Ростов-на-Дону, Россия
Ростов-на-Дону, Россия
Ростов-на-Дону, Россия
ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ НАУКИ «ФЕДЕРАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ЦЕНТР ЮЖНЫЙ НАУЧНЫЙ ЦЕНТР РОССИЙСКОЙ АКАДЕМИИ НАУК» (ЮНЦ РАН)
Ростов-на-Дону, Россия
Ростов-на-Дону, Россия
УДК 504.454 Устья рек, эстуарии, дельты
УДК 55 Геология. Геологические и геофизические науки
УДК 550.34 Сейсмология
УДК 550.383 Главное магнитное поле Земли
ГРНТИ 37.01 Общие вопросы геофизики
ГРНТИ 37.15 Геомагнетизм и высокие слои атмосферы
ГРНТИ 37.25 Океанология
ГРНТИ 37.31 Физика Земли
ГРНТИ 38.01 Общие вопросы геологии
ГРНТИ 36.00 ГЕОДЕЗИЯ. КАРТОГРАФИЯ
ГРНТИ 37.00 ГЕОФИЗИКА
ГРНТИ 38.00 ГЕОЛОГИЯ
ГРНТИ 39.00 ГЕОГРАФИЯ
ГРНТИ 52.00 ГОРНОЕ ДЕЛО
ОКСО 05.00.00 Науки о Земле
ББК 26 Науки о Земле
ТБК 63 Науки о Земле. Экология
BISAC SCI SCIENCE
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.
балансовая модель, взвешенное вещество, программный комплекс HEC-RAS, штормовой нагон, дельта Дона
1. Барышников Н. Б. и Попов И. В. Динамика русловых процессов. — Ленинград : Гидрометеоиздат, 1988. — 455 с. — EDN: https://elibrary.ru/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:https://doi.org/10.31857/S2686739722030057.; ; EDN: https://elibrary.ru/REQBQV
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:https://doi.org/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:https://doi.org/10.31857/S0030157421040055.; ; EDN: https://elibrary.ru/GGHROS
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:https://doi.org/10.25686/2306-2827.2022.2.80.; ; EDN: https://elibrary.ru/HXLUVO
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:https://doi.org/10.7868/25000640230104.; ; EDN: https://elibrary.ru/AYXVXA
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: https://elibrary.ru/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:https://doi.org/10.2205/2023es000856.; DOI: https://doi.org/10.2205/2023ES000856; EDN: https://elibrary.ru/NBKDRS
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: https://elibrary.ru/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:https://doi.org/10.7868/S25001640190406.; ; EDN: https://elibrary.ru/NNMKIK
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: https://elibrary.ru/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:https://doi.org/10.22449/0233-7584-2020-5-582-594.; ; EDN: https://elibrary.ru/LXWOYR
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:https://doi.org/10.1016/j.seares.2023.102373.; ; EDN: https://elibrary.ru/MZKMFX
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:https://doi.org/10.1016/j.ecss.2016.06.018.; ; EDN: https://elibrary.ru/YWMWJF
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:https://doi.org/10.1016/B978-0-12-814003-1.00036-8.; ; EDN: https://elibrary.ru/VVCLZW
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:https://doi.org/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:https://doi.org/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:https://doi.org/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:https://doi.org/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:https://doi.org/10.1029/2020JC016810.; DOI: https://doi.org/10.1029/2020jc016810; EDN: https://elibrary.ru/SVIPJP
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:https://doi.org/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:https://doi.org/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:https://doi.org/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:https://doi.org/10.1007/978-3-030-72543-3_18.; ; EDN: https://elibrary.ru/YQVSLZ
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:https://doi.org/10.1007/s13753-021-00355-5.; ; EDN: https://elibrary.ru/ZZDPGJ
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:https://doi.org/10.1007/s11852-015-0396-6.; ; EDN: https://elibrary.ru/YUZXSB
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:https://doi.org/10.1155/2014/948731.
