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

Сергей Владимирович Бердников,Игорь Викторович Шевердяев,Алексей Владимирович Клещенков,Валерий Валерьевич Кулыгин

ПРЕПРИНТ

Эта статья является препринтом и не была отрецензирована.
О результатах, изложенных в препринтах, не следует сообщать в СМИ как о проверенной информации.

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

С. В. Бердников,

И. В. Шевердяев,

А. В. Клещенков,

В. В. Кулыгин

2023-07-25

https://doi.org/10.24108/preprints-3112769

Предложен подход к совместному применению гидрологической модели HEC RAS и мультикомпартментальной балансовой модели для описания переноса и трансформации взвешенных веществ в речной дельте. В устьевой области реки выделяются гидрологические районы (компартменты): русловые районы (основное русло, рукава и протоки дельты), пойменные районы, затапливаемые при высоких паводках и штормовых нагонах со стороны моря, и авандельта. Для выделенных районов строится динамическая модель баланса воды и веществ, переносимых водными массами. Введена параметризация процессов оседания взвешенных веществ и их взмучивания (ресуспензии) 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 сделан на оценке влияния морских штормовых нагонов на перенос и оседание взвешенных веществ в речную дельту в сравнении с гидрологическим режимом при отсутствии нагонов. Для описания потоков воды между районами, скоростей движения, динамики уровня и процессов затопления поймы применяется детальная гидрологическая модель HEC RAS, адаптированная к условиям устьевой области р. Дон. На основе данных полевых наблюдений в дельте Дона выполнена калибровка параметров модели и их верификация. Выполнены расчеты переноса и накопления взвешенных веществ в устьевой области Дона для двух гидрологических режимов – без и с учетом нагона воды со стороны моря. Рассмотрена пространственно-временная изменчивость концентрации и гранулометрического состава взвешенных наносов в зависимости от гидрологических условий. Показано, что при нагоне воды с моря в дельту может поступать и накапливаться в ней более 21 % взвешенного материала, поступающего с нагонными морскими водами.

Ссылка для цитирования:

Бердников С. В., Шевердяев И. В., Клещенков А. В., Кулыгин В. В. 2023. 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. PREPRINTS.RU. https://doi.org/10.24108/preprints-3112769

Список литературы

1. Berdnikov S.V., Sorokina V.V., Kleshchenkov A.V., Tyutyunov Yu.V., Kulygin V.V., Kovaleva G.V., Bulysheva N.I. Marine indicators of climate change in the Azov Sea ecosystem // Journal of Sea Research. Volume 193, June 2023, 102373. https://doi.org/10.1016/j.seares.2023.102373

2. Day JW, Agboola J, Chen Z, D’Eliaa, D., Forbesd, D. L., Giosane L, et al. Approaches to defining deltaic sustainability in the 21st century. Estuarine, Coastal and Shelf Science 2016.

3. Day JW, Rybczyk JM. Global Change Impacts on the Future of Coastal Systems: Perverse Interactions Among Climate Change, Ecosystem Degradation, Energy Scarcity, and Population. Coasts and Estuaries 2019.

4. Dieng HB, Cazenave A, Meyssignac B, Ablain M. New estimate of the current rate of sea level rise from a sea level budget approach. Geophysical Research Leters 2017.

5. Dunn FE, Darby, S.E., Nicholls R, Cohen S, Zarﬂ C, Fekete BM. Projections of declining ﬂuvial sediment delivery to major deltas worldwide in response to climate change and anthropogenic stress. Environental Res.erch Letters 2019; 14.

6. Gusarov AV. Land-Use/-Cover Changes and Their Effect on Soil Erosion and River Suspended Sediment Load in Different Landscape Zones of European Russia during 1970–2017. Water 2021; 13: 1631.

7. Hicks, F., Peacock, T. Suitability of HEC-RAS for flood forecasting // Canadian Water Resources Journal. — 2005. — Vol. 30, No. 2. — 30(2), P .159-174. — DOI: 10.4296/cwrj3002159.

8. Pandey, S., Rao, A. D., & Haldar, R. (2021). Modeling of Coastal inundation in response to a tropical cyclone using a coupled hydraulic HEC-RAS and ADCIRC model. Journal of Geophysical Research: Oceans, 126, e2020JC016810. https://doi.org/10.1029/2020JC016810

9. Rasghleigh B, Lagutov, V., Salthe, T. Ecosystem Services of Rivers: The Don River (Russian Federation) and the Roanoke River (USA) In: Lagutov V, editor. Environmental security in watersheds: the Sea of Azov, Rostov-on-Don, 2010.

10. Syvitski JPM, Milliman JD. Geology, geography, and humans battle for dominance over the delivery of fluvial sediment to the coastal ocean. The Journal of Geology 2007; 115: 1-19.

11. Tessler ZD, Vörösmarty CJ, Grossberg M, Gladkova I, Aizenman H, Syvitski JPM, et al. Profiling risk and Science 2015; 349

12. The LPJmL (Lund-Potsdam-Jena managed Land) model [Электронный ресурс]. — URL: https://www.pik-potsdam.de/en/institute/departments/activities/biosphere-water-modelling/lpjml (дата обращения 15.07.2021).

13. The place for HEC-RAS modelers [Электронный ресурс]. — URL: https://www.kleinschmidtgroup.com/ras-post/hec-ras-6-0-beta-is-now-available/ (дата обращения 17.11.2020).

14. Venevsky S., Berdnikov S., Day John W., Sorokina V., Gong P., Kleshchenkov A., Kulygin V., Li W., Misirov S., Sheverdyaev I, Yuan C., Giosan L. Don River Delta Hydrological and Geomorphological Transformation Under Anthropogenic and Natural Factors: Century and Decadal Perspectives. Available at SSRN: https://ssrn.com/abstract=4474057 or http://dx.doi.org/10.2139/ssrn.4474057

15. Venevsky S., Berdnikov S., Sorokina V., Kulygin V., Kleshchenkov A., Sheverdyaev I., Arkhipova O., Dashkevich L., Gerasyuk V., Mesropyan K., Ukrainsky P., Yaitskaya N. (2022). Coastal Deltas of Big Rivers as Synergetic Transformation Elements of the Earth System—(An Example of the Don River Delta). In: Chenchouni, H., et al. New Prospects in Environmental Geosciences and Hydrogeosciences. CAJG 2019. Advances in Science, Technology & Innovation. Springer, Cham. https://doi.org/10.1007/978-3-030-72543-3_18

16. Venevsky, S., Maksyutov, S. SEVER: a modification of the LPJ global dynamic vegetation model for daily time step and parallel computation // Environmental Modelling and Software. — 2006. — Vol. 22, No. 1 — P. 104-109. — DOI: 0.1016/j.envsoft.2006.02.002.

17. Wang М., Venevsky S., Wu Ch., Berdnikov S., Sorokina V., Kulygin V. Description of local carbon flux from large scale gridded climate data by a dynamic global vegetation model at variable time steps: Example of Euroflux sites // Science of The Total Environment. — 2021. — Vol. 756. — 143492. — DOI: 10.1016/j.scitotenv.2020.143492.

18. Wang, X., Guo, Y. & 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. Int J Disaster Risk Sci 12, 1–15 (2021). https://doi.org/10.1007/s13753-021-00355-5

19. Wei Zhang, Qiong Jia, and Xiaowen Chen Numerical Simulation of Flow and Suspended Sediment Transport in the Distributary Channel Networks//Journal of Applied Mathematics. Volume 2014, Article ID 948731, 9 pages. http://dx.doi.org/10.1155/2014/948731

20. Wolters ML, Kuenzer, C. Vulnerability assessments of coastal river deltas - categorization and review. Journal of Coastal Conservation 2015; 19: 345-368.

ПРЕПРИНТ

ИНФОРМАЦИЯ