Математическое моделирование динамики гранулометрического состава донных отложений Балаклавской бухты под воздействием штормового волнения

К. И. Гуров✉, В. В. Фомин

Морской гидрофизический институт РАН, Севастополь, Россия

✉ e-mail: gurovki@gmail.com

Аннотация

Цель. На основе математического моделирования оценено влияние ветрового волнения на перераспределение песчаных фракций донных отложений полузамкнутой акватории эстуарного типа на примере Балаклавской бухты.

Методы и результаты. Применялся двухмерный вариант морфодинамической модели XBeach с постоянным шагом сетки 10 м. Характеристики ветрового волнения на мористой границе расчетной области задавались с помощью спектра JONSWAP. Расчеты выполнялись для штормового волнения, возможного один раз в год. При проведении численных экспериментов использовались данные о гранулометрическом составе, полученные в ходе выполнения мониторинговых наблюдений в районе Балаклавской бухты.

Выводы. Результаты моделирования подтвердили, что основными определяющими факторами, регулирующими перераспределение донного материала, являются глубина и уклон дна. Отмечено, что при резком изменении угла наклона дна между изобатами 6–7 и 7–8 м происходит осаждение крупных и средних фракций, а на участке между изобатами 9–10 и 10–12 м – осаждение мелкозернистого песка. Установлено, что в акватории Балаклавской бухты основное перераспределение песчаного материала, вызванное штормовым волнением, происходит в пределах южного бассейна и на выходе из бухты в береговой зоне залива Мегало-Яло. Такой характер перераспределения песчаного материала определяется особенностями орографии берега бухты, а именно коленовидной узостью, разделяющей северный и южный бассейны. Тем не менее в северном бассейне под воздействием проникающего сюда волнения происходят незначительные перемещения фракций донных отложений от западного берега к центральной части бассейна и к восточному берегу.

Ключевые слова

Балаклавская бухта, донные отложения, модель XBeach, гранулометрический состав, штормовые деформации

Благодарности

Работа выполнена в рамках государственного задания по теме № 0555-2021-0005 «Прибрежные исследования», а также при частичной поддержке РФФИ в рамках проектов № 18-05-80035 и № 18-45-920007.

Для цитирования

Гуров К. И., Фомин В. В. Математическое моделирование динамики гранулометрического состава донных отложений Балаклавской бухты под воздействием штормового волнения // Морской гидрофизический журнал. 2021. Т. 37, № 1. С. 85–97. EDN YNYJMV. doi:10.22449/0233-7584-2021-1-85-97

Gurov, K.I. and Fomin, V.V., 2021. Mathematical Modeling the Dynamics of the Bottom Sediments Granulometric Composition in the Balaklava Bay Affected by the Wind Waves. Physical Oceanography, [e-journal] 28(1), pp. 78-89. doi:10.22449/1573-160X-2021-1-78-89

DOI

10.22449/0233-7584-2021-1-85-97

Список литературы

  1. Ломакин П. Д., Попов М. А. Океанологическая характеристика и оценка загрязнения вод Балаклавской бухты. Севастополь : ЭКОСИ-Гидрофизика, 2013. 218 с.
  2. Вериго А. А. Исследование целебной грязи из мелководной Балаклавской бухты // Отчеты о деятельности Одесского бальнеологического общества. Одесса, 1888. Вып. 3 : С июня 1883 по октябрь 1887 года / Под ред. д-ра М. Погребинского. С. 22–26.
  3. Миронов О. Г., Кирюхина Л. Н., Алёмов С. В. Комплексные экологические исследования Балаклавской бухты // Экология моря. 1999. Вып. 49. С. 16–21.
  4. Organic matter and grain-size distribution of the modern bottom sediments in the Balaklava Bay (the Black Sea) / N. A. Orekhova [et al.] // Physical Oceanography. 2018. Vol. 25, iss. 6. P. 479–488. doi:10.22449/1573-160X-2018-6-479-488
  5. Тихонова Е. А., Котельянец Е. А., Гуров К. И. Содержание органических веществ и тяжелых металлов в донных отложениях Балаклавской бухты (Черное море) // Экологическая безопасность прибрежной и шельфовой зон моря. 2019. Вып. 3. C. 82–88. doi:10.22449/2413-5577-2019-3-82-89
  6. Ovsyany E. I., Kotelyanets E. A., Orekhova N. A. Arsenic and heavy metals in the bottom sediments of the Balaklava Bay (Black Sea) // Physical Oceanography. 2009. Vol. 19, iss. 4. 254. https://doi.org/10.1007/s11110-009-9048-4
  7. Pollutants in Bottom Sediments in the Balaklava Bay (the Black Sea) / E. A. Kotelyanets [et al.] // Physical Oceanography. 2019. Vol. 26, iss. 5. P. 414–424. doi:10.22449/1573-160X-2019-5-414-424
  8. Modelling storm impacts on beaches, dunes and barrier islands / D. Roelvink [et al.] // Coastal Engineering. 2009. Vol. 56, iss. 11–12. P. 1133–1152.
  9. Van Rijn L. C., Tonnon P. K., Walstra D. J. R. Numerical modelling of erosion and accretion of plane sloping beaches at different scales // Coastal Engineering. 2011. Vol. 58, iss. 7. P. 637–655.
  10. Impacts of wave and tidal forcing on 3D nearshore processes on natural beaches. Part I: Flow and turbulence fields / R. Bakhtyar [et al.] // Ocean Systems Engineering. 2016. Vol. 6, iss. 1. P. 23–60. http://dx.doi.org/10.12989/ose.2016.6.1.023
  11. Леонтьев И. О. Моделирование берегового профиля, сформированного штормовым циклом // Океанология. 2018. Т. 58, № 6. С. 973–981. doi:10.1134/S0030157418060084
  12. Леонтьев И. О. Штормовые деформации берегового склона с подводными валами // Океанология. 2019. Т. 59, № 1. С. 125–132. https://doi.org/10.31857/S0030-1574591125-132
  13. Кузнецова О. А., Сапрыкина Я. В. Моделирование изменчивости песчаного пляжа при взаимодействии волн с подводным валом // Геоморфология. 2019. № 3. С. 57–67. doi:10.31857/S0435-42812019357-67
  14. Кубряков А. И., Попов М. А. Моделирование циркуляции и распространения загрязняющей примеси в Балаклавской бухте // Морской гидрофизический журнал. 2005. № 3. С. 49–61.
  15. Фомин В. В., Репетин Л. Н. Численное моделирование ветровых течений и распространения примеси в Балаклавской бухте // Морской гидрофизический журнал. 2005. № 4. С. 43–58.
  16. Gurov K. I., Fomin V. V. Dynamics of sediments grainsize in Limensky Gulf // Proceedings of the Thirteenth International MEDCOAST Congress on Coastal and Marine Sciences, Engineering, Management and Conservation, MEDCOAST 17, 31 Oct – 04 Nov 2017 / Ed. E. Özhan. Dalyan, Mugla, Turkey : Mediterranean Coastal Foundation, 2017. Vol. 2. P. 925–935. URL: https://www.researchgate.net/publication/321035650_The_dynamics_of_sediments_grain-size_in_Limensky_Gulf (дата обращения: 21.01.2021).
  17. Геология СССР. Т. 8. Крым. Ч. 1. Геологическое описание / [Гл. ред. А. В. Сидоренко]. М. : Недра, 1969. 576 с.
  18. Зенкович В. П. Берега Черного и Азовского морей. М. : Географгиз, 1958. 374 с.
  19. Репетин Л. Н., Белокопытов В. Н., Липченко М. М. Ветры и волнение в прибрежной зоне юго-западной части Крыма // Экологическая безопасность прибрежной и шельфовой зон и комплексное использование ресурсов шельфа. Севастополь : ЭКОСИ-Гидрофизика, 2003. Вып. 9. С. 13–28.
  20. XBeach Technical Reference: Kingsday Release. Model description and reference guide to functionalities : report / D. J. A. Roelvink [et al.]. Delft : Deltares, 2015. 141 p. doi:10.13140/RG.2.1.4025.6244
  21. Фомин В. В., Полозок А. А. Режим ветрового волнения в районе Балаклавской бухты // Экологическая безопасность прибрежной и шельфовой зон моря. 2020. Вып. 2. С. 53–67. doi:10.22449/2413-5577-2020-2-53-67
  22. Factors of formation and features of physical and chemical characteristics of the bottom sediments in the Balaklava Bay (the Black Sea) / K. I. Gurov [et al.] // Physical Oceanography. 2015. No. 4. P. 46–52. doi:10.22449/1573-160X-2015-4-46-52
  23. Зенкович В. П. Динамика и морфология морских берегов. М. ; Л. : Морской транспорт, 1946. Ч. 1 : Волновые процессы. 496 с.

Скачать статью в PDF-формате