МОДЕЛИРОВАНИЕ ПЕРЕНОСА И НАКОПЛЕНИЯ ВЗВЕШЕННЫХ ВЕЩЕСТВ В УСЛОВИЯХ МАЛОВОДЬЯ И НАГОННЫХ ЯВЛЕНИЙ В УСТЬЕВОЙ ОБЛАСТИ Р. ДОН

Обложка

Цитировать

Полный текст

Аннотация

Предложен подход к совместному применению модели, реализованной в программном комплексе HEC-RAS, и балансовой модели для описания переноса и трансформации взвешенных веществ в речной дельте. В устьевой области реки выделяются гидрологические районы: русловые районы, пойменные районы, затапливаемые при высоких паводках и штормовых нагонах со стороны моря, и районы авандельты. Для гидрологических районов строится динамическая модель баланса воды и веществ, переносимых водным потоком. Вводится параметризация процессов осаждения взвешенных веществ и их взмучивания в зависимости от скорости движения воды и размера частиц. Рассматривается три градации взвеси по размерам: пелитовая фракция (глина), алевритовая фракция (ил) и мелкий песок. Акцент делается на оценке влияния морских штормовых нагонов на перенос взвешенных веществ в речную дельту и их осаждение. Для описания потоков воды между районами, скоростей ее движения, динамики ее уровня и процессов затопления поймы применяется детальная модель на базе программного комплекса HEC-RAS, адаптированная к условиям устьевой области р. Дон. Выполнены расчеты переноса и накопления взвешенных веществ в устьевой области Дона для двух вариантов гидрологических условий – с нагоном воды со стороны моря и без него. Рассмотрена пространственно-временная изменчивость концентрации и гранулометрического состава взвешенных наносов в зависимости от гидрологических условий. Показано, что в отсутствие нагонных явлений при небольших расходах воды взвешенные вещества в основном осаждаются в авандельте за пределами морского края дельты, а в период нагона насыщают воду и на этапе подъема ее уровня поступают в дельту, частично осаждаясь в рукавах и в пойменных районах. При этом на этапе спада уровня воды из русловых районов они выносятся за морской край дельты, а в пойменных в основном остаются. Для условий маловодья при наблюдаемой частоте нагонных явлений и при отсутствии паводков устьевая область Дона задерживает в среднем 20% взвешенных веществ, поступающих со стоком р. Дон.

Об авторах

С. В. Бердников

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ НАУКИ «ФЕДЕРАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ЦЕНТР ЮЖНЫЙ НАУЧНЫЙ ЦЕНТР РОССИЙСКОЙ АКАДЕМИИ НАУК» (ЮНЦ РАН)

Email: natalikht@gmail.com
ORCID iD: 0000-0002-3095-5532
SPIN-код: 8657-0260

доктор географических наук

И. В. Шевердяев

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ НАУКИ «ФЕДЕРАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ЦЕНТР ЮЖНЫЙ НАУЧНЫЙ ЦЕНТР РОССИЙСКОЙ АКАДЕМИИ НАУК» (ЮНЦ РАН)

Email: ig71089@yandex.ru
ORCID iD: 0000-0001-9212-8471
SPIN-код: 5907-5014

А. В. Клещенков

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ НАУКИ «ФЕДЕРАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ЦЕНТР ЮЖНЫЙ НАУЧНЫЙ ЦЕНТР РОССИЙСКОЙ АКАДЕМИИ НАУК» (ЮНЦ РАН)

Email: natalikht@gmail.com
ORCID iD: 0000-0002-7976-6951
SPIN-код: 3552-0913

кандидат географических наук

В. В. Кулыгин

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ НАУКИ «ФЕДЕРАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ЦЕНТР ЮЖНЫЙ НАУЧНЫЙ ЦЕНТР РОССИЙСКОЙ АКАДЕМИИ НАУК» (ЮНЦ РАН); ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ НАУКИ «ФЕДЕРАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ЦЕНТР ЮЖНЫЙ НАУЧНЫЙ ЦЕНТР РОССИЙСКОЙ АКАДЕМИИ НАУК» (ЮНЦ РАН)

Email: natalikht@gmail.com
ORCID iD: 0000-0001-9748-6497
SPIN-код: 3657-5016

Н. В. Лихтанская

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ НАУКИ «ФЕДЕРАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ЦЕНТР ЮЖНЫЙ НАУЧНЫЙ ЦЕНТР РОССИЙСКОЙ АКАДЕМИИ НАУК» (ЮНЦ РАН)

Автор, ответственный за переписку.
Email: natalikht@gmail.com
ORCID iD: 0000-0001-8612-6808
SPIN-код: 2230-5145

Список литературы

  1. Барышников Н. Б. и Попов И. В. Динамика русловых процессов. — Ленинград : Гидрометеоиздат, 1988. — 455 с. — EDN: YOETUN.
  2. Бердников С. В., Дашкевич Л. В. и Кулыгин В. В. Новое состояние гидрологического режима Азовского моря в ХХI веке // Доклады Российской академии наук. Науки о Земле. — 2022. — Т. 503, № 1. — С. 65—70. — doi: 10.31857/S2686739722030057.
  3. Бердников С. В., Шевердяев И. В., Клещенков А. В. и др. Совместное применение гидрологической модели HEC RAS и мультикомпартментальной балансовой модели для описания переноса и трансформации взвешенных веществ в речной дельте: случай устьевой области р. Дон // Elpub.Preprints. — 2023. — doi: 10.24108/preprints-3112769.
  4. Ганичева Л. З. Закономерности седиментогенеза в Азовском море (взвеси и условия их образования) : дис. . . . канд. / Ганичева Л. З. — Ростов-на-Дону, 1985.
  5. Герасюк В. С. и Бердников С. В. Экспериментальная оценка скорости осаждения взвешенного вещества вод в устье Дона и Таганрогском заливе // Океанология. — 2021. — Т. 61, № 5. — С. 780—790. — doi: 10.31857/S0030157421040055.
  6. Исаев А. В., Демаков Ю. П. и Шарафутдинов Р. Н. Закономерности изменения гранулометрического состава аллювиальных почв в процессе развития пойм рек // Вестник Поволжского государственного технологического университета. Серия: Лес. Экология. Природопользование. — 2022. — Т. 2, № 54. — С. 80—93. — doi: 10.25686/2306-2827.2022.2.80.
  7. Клещенков А. В., Герасюк В. С., Кулыгин В. В. и др. Взвешенное вещество вод от Цимлянского водохранилища до Таганрогского залива в период длительного маловодья 2006-2020 гг. // Наука Юга России. — 2023. — № 1. — С. 29—39. — doi: 10.7868/25000640230104.
  8. Клещенков А. В. и Шевердяев И. В. Численное исследование условий осаждения взвеси в дельте Дона при нагонах // Пятые Виноградовские чтения. Гидрология в эпоху перемен: Сборник докладов международной научной конференции памяти выдающегося русского ученого Юрия Борисовича Виноградова, Санкт-Петербург, 05-14 октября 2023 года. — СПб : ВВМ, 2023. — С. 257—262. — EDN: JIBVDI.
  9. Лихтанская Н. В., Бердников С. В. и Клещенков А. В. Твердый сток реки Дон и поступление взвеси в дельту при нагонах: статистическое моделирование и сопоставление в период маловодья // Russian Journal of Earth Sciences. — 2023. — Т. 23, № 4. — С. 1—15. — doi: 10.2205/2023es000856.
  10. Лукашин В. Н., Клювиткин А. А., Лисицын А. П. и др. Малая седиментационная ловушка МСЛ-110 // Океанология. — 2011. — Т. 51, № 4. — С. 746—750. — EDN: NXXEWJ.
  11. Матишов Г. Г., Московец А. Ю., Инжебейкин Ю. И. и др. Этапы сооружения плотин, пересыпей, каналов и трансформация речного стока в авандельте Дона (XVHI-XXI века) // Наука Юга России. — 2019. — № 4. — С. 46—54. — doi: 10.7868/S25001640190406.
  12. Михайлов В. Н. Устья рек России и сопредельных стран: прошлое, настоящее и будущее. — Москва : ГЕОС, 1997. — 413 с.
  13. Шевердяев И. В., Бердников С. В. и Клещенков А. В. Применение программного комплекса HEC-RAS для моделирования гидрологического режима дельты Дона // Экология. Экономика. Информатика. Серия: Системный анализ и моделирование экономических и экологических систем. — 2017. — Т. 1, № 2. — С. 113—122. — EDN: ZNARIL.
  14. Шевердяев И. В. и Клещенков А. В. Выявление вклада нагонных явлений в поступление тяжелых металлов в дельту Дона // Морской гидрофизический журнал. — 2020. — Т. 36, № 5. — С. 582—594. — doi: 10.22449/0233-7584-2020-5-582-594.
  15. Berdnikov S. V., Sorokina V. V., Kleshchenkov A. V., et al. Marine indicators of climate change in the Azov Sea ecosystem // Journal of Sea Research. — 2023. — Vol. 193. — P. 102373. — doi: 10.1016/j.seares.2023.102373.
  16. Day J. W., Agboola J., Chen Zh., et al. Approaches to defining deltaic sustainability in the 21st century // Estuarine, Coastal and Shelf Science. — 2016. — Vol. 183. — P. 275–291. — doi: 10.1016/j.ecss.2016.06.018.
  17. Day J. W. and Rybczyk J. M. Global Change Impacts on the Future of Coastal Systems: Perverse Interactions Among Climate Change, Ecosystem Degradation, Energy Scarcity, and Population // Coasts and Estuaries. — Elsevier, 2019. — P. 621–639. — doi: 10.1016/B978-0-12-814003-1.00036-8.
  18. Dieng H. B., Cazenave A., Meyssignac B., et al. New estimate of the current rate of sea level rise from a sea level budget approach // Geophysical Research Letters. — 2017. — Vol. 44, no. 8. — P. 3744–3751. — doi: 10.1002/2017GL073308.
  19. Dunn F. E., Darby S. E., Nicholls R. J., et al. Projections of declining fluvial sediment delivery to major deltas worldwide in response to climate change and anthropogenic stress // Environmental Research Letters. — 2019. — Vol. 14, no. 8. — P. 084034. — doi: 10.1088/1748-9326/ab304e.
  20. Giosan L., Syvitski J., Constantinescu S., et al. Climate change: Protect the world’s deltas // Nature. — 2014. — Vol. 516, no. 7529. — P. 31–33. — doi: 10.1038/516031a.
  21. Hicks F. E. and Peacock T. Suitability of HEC-RAS for Flood Forecasting // Canadian Water Resources Journal. — 2005. — Vol. 30, no. 2. — P. 159–174. — doi: 10.4296/cwrj3002159.
  22. Kleinschmidt Associates. The Place for HEC-RAS Modelers. — 2020. — URL: https://www.kleinschmidtgroup.com/raspost/hec-ras-6-0-beta-is-now-available/ (visited on 11/17/2023).
  23. Pandey S., Rao A. D. and Haldar R. Modeling of Coastal Inundation in Response to a Tropical Cyclone Using a Coupled Hydraulic HEC-RAS and ADCIRC Model // Journal of Geophysical Research: Oceans. — 2021. — Vol. 126, no. 7. — doi: 10.1029/2020JC016810.
  24. Syvitski J. P. M. and Milliman J. D. Geology, Geography, and Humans Battle for Dominance over the Delivery of Fluvial Sediment to the Coastal Ocean // The Journal of Geology. — 2007. — Vol. 115, no. 1. — P. 1–19. — doi: 10.1086/509246.
  25. Tessler Z. D., Vörösmarty C. J., Grossberg M., et al. Profiling risk and sustainability in coastal deltas of the world // Science. — 2015. — Vol. 349, no. 6248. — P. 638–643. — doi: 10.1126/science.aab3574.
  26. Venevsky S., Berdnikov S., Day J. W., et al. Don River Delta Hydrological and Geomorphological Transformation Under Anthropogenic and Natural Factors: Century and Decadal Perspectives // Elsevier BV. Preprint. — 2023. — doi: 10.2139/ssrn.4474057.
  27. Venevsky S., Berdnikov S., Sorokina V., et al. Coastal Deltas of Big Rivers as Synergetic Transformation Elements of the Earth System-(An Example of the Don River Delta) // New Prospects in Environmental Geosciences and Hydrogeosciences. — Springer International Publishing, 2022. — P. 79–81. — doi: 10.1007/978-3-030-72543-3_18.
  28. Wang X., Guo Y. and Ren J. The Coupling Effect of Flood Discharge and Storm Surge on Extreme Flood Stages: A Case Study in the Pearl River Delta, South China // International Journal of Disaster Risk Science. — 2021. — Vol. 12, no. 4. — P. 1–15. — doi: 10.1007/s13753-021-00355-5.
  29. Wolters M. L. and Kuenzer C. Vulnerability assessments of coastal river deltas - categorization and review // Journal of Coastal Conservation. — 2015. — Vol. 19, no. 3. — P. 345–368. — doi: 10.1007/s11852-015-0396-6.
  30. Zhang W., Jia Q. and Chen X. Numerical Simulation of Flow and Suspended Sediment Transport in the Distributary Channel Networks // Journal of Applied Mathematics. — 2014. — Vol. 2014. — P. 1–9. — doi: 10.1155/2014/948731.

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать

© Бердников С.В., Шевердяев И.В., Клещенков А.В., Кулыгин В.В., Лихтанская Н.В., 2024

Creative Commons License
Эта статья доступна по лицензии Creative Commons Attribution 4.0 International License.

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».