ГРАНУЛОМЕТРИЧЕСКАЯ КОРРЕКЦИЯ КОНЦЕНТРАЦИЙ ХИМИЧЕСКИХ ЭЛЕМЕНТОВ В ЗАДАЧАХ ТРАССИРОВКИ ИСТОЧНИКОВ НАНОСОВ

Различия в гранулометрическом составе проб источников и мишени искажают результаты оценки долевых вкладов источников поступления взвешенных наносов. Стандартный подход к устранению этого эффекта – введение весового коэффициента, пропорционального удельной площади поверхности частиц. Ранее этот коэффициент применялся ко всем элементам без исключения. Однако введение такой коррекции обосновано лишь для элементов, концентрации которых определяются сорбцией на поверхности частиц, она неприменима к элементам, входящим в кристаллические решетки минералов.
В настоящей работе предложен алгоритм гранулометрической коррекции концентраций химических элементов, в котором решение о применении поправки принимается для каждого элемента на основе двух критериев: 1) наличия значимой положительной средневзвешенной корреляции концентрации элемента с коэффициентом, пропорциональным удельной площади поверхности, и 2) геохимической принадлежности элемента (сорбционно-активный или матрично-связанный). Алгоритм апробирован на данных бассейна р. Сетунь (г. Москва) за 2019–2023 гг.: три группы источников (верхний горизонт почвы, дорожная пыль, береговые уступы) и взвешенные наносы в устье реки в качестве мишени. Кроме того, показано, что весовые коэффициенты, рассчитанные с использованием геометрического и арифметического среднего диаметра частиц, практически идентичны (r = 0.99). Для реализации расчетов подготовлены функции на языке R, опубликованные в открытом доступе на GitHub.

1. Гирло Е.М., Чалов С.Р., Харченко С.В. Оценка поступления взвешенного вещества в реки методом трассировки источников наносов для решения задач управления урбанизированным водосбором // Водное хозяйство России: Проблемы, Технологии, Управление. 2025. С. 26–51. https://doi.org/doi.org/10.35567/1999-4508-2025-6-26-51

2. Денисова И.С., Кобыльченко Л.В., Гирло Е.М., Чалов С.Р. Пространственно-временные закономерности формирования стока наносов малых рек Московского региона (бассейн р. Сетунь) // Известия РАН. Серия географическая. 2026. (в печати). Перельман А.И. Геохимия. М.: Высшая школа, 1989. 528 с.

3. Харченко С.В. Sediment-gs-correction: функции R для гранулометрической коррекции концентраций химических элементов. 2025. [Электронный ресурс] URL: https://github.com/sergeikharchenko/sedimentgs-correction (дата обращения: 09.06.2026).

4. Чалов С.Р., Шинкарева Г.Л., Тришин А.Ю., Пашкина М.С. Зонд-ловушка для взвешенных наносов: патент на полезную модель РФ RU 201927 U1. 2021. Заявл. 25.05.2020; опубл. 21.01.2021, Бюл. № 3.

5. Cohen J. Statistical Power Analysis for the Behavioral Sciences, 2nd ed. Hillsdale: Lawrence Erlbaum. 1988. P. 567. https://doi.org/10.4324/9780203771587

6. Collins A.L., Blackwell M., Boeckx P., Chivers C.A., Emelko M., Evrard O., Foster I., Gellis A., Gholami H., Granger S., Harris P., Horowitz A.J., Laceby J.P., Martinez-Carreras N., Minella J., Mol L., Nosrati K., Pulley S., Silins U., da Silva Y.J., Stone M., Tiecher T., Upadhayay H.R., Zhang Y. Sediment source fingerprinting: benchmarking recent outputs, remaining challenges and emerging themes // Journal of Soils and Sediments. 2020. Vol. 20. P. 4160–4193. https://doi.org/10.1007/s11368-020-02755-4

7. Collins A.L., Walling D.E. Selecting fingerprint properties for discriminating potential suspended sediment sources in river basins // Journal of Hydrology. 2002. Vol. 261. P. 218–244. https://doi.org/10.1016/S0022-1694(02)00011-2

8. Collins A.L., Walling D.E., Webb L., King P. Apportioning catchment scale sediment sources using a modified composite fingerprinting technique incorporating property weightings and prior information // Geoderma. 2010. Vol. 155. P. 249–261. https://doi.org/10.1016/j.geoderma.2009.12.008

9. Gaspar L., Blake W.H., Lizaga I., Latorre B., Navas A. Particle size effect on geochemical composition of experimental soil mixtures relevant for unmixing modelling // Geomorphology. 2022. Vol. 403. P. 108178. https://doi.org/10.1016/j.geomorph.2022.108178

10. Horowitz A.J. A primer on trace metal-sediment chemistry. 1985. P. 72. https://doi.org/10.3133/wsp2277

11. Koiter A.J., Owens P.N., Petticrew E.L., Lobb D.A. The behavioural characteristics of sediment properties and their implications for sediment fingerprinting as an approach for identifying sediment sources in river basins // Earth-Science Reviews. 2013. Vol. 125. P. 24– 42. https://doi.org/10.1016/j.earscirev.2013.05.009

12. Laceby J.P., Evrard O., Smith H.G., Blake W.H., Olley J.M., Minella J.P.G., Owens P.N. The challenges and opportunities of addressing particle size effects in sediment source fingerprinting: A review. // Earth-Science Reviews. 2017. Vol. 169. P. 85–103. https://doi.org/10.1016/j.earscirev.2017.04.009

13. Lamba J., Karthikeyan K.G., Thompson A.M. Apportionment of suspended sediment sources in an agricultural watershed using sediment fingerprinting // Geoderma. 2015. P. 239–240. https://doi.org/10.1016/j.geoderma.2014.09.024

14. Lizaga I., Latorre B., Gaspar L., Navas A. FingerPro: an R Package for Tracking the Provenance of Sediment // Water Resources Management. 2020. Vol. 34. P. 3879–3894. https://doi.org/10.1007/s11269-020-02650-0

15. Lizaga I., Latorre B., Gaspar L., Navas A. Consensus ranking as a method to identify non- conservative and dissenting tracers in fingerprinting studies // Science of The Total Environment. 2020. Vol. 720. P. 137537. https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2020.137537

16. Malhotra K., Lamba J., Srivastava P., Shepherd S. Fingerprinting Suspended Sediment Sources in an Urbanized Watershed // Water. 2018. Vol. 10. P. 1573. https://doi.org/10.3390/w10111573

17. Motha J.A., Wallbrink P.A., Hairsine P.B., Grayson R.B. Determining the sources of suspended sediment in a forested catchment in southeastern Australia // Water Resources Research. 2003. Vol. 39. https://doi.org/10.1029/2001WR000794

18. Owens P.N., Blake W.H., Gaspar L., Gateuille D., Koiter A.J., Lobb D.A., Petticrew E.L., Reiffarth D.G., Smith H.G., Woodward J.C. Fingerprinting and tracing the sources of soils and sediments: Earth and ocean science, geoarchaeological, forensic, and human health applications. // Earth-Science Reviews. 2016. Vol. 162. P. 1–23. https://doi.org/10.1016/j.earscirev.2016.08.012

19. Perelman, A.I. (1989). Geochemistry [in Russian]. Moscow: Vysshaya Shkola. 528 p. (In Russ.)

20. Smith H.G., Blake W.H. Sediment fingerprinting in agricultural catchments: A critical re-examination of source discrimination and data corrections // Geomorphology. 2014. Vol. 204. P. 177–191. https://doi.org/10.1016/j.geomorph.2013.08.003

21. Walling D.E., Owens P.N., Leeks G.J.L. Fingerprinting suspended sediment sources in the catchment of the River Ouse, Yorkshire, UK // Hydrol. Process. Vol. 13. 1999. P. 955–975. https://doi.org/https://doi.org/10.1002/(SICI)1099-1085(199905)13:7<955::AID-HYP784>3.0.CO;2-G

22. Walling D.E., Owens P.N., Waterfall B.D., Leeks G.J.L., Wass P.D. The particle size characteristics of fluvial suspended sediment in the Humber and Tweed catchments, UK // Science of The Total Environment. 2000. P. 251–252. https://doi.org/10.1016/S0048-9697(00)00384-3