Морской гидрофизический журнал. 2019; 35: 355-366
Численное исследование влияния расхода воды на уровенный режим в устьевой области Дона
Чикин А. Л., Клещенков А. В., Чикина Л. Г.
https://doi.org/10.22449/0233-7584-2019-4-355-366Аннотация
Цель. Цель данной работы – установление закономерностей формирования уровенного режима в русловом и дельтовом участках долины Дона при различных объемах речного стока и уровнях воды в Таганрогском заливе.
Методы и результаты. Приводится описание математической модели течения в дельтовой части реки Дон. Рассматривается русло из нескольких рукавов при впадении в принимающий водоем – Таганрогский залив. Модель описывается системой уравнений Сен-Венана, которая решается конечно-разностными методами. Аппроксимация уравнений проводится на четырехточечном шаблоне, что приводит к системе линейных уравнений с пятидиагональной матрицей. Для разных по величине расходов воды подобраны коэффициенты шероховатости. Приведено сравнение расчетных значений расхода воды и скорости течения с наблюдаемыми значениями при разных сгонах воды в Таганрогском заливе. Получены результаты численного исследования влияния величины расхода в вершине устьевой области на величину уровня поверхности воды в русле при разных уровнях в принимающем водоеме. Численно установлено, что величина расхода оказывает существенное влияние на уровенную поверхность в основном русле Дона. Однако расход почти не влияет на уровень в дельтовой части реки. В то же время уровень воды в Таганрогском заливе существенно влияет на уровенную поверхность в рукавах дельты и не оказывает влияние на вершинную часть русла.
Выводы. Вычислительные эксперименты с использованием математической модели показали, что на участке устьевой области выше первого узла дельты Дона существенное влияние на уровенную поверхность оказывает расход воды, на нижележащем участке – уровень воды в Таганрогском заливе.
Список литературы
1. Михайлов В. Н. Устья рек России и сопредельных стран: прошлое, настоящее и будущее. М. : ГЕОС, 1997. 413 с.
2. Филиппов Ю. Г. О влиянии стока р. Дон на уровень воды в Таганрогском заливе // Метеорология и гидрология. 2015. № 2. С. 76–80.
3. 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.
4. Симов В. Г. Гидрология устьев рек Азовского моря. М. : Гидрометеоиздат, 1989. 328 с.
5. Мишин Д. В., Полонский В. Ф. Исследование нестационарных водных потоков в неприливном устье реки Дон // Труды государственного океанографического института. 2013. № 214. С. 166–179.
6. Матишов Г. Г., Григоренко К. С. Причины осолонения Таганрогского залива // Доклады Академии наук. 2017. Т. 477, № 1. С. 92–96.
7. 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.
8. Матишов Г. Г., Ермолаев А. И. Мир каравайки и взморья глазами донских казаков. Ростов-на-Дону : Изд-во ЮНЦ РАН, 2017. 224 с.
9. Drivers and impacts of water level fluctuations in the Mississippi River delta: Implications for delta restoration / M. Hiatt [et al.] // Estuarine, Coastal and Shelf Science. 2019. Vol. 224. P. 117–137. https://doi.org/10.1016/j.ecss.2019.04.020
10. Metal fate and effects in estuaries: A review and conceptual model for better understanding of toxicity / A. A. de Souza Machado [et al.] // Science of the Total Environment. 2016. Vol. 541. P. 268–281. doi:10.1016/j.scitotenv.2015.09.045
11. Михайлов В. Н., Рогов М. М., Чистяков А. А. Речные дельты. Гидролого-морфологические процессы. Л. : Гидрометеоиздат, 1986. 280 с.
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. 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.
14. Грушевский М. С. Волны попусков и паводков в реках. Л. : Гидрометеоиздат, 1969. 337 с.
15. Корень В. И. Математические модели в прогнозах речного стока. Л. : Гидрометеоиздат, 1991. 197 с.
16. 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.
17. Amein M., Fang C. S. Implicit Flood Routing in Natural Channels // Journal of the Hydraulics Division. 1970. Vol. 96, iss. 12. P. 2481–2500.
18. Fread D. L. Numerical Properties of Implicit Four - Point Finite Difference Equations of Unsteady Flow. NOAA Technical Memorandum NWS Hydro - 18. Silver Spring, MD : U .S. Department of Commerce, NOAA, 1974. 123 p. URL: https://www.nws.noaa.gov/oh/hdsc/Technical_memoranda/TM18.pdf (дата обращения: 04.01.2019).
19. Форсайт Дж., Молер К. Численное решение систем линейных алгебраических уравнений / Пер. с англ. В. П. Ильина и Ю. И. Кузнецова. М. : Мир, 1969. 167 с.
20. Шевердяев И. В. Исследование шероховатости русел дельты Дона на основе наблюдений колебаний уровня в мае 2018 года // Экология. Экономика. Информатика. Серия: Системный анализ и моделирование экономических и экологических систем. Ростов-на-Дону : Изд-во ЮНЦ РАН, 2018. Т. 1, вып. 3. С. 276–279. doi:10.23885/2500-123x-2018-2-3-49-57
Morskoy Gidrofizicheskiy Zhurnal. 2019; 35: 355-366
Numerical Study of the Water Flow Effect on the Water Level in the Don Mouth
Chikin A. L., Kleshchenkov A. V., Chikina L. G.
https://doi.org/10.22449/0233-7584-2019-4-355-366Abstract
Purpose. The purpose of the paper is to determine the patterns of the level regime formation in the Don riverbed and the delta area of its valley at different volumes of the river flow discharge and water levels in the Taganrog Bay.
Methods and Results. The mathematical model of the river Don flow in its delta area is described. The mainstream consisting of several reaches is considered at its running into the receiving reservoir – the Taganrog Bay. The model is described by the Saint-Venant system of equations which is solved by the finite-difference methods. The equations are approximated at the four-point template that leads to the system of linear equations with a five-diagonal matrix. Roughness coefficients were selected for different water flow discharges. The simulated values of the water flow discharge and the flow velocity are compared with the values observed at different water levels in the Taganrog Bay. The results of the numerical study of the water flow effect at the estuary top upon the water surface level in the riverbed were obtained at different water levels in the receiving reservoir. It is numerically defined that the flow discharge value exerts a significant effect on the surface level of the Don mainstream. However, the flow almost does not influence the water level in the river delta area. At the same time, the water level in the Taganrog Bay significantly affects the surface level in the delta reaches; and no its influence is observed in the top part of the riverbed.
Conclusions. The computational experiments involving the mathematical model showed that in the mouth area above the first node of the Don delta, the level surface was significantly influenced by the flow discharge, whereas in its lower section – by the water level in the Taganrog Bay.
References
1. Mikhailov V. N. Ust'ya rek Rossii i sopredel'nykh stran: proshloe, nastoyashchee i budushchee. M. : GEOS, 1997. 413 s.
2. Filippov Yu. G. O vliyanii stoka r. Don na uroven' vody v Taganrogskom zalive // Meteorologiya i gidrologiya. 2015. № 2. S. 76–80.
3. Ostroumova L. P. Issledovanie nagonnykh i sgonnykh yavlenii v morskikh ust'yakh rek na primere ust'evoi oblasti r. Don // Meteorologiya i gidrologiya. 2017. № 12. S. 69–82.
4. Simov V. G. Gidrologiya ust'ev rek Azovskogo morya. M. : Gidrometeoizdat, 1989. 328 s.
5. Mishin D. V., Polonskii V. F. Issledovanie nestatsionarnykh vodnykh potokov v neprilivnom ust'e reki Don // Trudy gosudarstvennogo okeanograficheskogo instituta. 2013. № 214. S. 166–179.
6. Matishov G. G., Grigorenko K. S. Prichiny osoloneniya Taganrogskogo zaliva // Doklady Akademii nauk. 2017. T. 477, № 1. S. 92–96.
7. Matishov G. G., Kovaleva G. V., Yasakova O. N. Anomal'noe osolonenie v Taganrogskom estuarii i del'te Dona // Nauka Yuga Rossii (Vestnik Yuzhnogo nauchnogo tsentra). 2016. T. 12, № 1. C. 43–50.
8. Matishov G. G., Ermolaev A. I. Mir karavaiki i vzmor'ya glazami donskikh kazakov. Rostov-na-Donu : Izd-vo YuNTs RAN, 2017. 224 s.
9. Drivers and impacts of water level fluctuations in the Mississippi River delta: Implications for delta restoration / M. Hiatt [et al.] // Estuarine, Coastal and Shelf Science. 2019. Vol. 224. P. 117–137. https://doi.org/10.1016/j.ecss.2019.04.020
10. Metal fate and effects in estuaries: A review and conceptual model for better understanding of toxicity / A. A. de Souza Machado [et al.] // Science of the Total Environment. 2016. Vol. 541. P. 268–281. doi:10.1016/j.scitotenv.2015.09.045
11. Mikhailov V. N., Rogov M. M., Chistyakov A. A. Rechnye del'ty. Gidrologo-morfologicheskie protsessy. L. : Gidrometeoizdat, 1986. 280 s.
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. Sgonno-nagonnye kolebaniya urovnya vody ust'evoi oblasti Dona: chislennoe modelirovanie i stsenarii izmeneniya / A. L. Chikin [i dr.] // Nauka Yuga Rossii. 2017. T. 13, № 3. S. 39–49.
14. Grushevskii M. S. Volny popuskov i pavodkov v rekakh. L. : Gidrometeoizdat, 1969. 337 s.
15. Koren' V. I. Matematicheskie modeli v prognozakh rechnogo stoka. L. : Gidrometeoizdat, 1991. 197 s.
16. Atlas edinoi glubokovodnoi sistemy Evropeiskoi chasti RF. Tom 8. Chast' 2. Volgo-Donskoi vodnyi put'. Ot Volgodonska do ust'ya Dona. SPb. : Volgo-Balt, 2006. 40 s.
17. Amein M., Fang C. S. Implicit Flood Routing in Natural Channels // Journal of the Hydraulics Division. 1970. Vol. 96, iss. 12. P. 2481–2500.
18. Fread D. L. Numerical Properties of Implicit Four - Point Finite Difference Equations of Unsteady Flow. NOAA Technical Memorandum NWS Hydro - 18. Silver Spring, MD : U .S. Department of Commerce, NOAA, 1974. 123 p. URL: https://www.nws.noaa.gov/oh/hdsc/Technical_memoranda/TM18.pdf (data obrashcheniya: 04.01.2019).
19. Forsait Dzh., Moler K. Chislennoe reshenie sistem lineinykh algebraicheskikh uravnenii / Per. s angl. V. P. Il'ina i Yu. I. Kuznetsova. M. : Mir, 1969. 167 s.
20. Sheverdyaev I. V. Issledovanie sherokhovatosti rusel del'ty Dona na osnove nablyudenii kolebanii urovnya v mae 2018 goda // Ekologiya. Ekonomika. Informatika. Seriya: Sistemnyi analiz i modelirovanie ekonomicheskikh i ekologicheskikh sistem. Rostov-na-Donu : Izd-vo YuNTs RAN, 2018. T. 1, vyp. 3. S. 276–279. doi:10.23885/2500-123x-2018-2-3-49-57
События
-
К платформе Elpub присоединился журнал «The BRICS Health Journal» >>>
10 июн 2025 | 12:52 -
Журнал «Неотложная кардиология и кардиоваскулярные риски» присоединился к Elpub >>>
6 июн 2025 | 09:45 -
К платформе Elpub присоединился «Медицинский журнал» >>>
5 июн 2025 | 09:41 -
НЭИКОН принял участие в конференции НИИ Организации здравоохранения и медицинского менеджмента >>>
30 мая 2025 | 10:32 -
Журнал «Творчество и современность» присоединился к Elpub! >>>
27 мая 2025 | 12:38