Модельный анализ термического и ледового режима крупного равнинного водохранилища (на примере Новосибирского водохранилища)

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Доступ платный или только для подписчиков

Аннотация

На основе программного комплекса Дельфт3Д (Delft3D), дополненного ледовым модулем, создана трехмерная численная модель термических процессов в Новосибирском водохранилище. По результатам расчета за 1981 г. выполнен анализ термического и ледового режима водохранилища в годовом цикле. Результаты расчета температуры воды сопоставлены с данными наблюдений и усреднены для поверхностного, придонного и среднего слоев характерных районов водохранилища. Модель может быть использована как основа для моделирования экологических процессов и принятия управленческих решений по оптимизации использования водных ресурсов водохранилища.

Полный текст

Доступ закрыт

Об авторах

А. Н. Семчуков

Институт водных и экологических проблем Сибирского отделения РАН

Автор, ответственный за переписку.
Email: a.semchukov@inbox.ru
Россия, Барнаул

А. А. Цхай

Институт водных и экологических проблем Сибирского отделения РАН; Алтайский государственный технический университет им. И.И. Ползунова

Email: a.semchukov@inbox.ru
Россия, Барнаул; Барнаул

В. В. Кириллов

Институт водных и экологических проблем Сибирского отделения РАН

Email: a.semchukov@inbox.ru
Россия, Барнаул

Список литературы

  1. Веселов В.М., Прибыльская И.Р. Специализированный архив метеоданных для климатических исследований. Обнинск: ВНИИГМИ-МЦД, 2019. [Электронный ресурс]. http://aisori.meteo.ru/ClimateR (дата обращения: 09.09.2019)
  2. Гидрометеорологический режим озер и водохранилищ СССР. Новосибирское водохранилище и озера бассейна Cредней Оби / Под ред. В.А. Знаменского, М.Я. Кунявского. Л.: Гидрометеоиздат, 1979. 156 с.
  3. Государственный водный кадастр. Ежегодные данные о режиме и ресурсах поверхностных вод суши. 1980 г. Ч. 1. Реки и каналы. Т. 6. Бассейн Карского моря (западная часть). Вып. 0–3. Река Обь и ее бассейн до устья р. Иртыш. Новосибирск: ЗСУГМС, 1982. 536 c.
  4. Государственный водный кадастр. Ежегодные данные о режиме и ресурсах поверхностных вод суши. 1980 г. Ч. 2. Озера и водохранилища. Т. 6. Бассейн Карского моря (западная часть). Вып. 0–3. Река Обь и ее бассейн до устья р. Иртыша. Новосибирск: ЗСУГМС, 1982. 109 с.
  5. Государственный водный кадастр. Ежегодные данные о режиме и ресурсах поверхностных вод суши. 1981 г. Ч. 1. Реки и каналы. Т. 1. Вып. 10. Бассейны Оби (без бассейна Иртыша), Надыма, Пура, Таза. Новосибирск: ЗСУГМС, 1984. 540 c.
  6. Государственный водный кадастр. Ежегодные данные о режиме и ресурсах поверхностных вод суши. 1981 г. Ч. 2. Озера и водохранилища. Т. 1. Вып. 10. Бассейн Карского моря. Новосибирск: ЗСУГМС, 1983. 97 c.
  7. Зиновьев А.Т., Кошелев К.Б., Марусин К.В. Влияние Новосибирского водохранилища на уровни воды реки Оби в период весеннего половодья (территория города Камень-на-Оби) // Вод. хоз-во России: проблемы, технологии, управление. 2020. № 4. С. 6–18.
  8. Карта Новосибирского водохранилища. Новосибирск: Обское гос. бассейновое упр. вод. путей и судоходства, 2007.
  9. Квон В.И., Квон Д.В., Зонов С.Д., Карамышев В.Б., Филатова Т.Н. Численный расчет сезонных изменений термической структуры в равнинных водохранилищах // Совместный вып. журн. “Вычислительные технологии” и журн. “Региональный вестник Востока”. По материалам международ. конф. “Вычислительные и информационные технологии в науке, технике и образовании”. 2003. Ч. 4. C. 277–282.
  10. Комплексные исследования Новосибирского водохранилища / Под ред. Ю.И. Подлипского, Т.С. Чайковской. М.: Гидрометеоиздат, 1985. 134 с.
  11. Многолетняя динамика водно-экологического режима Новосибирского водохранилища / Отв. ред. О.Ф. Васильев. Новосибирск: Изд-во СО РАН, 2014. 393 с.
  12. Савкин В.М., Двуреченская С.Я., Орлова Г.А., Булычева Т.М. Формирование гидролого-гидрохимического режима верхней Оби на участке Новосибирского водохранилища в условиях изменения природно-техногенной ситуации // Сиб. экол. журн. 2003. Т. 10. № 2. С. 171–179.
  13. Федорова Е.А. Особенности осадконакопления в котловинах водохранилищ равнинного и предгорного типа на примере Новосибирского и Красноярского водохранилищ. Дис. … канд. геогр. наук. М.: МГУ, 2016. 178 с.
  14. Филатов Н.Н. Разработка новых моделей термогидродинамики и экосистемы Ладожского озера // Современное состояние и проблемы антропогенной трансформации экосистемы Ладожского озера в условиях изменяющегося климата / Под ред. С.А. Кондратьева. М.: РАН, 2021. С. 491–493.
  15. Филатов Н.Н., Исаев А.В., Савчук О.П. Оценка состояния и прогнозирование изменений гидрологического режима и экосистем крупных озер // Тр. КарНЦ РАН. 2019. № 3. С. 99–113.
  16. Davies A.M., Gerritsen H. An intercomparison of three-dimensional tidal hydrodynamic models of the Irish Sea // Tellus А. V. 46. № 2. P. 200–221.
  17. Delft3D-FLOW. User Manual. Version 4.05. Delft: Deltares, 2023. 701 p. [Электронный ресурс]. https://content.oss.deltares.nl/delft3d4/Delft3D-FLOW_User_Manual.pdf (дата обращения: 17.05.2023)
  18. Gill A.E. Atmosphere-ocean dynamics. New York: Acad. Press, 1982. 652 p.
  19. Goede E.D. de, Graaff R.F. de, Wagner T., Sheets B. Modelling of ice growth and transport on a regional scale, with application to Fountain Lake // Proc. 33rd Int. Conf. Offshore Mechanics Arctic Engineering. San Francisco: Am. Soc. Mechanical Engineers, 2014. V. 45561. P. V010T07A037.
  20. Graaff R.F. de, Lindfors A., Rasmus K., Morelissen R. Modelling of a Thermal Discharge in an Ice-covered Estuary in Finland // Proc. OTC Arctic Technol. Conf. Copenhagen: OTC, 2015. P. OTC–25521.
  21. Hunke E.C., Dukowicz J.K. An elastic-viscous-plastic model for sea ice dynamics // J. Physi. Oceanogr. 1997. P. 849–1867.
  22. Koshelev K.B., Goede E.D. de, Zinoviev A.T., Graaff R.F. de. Modelling of thermal stratification and ice dynamics with application to Lake Teletskoye, Altai Republic, Russia // Water Resour. 2021. V. 48. № 3. P. 368–377.
  23. Kravtchenko V.V. A 2D numerical model of Novosibirsk reservoir flows using a mixed finite element method // Bull. Novosibirsk Computing Center. Ser. Numerical modeling in atmosphere, ocean, and environment studies. 2016. № 19. P. 11–16.
  24. Kravtchenko V.V., Golubeva E.N., Tskhai A.A., Tarhanova M.A., Kraineva M.V., Platov G.A. The Novosibirsk reservoir hydrothermal regime model // Bull. Novosibirsk Computing Center. Seri. Numerical modeling in atmosphere, ocean, and environment studies. 2019. № 17. P. 31–50.
  25. Leendertse J.J. Aspects of a computational model for long-period water-wave propagation. Santa Monica: RAND, 1967. 187 p.
  26. Lietaer O., Fichefet T., Legat V. The effects of resolving the Canadian Arctic Archipelago in a finite element sea ice model // Ocean Modelling. 2008. P. 140–152.
  27. Millero F.J., Poisson A. International one atmosphere equation of state of seawater // UNESCO technical papers in marine science. 1981. V. 38. P. 13–18.
  28. Rayan P.J., Harleman D.R.F., Stolzenbach K.D. Surface heat loss from cooling ponds. // Water Resour. Res. 1974. V. 10. № 5. P. 930–938.
  29. Semtner A.J.Jr. Numerical simulation of the Arctic Ocean circulation // J. Phys. Oceanogr. 1976. P. 409–424.
  30. Stelling G.S., Leendertse J.J. Approximation of convective processes by cyclic AOI methods // Estuarine and coastal modeling. Proc. 2nd Conf. Estuarine Coastal Modelling. Tampa: ASCE, 1992. P. 771–782.
  31. Tskhai A.A., Ageikov V.Yu. Spatiotemporal Model of the Ecosystem of the Novosibirsk Reservoir // Geogr. Natural Resour. 2022. V. 43. Suppl. 1. P. S85–S91.
  32. Tskhai A.A., Ageikov V.Yu., Semchukov A.N. Ecohydrological mechanism of phytoplankton distribution in the water body // IOP Conf. Ser. Earth Environ. Sci. V. 866. Proc. 3rd Int. Sci. Conf. “Sustainable and Efficient Use of Energy, Water and Natural Resources”. St. Petersburg, 2021. [Электронный ресурс]. https://iopscience.iop.org/article/10.1088/1755-1315/866/1/012040/pdf (дата обращения: 20.09.2023)
  33. Tskhai A.A., Ageikov V.Yu., Semchukov A.N. Modeling of the spatial distribution of the components for the ecosystem of the Novosibirsk reservoir // Proc. All-Russian Conf. Int. Participation “Spatial data processing for monitoring of natural and anthropogenic processes” (SDM–2021). Novosibirsk, 2021. P. 557–566. [Электронный ресурс]. http://ceur-ws.org/Vol-3006/66_regular_paper.pdf (дата обращения: 20.09.2023)
  34. Wake A., Rumer R.R. Modeling ice regime of Lake Erie // J. Hydraulics Division. 1979. V. 105. № 7. P. 827–844.
  35. Zhang Y.J., Wu C., Anderson J., Danilov S., Wang Q., Liu Y., Wang Q. Lake ice simulation using a 3D unstructured grid model // Ocean Dynamics. 2023. V. 73. P. 219–230.

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать
2. Рис. 1. Расчетная сетка, уровень дна в ее ячейках относительно НПУ (м), характерные районы Новосибирского водохранилища. Кружки – рейдовые вертикали, малые цифры – их номера, большие цифры – номера районов

Скачать (82KB)
Метаданные
3. Рис. 2. Расчетная толщина (м) льда на Новосибирском водохранилище 7 апреля 1981 г.

Скачать (50KB)
Метаданные
4. Рис. 3. Поверхностная (а) и придонная (б) расчетная температура воды Новосибирского водохранилища в полдень 14 июня 1981 г. (°C)

Скачать (59KB)
Метаданные
5. Рис. 4. Вертикальное распределение расчетной (сплошная линия) и измеренной (точки) температуры воды на рейдовой вертикали № 14 (у плотины ГЭС) Новосибирского водохранилища для моментов наибольшей стратификации по данным измерений. а – 10 июня, б – 19 июня, в – 1 июля, г – 20 июля, д – 10 августа, е – 20 августа

Скачать (86KB)
Метаданные
6. Рис. 5. Расчетная температура воды Новосибирского водохранилища для поверхностных боксов районов 1 (1), 9 (9) и 10 (10) за 1981 г.

Скачать (82KB)
Метаданные
7. Рис. 6. Расчетная температура воды Новосибирского водохранилища для поверхностного (1), среднего (2) и придонного (3) боксов района 8 за 1981 г.

Скачать (65KB)
Метаданные

© Российская академия наук, 2024