Methods for Modeling and Forecasting Shoreline Erosion in Existing Reservoirs
Authors
- Maria V. Stepanova Sergo Ordzhonikidze Russian State University for Geological Prospecting
- Vladimir N. Ekzaryan Sergo Ordzhonikidze Russian State University for Geological Prospecting
DOI:
https://doi.org/10.34753/HS.2025.7.4.367+ Keywords
+ Abstract
This article examines the principal methods for modeling and forecasting shoreline erosion processes in reservoirs and highlights their advantages and limitations. The relevance of this research stems from the fact that since the 1990s, monitoring of shoreline erosion at many reservoirs has been conducted in an unsystematic manner, which may ultimately lead to critical consequences: destruction of coastal infrastructure, disruption of the geological environment's integrity, and an increase in the area of "lost" lands adjacent to reservoir shorelines. Since the establishment of these reservoirs, the extent of such lost lands has continued to grow, now amounting to tens of thousands of hectares. An analysis of publications over the last 30 years regarding the shoreline evolution of plain reservoirs indicates a lack of significant developments in the creation and implementation of methods for predicting the studied process. This paper evaluates the principal modeling and forecasting methodologies: mechanistic-deterministic, physical scale modeling, and stochastic modeling. When applying these models, it is essential to determine their accuracy and the reliability of the resulting forecasts. Model verification and assessment of forecast precision are crucial and integral components of predicting and simulating any exogenic geological process. A new approach to modeling and forecasting the process is proposed, based on a detailed study of these methods, using materials from remote sensing of the Earth and methods of mathematical statistics.
+ Author Biographies
postgraduate student, Sergo Ordzhonikidze Russian State University for Geological Prospecting, Moscow, Russia, https://orcid.org/0009-0009-4917-5649, SPIN: 5299-8443, D.Sc. (Geology and Mineralogy), Head of the Department, Professor, Sergo Ordzhonikidze Russian State University for Geological Prospecting, Moscow, Russia,
Maria V. Stepanova
Vladimir N. Ekzaryan
https://orcid.org/0000-0003-3961-8003, SPIN: 7968-3231
+ References
1. Саваренский Ф.П. К вопросу о переработке береговых склонов реки при ее подпоре // Гидрогеология и инженерная геология. № 1. М.; Л.: ОНТИ, Гл. ред. геол.-развед. и геодез. лит., 1935. № 1. С. 5–14.
2. Экзарьян В.Н., Степанова М.В. Переформирование берегов водохранилищ как фактор социально-экологической опасности // Экологическая геология: теория, практика и региональные проблемы: Материалы восьмой научно-практической конференции, Воронеж, 10–13 сентября 2023 года. Воронеж: «Кварта», 2023. С. 113–115.
Ekzaryan V.N., Stepanova M.V. Reshaping of reservoir shores as a factor of socio-ecological danger // Ecological geology: theory, practice and regional problems: Proceedings of the eighth Scientific and Practical Conference, Voronezh, September, 10–13, 2023. Voronezh: Kvarta Publ., 2023, pp. 113–115. (In Russian).
3. Степанова, М.В., Экзарьян В.Н. Закономерности развития процесса переработки берегов равнинных водохранилищ // Науки о Земле и недропользование. 2025. Т. 48, № 2(91). С. 249–259. DOI 10.21285/2686-9993-2025-48-2-249-259.
Stepanova, M.V., Ekzaryan V.N. Patterns of development of the process of processing the shores of lowland reservoirs. Earth sciences and subsurface use, 2025, vol. 48, no. 2 (91), pp. 249–259. DOI 10.21285/2686-9993-2025-48-2-249-259. (In Russian).
4. Епишин В.К., Экзарьян В.Н. Прогноз процесса формирования берегов водохранилищ. М.: Энергия, 1979. 112 с.
5. Лагута А.А. О переработке берегов Краснодарского водохранилища // Региональные географические исследования: Сборник научных трудов / Под общей редакцией А.В. Погорелова. Том Выпуск 2 (12). Краснодар: Кубанский государственный университет, 2019. С. 23–30.
Laguta A.A. On the redevelopment of the shores of the Krasnodar Reservoir. Regional Geographical Studies: Collection of Scientific Papers. Krasnodar: Kuban State University, 2019, iss. 2 (12), pp. 23–30. (In Russian).
6. Егоров И.Е. О некоторых современных тенденциях развития берегов правобережья Воткинского водохранилища // Тридцать шестое пленарное межвузовское координационное совещание по проблеме эрозионных, русловых и устьевых процессов: Доклады и краткие сообщения, Ижевск, 11–15 октября 2021 года. Ижевск: Удмуртский государственный университет, 2021. С. 87–88.
Egorov I.E. On some contemporary trends in the development of the right bank of the Votkinsk Reservoir // Thirty-sixth plenary interuniversity coordination meeting on the problem of erosion, channel, and estuary processes: Reports and brief communications, Izhevsk, October 11–15, 2021. – Izhevsk: Udmurt State University, 2021. – pp. 87–88.
7. Скрипка Г.И., Ивлиева О.В., Беспалова Л.А. [и др.]. Современная динамика берегов Цимлянского водохранилища // Современные проблемы геологии, геофизики и геоэкологии Северного Кавказа: Коллективная монография по материалам XI Всероссийской научно-технической конференции с международным участием. Том XII. Москва: Институт истории естествознания и техники им. С.И. Вавилова РАН, 2022. С. 540–546.
Skripka G.I., Ivlieva O.V., Bespalova L.A. [et al.]. Modern dynamics of the shores of the Tsimlyansk Reservoir // Modern problems of geology, geophysics, and geoecology of the North Caucasus: Collective monograph based on materials from the XI All-Russian Scientific and Technical Conference with international participation. Volume XII. – Moscow: S.I. Vavilov Institute for the History of Natural Sciences and Technology, Russian Academy of Sciences, 2022. – pp. 540-546.
8. Ткачев А.А., Цыганок О.Р., Хумарашвили Л.Э., Ключенко К.И. Исследование основных причин переработки берегов водохранилищ // Мелиорация как драйвер модернизации АПК в условиях изменения климата: Материалы V Международной научно-практической интернет-конференции, Новочеркасск, 22–24 апреля 2024 года. Новочеркасск: Лик, 2024. С. 168–177.
Tkachev A.A., Tsyganok O.R., Khumarashvili L.E., Klyuchenko K.I. Research into the main causes of reservoir bank erosion // Land reclamation as a driver of modernization of the agro-industrial complex in the context of climate change: Proceedings of the V International Scientific and Practical Internet Conference, Novocherkassk, April 22–24, 2024. – Novocherkassk: Lik, 2024. – pp. 168–177.
9. Смирнов А.И. Оценка переработки берегов Павловского водохранилища на реке Уфа с использованием гистехнологий // Современные проблемы водохранилищ и их водосборов: Труды VII Всероссийской научно-практической конференции с международным участием: в 3 томах, Пермь, 30 мая 2019 года. Том I. Пермь: Пермский государственный национальный исследовательский университет, 2019. С. 197–202.
Smirnov, A.I. Assessment of the processing of the banks of the Pavlovsk Reservoir on the Ufa River using histotechnologies // Contemporary problems of reservoirs and their catchment areas: Proceedings of the VII All-Russian Scientific and Practical Conference with international participation: in 3 volumes, Perm, May 30, 2019. Volume I. – Perm: Perm State National Research University, 2019. – pp. 197-202.
10. Алейникова, М.В. Геоинформационное картографирование процессов переработки берегов Цимлянского водохранилища // Материалы Научной сессии: В 2 т. Направления: VIII. Экономика и финансы. IX. Управление и региональная экономика. X. Математика и информационные технологии. XI. Физические науки. XII. Естественные науки. XIII. Приоритетные технологии. XIV. Сервис и туризм. XV. Психология и педагогика, Волгоград, 22–26 апреля 2019 года. Том 2. Волгоград: Волгоградский государственный университет, 2019. С. 217–221.
Aleyikova, M.V. Geoinformation mapping of the processing of the banks of the Tsimlyansk Reservoir // Materials of the Scientific Session: In 2 volumes. Areas: VIII. Economics and Finance. IX. Management and Regional Economics. X. Mathematics and Information Technology. XI. Physical Sciences. XII. Natural Sciences. XIII. Priority Technologies. XIV. Services and Tourism. XV. Psychology and Pedagogy, Volgograd, April 22–26, 2019. Volume 2. – Volgograd: Volgograd State University, 2019. – pp. 217–221.
11. Володин Н.И. Прогноз переработки берегов водохранилищ математическими методами // Геология и охрана недр. 2025. № 2(95). С. 80–88.
Volodin N.I. Forecast of reservoir bank processing using mathematical methods. Geology and Subsurface Protection, 2025, no. 2 (95). pp. 80–88. (In Russian).12. Журавлева В.В. Алгоритм численных расчетов для модели переформирования берега внутреннего водоема // Известия Алтайского государственного университета. 2020. № 1(111). С. 89–94. DOI: 10.14258/izvasu(2020)1-14.
12. Zhuravleva V.V. Numerical calculation algorithm for the model of reshaping the shore of an inland water body. News of Altai State University, 2020, no. 1(111). pp. 89–94. DOI: 10.14258/izvasu(2020)1-14. (In Russian, Abstract in English).
13. Левкевич В.Е. Оперативная оценка масштабов комплексноговлияния водохранилищ на прилегающие территории // ICEP - 2023 Актуальные научно-технические и экологические проблемы сохранения среды обитания: Сборник научных статей Международной научно-практической конференции, посвященной памяти доцента кафедры природообустройства, кандидата географических наук, доцента Шпока Ирины Николаевны, Брест, 16–17 октября 2023 года. Брест: Учреждение образования "Брестский государственный технический университет", 2023. С. 181–189.
Levkevich V.E. Operational assessment of the scale of the complex impact of reservoirs on adjacent territories // ICEP - 2023 Current scientific, technical, and environmental problems of habitat conservation: Collection of scientific articles from the International Scientific and Practical Conference dedicated to the memory of Associate Professor of the Department of Environmental Management, Candidate of Geographical Sciences, Associate Professor Irina Nikolaevna Shpok, Brest, October 16–17, 2023. – Brest: Brest State Technical University, 2023. – pp. 181–189.
14. Левкевич В.Е. Динамика береговых процессов на водохранилищах гидроэектростанций Беларуси // Водные пути и русловые процессы. Гидротехнические сооружения водных путей: Сборник научных трудов IV международной научно-практической конференции, Санкт-Петербург, 29 мая 2019 года. Том Выпуск 4. Санкт-Петербург: Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования Государственный университет морского и речного флота им. адмирала С.О. Макарова, 2019. С. 259–270.
Levkevich V.E. Dynamics of coastal processes at reservoirs of hydroelectric power plants in Belarus // Waterways and channel processes. Hydraulic structures of waterways: Collection of scientific papers of the IV International Scientific and Practical Conference, St. Petersburg, May 29, 2019. Volume Issue 4. – St. Petersburg: Federal State Budgetary Educational Institution of Higher Education Admiral S.O. Makarov State University of Maritime and Inland Shipping, 2019. – pp. 259-270.
15. Кондратьев Н.Е. Расчеты ветрового волнения и переформирования берегов водохранилищ. Л., Гидрометеоздат, 1953. 110 с.
16. Качугин Е.Г. Рекомендации по изучению переработки берегов водохранилищ. Всесоюзный институт гидрогеологии и инженерной геологии (ВСЕГИНГЕО). М.: Госгеолтехиздат, 1959. 89 с.
17. Золотарев Г.С. Инженерно-геологическое изучение береговых склонов водохранилищ и оценка их переработки. // «Труды лаборатории гидрогеологических проблем». М., АН СССР, т. 7, 1955. С. 38–57.
18. Розовский Л.Б. Введение в теорию геологического подобия и моделирования. М., «Недра», 1969. 126 с.
19. Розовский Л.Б. О прогнозе переработки берегов водохранилищ по аналогии. «Труды 7-го Байкальского научного координационного совещания по изучению берегов водохранилищ». М., «Наука», 1961. С. 45–57.
20. Розовский Л.Б. Переработка берегов водохранилищ за 10 лет эксплуатации // Гидротехническое строительство. №2. 1954. С. 37–52.
21. Епишин В.К., Экзарьян В.Н. Опыт прогнозирования переработки берегов существующих водохранилищ методом стохастических моделей // Экспресс-информация ВИЭМС. 1974. Вып. 8, № 8. С. 71–72.
22. Ширямов В.А. К вопросу о переработке береговых склонов водохранилищ // Труды института геологических наук. Сер. Инженерная геология. 1940. Вып. 23, № 2. С. 41–54.
23. Поляков Б.В. Гидрогеологический режим водохранилищ. // Сборник Нижне-Волгпроекта. Вып. VIII. М.: ОНТИ, 1938. С. 16–21.
24. Пышкин Б.А. Вопросы динамики берегов водохранилищ. Киев: Изд-во АН УССР, 1963. 331 с.
25. Самохвалова М.П. К вопросу прогноза переработки берегов Сталинградского водохранилища на участках хвалынской террасы //Труды Лаборатории гидрогеологических проблем АН СССР. 1961. Т. 35. С. 123–132.
+ Read article online
