Взмучивание донных осадков в мелководной лагуне течениями и волнами по данным численного моделирования (на примере залива Сиваш, Азовское море)

В. В. Фомин, Е. В. Иванча✉, А. А. Полозок

Морской гидрофизический институт РАН, Севастополь, Россия

✉ e-mail: ev_ivancha@rambler.ru

Аннотация

Цель. Исследована интенсивность взмучивания илистых донных осадков в заливе Восточный Сиваш (Азовское море) в период экстремального шторма и оценен вклад течений и ветрового волнения в процессы взмучивания.

Методы и результаты. Поля течений рассчитываются на основе трехмерной σ-координатной модели циркуляции вод типа POM, дополненной блоком взмучивания илистых осадков. Для расчета ветрового волнения используется спектральная модель SWAN. В обеих моделях применяется прямоугольная расчетная сетка с горизонтальным разрешением 300 м. В качестве форсинга используются данные атмосферного реанализа ERA-Interim, соответствующие экстремальной штормовой ситуации 10–13 ноября 2007 г. На основе проведенных расчетов в работе проанализирована структура полей волнения, течений, придонных сдвиговых напряжений и концентрации взвешенного вещества в Восточном Сиваше для разных фаз шторма. Предложена методика оценки чувствительности модели взмучивания к вариациям значений входных параметров.

Выводы. Используемая модель взмучивания наиболее чувствительна к вариациям значений параметров, определяющих интенсивность вертикального потока частиц ила со дна бассейна. В период максимального развития шторма на 80 % общей площади залива Восточный Сиваш создаются условия для формирования областей взмучивания. Если при моделировании не учитывается вклад волн, общая площадь взмучивания сокращается в четыре раза, что говорит об определяющем вкладе придонных волновых напряжений в формирование областей взмучивания донных осадков в заливе.

Ключевые слова

взмучивание, донные осадки, илистая фракция, течения, ветровое волнение, численное моделирование, Сиваш

Благодарности

Работа выполнена в рамках темы ФГБУН ФИЦ МГИ FNNN-2021-0005. Модельные расчеты проводились на вычислительном кластере МГИ.

Для цитирования

Фомин В. В., Иванча Е. В., Полозок А. А. Взмучивание донных осадков в мелководной лагуне течениями и волнами по данным численного моделирования (на примере залива Сиваш, Азовское море) // Морской гидрофизический журнал. 2024. Т. 40, № 3. С. 469–488. EDN ATKXPR.

Fomin, V.V., Ivancha, E.V. and Polozok, A.A., 2024. Resuspension of Bottom Sediments in a Shallow Lagoon by Currents and Waves Based on the Numerical Modeling Data (Using the Example of Sivash Bay, the Sea of Azov). Physical Oceanography, 31(3), pp. 427-445.

Список литературы

  1. Совга Е. Е., Ерёмина Е. С., Дьяков Н. Н. Система экологического мониторинга залива Сиваш в современных условиях // Экологическая безопасность прибрежной и шельфовой зон моря. 2018. № 2. C. 22–38. EDN YLLQKD. https://doi.org/10.22449/24135577-2018-2-22-38
  2. Совга Е. Е., Ерёмина Е. С., Хмара Т. В. Водный баланс залива Сиваш в условиях изменчивости природно-климатических и антропогенных факторов // Морской гидрофизический журнал. 2018. Т. 34, № 1. С. 71–81. EDN YWNTSE. https://doi.org/10.22449/0233-7584-2018-1-71-81
  3. Фомин В. В., Полозок А. А. Особенности формирования речного плюма в мелководной лагуне (на примере залива Сиваш, Азовское море) // Экологическая безопасность прибрежной и шельфовой зон моря. 2022. № 3. С. 28–42. EDN EZJTCH. https://doi.org/10.22449/2413-5577-2022-3-28-41
  4. Polozok A. A., Fomin V. V., Ivancha E. V. Numerical modeling of wind currents in the Sivash Gulf (Sea of Azov) // Processes in GeoMedia. Singapore : Springer, 2023. Vol. VII. P. 9–20. https://doi.org/10.1007/978-981-99-6575-5_2
  5. Фомина И. Н., Фомин В. В., Полозок А. А. Ветровое волнение в заливе Сиваш по результатам численного моделирования // Экология. Экономика. Информатика. Серия: Системный анализ и моделирование экономических и экологических систем. Ростовна-Дону : Изд-во ЮНЦ РАН, 2022. Т. 1, вып. 7. С. 97–102. EDN OLXIHC. https://doi.org/10.23885/2500-395X-2022-1-7-97-102
  6. Исследование полей концентрации взвеси на северо-западном шельфе Черного моря при взмучивании донных осадков движущимся циклоном / Д. В. Алексеев [и др.] // Морской гидрофизический журнал. 2007. № 1. С. 3–20. EDN YOTXED.
  7. Мартьянов С. Д., Рябченко В. А. Воспроизведение взмучивания и переноса донных осадков в Невской губе на основе трехмерной модели циркуляции // Фундаментальная и прикладная гидрофизика. 2013. Т. 6, № 4. С. 32–43. EDN SCDDDP.
  8. Совга Е. Е., Ерёмина Е. С., Латушкин А. А. Экспедиционные исследования, проведенные Морским гидрофизическим институтом в акватории залива Сиваш весной и осенью 2018 года // Морской гидрофизический журнал. 2020. Т. 36, № 2. С. 176–185. EDN YMJORA. https://doi.org/10.22449/0233-7584-2020-2-176-185
  9. Ломакин П. Д. Особенности полей океанологических величин в заливе Сиваш (Азовское море) // Морской гидрофизический журнал. 2021. Т. 37, № 6. С. 696–709. EDN WKCUAX. https://doi.org/10.22449/0233-7584-2021-6-696-709
  10. Booij N., Ris R. C., Holthuijsen L. H. A third-generation wave model for coastal regions: 1. Model description and validation // Journal of Geophysical Research: Oceans. 1999. Vol. 104, iss. C4. P. 7649–7666. https://doi.org/10.1029/98JC02622
  11. Иванов В. А., Фомин В. В. Математическое моделирование динамических процессов в зоне море – суша. Севастополь : ЭКОСИ-Гидрофизика, 2008. 363 с.
  12. Blumberg A. F., Mellor G. L. A description of a three-dimensional coastal ocean circulation model // Three-Dimensional Coastal Ocean Models. Washington, DC : Wiley, 1987. P. 1–16.
  13. Smagorinsky J. General circulation experiments with the primitive equations: I. The basic experiment // Monthly Weather Review. 1963. Vol. 91, iss. 3. P. 99–164. https://doi.org/10.1175/1520-0493(1963)091%3C0099:GCEWTP%3E2.3.CO;2
  14. Burchard H., Bolding K., Villarreal M. Three-dimensional modelling of estuarine turbidity maxima in a tidal estuary // Ocean Dynamics. 2004. Vol. 54, iss. 2. P. 250–265. https://doi.org/10.1007/s10236-003-0073-4
  15. Yang Z., Hamrick J. M. Variational inverse parameter estimation in a cohesive sediment transport model: An adjoint approach // Journal of Geophysical Research: Oceans. 2003. Vol. 108, iss. C2. 3055. https://doi.org/10.1029/2002jc001423
  16. Van Rijn L. C. Unified view of sediment transport by currents and waves. II: Suspended transport // Journal of Hydraulic Engineering. 2007. Vol. 133, iss. 6. P. 668–689. https://doi.org/10.1061/(ASCE)0733-9429(2007)133:6(668)
  17. Kuhrts C., Fennel W., Seifert T. Model studies of transport of sedimentary material in the western Baltic // Journal of Marine Systems. 2004. Vol. 52, iss. 1–4. P. 167–190. https://doi.org/10.1016/j.jmarsys.2004.03.005
  18. Определение концентрации взвешенного вещества в Черном море по данным спутника MODIS / Д. А. Кременчуцкий [и др.] // Экологическая безопасность прибрежной и шельфовой зон и комплексное использование ресурсов шельфа. Севастополь : ЭКОСИ-Гидрофизика, 2014. Вып. 29. С. 5–9. EDN UXWYMX.

Скачать статью в PDF-формате