Математическая модель процесса затопления дельты Дона при экстремальных нагонах

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. Создана математическая модель для исследования процесса затопления дельты Дона при экстремальных нагонах.

Методы и результаты. Расчеты колебаний уровня в Таганрогском заливе основываются на решении системы уравнений для длинных волн в однородной несжимаемой жидкости в поле силы Кориолиса. Задача решается конечно-разностными методами на высокопроизводительных вычислительных системах. Приводится алгоритм определения области затопления дельты Дона в процессе нагона. Алгоритм основан на сравнении высот местности в дельте с величиной уровня воды и принятии решения о затоплении или осушении расчетной ячейки. Результаты расчета сравниваются со значениями уровня воды на гидропосте, а также выводятся в виде карто-схемы затопленной области.

Выводы. Предлагаемую модель следует применять в случае экстремальных нагонов, когда затапливается значительная часть дельтовой области. Данная модель позволяет достаточно точно рассчитывать гидродинамические параметры течения, в том числе величину перепада уровня воды. Предложенный алгоритм определения затопления или осушения расчетной области позволяет устанавливать места подтопления дельты Дона в зависимости от ветровой ситуации.

Ключевые слова

уравнения мелкой воды, сгонно-нагонные колебания, вычислительный эксперимент, затопление

Благодарности

Публикация подготовлена в рамках реализации госзадания ЮНЦ РАН, № госрегистрации проекта 122011900153-9. Расчеты выполнены на кластере ЦКП Южного федерального университета «Высокопроизводительные вычисления».

Для цитирования

Чикин А. Л., Чикина Л. Г. Математическая модель процесса затопления дельты Дона при экстремальных нагонах // Морской гидрофизический журнал. 2024. Т. 40, № 1. С. 146–159. EDN GWGSLU.

Chikin, A.L. and Chikina, L.G., 2024. Mathematical Model of a Flooding Process in the Don Delta during Extreme Surges. Physical Oceanography, 31(1), pp. 135-147.

Список литературы

  1. Мишин Д. В., Полонский В. Ф. Исследование нестационарных водных потоков в неприливном устье реки Дон // Труды государственного океанографического института. 2013. № 214. С. 166–179. EDN RUQHGD.
  2. Закономерности экосистемных процессов в Азовском море / Г. Г. Матишов [и др.]. Москва : Наука, 2006. 304 с. EDN RXMJY.
  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. Экстремальное затопление дельты Дона весной 2013 г.: хронология, условия формирования и последствия / Г. Г. Матишов [и др.] // Вестник Южного научного центра РАН. 2014. Т. 10, № 1. С. 17–24. EDN SAUKPB.
  5. Матишов, Г. Г. Керченский пролив и дельта Дона: безопасность коммуникаций и населения // Вестник Южного научного центра РАН. 2015. Т. 11, № 1. С. 6–15. EDN TNRQTZ.
  6. Вишневская И. А., Остроумова Л. П. Опасные (сгонно-нагонные) явления в устьевой области реки Дон // Закономерности формирования и воздействия морских, атмосферных опасных явлений и катастроф на прибрежную зону РФ в условиях глобальных климатических и индустриальных вызовов («Опасные явления») : материалы Международной научной конференции. Ростов н/Д : Издательство ЮНЦ РАН, 2019. С. 28–32. EDN BTNOIS.
  7. 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. EDN ZXOTRB.
  8. Combined statistical and hydrodynamic modelling of compound flooding in coastal areas – Methodology and application / A. I. Olbert [et al.] // Journal of Hydrology. 2023. Vol. 620, part A. 129383. https://doi.org/10.1016/j.jhydrol.2023.129383
  9. Flood hydrograph prediction using machine learning methods / G. Tayfur [et al.] // Water. 2018. Vol. 10, iss. 8. 968. doi:10.3390/w10080968
  10. Urban flood modeling using deep-learning approaches in Seoul, South Korea / X. Lei [et al.] // Journal of Hydrology. 2021. Vol. 601. 126684. https://doi.org/10.1016/j.jhydrol.2021.126684
  11. Tamiru H., Dinka M. O. Application of ANN and HEC-RAS model for flood inundation mapping in lower Baro Akobo River Basin, Ethiopia // Journal of Hydrology: Regional Studies. 2021. Vol. 36. 100855. https://doi.org/10.1016/j.ejrh.2021.100855
  12. Tawfik A. M. River flood routing using artificial neural networks // Ain Shams Engineering Journal. 2023. Vol. 14, iss. 3. 101904. https://doi.org/10.1016/j.asej.2022.101904
  13. Полозок А. А., Фомин В. В., Лемешко Е. Е. Пространственные характеристики штормовых нагонов в Азовском море при разных фазах движения циклона // Закономерности формирования и воздействия морских, атмосферных опасных явлений и катастроф на прибрежную зону РФ в условиях глобальных климатических и индустриальных вызовов («Опасные явления – II») : материалы II Международной научной конференции памяти члена-корреспондента РАН Д. Г. Матишова (г. Ростов-на-Дону, 6–10 июля 2020 г.). Ростов-на-Дону : Изд-во ЮНЦ РАН, 2020. С. 63–67. EDN TCDOZA.
  14. Численное исследование сгонно-нагонных процессов и течений Азовского моря в период экстремальных ветров / Л. В. Черкесов [и др.] // Морской гидрофизический журнал. 2017. № 5. С. 3–20. EDN ZQKYXV. doi:10.22449/0233-7584-2017-5-3-20
  15. Шульга Т. Я., Матузаева О. В. Численный прогноз протяженности затоплений/осушений побережья Азовского моря при сгонно-нагонных ветрах // Водные ресурсы: изучение и управление (школа-практика). Материалы VI Международной конференции молодых ученых, 1–5 сентября 2020 г., Петрозаводск / Отв. ред. Н. Е. Галахина, А. В. Толстиков, Т. И. Регеранд. Петрозаводск : КарНЦ РАН, 2020. С. 185–189. EDN GVTSZA.
  16. Сиразетдинова Д. Д., Клеин А. Н., Абдуллин А. Х. Моделирование затопления территорий с использованием ArcGIS Pro // Информационные технологии. Проблемы и решения : материалы Международной научно-практической конференции. Уфа : Изд-во УГНТУ, 2017. Т. 1(4). С. 195–199. EDN YREPBD.
  17. Оценка изменения уровней затопления поймы Нижнего Дона под влиянием хозяйственной деятельности. Ретроспективное гидродинамическое моделирование / В. В. Беликов [и др.] // Водные ресурсы. 2022. Т. 49, № 6. С. 681–690. EDN NOSVNK. doi:10.31857/S0321059622060025
  18. Исследование влияния на гидрологический режим хозяйственной деятельности человека в пойменной части реки Дон у г. Ростов-на-Дону / А. В. Глотко [и др.] // Сборник докладов международной научной конференции памяти выдающегося русского ученого Юрия Борисовича Виноградова «Четвертые Виноградовские чтения. Гидрология: от познания к мировоззрению, Санкт-Петербург, 2020 год / Под ред. О. М. Макарьевой, А. А. Землянсковой.  СПб. : Изд-во ВВМ, 2020. С. 584–588. EDN WHRTYL.
  19. Филиппов Ю. Г. Расчеты уровня в восточной части Таганрогского залива // Труды Государственного океанографического института. Москва, 2014. Вып. 215. С. 136–143. EDN XEBAFB.
  20. Филиппов Ю. Г. Об одном способе расчета морских течений // Труды Государственного океанографического института. Москва, 1970. Вып. 103. С. 87–94.
  21. 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

Скачать статью в PDF-формате