Развитие методов расчета водообмена для полузамкнутых акваторий береговой зоны
Диссертация
Научная новизна. В настоящей диссертации разработана, реализована и верифицирована математическая модель течений, формируемых ветром в полузамкнутых акваториях береговой зоны. Модель численно реализована с помощью разностного алгоритма на основе метода контрольного объема для гидродинамических уравнений. Используется кинетическая схема, не требующая дополнительного задания границ области. Модель… Читать ещё >
Содержание
- ГЛАВА 1. ФАКТОРЫ, ОПРЕДЕЛЯЮЩИЕ КАЧЕСТВО ВОДЫ В БЕРЕГОВОЙ ЗОНЕ на примере береговой зоны Черного моря)
- 1. 1. Влияние антропогенной деятельности на процессы формирования качества воды
- 1. 1. 1. Виды и источники загрязнения вод береговой зоны
- 1. 1. 2. Классификация еод по интегральным показателям качества
- 1. 1. 3. Комплекс гидрохимических параметров — показателей качества воды
- 1. 2. Гидрометеорологические характеристики
- 1. 2. 1. Температурный режим
- 1. 2. 2. Радиационные условия
- 1. 2. 3. Ветровой режим
- 1. 3. Анализ современной нормативной базы по охране водных объектов
- 1. 1. Влияние антропогенной деятельности на процессы формирования качества воды
- ГЛАВА 2. МАТЕМАТИЧЕСКИЕ МОДЕЛИ ВОДООБМЕНА И РАСПРОСТРАНЕНИЯ ЗАГРЯЗНЯЮЩИХ ВЕЩЕСТВ
- 2. 1. Иерархия моделей
- 2. 1. 1. Постоянно действующие модели
- 2. 1. 2. Применимость 0-мерных моделей для оценки распространения загрязнений в полузамкнутых акваториях береговой зоны
- 2. 1. 2. 1. Камерная (0-мерная) модель распространения примеси
- 2. 1. 2. 2. Анализ условий применимости камерной модели
- 2. 1. 3. Аналитические решения уравнений распространения примеси
- 2. 1. 4. Типы численных моделей
- 2. 2. Математические модели течений, индуцированных ветровыми потоками
- 2. 1. Иерархия моделей
- ГЛАВА 3. ЧИСЛЕННЫЕ МЕТОДЫ РАСЧЕТА ГИДРАВЛИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК В ПОЛУЗАМКНУТЫХ АКВАТОРИЯХ БЕРЕГОВОЙ ЗОНЫ
- 3. 1. Методы построения конечно-разностных аналогов уравнений гидродинамики
- 3. 1. 1. Метод конечных разностей
- 3. 1. 2. Метод контрольного объема
- 3. 2. Основные требования к применяемой численной схеме для решения гидродинамических уравнений
- 3. 2. 1. Условие устойчивости схемы
- 3. 2. 2. Сходимость применяемой схемы
- 3. 1. Методы построения конечно-разностных аналогов уравнений гидродинамики
- 4. 1. Расчет скорости ветрового течения и расхода воды в акваторию/из акватории на основе 0-мерных моделей на примере акватории Геленджикской бухты)
- 4. 2. Расчет параметров водообмена с использованием двумерных моделей с осреднением по глубине на основе решений уравнений Сен-Венана
- 4. 2. 1. Кинетическая схема для уравнений Сен-Венана
- 4. 2. 2. Решение тестовой задачи, верификация модели
- 5. 1. Модели динамики водных систем
- 5. 2. Модель эволюции значений гидрохимических параметров в полузамкнутых акваториях береговой зоны
- 5. 2. 1. Постановка задачи
- 5. 2. 2. Структура модели
- 5. 2. 3. Уравнение модели
- 5. 2. 4. Исходная информация для моделирования
- 5. 2. 5. Результаты моделирования и исследование влияния водообмена на процессы формирования качества воды
- 5. 3. Системно-динамический подход при моделировании качества воды в полузамкнутых водных объектах
Список литературы
- Айбулатов H.A., Басс О. В. Антропогенный фактор в развитии береговой зоны Балтийского моря. Водные ресурсы. 1983, № 3, с.127−134
- Амирханов М.М., Лукашина Н. С., Трунев А. П. Природные рекреационные ресурсы, состояние окружающей среды и экономико-правовой статус прибрежных курортов. Москва. Экономика. 1997, 208 с.
- Андерсон Д., Таннехилл Дж., Плетчер Р. Вычислительная гидромеханика и теплообмен. Москва. Мир. 1990. Том 1, 384 с.
- Анисимов Л. А., Донская Н. Ю., Комаров A.B. Геленджикский район Краснодарского края. Опыт геоэкологической характеристики. Саратов. 1992, 63 с.
- Антонцев С.Н., Епихов Т. П., Кошеваров A.A., Системное математическое моделирование процессов водообмена. Новосибирск.Наука. 1986,215с.
- Белолипецкий В.М., Костюк В. Ю., Шокин Ю. И., Математическое моделирование течений стратифицированной жидкости. Новосибирск. Наука. 1991, 176 с.
- Беляев В.И., Кондуфорова Н. В., Математическое моделирование экологических систем шельфа. Киев. Наукова Думка. 1990, 240с.
- Буденная Ж., Волков Б. Стандартизация и качество защиты окружающей среды. Стандарты и качество. Москва. № 6, 2000, с.64−67.
- Виноградова Л.А., Васильева В. Н. Многолетняя динамика и моделирование состояния экосистемы прибрежных вод СевероЗападной части Черного моря. С-Пб. Гидрометеоиздат. 1992,110 с.
- Гидрометеорология и гидрохимия морей. Том IV. Черное море. Выпуск 3. Современное состояние загрязнения вод Черного моря. Экоси-Гидрофизикс. Севастополь. 1996. 230с.
- Гидрометеорология и гидрохимия морей СССР. Том IV. Черное море. Выпуск 1. Гидрометеорологические условия. С.-Пб. Гидрометеоиздат. 1991.430 с.
- Гидрометеорология и гидрохимия морей СССР. Том IV. Черное море. Выпуск.2. Гидрохимические условия и океанологические основы формирования биологической продуктивности. С-Пб. Гидрометеоиздат. 1992, 220с.
- Гусева Т.В., Молчанова Я. П., Заика Е. А., Виниченко В. Н., Аверочкин Е. М. Гидрохимические показатели состояния окружающей среды. Справочные материалы. Эколайн. 2000 (Интернет версия http://www.ecoline.ru/mc/refbooks/hydrochem)
- Давидан В.И. Ветер и волны в океанах и морях. Справочные данные. Ленинград. Транспорт. 1974, 389 с.
- Давидан И.Н., Лопотухин Л. И., Рожков В. А., Ветровое волнение как вероятностный гидродинамический процесс. Ленинград. Гидрометеоиздат. 1978, 287 с.
- Добровольская З.Н., Епихов Г. П., Корявов П. П., Моисеев H.H., Математические модели для расчета динамики и качества сложных водных систем. Водные ресурсы. 1981. № 3, с.33−51
- Долотов Ю.С. Проблемы рационального использования и охраны прибрежных областей Мирового океана. М. Научный мир. 1996, 304 с.
- Кантаржи И.Г. Системный анализ и моделирование в инженерной экологии. Устойчивое развитие и экологические проблемы промышленности. Часть 5. Изд-во СТАНКИН. 2000 с.6−35
- Кантаржи И.Г. Моделирование эволюции экосистем полузамкнтых береговых акваторий. Международная конференция по управлению береговыми зонами и связям с морскими науками. С-Пб. Тезисы докладов. РГГУ.2000, стр.24
- Кантаржи И.Г., Сапова Н. О., Гордеева Т.Б. Научно-технический отчет по международному научно-исследовательскому проекту
- Моделирование качества воды и рекомендации по управлению для127закрытых и частично закрытых водных акваторий Черного моря". МГТУ СТАНКИН. 2000, 50с.
- Кантаржи И.Г., Гордеева Т. Б. Эволюция качества вод в ограниченных водных акваториях. IV Международный конгресс «Вода: экология и технология», ЭКВАТЭК-2000. Москва. ЗАО «Фирма СИБИКО Интернэйшнл». 2000, с. 88−89
- Кантаржи И.Г., Майрановский Ф. Г. Развитие береговой зоны моря и проблемы качества воды (на примере Болгарского побережья Черного моря). Водные ресурсы. 1998, № 5, том 25, с.631−638
- Кривошея В.Г., Овчинников И. М., Титов В. Б. Динамика течений в прибрежной зоне. В кн. Комплексные исследования техногенного загрязнения в прибрежной зоне Кавказского шельфа Черного моря. 1994, стр.36−46
- Кривошея В.Г., Овчинников И. М., Титов В. Б., Удодов А. И. Циркуляция вод в Геленджикской бухте и ее водообмен с морем. В кн. Комплексные исследования техногенного загрязнения в прибрежной зоне Кавказского шельфа Черного моря. 1994. стр.46−56
- Крутов А.Н. Развитие теории и методов прогнозов распространения загрязняющих веществ в поверхностных водах аридных зон. Автореферат диссертации на соискание ученой степени д.т.н. Москва. 1997, 32 с.
- Крылов Ю.М., Стрекалов С. С., Цыплухин В. Ф. Ветровые волны и их воздействие на сооружения. Ленинград. Гидрометеоиздат. 1976, 256с.
- Лавренов И.В. Математическое моделирование ветрового волнения в пространственно-однородном океане. С-Пб. Гидрометеоиздат. 1998. 499 с.
- Ландау Л.Д., Лифшиц Е. М., Гидродинамика. Москва. Наука. 1988, 733 с.
- Макаров К.Н. Основы проектирования берегозащитных мероприятий. Сочи. 1999. 222 с.
- Марчук Г. И. Методы вычислительной математики. Москва. Наука. 1977, 454 с.
- Марчук Г. И., Саркисян A.C. Математические модели циркуляции в океане. Наука. Новосибирск. 1980, 288 с.
- Моделирование распространения примеси в океане. Практикум по динамике океана. Ред. Некрасов A.B., С.-Пб. Гидрометеоиздат. 1992, с.259−278
- Офицеров A.C. К вопросам моделирования волн. Труды координационных совещаний по гидротехнике. Выпуск 50. 1972, с. 681−691
- Пейре Р., Тейлор Т. Д. Вычислительные методы в задачах механики жидкостей. Ленинград. Гидрометеоиздат. 1986, 352 с.
- Проблемы исследования и математического моделирования ветрового волнения. Под ред. Давидана.И.Н. С.-Пб. Гидрометеоиздат. 1995.472 с.
- Черного моря на стандартном разрезе от Геленджика к центру моря (ноябрь 1997). Океанология. 2000, том 40, № 1, с. 30−36
- Роуч П. Вычислительная гидродинамика. Москва. Мир. 1980, 616 с.
- Скопинцев Б.А. Формирование современного химического состава вод Черного моря. Ленинград. Гидрометеоиздат. 1975, 336с.
- Смит Дж. Математические модели в экологии. Москва. Мир. 1976, 184 с.
- Справочник по гидравлике. Под ред. Большакова В. А., Киев. Вища школа. 1977, 280с.
- Справочник по гидрохимии. Ред. Никаноров A.M. Ленинград. Гидрометеоиздат. 1989. 392 с.
- Стил. Дж. А. Развитие водорослей в водохранилище. Математические модели контроля загрязнения воды. Ред.Джеймс. Москва. Мир. 1981, с. 133−163
- Фальковская Л.Н., Каминский B.C., Пааль Л. Л., Грибовская И. Ф., Основы прогнозирования качества поверхностных вод. Москва. Наука. 1982, 182 с.
- Харлеман Д.Р. Ф. Процессы диффузии в стратифицированном потоке. В кн. Гидродинамика береговой зоны и эстуариев. Москва. Мир. 1980, с.304−312
- Циркуляция вод в Геленджикской и Цемесской бухтах и особенности водообмена с морем. В кн. Техногенное загрязнение и процессы естественного самоочищения Прикавказской зоны Черного моря. Москва. Недра. 1996. с. 189−202
- Цхай A.A., Агейков В. Ю. Математическое моделирование процессовтрансформации соединений азота и фосфора и изменчивости130кислородного режима в водохранилищах. Водные ресурсы. 1997, том 24, № 6, с.718−728
- Штеренлихт Д.В. Гидравлика. Москва. Энергоатомиздат. 1984. 640 с.
- Якушев Е.В. Численное моделирование трансформации соединений азота в окислительно-восстановительной зоне Черного моря. Океанология. 1992, вып.2, т.32, с. 257−262
- Якушев Е.В., Часовников В. К. Влияние динамики вод на гидрохимическую структуру в северо-восточной части Черного моря. Водные ресурсы. 2001, том 28, № 2, с.211−216
- Alcrudo F., Garcia-Navarro P., A High-Resolution Godunov-tipe Scheme in Finite Volumes for 2D Sallow-water Equations. Numerical Methods in Fluids. 1993, Vol. 16, pp.489−505
- Ambrosi D. Approximation of Shallow Water Equations by Roes Rieman Solver. J. Numerical Methods in Fluids. 1995. vol.20, pp. 157−168
- Audusse E., Bristeau M.-O., Perthame B. Kinetic schemes for Saint-Venant equations with sourse term on unstructured grid. Rapport de recherche. INRIA.(France), 2000, 41 p.
- Balas L., Ozhan E. An Implicit Three Dimensional Numerical Model to Simulate Transport Processes in Coastal Water Bodies. International Journal for Numerical Methods in Fluids, John Wiley & Sons, 2000, Vol. 34, pp.307−339
- Bermudes A., Dervieux A., Desideri J.A., Vasquez M.E. Upwind schemes for two-dimentional shallow water equations with variable depth using unstructured meshes. Computational Methods Applications in Mechanical Engineering. 1998. № 1−2, pp.49−72
- Bill. T. Ray. Environmental Engineering. Boston. 1995, 496 c.
- Carpenter.S, N.F.Caraco, D.L.Correll, R.W.Howarth, A.N.Sharpley, V.H.Smith. Nonpoint Pollution of Surface Waters with Phosphororus and Nitrogen. Issues in Ecology. Ecological Society of America. № 3, 1998. (Интернет версия ht№://esa.sdsc.edu)
- Chu C.R., Soong C.K. Numerical simulation of wind-induced entrainment in a stably stratrified water basin. Journal of Hydraulics research. 1997, Vol.35, № 1, pp.21−41
- Eleuterio F. Toro. Rieman Solvers and Numerical Methods for Fluid Dynamics. A Practical Introduction. Springer. International Edition. 1997, 357p.
- Ford A. Modelling the Environment. An introduction to System Dynamics Modelling of Environmental Systems. Island Press. US. 1999. 401 pp.
- Gaillard P. Numerical Modelling of Wave-Indused Currents in the Presence of Coastal Structures. Coastal Engineering. № 12, 1988, pp.63−81
- Goedkoop, M. & R. Spriensma. The Eco-indicator 99, A Damage Oriented Method for Life Cycle Impact Assessment. Pre Consultants
- B.V., Rotterveg. 1999, 124 p.
- Hapoglu-Balas L. Modelling of Transport Processes in Shalow Lagoons. Ph.D. Thesis, Middle East Technical University, Ankara, Turkey. 1997, 127p.
- Hapoglu-Balas L., Ozhan E. Three dimentional modelling of transport processes in Goksu Lagoon System. Proc. of the Mediterranean Beach Management Workshop, MEDCOAST, 1997, pp. 1061−1072
- Kantardgi I.G. Water exchange for enclosed coastal areas. Tidal and no tidal seas. International Conference «Oceanography of the Eastern Mediterranean and Black Sea». Abstracts. Athens, Greece, 23−26 February 1999, pp.197−198.
- Kantardgi I. Eco-indicator Method in Coastal Waters Environmental Management. Proc. of the Fifth International Conference on the
- Mediterranean Coastal Environment, MEDCOAST 01, 23−27 October 2001, Hammamet, Tunisia, pp.359−369
- Kantardgi I., Mayranowsky F. Costal Zone Development and Coastal Water Quality. Proc. of the 1st International Conference «Port. Cost. Environment», Varna. Bulgarian Coastal Association. 1997, vol.1, pp. 145 153
- Kantardgi I. Groin Area Water Exchange. Journal of Hydraulic Research. 1996, vol. 34, pp.161−172
- Kantardgi I., Sapova, N. Port and Coastal Engineering and Their Impacts on the Coastal Zone Environment, Proc. First International Conf. on Marine Industry MARIND'96, 2−7 June 1996, Varna, Bulgaria, v. III, pp. 311−319
- Kantardgi, I., Gordeeva, T., Oniakova, E. The Environmental Impact Assessment of Natural Coastal Resources. IV International Conference on Coasts, Ports & Marine Structures ICOPMAS 2000. Book of abstracts, P. S.O., pp.1−2
- Kantardgi I., Mairanovsky F., Sapova, N., Water Exchange and Water Quality in Coastal Zone in the Presence of Structures. Coastal Engineering. 1995, vol.26, pp.207−223
- Kantardgi I., Conflicts in the Coastal Zone. Mathematical Models for Teaching, International Conf. «Education and Training in Integrated Coastal Area Management». 1999, FrankoAngeli s.r.l., Milano, Italy, p. 234
- Kantardgi I.G., Kos’yan, R.D. Water Circulation and Sediment Transport in Coastal Area with Structures. COASTAL DYNAMICS'95, International
- Conference on coastal Research in terms of Large Scale Experiments, September 4−8, 1995, Book of abstracts, Gdansk, Poland, pp. 82- 83
- Kej Asger. Numerical models in pollution control. Coastal pollution control. Volume 1. DANIDA.Denmark. 1976. pp.94−116
- Kharif C., Boiron O., Rey V., Talipova T. Physical and numerical modeling in environmental engineering. Sustainable development and environmental problems of industry. Chapter 6. Russian-English Edition, STANKIN. 2000. p.37−75.
- Koutitas C. G. Mathematical Models in Coastal Engineering. London. Pentech Press. 1988. 180 p.
- Langendoen E.J., Booij R., Kranenburg C. Flow patterns and exchange of matter in tidal harbours. Journal of Hydraulics research. Vol.32., 1994, № 2, pp. 259−270
- Li C. W, Gu J. 3D layered-integrated modelling of mass exchange in semi-enclosed water bodies. Journal of Hydraulic Research. Vol.39, 2001, № 4, pp.403−411
- Louaked M., Hanich L. Total Variation Diminishing scheme for shallow water equations. Journal of Hydraulics research.Vol.36, 1998, № 3 pp.363−378
- Mass, E.I., Kantardgi, I.G., Numerical Methods for Hydrodynamics Study of Wave Processes in Coastal Area. Conf. on Computer Technique and Advanced Scientific Instrumentation in Ship Hydrodynamics. Bulgaria, 1984, Proc., vol.3
- Murakami K. Water exchange in enclosed coastal seas. Report of the Port and Harbor Research Institute, vol.31, no.5, 1993
- Nishimura H., Maruyama K., Sakurai T. On the Numerical computation of nearshore currents. Coastal Engineering in Japan. Vol. 28, 1985, pp.137−145
- Ozhan E, Hapoglu-Balas L. Coastal water quality management and beaches. Proc. of the Mediterranean Beach Management Workshop, MEDCOAST 1995, pp.997−1009
- Silvester R., Hsu J.R.C. Coastal Stabilization. Innovative Concepts. New Jersey. Englewood Cliffs. 1993,578 p.
- Solovjova N.V. Synthesis of ecosystrmic and ecoscreening modelling in solving problems of ecological safety. Ecological Modelling, 1999, № 124, p.1−10
- Strategic Action Plan for the Rehabilitation and Protection of the Black Sea. Istanbul. 1996, 29 p.
- Tao J., Li. Q., Falconer R. A., Lin B. Modelling and assesement of water quality indicators in a semi-enclosed shallow bay. Journal of Hydraulic Research. Vol. 39. 2001. № 6. pp.611−617
- Versteeg H.K., Malalasekera W. An introduction to Computational Fluid Dynamics. The Finite Volume Method. Longman. 1995, 425c.
- Wai O.W.H, Q.Lu. Multi-layer modelling of three-dimentional hydrodynamic transport processes. Journal of Hydraulics research. Vol.34, 1996, № 5, pp. 677−694
- Wood I.R., Bell R.G., Wilkinson D.L. Ocean Disposal of Wastewater. Advanced Series on Ocean Engineering. Volume 8. Wold Scientific. Singapore-New Jersey-London-Hong Kong, 1993, 426p.