Моделирование проникновения соленых вод в основные рукава дельты Дона в зависимости от ветровой ситуации

А. Л. Чикин1, *, А. В. Клещенков1, Л. Г. Чикина2

1 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки «Федеральный исследовательский центр Южный научный центр Российской академии наук», Ростов-на-Дону, Россия

2 Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования «Южный федеральный университет», Ростов-на-Дону, Россия

* e-mail: chikin1956@gmail.com

Аннотация

Представлена математическая модель, объединяющая в себе модель распределения солености в Азовском море и модель транспорта вещества в рукавах дельты Дона. В русловой модели дельтовой области Дона входными данными являются уровень воды и соленость в принимающем водоеме – Таганрогском заливе. Гидродинамическая составляющая модели для Азовского моря описывается уравнениями мелкой воды, а движение в рукавах дельты Дона – уравнениями Сен-Венана. Распределение концентрации соли в море и в рукавах Дона определяется с помощью уравнений конвекции – диффузии, записанных соответственно для двухмерного и одномерного случаев. Задача решается конечно-разностными методами на равномерных сетках. В морской модели полученные системы линейных алгебраических уравнений решаются с помощью пакета Aztec. В речной модели используется пакет LAPACK. Предлагаемая модель позволяет в зависимости от ветровой ситуации над акваторией Азовского моря рассчитать параметры течения и распределение солености во всем Азовском море, включая Таганрогский залив. Эти параметры являются входными данными для русловой модели с дальнейшим определением скорости течения, уровня водной поверхности и солености в основных рукавах дельты Дона. Приводится сравнение расчетных значений гидрофизических параметров с данными, зафиксированными в ходе морских экспедиций. Сравнение показало достаточную адекватность модели.

Ключевые слова

устьевая область, уравнения мелкой воды, уравнения Сен-Венана, уравнение переноса, уровень свободной поверхности, вычислительный эксперимент

Благодарности

Публикация подготовлена в рамках реализации ГЗ ЮНЦ РАН, № госрегистрации проекта 122011900153-9. Работа выполнена на оборудовании ЦКП «Объединенный центр научно-технологического оборудования ЮНЦ РАН (исследование, разработка, апробация)» № 501994. Расчеты выполнены на кластере ЦКП Южного федерального университета «Высокопроизводительные вычисления».

Для цитирования

Чикин А. Л., Клещенков А. В., Чикина Л. Г. Моделирование проникновения соленых вод в основные рукава дельты Дона в зависимости от ветровой ситуации // Экологическая безопасность прибрежной и шельфовой зон моря. 2023. № 4. С. 56–72. EDN KFZQNW.

Chikin, A.L., Kleshchenkov, A.V. and Chikina, L.G., 2023. Modelling Salt Water Intrusion into Main Branches of the Don Delta depending on Wind Situation. Ecological Safety of Coastal and Shelf Zones of Sea, (4), pp. 56–72.

Список литературы

  1. Мишин Д. В., Полонский В. Ф. Исследование нестационарных водных потоков в неприливном устье реки Дон // Труды Государственного океанографического института. Москва, 2013. № 214. С. 166–179. EDN RUQHGD.
  2. Матишов Г. Г., Григоренко К. С., Московец А. Ю. Механизмы осолонения Таганрогского залива в условиях экстремально низкого стока Дона // Наука Юга России. 2017. Т. 13, № 1. С. 35–43. EDN YHEZPJ. doi:10.23885/2500-0640-2017-13-1-35-43
  3. Экстремальное наводнение в дельте Дона (23–24 марта 2013 г.) и факторы, его определяющие / Г. Г. Матишов [и др.] // Доклады Академии наук. 2014. Т. 455, № 3. С. 342–345. EDN RXFPZT. doi:10.7868/S0869565214090229
  4. Матишов Г. Г., Матишов Д. Г., Инжебейкин Ю. И. Влияние сейш на формирование экстремальных уровней и течений в Азовском море // Вестник Южного научного центра РАН. 2008. Т. 4, № 2. С. 46–61. EDN KTMMMT.
  5. Фомин В. В., Дианский Н. А. Расчет экстремальных нагонов в Таганрогском заливе с использованием моделей циркуляции атмосферы и океана // Метеорология и гидрология. 2018. № 12. С. 69–80. EDN VOGROA.
  6. Матишов Г. Г. Случаи экстремальной адвекции соленых вод в дельту Дона и льда в Керченский пролив // Доклады Академии наук. 2015. Т. 465, № 1. С. 99–103. EDN UVEZUJ. doi:10.7868/S0869565215310229
  7. Клещенков А. В., Московец А. Ю. Интрузии соленых вод в дельту Дона: закономерности развития и последствия // Наука Юга России. 2021. Т. 17, № 3. С. 30–37. EDN QJLZDC. doi:10.7868/S25000640210304
  8. Дашкевич Л. В., Бердников С. В., Кулыгин В. В. Многолетнее изменение средней солености Азовского моря // Водные ресурсы. 2017. Т. 44, № 5. С. 563–572. EDN ZDQIKH. doi:10.7868/S0321059617040046
  9. Бердников С. В., Дашкевич Л. В., Кулыгин В. В. Климатические условия и гидрологический режим Азовского моря в ХХ – начале ХХI в. // Водные биоресурсы и среда обитания. 2019. Т. 2, № 2. С. 7–19. EDN WHVLZP. doi:10.47921/26191024_2019_2_2_7
  10. Andrews S. W., Gross E. S., Hutton P. H. Modeling salt intrusion in the San Francisco Estuary prior to anthropogenic influence // Continental Shelf Research. 2017. Vol. 146. P. 58–81. doi:10.1016/j.csr.2017.07.010
  11. Casulli V., Zanolli P. High resolution methods for multidimensional advection– diffusion problems in free-surface hydrodynamics // Ocean Modelling. 2005. Vol. 10, iss. 1–2. P. 137–151. doi:10.1016/j.ocemod.2004.06.007
  12. Numerical modelling study of seawater intrusion in Indus River Estuary, Pakistan / J. Wang [et al.] // Ocean Engineering. 2019. Vol. 184. P. 74–84.
  13. Чикин А. Л., Клещенков А. В., Чикина Л. Г. Моделирование изменения солености в Таганрогском заливе при штормовых нагонах // Водные ресурсы. 2019. Т. 46, № 6. С. 592–597. EDN NTVFSG. doi:10.31857/S0321-0596466592-597
  14. Чикин А. Л., Клещенков А. В., Чикина Л. Г. Численное исследование влияния расхода воды на уровенный режим в устьевой области Дона // Морской гидрофизический журнал. 2019. Т. 35, № 4. С. 355–366. EDN MTFSEY. doi:10.22449/02337584-2019-4-355-366
  15. Филиппов Ю. Г. Расчеты уровня в восточной части Таганрогского залива // Труды Государственного океанографического института. Москва, 2014. Вып. 215. С. 136–143. EDN XEBAFB.
  16. Филиппов Ю. Г. Об одном способе расчета морских течений // Труды Государственного океанографического института. Москва, 1970. Вып. 103. С. 87.
  17. Воеводин А. Ф., Никифоровская В. С., Овчарова А. С. Численные методы решения задачи о неустановившемся движении воды на устьевых участках рек // Труды Арктического и антарктического научно-исследовательского института. Ленинград : Гидрометеоиздат, 1983. Т. 378. С. 23–34. EDN ZEXZDT.
  18. Savenije H. H. G. Salinity and tides in alluvial estuaries. Elsevier, 2012. 194 p. doi:10.1016/B978-0-444-52107-1.X5000-X

Текст статьи

Русскоязычная версия (PDF)

Англоязычная версия (PDF)