Резонансные свойства акваторий севастопольских бухт (Черное море) по результатам математического моделирования

Ю. В. Манилюк*, А. Ю. Белоконь, А. В. Багаев, Ю. Ю. Юровский, Д. И. Лазоренко

Морской гидрофизический институт РАН, Севастополь, Россия

* e-mail: uvmsev@yandex.ru

Аннотация

В рамках линейного приближения теории длинных волн на основе гидродинамической численной модели ADCIRC исследуются резонансные свойства акваторий севастопольских бухт: Стрелецкой, Круглой, Камышовой, Двойной, включающей в себя б. Казачью и Соленую. Расчеты проведены для акватории каждой бухты отдельно на основе численных экспериментов. На первом этапе моделирования возбуждаются волны в акваториях бухт с помощью задания на жидкой границе, находящейся у входа в бухту, возмущения типа «красный шум». На втором этапе рассчитываются свободные колебания с условием свободного прохождения на жидкой границе. С использованием спектрального анализа установлены резонансные периоды указанных бухт и пространственное распределение спектральной плотности колебаний уровня в их акваториях для отдельных собственных мод. Большинство выделенных резонансных периодов для севастопольских бухт удовлетворительно согласуются с аналитическими оценками. Использование при моделировании данных батиметрии и профиля береговой черты, приближенных к реальным, позволило получить для всех рассмотренных бухт дополнительные резонансные периоды, которые нельзя получить при аналитических оценках. В б. Двойной, включающей в себя б. Казачью и Соленую, выявлено расширение спектрального состава резонансных мод, возникающее из-за связи этих бухт через их входы. Анализ пространственного распределения спектральной плотности основных энергонесущих колебаний уровня в б. Стрелецкой, Круглой, Камышовой, Двойной показал, что максимальные значения спектральной плотности возникают в основном в вершинах бухт. В б. Двойной максимальные значения спектральной плотности проявляются в восточном или западном рукавах (б. Казачья или Соленая соответственно) в зависимости от того, к какому из рукавов относится собственный период. Полученные здесь результаты могут быть использованы при проектировании размещения гидротехнических сооружений, развитии марикультуры, планировании выпусков сточных вод и т. п.

Ключевые слова

сейшевые колебания, сейши, севастопольские бухты, модель ADCIRC, математическое моделирование

Благодарности

Исследование выполнено за счет гранта Российского научного фонда № 24-27-20076, https://rscf.ru/project/24-27-20076/ и Соглашения с Департаментом образования и науки г. Севастополя № 86 от 19.06.2024 г.

Для цитирования

Резонансные свойства акваторий севастопольских бухт (Черное море) по результатам математического моделирования / Ю. В. Манилюк [и др.] // Экологическая безопасность прибрежной и шельфовой зон моря. 2025. № 2. С. 80–98. EDN SNXXDY.

Manilyuk, Yu.V., Belokon, A.Yu., Bagaev, A.V., Yurovsky, Yu.Yu. and Lazorenko, D.I., 2025. Resonance Properties of Water Areas Based on Mathematical Modelling Results: A Case of Sevastopol Bays (the Black Sea). Ecological Safety of Coastal and Shelf Zones of Sea, (2), pp. 80–98.

Список литературы

  1. Манилюк Ю. В., Лазоренко Д. И., Фомин В. В. Сейшевые колебания в системе Севастопольских бухт // Водные ресурсы. 2021. T. 48, № 5. С. 526–536. EDN LZQQZR. https://doi.org/10.31857/S0321059621050126
  2. Рабинович А. Б. Длинные гравитационные волны в океане: захват, резонанс, излучение. Санкт-Петербург : Гидрометеоиздат, 1993. 325 с.
  3. Алексеев Д. В., Манилюк Ю. В., Санников В. Ф. Сейшевые течения в бассейне с открытым входом // Прикладные задачи математики : материалы XXV международной научно-технической конференции. Севастополь, 2017. С. 109–115. EDN YKYDCA.
  4. Доценко С. Ф., Иванов В. А. Природные катастрофы Азово-Черноморского региона. Севастополь : ЭКОСИ-Гидрофизика, 2010. 174 с.
  5. Coupling between two inlets: Оbservation and modeling / P. L.-F. Liu [et al.] // Journal of Geophysical Research: Oceans. 2003. Vol. 108, iss. C3. 3069. https://doi.org/10.1029/2002JC001478
  6. Манилюк Ю. В., Лазоренко Д. И., Фомин В. В. Исследование сейшевых колебаний в смежных бухтах на примере Севастопольской и Карантинной бухт // Морской гидрофизический журнал. 2020. Т. 36, № 3. С. 261–276. EDN QEFCWJ. https://doi.org/10.22449/0233-7584-2020-3-261-276
  7. Фомичева Л. А., Рабинович А. Б., Демидов А. Н. Уровень моря // Гидрометеорология и гидрохимия морей СССР. Ленинград : Гидрометеоиздат, 1991. Т. IV : Черное море, вып. 1 : Гидрометеорологические условия. С. 329–354. (Проект «Моря СССР»).
  8. Течения в Севастопольской бухте по данным ADCP-наблюдений (июнь 2008 года) / А. Н. Морозов [и др.] // Морской гидрофизический журнал. 2012. № 3. С. 31–43. EDN TMJXDX.
  9. Medvedev I. P. Tides in the Black Sea: observations and numerical modelling // Pure and Applied Geophysics. 2018. Vol. 175, iss. 6. P. 1951–1969. https://doi.org/10.1007/s00024-018-1878-x
  10. Сейши в Севастопольской бухте / Ю. Н. Горячкин [и др.] // Труды УкрНИГМИ. 2002. Вып. 250. С. 342–353.
  11. Sea level oscillations spectra of a shallow coastal bay: Cost-effective measurements and numerical modelling in Kruglaya Bay / Yu. V. Manilyuk [et al.] // Regional Studies in Marine Science. 2024. Vol. 69. 103326. https://doi.org/10.1016/j.rsma.2023.103326
  12. Study of Seiche Oscillation Regimes in Sevastopol Bay / Yu. V. Manilyuk [et al.] // Oceanology. 2023. Vol. 63, iss. 6. P. 796–805. EDN TUCTSH. https://doi.org/10.1134/s0001437023060115
  13. Балинец Н. А., Хмара Т. В. Явление тягуна в бухтах Севастополя // Экологическая безопасность прибрежной и шельфовой зон и комплексное исследование ресурсов шельфа. 2006. Вып. 14. С. 204–208. EDN ZBOAIB.
  14. Фомин В. В., Лазоренко Д. И., Иванча Е. В. Численное моделирование сейш в Балаклавской бухте // Экологическая безопасность прибрежной и шельфовой зон моря. 2017. № 3. С. 32–39. EDN ZMZFVV.
  15. Рабинович А. Б., Монсеррат С., Файн И. В. Численное моделирование экстремальных сейшевых колебаний в районе Балеарских островов // Океанология. 1999. Т. 39, № 1. С. 16–24.
  16. Belokon A. Y., Lazorenko D. I. Energy spectra of sea level fluctuations during propagation long waves in branched bays // Proceedings of the 9th International Conference on Physical and Mathematical Modelling of Earth and Environmental Processes 2023. Cham : Springer, 2024. P. 471–484. (Springer Proceedings in Earth and Environmental Sciences). https://doi.org/10.1007/978-3-031-54589-4_49
  17. Иванов В. А., Манилюк Ю. В., Санников В. Ф. Сейши в бассейне с открытым входом // Прикладная механика и техническая физика. 2018. Т. 59, № 4. С. 23–30. EDN XTUVKX. https://doi.org/10.15372/PMTF20180404

Текст статьи

Русскоязычная версия (PDF)

Англоязычная версия (PDF)

Мы используем Яндекс Метрику. Подробнее.