Моделирование распространения загрязняющей примеси в Севастопольской бухте

В. Н. Белокопытов✉, А. И. Кубряков, С. Ф. Пряхина

Морской гидрофизический институт РАН, Севастополь, Россия

✉ e-mail: v.belokopytov@gmail.com

Аннотация

Введение. Одни из важнейших задач мониторинга морской среды – контроль за распространением различных загрязнений и разработка систем оперативного реагирования на аварийные выбросы. В работе на основе диагностических расчетов циркуляции вод в Севастопольской бухте проведено моделирование процессов переноса загрязняющей примеси, поступающей из разных источников.

Материалы и методы. Расчет поля течений проводился по σ-координатной модели, являющейся версией модели РОМ (Princeton Ocean Model), адаптированной к условиям Севастопольской бухты. Чтобы рассчитать перенос загрязняющей примеси, в модель циркуляции была инкорпорирована модель переноса – диффузии субстанции. Использовались данные о направлении и скорости ветра на метеостанции Севастополь, климатические поля температуры, солености и плотности, рассчитанные по 2,7 тыс. гидрологических станций в Севастопольской бухте, средний сезонный ход стока воды реки Черной, цифровой массив рельефа дна бухты с пространственным разрешением 68 м.

Анализ результатов. Численные эксперименты по распространению загрязняющей примеси от места возможного выброса в бухте Голландия показали, что зависимость направления/траектории движения пятна загрязнения от типа циркуляции вод более всего проявляется в Южной бухте, в меньшей степени – в центральной части Севастопольской бухты. В случае выброса загрязнений в устье реки Черной, вне зависимости от ветровых условий, пятно примеси, двигаясь в северо-западном направлении, достигает района бухты Голландия. Дальнейшая эволюция объема загрязненных вод аналогична процессу в ситуациях выброса примеси непосредственно в бухте Голландия.

Обсуждение и заключение. Проведенные численные эксперименты показали работоспособность и адекватность воспроизведения в модели исследуемых процессов, что позволяет в дальнейшем планировать проведение прогностических расчетов по моделированию сезонного хода циркуляции и термохалинной структуры вод Севастопольской бухты и более точно описывать пути распространения загрязнений.

Ключевые слова

численная модель, диагностические расчеты, загрязняющие примеси, Севастопольская бухта

Благодарности

Работа выполнена в рамках гранта РФФИ, проект № 14-45-01028 «Моделирование циркуляции и процессов переноса загрязняющих примесей в Севастопольской бухте», и при поддержке гранта РФФИ, проект № 18-05-80028 «Опасные явления».

Для цитирования

Белокопытов В. Н., Кубряков А. И., Пряхина С. Ф. Моделирование распространения загрязняющей примеси в Севастопольской бухте // Морской гидрофизический журнал. 2019. Т. 35, № 1. С. 5–15. EDN VVXROK. doi:10.22449/0233-7584-2019-1-5-15

Belokopytov, V.N., Kubryakov, A.I. and Pryakhina, S.F., 2019. Modelling of Water Pollution Propagation in the Sevastopol Bay. Physical Oceanography, 26(1), pp. 3-12. doi:10.22449/1573-160X-2019-1-3-12

DOI

10.22449/0233-7584-2019-1-5-15

Список литературы

  1. Влияние океанографических факторов на экологическое состояние Севастопольской бухты (Черное море) / Л. Н. Репетин [и др.] // Морской гидрофизический журнал. 2003. № 2. С. 66–80.
  2. Гидролого-гидрохимический режим Севастопольской бухты и его изменения под воздействием климатических и антропогенных факторов / В. А. Иванов [и др.]. Севастополь : МГИ НАН Украины, 2006. 90 с.
  3. Шапиро Н. Б., Ющенко С. А. Моделирование ветровых течений в севастопольских бухтах // Морской гидрофизический журнал. 1999. № 1. С. 42–57.
  4. Михайлова Э. Н., Шапиро Н. Б. Моделирование циркуляции и пространственной структуры термохалинных полей в Севастопольской бухте с учетом реальных внешних данных (зима 1997 г.) // Морской гидрофизический журнал. 2005. № 2. С. 60–76.
  5. Simulation of pollutants dispersion in the Bay of Tangier (Morocco) / A. Belcaid [et al.] // Fluid Dynamics & Materials Processing. 2012. Vol. 8, no. 2. P. 241–256. doi:10.3970/fdmp.2012.008.241
  6. Improvement of the ocean pollutant transport model by using the surface spline interpolation / X. Zong [et al.] // Tellus A: Dynamic Meteorology and Oceanography. 2018. Vol. 70. https://doi.org/10.1080/16000870.2018.1481689
  7. Vikas M., Dwarakish G. S. Coastal pollution: A review // Aquatic Procedia. 2015. Vol. 4. P. 381–388. https://doi.org/10.1016/j.aqpro.2015.02.051
  8. Coastal water quality monitoring and modelling off Chennai city / P. Mishra [et al.] // Procedia Engineering. 2015. Vol. 116. P. 955–962. https://doi.org/10.1016/j.proeng.2015.08.386
  9. Periáñez R. Water circulation, sediment transport, and pollutant dynamics in Southern Iberia Waters: A review on numerical modelling studies // ISRN Oceanography. Vol. 2013. Article ID 424572. 27 p. http://dx.doi.org/10.5402/2013/424572
  10. Blumberg A. F., Mellor G. L. A description of a three-dimensional coastal ocean circulation model // Three Dimensional Coastal Ocean Models / N. S. Heaps (ed.). Washington, D.C. : AGU, 1987. P. 1–16. (Coastal and Estuarine Sciences, vol. 4). https://doi.org/10.1029/CO004p0001
  11. Hunter J. R. OzPOM: A Version of the Princeton Ocean Model. URL: https://www.johnroberthunter.org/science/ozpom/index.html (date of access: 07.11.2018).
  12. Black Sea coastal forecasting system / A. I. Kubryakov [et al.] // Ocean Science. 2012. Vol. 8, iss. 2. P. 183–196. https://doi.org/10.5194/os-8-183-2012
  13. Mellor G. L., Yamada T. Development of a turbulence closure model for geophysical fluid problems // Reviews of Geophysics. 1982. Vol. 20, iss. 4. P. 851–875. https://doi.org/10.1029/RG020i004p00851
  14. Численное моделирование динамики вод южных морей России в рамках задач оперативной океанографии / А. В. Григорьев [и др.] // Труды ГОИН. М. : ГОИН, 2011. Вып. 213. С. 80–90.
  15. Modelling of circulation in the Gulf of Izmir / V. A. Ivanov [et al.] // Physical Oceanography. 1997. Vol. 8, iss. 1. P. 47–55. https://doi.org/10.1007/BF02522565
  16. Sommerfeld A. Partial Differential Equations. Lectures on Theoretical Physics. N.-Y. : Academic Press, 1949. Vol. 6. 335 p.
  17. Konovalov S. K., Kubryakov A. I., Demyshev S. G. Parametrization of the biochemical processes of oxidation and numerical modeling of the seasonal behavior of the distribution of oil hydrocarbons in the aerobic zone of the Black Sea // Physical Oceanography. 2004. Vol. 14, iss. 1. Р. 27–41. https://doi.org/10.1023/B:POCE.0000025368.38540.a7
  18. Smagorinsky J. General circulation experiments with the primitive equations: I. The basic experiment // Monthly Weather Review. 1963. Vol. 91, no. 3. P. 99–164. https://doi.org/10.1175/1520-0493(1963)0910099:GCEWTP2.3.CO;2
  19. Smolarkiewicz P. K. A fully multidimensional positive definite advection transport algorithm with small implicit diffusion // Journal of Computational Physics. 1984. Vol. 54, iss. 2. P. 325–362. https://doi.org/10.1016/0021-9991(84)90121-9

Скачать статью в PDF-формате