Численное исследование процесса проникновения соленых вод из Таганрогского залива в устье Дона

А. Л. Чикин1,✉, Л. Г. Чикина2

1 Федеральный исследовательский центр Южный научный центр РАН, Ростов-на-Дону, Россия

2 Южный федеральный университет, Ростов-на-Дону, Россия

✉ e-mail: chikin1956@gmail.com

Аннотация

Цель. Целью данной работы является численное исследование на модельном примере процесса поступления соленой воды из Таганрогского залива в рукав Старый Дон вследствие ветрового нагона воды.

Методы и результаты. Приводится описание комплексной математической модели течения и распространения соли в открытом русле реки. Рассматривается участок реки Дон, состоящий из рукава Старый Дон и части основного русла. Поступление соли происходит через принимающий водоем – Таганрогский залив. Модель описывается системой уравнений Сен-Венана и уравнением конвекции – диффузии. Задача решается конечно-разностными методами. Получены результаты численного исследования влияния величины уровня поверхности воды в Таганрогском заливе на характер течения в дельтовой части Дона, а также на степень проникновения соли вверх по течению реки. Численно установлено, что величина расхода не оказывает существенного влияния на концентрацию соли в основном русле Дона.

Выводы. Проведенные вычислительные эксперименты показали, что при поступлении соленой воды из Таганрогского залива в дельту Дона решающее значение имеет существенное повышение уровня воды. К этому приводят экстремальные ветровые нагоны, а предшествующие им сгоны еще более усиливают этот эффект. Приведенная модель дает представление об общей тенденции развития процесса возможного осолонения дельты Дона при нагонных явлениях.

Ключевые слова

русловой поток, дельта реки, уравнения Сен-Венана, уравнение конвекции – диффузии, сгонно-нагонные колебания, вычислительный эксперимент

Благодарности

Публикация подготовлена в части постановки задачи в рамках реализации государственного задания ЮНЦ РАН № государственной регистрации проекта АААА-А18-118122790121-5, в части разработки методов численного моделирования в рамках научного проекта РФФИ 18-05-80025 «Опасные явления». Расчеты выполнены на кластере ЦКП ЮФУ «Высокопроизводительные вычисления».

Для цитирования

Чикин А. Л., Чикина Л. Г. Численное исследование процесса проникновения соленых вод из Таганрогского залива в устье Дона // Морской гидрофизический журнал. 2021. Т. 37, № 2. С. 247–257. EDN FGCMQH. doi:10.22449/0233-7584-2021-2-247-257

Chikin, A.L. and Chikina, L.G., 2021. Numerical Study of the Process of Salt Water Inflow to the Don Mouth from the Taganrog Bay. Physical Oceanography, 28(2), pp. 228-237. doi:10.22449/1573-160X-2021-2-228-237

DOI

10.22449/0233-7584-2021-2-247-257

Список литературы

  1. 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. doi:10.23885/2500-0640-2017-13-1-35-43
  2. Матишов Г. Г., Григоренко К. С. Причины осолонения Таганрогского залива // Доклады Академии наук. 2017. Т. 477, № 1. С. 92–96.
  3. Матишов Г. Г., Ковалева Г. В., Ясакова О. Н. Аномальное осолонение в Таганрогском эстуарии и дельте Дона // Наука Юга России (Вестник Южного научного центра). 2016. Т. 12, № 1. C. 43–50.
  4. Долгопериодная изменчивость термохалинных характеристик Азовского моря на основе численной вихреразрешающей модели / А. И. Мизюк [и др.] // Морской гидрофизический журнал. 2019. Т. 35, № 5. С. 496–510. doi:10.22449/0233-7584-2019-5-496-510
  5. Фомин В. В., Полозок А. А., Фомина И. Н. Моделирование циркуляции вод Азовского моря с учетом речного стока // Морской гидрофизический журнал. 2015. № 1. С. 16–28. doi:10.22449/0233-7584-2015-1-16-28
  6. Косенко Ю. В., Баскакова Т. Е., Картамышева Т. Б. Роль стока реки Дон в формировании продуктивности Таганрогского залива // Водные биоресурсы и среда обитания. 2018. Т. 1, № 3–4. С. 32–39.
  7. Экстремальное наводнение в дельте Дона (23–24.03.13) и факторы, его определяющие / Г. Г. Матишов [и др.] // Доклады Академии наук. 2014. Т. 455, № 3. С. 342–345.
  8. 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. doi:10.7868/S0869565215310229
  9. Остроумова Л. П. Исследование нагонных и сгонных явлений в морских устьях рек на примере устьевой области р. Дон // Метеорология и гидрология. 2017. № 12. С. 69–82.
  10. Симов В. Г. Гидрология устьев рек Азовского моря. М. : Гидрометеоиздат, 1989. 328 с.
  11. Мишин Д. В., Полонский В. Ф. Исследование нестационарных водных потоков в неприливном устье реки Дон // Труды государственного океанографического института. 2013. № 214. С. 166–179.
  12. Polonskii V. F., Ostroumova L. P. Probabilistic Estimates of Water Level in the Ural River Mouth Reach at Interaction between the River Runoff and Positive Setups // Water Resources. 2002. Vol. 29, iss. 5. P. 497–505. https://doi.org/10.1023/A:1020365512557
  13. Savenije H. H. G. Salinity and Tides in Alluvial Estuaries. Second Completely Revised Edition. 2012. URL: http://www.salinityandtides.com (date of access: 08.01.2015).
  14. Prandle D. Salinity intrusion in estuaries // Journal of Physical Oceanography. 1981. Vol. 11, iss. 10. P. 1311–1324. https://doi.org/10.1175/1520-0485(1981)0111311:SIIE2.0.CO;2
  15. Грушевский М. С. Волны попусков и паводков в реках. Л. : Гидрометеоиздат, 1969. 337 с.
  16. Корень В. И. Математические модели в прогнозах речного стока. Л. : Гидрометеоиздат, 1991. 197 с.
  17. Сгонно-нагонные колебания уровня воды устьевой области Дона: численное моделирование и сценарии изменения / А. Л. Чикин [и др.] // Наука Юга России. 2017. Т. 13, № 3. С. 39–49. URL: https://elibrary.ru/item.asp?id=29946413(дата обращения: 10.08.2020).
  18. Роуч П. Вычислительная гидродинамика. М. : Мир, 1980. 616 с.
  19. Атлас единой глубоководной системы Европейской части РФ. Том 8. Часть 2. Волго-Донской водный путь. От Волгодонска до устья Дона. СПб. : Волго-Балт, 2006. 40 с.
  20. Матишов Г. Г., Григоренко К. С. Маловодье и роль грунтовых вод в осолонении авандельты Дона // Доклады Академии наук. 2018. Т. 483, № 4. С. 442–446. doi:10.31857/S086956520003284-5

Скачать статью в PDF-формате