейстоцене. М.: Наука, 1973. 256 с.

Виноградов Ю.Б. Математическое моделирование процессов формирования стока. Опыт критического анализа. Л.: Гидрометеоиздат, 1988. 312 с.

Волков И.А. О недавнем прошлом рек Ишим и Нура // Труды лаборатории аэрометодов АН СССР. № 9. 1960. С. 59–71.

Волков И.А. Следы мощного стока в долинах рек юга Западной Сибири // Доклады АН СССР. 1963. Т. 151. № 3. C. 23–25.

Георгиевский В.Ю. Научно-прикладной справочник: Основные гидрологические характеристики водных объектов бассейна реки Дон. СПб: Свое издательство, 2020. 262 с.

Гричук В.П. Гляциальные флоры и их классификация // Последний ледниковый покров на северо-западе Европейской части СССР. М.: Наука, 1969. С. 57–70.

Гричук В.П. Растительность позднего плейстоцена // Динамика ландшафтных компонентов и внутренних морских бассейнов Северной Евразии за последние 130000 лет. Отв. ред. А.А. Величко. М.: ГЕОС, 2002. С. 64–89.

Докучаев В.В. Способы образования речных долин Европейской России. СПб: Типография В. Дермакова, 1878. 221 с.

Евстигнеев В.М. Речной сток и гидрологические расчеты. М.: Изд-во МГУ, 1990. 304 с.

Комаров В.Д. Весенний сток равнинных рек европейской части СССР, условия его формирования и методы прогнозов. М.: Гидрометеоиздат, 1959. 296 с.

Маккавеев Н.И., Советов В.С. Трассирование землечерпательных прорезей на перекатах равнинных рек Европейской части СССР // Труды ЦНИИРФ. 1940. Вып. 3. 60 с.

Маккавеев Н.И., Хмелева Н.В, Гун Го-юань. Свободные меандры // Экспериментальная геоморфология. Вып. 2 / Под ред. Н.И. Маккавеева. М.: Изд-во Моск. ун-та, 1969. C. 25–62.

Матлахова Е.Ю. Макроизлучины р. Вороны как свидетельства мощного речного стока в позднеледниковье // Вестник Московского университета. Серия 5: География. 2021. № 2. С. 103–109.

Неваленный Ю.В. Государственная геологическая карта Российской Федерации. Масштаб 1:200000. Изд. 2-е. Серия Донецкая. Лист L-37-V (г. Шахты). Объяснительная записка. М., 2000. 183 с.

Панин А.В., Сидорчук А.Ю. Макроизлучины ("большие меандры"): проблемы происхождения и интерпретации // Вестник Московского университета. Серия 5: География. 2006. № 6. С. 14–22.

Панин А.В., Сидорчук А.Ю., Власов М.В. Мощный поздневалдайский речной сток в бассейне Дона // Известия РАН. Серия географическая. 2013. № 1. С. 118–129.

Протасьев М.С. (ред.) Ресурсы поверхностных вод СССР. Т. 7. Донской район. Л.: Гидрометиоздат, 1973. 460 с.

Рычагов Г.И. Макроизлучины в долинах рек: геоморфологический феномен // Вестник Московского университета. Серия 5: География. 2003. № 5. Стр.?

Сидорчук А.Ю. Морфология грядового рельефа речных русел // Водные ресурсы. 2020. Т. 47. № 1. С. 33–45. DOI: 10.31857/S0321059620010137

Сидорчук А.Ю., Панин А.В., Борисова О.К. Геоморфологические подходы к оценке величины речного стока в геологическом прошлом (ст. 5. Сравнительный анализ результатов, полученных разными методами) // Геоморфология. 2019. № 1. С. 66–79.

Сидорчук А.Ю., Панин А.В., Борисова О.К. Климатически обусловленные изменения речного стока на равнинах северной Евразии в позднеледниковье и голоцене // Водные ресурсы. 2008. Т. 35. № 4. С. 406–416. DOI: 10.31857/S0321059621060171

Сидорчук А.Ю., Панин А.В., Борисова О.К. Речной сток на Восточно-Европейской равнине за последние 20 тысяч лет и проблема изменения уровней южных морей // Вопросы географии. Сб. 145. Гидрологические изменения. М.: Издательский дом «Кодекс», 2018. С. 144–168.

Сидорчук А.Ю., Украинцев В.Ю., Панин А.В. Оценка годового стока Волги в позднеледниковье по данным о размерах палеорусел // Водные ресурсы. 2021. Т. 48. № 6. С. 643–655. DOI: 10.31857/s0321059621060171

Хруцкий С.В., Смольянинов В.М., Косцова Э.В. Альбом геологических разрезов центрально-черноземных областей. Воронеж: Изд-во ВГУ, 1974. 176 с.

Davis W.M. La Seine, la Meuse et la Moselle // Ann. de Géographie. 1895. Vol. 4. P. 25–49.

Dury G.H. Contribution to a general theory of meandering valleys // Am. J. Sci. 1954. Vol. 252. P. 193–224.

Dury G.H. Principles of underfit streams // US Geological Survey Professional Paper 452-A. Washington, DC, USA: U.S. Government Printing Office, 1964. 67 p. DOI: 0.3133/pp452A

Dury G.H. Theoretical implications of underfit streams // US Geological Survey Professional Paper 452-C. Washington, DC, USA: U.S. Government Printing Office, 1965. 43 p. DOI: 10.3133/pp452C

Inglis C.C. Meanders and their bearing on river training // Inst. Civ. Eng. Mar. Waterways Eng. Div. 1947. Vol. 7. P. 3–54.

Matveeva T., Sidorchuk A. Modelling of surface runoff on the Yamal peninsula, Russia, using era5 reanalysis // Water. 2020. Vol. 12, no. 8. P. 2099. DOI: 10.3390/w12082099

Popov D., Marković S.B., Štrbac D. Generations of meanders in Serbian part of Tisa valley // Journal of the Geographical Institute "Jovan Cvijic", SASA. 2008. Vol. 58. P. 29–41. DOI: 10.2298/IJGI0858029P

Rotnicki K. Retrodiction of palaeodischarges of meandering and sinuous rivers and its palaeoclimatic implications // Temperate palaeohydrology. Chichester, UK: John Wiley and Sons, 1991. P. 431–470.

Schumm S.A. Quaternary paleohydrology // The Quaternary of the United States / Wright H.E., Jr, Frey D.G. (Eds.). Princeton, NY, USA: Princeton University Press, 1965. P. 783–794.

Schumm S.A. River adjustment to altered hydrologic regimen – Murrumbidgee River and paleochannels // US Geological Survey Professional Paper 598. Washington, DC, USA: U.S. Government Printing Office, 1968. 65 p. DOI: 10.3133/pp598

Sidorchuk A. The large rivers of the past in West Siberia: Unknown hydrological regimen // Water. 2023. Vol. 15, no. 2. P. 258. DOI: 10.3390/w15020258

Sidorchuk A.Yu., Borisova O.K. Method of paleogeographical analogues in paleohydrological reconstructions. Quaternary International. Vol. 72, no 1. 2000. P. 95–106. DOI: 10.1016/S1040-6182(00)00025-2

Vandenberghe J., Sidorchuk A. Large palaeomeanders in Europe: Distribution, formation process, age, environments and significance // Palaeohydrology. Geography of the physical environment. Cham, Switzerland: Springer, 2019. P. 169–186.

Ye B., Yang D., Zhang Z., Kane D.L. Variation of hydrological regime with permafrost coverage over Lena Basin in Siberia // J. Geophys. Res. 2009. Vol. 114(D7). DOI: 10.1029/2008JD010537.

+ Read article online

Downloads

Published

2024-02-13 — Updated on 2024-03-29

Versions

How to Cite

Sidorchuk, A. Y., Borisova, O. K., & Panin, A. V. (2024). Paleohydrology of rivers in the Don River basin. Hydrosphere. Hazard Processes and Phenomena, 5(2), 172-190. https://doi.org/10.34753/HS.2023.5.2.172 (Original work published 2024)
Loading...