Density effects of different genesis in lowland reservoirs

封面

如何引用文章

全文:

开放存取 开放存取
受限制的访问 ##reader.subscriptionAccessGranted##
受限制的访问 订阅存取

详细

Features of formation of vertical stratification of water masses in reservoirs caused by heterogeneity of distribution of water mineralization are considered. These effects with different genesis are considered on the example of three specific significantly different water bodies. As a first example, the Kama reservoir in the confluence of the Sylva and Chusovaya rivers is considered, characterized in winter by a significantly different hydrochemical regime. In the zone of their confluence in winter, vertical stratification of water masses is formed, which is used to significantly reduce the rigidity of water masses. It has been shown that the intra-day unevenness of the operation of the Kama hydroelectric power station significantly affects the fluctuations in the boundary of water masses. At the same time, the position of the water mass interface itself is very stable relative to the seasonal operation of the reservoir. As a second example, a small reservoir located in the zone of active technogenesis is considered, characterized by filtration discharges of highly mineralized groundwater. If the observed stratification of water masses in these examples is quite stable during the whole season, then in the third considered example – the Kama reservoir in the area of Berezniki, located in the zone of support pinching out, it is very short-lived, it can only be observed for several days. Despite its relative short duration, it is very significant for ensuring a sustainable water supply. Factors determining duration of observation of vertical heterogeneity of water masses of water bodies are considered.

全文:

受限制的访问

作者简介

A. Lepikhin

Mining Institute of the Ural Branch of the Russian Academy of Sciences, Kama branch

编辑信件的主要联系方式.
Email: lepihin49@mail.ru
俄罗斯联邦, Perm, 614007

T. Lyubimova

Institute of Continuous Media Mechanics of the Ural Branch of the Russian Academy of Sciences

Email: lepihin49@mail.ru
俄罗斯联邦, Perm, 614000

A. Bogomolov

Mining Institute of the Ural Branch of the Russian Academy of Sciences, Kama branch

Email: lepihin49@mail.ru
俄罗斯联邦, Perm, 614007

Yu. Lyakhin

Mining Institute of the Ural Branch of the Russian Academy of Sciences, Kama branch

Email: lepihin49@mail.ru
俄罗斯联邦, Perm, 614007

Ya. Parshakova

Institute of Continuous Media Mechanics of the Ural Branch of the Russian Academy of Sciences

Email: lepihin49@mail.ru
俄罗斯联邦, Perm, 614000

参考

  1. Абакумов М. В., Ахметьев Н. П., Бреховских В. Ф. и др. Иваньковское водохранилище: Современное состояние и проблемы охраны. М.: Наука, 2000. 344 с.
  2. Анцыферов С. М., Косьян Р. Д. Взвешенные наносы в верхней части шельфа. М.: Наука, 1996. 224 с.
  3. Богомолов А. В., Лепихин А. П., Ляхин Ю. С., Гребенева М. Г. Особенности колебаний вертикальных структур полей минерализации в Камском водохранилище в период летней межени в районе г. Березники // Горное эхо. 2021. № 4 (85). С. 3–11.
  4. Квон Д. В., Квон В. И. Численный расчет термического режима Телецкого озера с учетом сжимаемости воды // Метеорология и гидрология. 1999. № 10. С. 96–102.
  5. Кременецкий В. В., Рыкунов Л. Н., Самолюбов Б. И. Циркуляционное плотностное течение // ДАН. Сер. Геофизика. 1997. Т. 357. № 4. С. 539–541.
  6. Лепихин А. П., Богомолов А. В., Ляхин Ю. С. К особенности формирования качества воды р. Камы (Камского водохранилища) в зимний период в районе г. Березники // Горное эхо. 2022. № 1 (86). С. 13–25.
  7. Лепихин А. П., Возняк А. А., Любимова Т. П., Паршакова Я. Н., Ляхин Ю. С., Богомолов А. В. Исследование особенностей формирования и масштабов диффузного загрязнения, сформированного крупными промышленными комплексами, на примере Соликамско-Березниковского промузла // Водные ресурсы. 2020. Т. 47. № 5. С. 560–566.
  8. Любимова Т. П., Лепихин А. П., Паршакова Я. Н., Богомолов А. В., Ляхин Ю. С. Влияние на качество отбираемой воды нестационарности скоростного режима водного объекта при наличии в нем плотностной стратификации // Вычислительная механика сплошных сред. 2022. Т. 15. № 2. С. 133–144.
  9. Пуклаков В. В. Роль плотностных течений во внутреннем водообмене водохранилища // Водные ресурсы. 1999. Т. 26. № 2. С. 161–169.
  10. Самохвалов Б. И. Плотностные течения и диффузия примесей. М: ЛКИ, 2007. 350 с.
  11. Эдельштейн К. К. Водные массы долинных водохранилищ. М.: МГУ, 1991. 176 с.
  12. Becker, V., Caputo, L., Ordóñez, J., Marcé, R., Armengol, J., Crossetti, L. O., & Huszar, V. L. Driving factors of the phytoplankton functional groups in a deep Mediterranean reservoir // Water Research. 2010. V. 44. № 11. P. 3345–3354.
  13. Cantin, A., Beisner, B. E., Gunn, J. M., Prairie, Y. T., & Winter, J. G. Effects of thermocline deepening on lake plankton communities // Canadian Journal of Fisheries Aquatic Sciences. 2011. V. 68. № 2. P. 260–276.
  14. Chen, X., Wang, X., Wu, D., He, S., Kong, H., & Kawabata, Z. Seasonal variation of mixing depth and its influence on phytoplankton dynamics in the Zeya reservoir, China // Limnology. 2009. V. 10. № 3. P. 159–165.
  15. Chung, S. W., Hipsey, M. R., & Imberger, J. Modelling the propagation of turbid density inflows into a stratified lake: Daecheong Reservoir, Korea // Environmental Modelling & Software. 2009. V. 24. № 12. P. 1467–1482. doi: 10.1016/j.envsoft.2009.05.016
  16. Coates, M. J., & Patterson, J. C. Unsteady natural convection in a cavity with non-uniform absorption of radiation // Journal of Fluid Mechanics. 1993. V. 256. P. 133–161.
  17. Franca M. J. Density currents: theory and experimental results // Conference: XXXVI School of Hydraulics (http://sh.igf.edu.pl/) At: Jachranka, Poland. 2017.
  18. Gao, Q., He, G., Fang, H., Bai, S., & Huang, L. Numerical simulation of water age and its potential effects on the water quality in Xiangxi Bay of Three Gorges Reservoir // Journal of Hydrology. 2018.
  19. Li, Y., Sun, J., Lin, B., & Liu, Z. Thermal-hydrodynamic circulations and water fluxes in a tributary bay of the Three Gorges Reservoir // Journal of Hydrology. 2020. 124319.
  20. Liu, M., Zhang, Y., Shi, K., Zhang, Y., Zhou, Y., Zhu, M., Liu, M. Effects of rainfall on thermal stratification and dissolved oxygen in a deep drinking water reservoir // Hydrological Processes. 2020. V. 34. № 15. P. 3387–3399. doi: 10.1002/hyp.13826
  21. Lyubimova T., Konovalov V., Parshakova Y., Lepikhin A., Tiunov A. Formation of the density currents in the zone of confluence of two rivers // Journal of Hydrology. 2014. Т. 508. С. 328–342.
  22. Lyubimova T. P. Lepikhin A.P, Parshakova Y. N., Bogomolov A. V. Coherent structures at the interface between water masses of confluent rivers // Water. 2022. V. 14. № 8. P. 1308.
  23. Lyubimova T., Lepikhin A., Parshakova Y., Bogomolov A., Lyakhin Y. The influence of intra-day non-uniformity of operation of large hydroelectric powerplants on the performance stability of water intakes located in their upper pools // Water. 2021. V. 13. № 24. P. 3577.
  24. Lyubimova T., Lepikhin A., Parshakova Y., Bogomolov A., Lyakhin Y., Tiunov A. Peculiarities of hydrodynamics of small surface water bodies in zones of active technogenesis (on the example of the Verkhne-Zyryansk reservoir, Russia) // Water. 2021. V. 13. № 12. P. 1638.
  25. Lyubimova T., Parshakova Y., Lepikhin A., Lyakhin Y., Tiunov A. The effect of unsteady water discharge through dams of hydroelectric power plants on hydrodynamic regimes of the upper pools of waterworks // Water. 2020. V. 12. № 5. P. 1336.
  26. Morovati, K., Tian, F., Kummu, M., Shi, L., Tudaji, M., Nakhaei, P., & Olivares, M. A. Contributions from Climate Variation and Human Activities to Flow Regime Change of Tonle Sap Lake from 2001 to 2020 // Journal of Hydrology. 2022. 128800.
  27. Munoz, D. H., Constantinescu, G., Rhoads, B., Lewis, Q., & Sukhodolov, A. Density Effects at a Concordant Bed Natural River Confluence // Water Resources Research. 2020. V. 56. № 4.
  28. Noori, R., Tian, F., Ni, G., Bhattarai, R., Hooshyaripor, F., & Klove, B. ThSSim: A novel tool for simulation of reservoir thermal stratification // Sci Rep. 2019. V. 9. № 1. P. 18524. doi: 10.1038/s41598–019–54433–2
  29. Saber, A., James, D. E., & Hayes, D. F. Effects of seasonal fluctuations of surface heat flux and wind stress on mixing and vertical diffusivity of water column in deep lakes // Advances in Water Resources. 2018. V. 119. P. 150–163. doi: 10.1016/j.advwatres.2018.07.006
  30. Simpson, J. H., Woolway, R. I., Scannell, B., Austin, M. J., Powell, B., & Maberly, S. C. The Annual Cycle of Energy Input, Modal Excitation and Physical Plus Biogenic Turbulent Dissipation in a Temperate Lake // Water Resources Research. 2021. V. 57. № 6. doi: 10.1029/2020wr029441
  31. Webster, C. A. G. An experimental study of turbulence in a density-stratified shear flow // Journal of Fluid Mechanics. 2006. V. 19. № 2. doi: 10.1017/s0022112064000672
  32. Woolway, R. I., & Merchant, C. J. Amplified surface temperature response of cold, deep lakes to inter-annual air temperature variability // Sci Rep. 2017. V. 7. № 1. P. 4130. doi: 10.1038/s41598–017–04058–0
  33. Xie, Q., Liu, Z., Fang, X., Chen, Y., Li, C., & MacIntyre, S. Understanding the Temperature Variations and Thermal Structure of a Subtropical Deep River-Run Reservoir before and after Impoundment // Water. 2017. V. 9. № 8. P. 603. doi: 10.3390/w9080603
  34. Yang, L., Liu, D., Huang, Y., Yang, Z., Ji, D., & Song, L. Isotope analysis of the nutrient supply in Xiangxi Bay of the Three Gorges Reservoir // Ecological Engineering. 2015. V. 77. P. 65–73. doi: 10.1016/j.ecoleng.2015.01.013
  35. Zhang, Y., Wu, Z., Liu, M., He, J., & Yu, Z. Thermal structure and response to long-term climatic changes in Lake Qiandaohu, a deep subtropical reservoir in China // Limnology Oceanography. 2014. V. 59. № 4. P. 1193–1202.

补充文件

附件文件
动作
1. JATS XML
下载
2. Fig. 1. Dependence of the total water hardness of the Chusovaya (1) and Sylva (2) rivers on their water flow rates.

下载 (93KB)
索引源数据
3. Fig. 2. Change in specific electrical conductivity of water by depth in the area of ​​the ChOS water intake (1 – April 2018, 2 – March 2020, 3 – January 2021, 4 – April 2021).

下载 (283KB)
索引源数据
4. Fig. 3. Change in the current velocity module over time at the 97.5 m BS mark.

下载 (442KB)
索引源数据
5. Fig. 4. Combined chronological graphs of water flow into the lower pool of the Kama hydroelectric complex (2) and the hardness of the water taken to the wastewater treatment plant (1) (with significant intra-day unevenness in the operation of the hydroelectric power station).

下载 (448KB)
索引源数据
6. Fig. 5. Transverse profile of the distribution of specific electrical conductivity of water along the old bed of the Zyryanka River.

下载 (206KB)
索引源数据
7. Fig. 6. Distribution of specific electrical conductivity of water by depth on the vertical (near the head of the water intake).

下载 (192KB)
索引源数据
8. Fig. 7. Chronological graphs of measured values ​​of chloride concentrations in water taken at the water intake of JSC BSZ (1) and the slope of the water surface in the area under consideration (2) in 2021 (a) and 2022 (b).

下载 (271KB)
索引源数据


Creative Commons License
此作品已接受知识共享署名-非商业性使用-禁止演绎 4.0国际许可协议的许可。

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».