Бесплатный автореферат и диссертация по наукам о земле на тему

Исследование механизмов формирования поля концентрации взвешенных песчаных наносов в береговой зоне

ВАК РФ 25.00.28, Океанология

Автореферат диссертации по теме "Исследование механизмов формирования поля концентрации взвешенных песчаных наносов в береговой зоне"

На правах рукописи

Крыленко Марина Владимировна

ИССЛЕДОВАНИЕ МЕХАНИЗМОВ ФОРМИРОВАНИЯ ПОЛЯ КОНЦЕНТРАЦИИ ВЗВЕШЕННЫХ ПЕСЧАНЫХ НАНОСОВ В

БЕРЕГОВОЙ ЗОНЕ

Специальность 25 00 28 - Океанология

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени кандидата географических наук

Геленджик - 2007

003070264

Работа выполнена в Южном отделении Института океанологии им П П Ширшова Российской Академии наук (г Геленджик)

Научные руководители:

Доктор географических наук, профессор Рубен Дереникович Косьян Доктор физико-математических наук, Сергей Юрьевич Кузнецов

Официальные оппоненты:

Доктор технических наук, профессор Владимир Кириллович Дебольский Кандидат географических наук, доцент Виктор Семенович Архипкин

Ведущая организация:

Государственный океанографический институт (г Москва)

Защита состоится Щ мая 2007 года в ''' часов на заседании диссертационного совета К 002 239 01 при Институте океанологии им ПП Ширшова РАН по адресу 117997, Москва, Нахимовский пр , 36

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Института океанологии им П П Ширшова РАН

Автореферат разослан » апреля 2007 года

Ученый секретарь диссертационного совета кандидат географических наук

Панфилова С Г

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы

Исторически сложилось, что на побережьях морей и океанов концентрировались населенные пункты, промышленные и транспортные объекты В условиях возрастания антропогенной нагрузки на прибрежные территории реализация концепции устойчивого развития возможна только с учетом всех факторов и процессов, определяющих состояние берегов (Коз'уап, Ма§ооп, 1993, Уевт, 1уапоу, Коз'уап, 1996, Коз'уап е1 а1, 2000, 2005, Крыленко, 2001,Айбулатов, 2005)

Морфолитодинамика берегов и прибрежного рельефа дна во многом определяется характером перемещения наносов в береговой зоне под воздействием волн и течений Строительство и эксплуатация гидротехнических сооружений, создание проектов защиты берегов, обеспечение экологической безопасности и рекреационного режима пляжей невозможно без учета процесса перемещения наносов в береговой зоне (Кик1еу е1 а1, 1993, Коз'уап е1 а1, 2005)

Значительная часть песчаных наносов во время шторма переносится во взвешенном состоянии, поэтому понимание закономерностей их взвешивания и особенностей пространственного распределения необходимо для достоверных расчетов вдольберегового и поперечного потока наносов Одной из приоритетных современных проблем исследования береговой зоны является описание пространственно-временной изменчивости поля концентрации взвешенных наносов

Целью работы является развитие представлений о механизмах формирования и пространственно-временной изменчивости поля концентрации взвешенных осадков нерегулярными волнами в береговой зоне на основе натурных данных

Для достижения поставленной цели в процессе работы посредством анализа полученных экспериментальных данных решались следующие задачи

• Описание изменчивости вертикального распределения концентрации взвеси на частотах индивидуальных волн и их групп

• Оценка условий возникновения турбулентности, пространственно-временных характеристик турбулентных областей и влияния турбулентности на концентрацию взвешенных наносов

• Создание модели флуктуаций концентрации взвешенных наносов и проверка достоверности модели на основе экспериментальных данных

Положения, выносимые на защиту:

• Показано, что высокочастотная изменчивость вертикального распределения концентрации взвешенных песчаных наносов в береговой зоне определяется параметрами индивидуальных волн, а частота возникновения пиков концентрации - низкочастотными характеристиками волнения

• На основе экспериментальных данных подтверждено, что величина кинетической энергии турбулентных вихревых структур является наиболее существенным фактором, влияющим на формирование поля концентрации взвешенных наносов в зоне разрушения волн

• Представлена модель флуктуаций концентрации взвешенных песчаных наносов под деформированными волнами, учитывающая конвективные механизмы распространения взвеси, параметры индивидуальных волн и групповую структуру волнения

Научная новизна работы.

Впервые на основе натурных данных описаны особенности изменчивости поля концентрации взвеси с дискретностью меньшей, чем период волны Определены характеристики турбулентности, генерируемой в береговой зоне волновыми движениями, получены оценки роли турбулентности во взвешивании наносов при разных режимах волнения Подтверждена гипотеза о значительной роли низкочастотных колебаний турбулентной энергии в формировании поля взвеси Показано наличие локального конвективного механизма взвешивания наносов над рифельным дном

Все полученные в работе результаты обладают научной новизной и соответствуют современному мировому уровню знаний по данной проблеме

Фактический материал.

Работа основана на оригинальных экспериментальных данных, полученных специалистами Института океанологии им П П Ширшова РАН и его Южного отделения во время натурных экспериментов, проведенных на берегах Черного, Северного и Средиземного морей в период с 1994 по 2003 годы, а также результатах лабораторного эксперимента, сделанного сотрудниками Университета Восточной Англии в 1999 г

Личный вклад автора существенен на всех этапах проведенных исследований Значительная часть натурных экспериментальных результатов получена при непосредственном участии автора Обработка экспериментальных данных, расчеты, интерпретация полученных результатов была выполнена непосредственно автором либо в соавторстве с сотрудниками ЮО ИО РАН и ИО РАН

Практическая значимость работы

Результаты исследования могут оказаться полезными при работах, связанных с защитой от заносимости портов и каналов, строительством гидротехнических сооружений, для определения оптимальных трасс морских подходных каналов, прокладки трубопроводов и кабельных линий Сюда же следует добавить рекреационные и санитарные аспекты использования прибрежной зоны Переносимые водными потоками твердые частицы могут являться абсорбентами химического или радиационного загрязнения, поэтому данные, приводимые в работе, важны для решения экологических задач Полученные выводы позволят улучшить существующие модели для прогнозирования изменений подводного рельефа и очертаний береговой линии

Апробация работы

Основные результаты работы докладывались и обсуждались на Конференции грантодержателей регионального конкурса «Юг России» (Туапсе, 2006 г), П-ой Международной конференции «Понт Эвксинский» (Севастополь, 2001 г), Отчетной Конференции по программе фундаментальных исследований ОНЗ РАН (Азов, 2005 г), XXV и ХХХ-ой Международных конференциях «Coastal Engineering» (США, 1996, 2006 гг), VII-ой Международной конференции «MEDCOAST» (Турция, 2005 г), на семинаре Ш-ей Международной Программы «MEDCOAST» (Болгария, 1997 г), а также на расширенных коллоквиумах лаборатории литодинамики Южного отделения Института Океанологии РАН

Публикации

По теме диссертации опубликовано 9 научных работ

Структура и объем работы

Диссертация состоит из введения, пяти глав и заключения В конце каждой главы приведены выводы Работа изложена на 126 страницах, включая 82 рисунка, 1 таблицу, список литературы содержит 129 названий

Благодарности

Автор считает своим долгом выразить искреннюю признательность своим научным руководителям д г н Р Д Косьяну и д ф -м н СЮ Кузнецову, чья научная и организационная поддержка в значительной мере способствовала созданию данной работы Автор благодарит сотрудников Лаборатории литодинамики береговой зоны моря ЮО ИО им П П Ширшова РАН и Лаборатории шельфа и морских берегов ИО им П П Ширшова РАН, а также профессора Университета Восточной Англии К Винсента за разностороннюю помощь в работе

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ Во введении обосновывается актуальность темы исследований, определяются цели и ставятся задачи исследований Представлены основные результаты и сведения об их апробации

В Главе 1 дан краткий аналитический обзор современных научных представлений о гидролитодинамических процессах береговой зоны моря Рассмотрены некоторые особенности гидродинамики береговой зоны, важные для понимания процессов взвешивания песка и распространения взвеси Установлено, что процесс продуцирования турбулентной кинетической энергии, генерируемой деформированными и обрушающимися волнами и ее влияние на взвешивание наносов, находится в центре внимания современных исследований Представлены основные сведения о закономерностях формирования поля концентрации взвешенных песчаных наносов в береговой зоне

Наиболее интенсивно натурные исследования гидролитодинамических процессов береговой зоны начались в 70-х годах XX века На основе многочисленных натурных экспериментов, описание которых дано в работах СМ Анцыферова, РД Косьяна, НВ Пыхова (Анцыферов и Косьян, 1986, Анцыферов и др, 1977, 1978, Косьян и др, 1980, Пыхов и др, 1980) были выявлены основные особенности распределения осредненных значений концентрации взвешенных частиц Изучением колебаний поля концентрации взвеси на частотах инфрагравитационных волн в натурных условиях начали заниматься только с 80-х годов прошлого века Первые же исследования доказали существование его низкочастотных модуляций (Downing, 1984, Sternberg et al, 1984) Последующие эксперименты Д Хэйнса и Д Хантли (Hanes, Hutley, 1986,

Hanes et al, 1988) позволили выявить некоторые характерные черты изменчивости концентрации взвеси Было выяснено, что интенсивность и высота взвешивания осадка резко увеличивается при прохождении групп волн с периодом 2-3 мин, и значение концентрации в эти периоды определяет средние значения за 15-20 мин (Hanes, Hutley, 1986)

В дальнейшем, полученные Д Хэйнсом с соавторами (Hanes et al, 1988), Р Д Косьяном, H В Пыховым (1991) экспериментальные данные показали, что в зоне разрушения интенсивное взвешивание осадков проявляется в виде резких пиков концентрации длительностью 20-60 с Взвешивание песчаных наносов на временных масштабах поверхностных волн происходит один или два раза за период волны, и флуктуационная составляющая играет важную роль в формировании результирующего потока взвешенных наносов (Kos'yan et al, 1996, Kos'yan et al, 1997, Vincent et al, 1999, Black and Vincent, 2001)

В связи со сложностью проведения измерений в условиях реального моря, количественная оценка и прогноз распределения взвешенных наносов в береговой зоне производятся преимущественно путем математического моделирования с использованием параметров, полученных в лабораторных условиях Тем не менее, строгих и полностью физически обоснованных методов расчета концентрации взвешенных наносов и расхода осадочного материала не существует до сих пор Достаточно полный обзор подобных моделей сделан в работе С M Анцыферова и Т M Акивис (2002)

Для расчета расхода наносов по нормали к берегу широко используется энергетическая концепция Она была разработана Р Бэгнольдом (Bagnold, 1946) для оценки расхода наносов в поступательных потоках и затем адаптирована для волновых потоков (Bowen, 1980) Наиболее часто используется квазистационарное приближение энергетического подхода в варианте Дж Бэйларда (Bailard, 1981) результирующий поток взвешенных наносов по нормали к берегу представляют в виде суммы вклада различных частотных диапазонов спектра волн Анализ натурных экспериментов и модельных оценок, опубликованных в последнее время, показывает, что не имеется однозначного мнения о пригодности энергетического подхода для прогноза транспорта взвешенных наносов в условиях нерегулярных волн (Foot et al, 1995, Soulsby, 1995, Russell et al, 1996)

Подход, основанный на использовании средних по времени значений концентрации и скорости воды, не учитывает вклад осцилляционных движений воды, и результирующие расчеты могут на порядки отличаться от реальных концентраций Необходимость его учета продемонстрирована результатами натурных (Murray, Davies, Soulsby, 1991, Kos'yan et al, 1996, Kuznetsov, Pykhov, 1998, Vincent, Green, 1990, Black, Vincent, 2001) и лабораторных экспериментов (Villaret, Perrier, 1992, Van Rijn et al, 1993)

В большинстве применяемых моделей пространственно-временные изменения концентрации взвешенных осадков определяются только турбулентной диффузией, и не учитывается конвективный механизм взвешивания, который, как показано в работе (Kos'yan et al, 2000) оказывает существенное влияние на пространственное распределение наносов в потоке

Анализ современного состояния изученности процессов литодинамики береговой зоны показал, что

• прогресс в изучении динамики наносов в береговой зоне во многом определяют успешные натурные исследования, осуществленные в штормовых условиях,

• недостаточно исследована пространственно-временная изменчивость концентрации взвешенных осадков,

• практически отсутствуют данные о характере временной изменчивости вертикального профиля концентрации взвешенных наносов на масштабах поверхностных волн,

• имеется мало сведений о причинах временной изменчивости поля взвеси и роли турбулентной энергии в процессе его формирования

• физически обоснованное моделирование переноса осадков и поля концентрации возможно только с учетом механизмов конвективного взвешивания, фазовых и амплитудных соотношений между концентрацией взвешенных осадков, турбулентной кинетической энергией и потерями волновой энергии в процессе разрушения волны, локального конвективного взвешивания, диффузии и адвекции

Вторая глава посвящена описанию экспериментальных полигонов, условий проведения и программ экспериментов, использованных приборов, методики обработки полученных натурных данных

Измерение мгновенной концентрации взвешенных наносов проводилось при помощи оптических турбидиметров, разработанных сотрудниками лаборатории лито динамики ЮО ИО РАН (Косьян и др , 1998) Для измерения мгновенных значений скорости воды использовались электромагнитные двухкомпонентные датчики скорости течения, трехмерные акустические измерители течений Для измерения возвышений свободной поверхности воды использовались датчики давления, электроконтактные волнографы, акустические измерители течений

В параграфах 2 2 и 2 3 приведено подробное описание четырех натурных экспериментов «Нордерней-94», «ЭброДельта-96», «Новомихайловка-02», «Новомихайловка-03» (Рис 1), проведенных специалистами Института Океанологии им П П Ширшова РАН и его Южного отделения при участии автора настоящей работы, лабораторного эксперимента «81Б1ех-99» и методов обработки полученных данных

Рисунок 1 - Схема расположения исследовательских полигонов: «Нордерней» (а), «ЭброДельта» (б), «Новомиханловка» (в)

Программы экспериментальных работ включали измерение мгновенных концентраций взвешенных наносов в ряде точек по вертикали и горизонтали, состава и гидравлической крупности наносов, возвышений свободной

поверхности воды, составляющих вектора скорости водного потока, параметров донных микроформ Измерения проводились на участках песчаных пляжей в зонах деформации и разрушения волн на глубинах 0 4-3 5 м Получено около 100 записей уникальных измерений длительностью от 20 до 60 минут каждая

В параграфе 2 4 обосновывается методика выделения турбулентной составляющей скорости воды Резкое уменьшение значений функции когерентности между колебаниями уровня свободной поверхности и скоростью воды, и изменение угла наклона спектров составляющих скорости воды на частоте 0 8 Гц позволяют считать, что при частотах выше 0 8 Гц доминирующее положение занимают турбулентные флуктуации (Косьян и др, 1999) С использованием полосовой численной фильтрации по методу быстрого преобразования Фурье, были получены хронограммы турбулентных компонентов составляющих вектора скорости

Таким образом, использование современных методов и приборов позволило провести достоверные высокочастотные синхронные измерения концентрации взвешенных наносов и гидродинамических параметров в натурных условиях и получить уникальную базу данных Результаты лабораторного эксперимента "8131ех-99", имевшего аналогичную научную программу, дали возможность сравнить и проанализировать особенности формирования полей концентрации взвеси в натурных и лабораторных условиях Количество и качество исходных данных вполне достаточно для исследования механизмов и закономерностей взвешивания песчаных наносов

В третьей главе рассмотрены особенности пространственно-временной изменчивости концентрации взвеси в береговой зоне

Анализ записей пульсаций концентрации взвеси в зоне деформированных волн показал, что взвешивание осадков происходит в виде серий пиков концентрации длительностью 1-5 секунд С увеличением расстояния от дна частота появления пиков концентрации и их величина снижаются В большинстве случаев, возникновение пиков концентрации взвеси приурочено к моменту смены знака скорости потока Иногда взвешивание происходит дважды за период волны Эти наблюдения хорошо согласуются с полученными ранее данными (Пыхов и др, 2003) Спектры концентрации взвешенных наносов под деформированными волнами характеризуются широким максимумом в диапазоне 0 008-0 05 Гц, локальным пиком на частоте максимума спектра волнения и плавно понижаются

с увеличением частоты По мере удаления датчиков концентрации от дна, локальный максимум на частоте подходящих волн становится менее выраженным, спектр - более гладким

Под разрушающимися волнами спектральная плотность концентрации взвеси монотонно увеличивается с уменьшением частоты и имеет широкий максимум на частоте 0 02-0 05 Гц Визуальный анализ временной изменчивости концентрации взвешенных наносов в условиях обрушающихся волн показал, что на хронограммах наблюдаются пики концентрации продолжительностью от 5 до 15 с Значения концентрации взвеси в момент интенсификации взвешивания осадков превышают ее средние значения в 5-10 раз (Рис 2) Возникновение пиков концентрации не приурочено к определенной фазе волны и не периодично во времени

Рисунок 2 - Фрагмент синхронной записи концентрации взвешенных наносов (с), вертикальной (лу) и нормальной к берегу (и) составляющих скорости воды на горизонте 10 см от дна в зоне разрушения волн

Форма вертикального профиля концентрации взвешенных наносов очень быстро изменяется во времени и может значительно отличаться от среднего за запись профиля концентрации взвеси Анализируя высокочастотную изменчивость вертикального профиля концентрации взвешенных наносов, мы выделили несколько характерных типов вертикального распределения концентрации (Рис 3) (КоБ'уап, Кгу1епко, 2006)

Вертикальный профиль, близкий к логарифмической кривой (Рис За) и слабо изменяющийся в течение периода волны, как правило, наблюдается, когда критерий Шильдса под гребнями волн не превышает критического значения Во втором случае (Рис ЗЬ) высокие значения концентрации взвеси резко убывают по

направлению к поверхности, градиент концентрации составляет до 1 г/л на см подъема Третий тип (Рис Зс) вертикального распределения, приближающийся к линейному виду, наблюдается при прохождении крупных волн или при обрушении волны Взвешенный песок может подниматься на высоту нескольких десятков сантиметров от дна Максимальные вертикальные градиенты концентрации смещаются в слой 20-30 см от дна На рисунке 3<1 показан четвертый вид вертикального распределения взвеси, имеющий форму ломаной линии Характерно чередование слоев с высокими и низкими значениями концентрации взвешенных наносов Значительную роль в формирования такого вертикального распределения наносов играют адвективные процессы

d>

I 1 I 1 I 04 с, г/л

—г~г

О 8

4 в с, г/л

"Г-1—I— 2 4 с, г/л

' I 1 I 1 I 1 I 1 I 05 1 15 2 2 5 с, г/л

Рисунок 3 - Характерные типы вертикального распределения концентрации взвеси, с - концентрация, z - расстояние от дна

Во время развития и затухания пика концентрации взвеси вертикальный профиль концентрации изменяется от вогнутого в начале прохождения пика, до выпуклого в моменты наибольшей концентрации в пике (Рис 4) Выпуклая форма вертикального профиля концентрации взвеси и возникновение пиков на разных горизонтах без видимой задержки по времени свидетельствуют о конвективном характере процессов взвешивания Это подтверждает гипотезу Нильсена (Nielsen, 1979) о взвешивании и распределении песка в толще воды за счет захвата и переноса материала формирующимися под проходящими волнами

вихрями

30 -|

30 20 -10 -

I 1 I 1 I 1

0 04 08 12 1 с, г/л

Ь)

30 -

5 20-о

N" ю Н

~"П I ч ч

04 08 12 16 с, г/л

С)

30 2010 —

Ч Ч Ч 1

02 04 06 с, г/л

1~П~П~П~ГП

05 1 15 2 25 с, г/л

Рисунок 4 - Изменения вертикального профиля концентрации взвеси (с) во время развития и разрушения пика концентрации (а - начало пика, Ь, с - середина, с! -окончание), г — расстояние от дна

Анализ данных показал, что групповая структура волнения оказывает значительное воздействие на взвешивание наносов под отдельными волнами внутри группы Осредненные за период волны значения концентрации взвеси под индивидуальной волной в конце группы больших волн в несколько раз больше, чем под такой же по высоте волной в начале группы (Рис 5) Интенсификация процесса взвешивания наносов под группами больших волн происходит только после прохождения максимальных волн в группе и плавно затухает по достижению ложбины геометрической огибающей группы Мгновенные значения концентрации взвешенных наносов под индивидуальной волной в начале группы больших волн, как правило, ниже, чем под такой же по высоте волной в конце группы 76—1

Ьс

300

400

Рисунок 5 — Вертикальное распределение концентрации взвеси под волнами с одинаковой высотой в начале группы волн (отмечена буквой а) и в конце (отмечена буквой Ь). Н - глубина, г - расстояние от дна, с - концентрация

ггт,...........г

001 0 1 с, г/л

Флуктуации концентрации взвеси когерентны перпендикулярной к берегу составляющей скорости воды в условиях деформированных волн только на частоте максимума спектра волнения Под разрушающимися волнами флуктуации концентрации взвеси не когерентны флуктуациям скорости во всем диапазоне частот Это означает, что в зоне разрушения волн временная изменчивость концентрации взвеси не определяется горизонтальной составляющей скорости водного потока или его моментов, и не может быть ею аппроксимирована

-14В главе 4 подробно рассматриваются пространственно-временные характеристики турбулентных структур в береговой зоне при разных режимах волнения Оценивается влияние турбулентных движений воды на изменчивость поля концентрации взвешенных песчаных наносов

В параграфах 4 1 и 4 2 представлен анализ хронограмм составляющих скорости воды и их турбулентных пульсаций, возвышения свободной поверхности для зоны деформированных волн (Рис 6) Пики турбулентной энергии острые и узкие, их длительность не превышает 1-2 с Возникновение локальных максимумов турбулентной энергии может происходить один или два раза в течение периода одной волны

Рисунок 6 - Хронограммы записей возвышения свободной поверхности (Н), турбулентной энергии (Е,) и составляющих вектора скорости турбулентных пульсаций (и, - нормальная, V, - вдольбереговая, \у(- вертикальная)

На рисунке 7 представлены хронограммы записей составляющих скорости воды и их турбулентного компонента, полученные при обрушении волн Длительность пульсаций скорости воды достигает 10-15 секунд, что превышает период отдельной волны

I с

Рисунок 7 - Хронограммы возвышения свободной поверхности (Н), составляющих скорости (и, у) и турбулентных пульсаций (и', V')

Синхронное измерение составляющих скорости позволило представить диаграмму вектора турбулентного компонента скорости в фазовом пространстве (Рис 8) Траектория конца вектора скорости имеет форму неправильных эллипсов разных диаметров, что свидетельствует о прохождении в районе датчика серии вихрей (Косьян и др , 1999) Количество вихрей в цуге составляет от 3 до 7 штук Диаметр отдельных вихрей в зоне разрушения волн составляет от 0 3 до 15 м, причем в пределах одной цепочки встречаются образования различной величины (Кгу1епко, 1997) С увеличением глубины происходит увеличение линейных размеров вихрей (Коэ'уап е1 а1, 1997)

Натурные данные подтверждают сделанный по данным лабораторных экспериментов К Надаокой, Т Кондохом, П Зангом (Nadaoka, Kondoh, 1989, Zhang et al, 1994) вывод, что в береговой зоне турбулентность может генерироваться за счет неустойчивости потока в донном пограничном слое и разрушения гребней волн вблизи поверхности воды, а также показывают, что турбулентные вихри проникают далеко за пределы донного пограничного слоя

V,, м/с

0 4-

Рисунок 8 - Траектория конца вектора 0_ турбулентной составляющей скорости

-0 4-

В параграфе 4 3 оценивается влияние турбулентных пульсаций скорости на концентрацию взвешенных наносов Отмечена синхронность появления пиков концентрации и возрастания турбулентной энергии (Рис 9), показано, что всплески турбулентности являются важным фактором формирования низкочастотной изменчивости концентрации взвешенного песка

о

5" О 2

г

tfo 1 -

о о

-LuiHJAJL

jJlJ.Ji.Li......JtL. llu-lij..

14

15 — lO

t B — o" 6 —

4 — 2 О

JjjIUI

Ik'L^wiituxJiiu^

-1-1-1-1-1-Г

sod aoo

t, С

T-1-1-1-1-1-Г

4DQ БОО

Рисунок 9 - Фрагмент записи концентрации взвешенных наносов (с) и турбулентной кинетической энергии (Е,)

В пятой главе представлена модель флуктуаций концентрации взвешенных песчаных наносов в береговой зоне под деформированными волнами В качестве исходных данных использовались результаты экспериментов "5131ех-99" и "Новомихайловка-03"

В основу модели положено диффузионное уравнение

дС дС д

— = — + —

8t dz dz

dz

где C(z,t) - концентрация взвешенных наносов, £s - коэффициент

турбулентной диффузии частиц взвеси, ws - скорость оседания частиц песка, t -

время, Z- вертикальная координата Изменение концентрации взвеси во времени на любом расстоянии от дна определяется изменением по вертикали локального баланса потока взвеси за счет оседания частиц и за счет потока взвеси от дна

Обобщенный коэффициент диффузии осадков рассматривается переменным по вертикали и представлен в виде (Kos'yan, 1985)

e(z) = s,(z) + e2(z) + e3(z) Здесь e¡(z) - вклад орбитального движения, e2(z) — вклад волнового течения, e3(z) - вклад диффузии в придонном слое Оценки вертикального профиля обобщенного коэффициента диффузии показали, что вклад в него коэффициента z2(z) на два порядка меньше, чем от остальных слагаемых и им можно пренебречь

На свободной поверхности воды поток взвеси принимается равным нулю На нижней границе концентрация взвеси описывается выражением

C(0,t)=p(t), где p(t) - функция локального выброса взвеси (pick-up функция), определяемая выражением

/>(0 = 3 3

0{t)-ea

{s-\y6g06d

' s =

Р

v02

Ps — относительная

плотность наносов, g - ускорение свободного падения (Хои е1 а1, 2005)

Мгновенное значение параметра Шильдса отражает баланс сдвигающих и

удерживающих сил ()({) =_иЛ1)_^; где - медианный диаметр

(О, -Р)! Р) ё ¿¡о

наносов, и*(0 — максимальная сдвиговая скорость

На основе анализа экспериментальных данных было установлено, что характер взвешивания песчаных наносов во многом определяется периодичностью следования групп высоких волн и количеством волн в отдельных группах Взвешивание наносов при прохождении индивидуальных волн происходит не на протяжении всего периода, а виде быстрого выброса облака взвеси Этот факт учитывается введением коэффициента А, который, равен единице в фазу волны, когда происходит взвешивание, и нулю - в остальных случаях (Рис 10а) Это касается и групп волн, рассматриваемых в терминах огибающей (Рис 10Ь), т е коэффициент А=1 только после прохождения максимальной волны в группе (Косьян и др , 2006)

Расчетные данные достаточно точно отражают моменты возникновения пиков концентрации и их количество Полученные в результате модельных расчетов пики концентрации взвеси имеют меньшую длительность, чем измеренные и расчетная концентрация после резкого повышения значений снижается быстрее, чем в натурных условиях (Рис 11)

Расхождения в абсолютных значениях концентрации взвеси, возможно, обусловлены тем, что данная модель не учитывает адвективный перенос взвеси, изменчивость гранулометрического состава твердых частиц и изменение физических свойств потока при повышении концентрации взвеси

Результаты спектрального анализа хронограмм концентраций взвеси (экспериментальной и модельной) приведены на рисунке 12 Все спектры концентрации характеризуются выраженными локальными максимумами на частотах 0 13 и 0 26 Гц Модельный ряд концентраций взвеси статистически соответствует экспериментальному

Разработанная модель прогноза концентрации взвешенных наносов под деформированными волнами учитывает влияние групповой структуры волнения и параметров индивидуальных волн на взвешивание осадков Модель хорошо отражает все качественные особенности взвешивания наносов (моменты возникновения пиков концентрации, их количество и т д) в рассматриваемых условиях волнения при выбранных параметрах

400 450

600

250 300

1, сек

Рисунок 11 - Экспериментальные и модельные концентрации взвешенных наносов под выделенными группами волн

10

О Ь

Рисунок 12 - Спектры концентрации взвеси (экспериментальной (8се,р) и модельной (БСтоа))

со

0 001

1Е-005

0 001

-гттт,...........

001 0 1 /Гц

-20В Заключении сформулированы основные научные и практические результаты диссертационной работы

Полученная с испо 1ьзованием современных методов и приборов уникальная база эксперимешальных данных позволила выполнить исследование механизмов и закономерностей взвешивания песчаных наносов штормовыми волнами

В работе рассмотрены основные особенности изменчивости концентрации взвеси с дискретностью меньшей, чем период волн Установлено, что изменчивость вертикального распределения концентрации взвешенных наносов определяется как параметрами индивидуальных волн, так и низкочастотными характеристиками волнения Описаны условия развития турбулентности в волновом потоке, пространственно-временные характеристики турбулентных областей и влияние турбулентности на концентрацию взвешенных наносов Подтверждено, что величина кинетической энергии турбулентности является наиболее существенным фактором, влияющим на формирование поля концентрации взвешенных наносов в прибойной зоне

Представленная модель прогноза пространственно-временной изменчивости концентрации взвешенных песчаных наносов под деформированными волнами с учетом конвективных механизмов распространения взвеси, параметров индивидуальных волн и групповой структуры волнения, хорошо отражает все качественные особенности взвешивания наносов в рассматриваемых условиях

В дальнейшем, используя архивные данные и результаты нового российско-германского лабораторного эксперимента, проведенного в Большом волновом канале Ганноверского университета в 2006 году, планируется

• продолжить изучение пространственно-временной изменчивости концентрации взвешенных наносов, как в зоне деформированных волн, так и под разрушающимися волнами,

• провести исследование количественных соотношений между изменениями концентрации взвешенных осадков, крупномасштабной турбулентностью и диссипацией волновой энергии в прибойной зоне,

• совершенствовать представленную модель взвешивания донных осадков и разработать модель временных и пространственных изменений поля концентрации взвешенных осадков в прибойной зоне

Полученные в работе сведения о механизмах формирования поля взвешенных песчаных наносов являются необходимым этапом познания и дают возможность более обоснованно ставить задачи для будущих исследований и составлять программы экспериментов Выявленные соотношения между концентрацией взвешенных осадков, параметрами волнения и турбулентной кинетической энергией важны для верификации существующих моделей и будут являться основой для разработки новых Результаты проделанной работы могут найти практическое применение при реализации проектов по освоению прибрежной зоны моря, связанных с береговым строительством, проектированием портов и защитных сооружений, обеспечением экологической безопасности

Основное содержание диссертации изложено в следующих работах:

1 Перемежаемость турбулентности в прибойной зоне и ее влияние на взвешивание песка // Океанология, 1999 - Т 39, №2 - С 298-305 (соавторы Косьян Р Д, Кунц Г, Кузнецов С Ю , Пыхов H В )

2 Экологические аспекты экономического развития Российского побережья Черного моря // Сборник «Проблемы экологии Азово-Черноморского бассейна современное состояние и прогноз» 2-ой международной конференции «Понт Эвксинский» - Севастополь, 2001 - С 124-125

3 Моделирование флуктуаций концентрации взвешенных наносов над гладким дном под воздействием волнения с выраженной групповой структурой // Вестник Южного Научного Центра РАН, 2006 - Т 2, №4 - С 52-59 (соавторы Р Д Косьян, К Винсент, Б В Дивинский)

4 Intermittence of turbulence and sand suspending events during storm // Abstr of the 25л Intern Conf "Coastal Engineering 96", Orlando, USA, 1996 -P 334-335 (with Kos'yan R, Kunz H , Kuznetsov S , Pykhov N )

5 Sand suspension and intermittence of turbulence m the surf zone // Proc of the 25 Int Conférence on Coastal Engineering, American Society of Civil engineering, New York, 1997 - P 4111-4119 (with Kos'yan R, Kunz H, Kuznetsov S Yu, Pykhov N V )

6 Turbulent vortexes and suspended sand concentration // Abstr of the 3th International MEDCOAST Programme on «Beach management in the Black sea» Varna, Bulgaria, 1997 -№ 8

-227 Study of beach state and coastal protection in the neighborhood of Sochi City // Proc of the 7th International Conference on the Mediterranean Coast Environment Medcoast 05, Pine Bay Holiday Resort, Kusadasi, Turkey, 2005 -P 1007-1016 (with Kos'yan R, Petrov V , Yaroslavsev N )

8 Peculiarities of instantaneous vertical distribution of suspended sediment in the surf zone // Abstr of the 30th International Conference on Coastal Engineering (ICCE), San Diego, 2006 - № 106 (with Kos'yan R)

9 Fluctuations of instantaneous vertical distribution of suspended sediment in the surf zone // Proc of the 30th International Conference on Coastal Engineering (ICCE), New York, 2007 (with Kos'yan R D , Vincent C E )

Подписано к печати 04 04 2007 Формат 60x90 1/16 Тираж 100 экз 353467, г Геченджик, ЮО ИО РАН

Содержание диссертации, кандидата географических наук, Крыленко, Марина Владимировна

ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА 1 ГИДРО- И ЛИТОДИНАМИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ

В БЕРЕГОВОЙ ЗОНЕ МОРЯ

1.1 Некоторые особенности гидродинамики береговой зоны

1.1.1 Ветровые волны в береговой зоне

1.1.2 Генерация турбулентности в процессе деформации и разрушения волн

1.2 Взвешенные наносы в береговой зоне

1.2.1 Начальные условия движения частиц и формирование донных микроформ

1.2.2 Характеристика поля концентрации взвешенных наносов

1.2.3 Взвешивание песчаных наносов на временных масштабах поверхностных волн

1.3 Современные модели расчета концентрации взвешенных песчаных наносов

1.4 Выводы

ГЛАВА 2 ОПИСАНИЕ ПОЛИГОНОВ И ВЫПОЛНЕННЫХ

НАТУРНЫХ ЭКСПЕРИМЕНТОВ

2.1 Использовавшиеся измерительные приборы

2.1.1 Измерители концентрации взвеси

2.1.2 Измерение скорости водного потока

2.1.3. Измерение возвышения свободной поверхности воды

2.2 Характеристика экспериментов и полигонов

2.2.1 Натурный эксперимент «Нордерней-94»

2.2.2 Натурный эксперимент «ЭброДелъта - 96»

2.2.3 Натурные эксперименты «Новомихайловка-02» и «Новомихайловка-03»

2.2.4 Лабораторный эксперимент «Sistex-99»

2.3 Первичная обработка полученных экспериментальных данных

2.4 Методика выделения турбулентной составляющей скорости воды

2.5 Выводы

ГЛАВА 3 ОСОБЕННОСТИ ИЗМЕНЧИВОСТИ ПОЛЯ КОНЦЕНТРАЦИИ

ВЗВЕШЕННЫХ НАНОСОВ В БЕРЕГОВОЙ ЗОНЕ

3.1 Характеристика пространственно-временной изменчивости поля концентрации взвеси

3.2 Изменчивость вертикального профиля концентрации взвешенных песчаных наносов

3.3 роль параметров волнения в формировании поля концентрации взвеси

3.4 Выводы

ГЛАВА 4 ХАРАКТЕРИСТИКА ТУРБУЛЕНТНЫХ ПУЛЬСАЦИЙ СКОРОСТИ И ИХ ВЛИЯНИЕ НА КОНЦЕНТРАЦИЮ ВЗВЕШЕННЫХ НАНОСОВ В БЕРЕГОВОЙ ЗОНЕ

4.1 Турбулентность в береговой зоне

4.2 Линейные размеры и время жизни турбулентных вихревых структур

4.3 Влияние турбулентных пульсаций скорости на концентрацию взвешенных наносов

4.4 Выводы

ГЛАВА 5 МОДЕЛИРОВАНИЕ ФЛУКТУАЦИЙ КОНЦЕНТРАЦИИ

ВЗВЕШЕННЫХ НАНОСОВ В БЕРЕГОВОЙ ЗОНЕ

5.1 Характеристика модели концентрации взвешенных наносов

5.1.1 Определение коэффициента диффузии

5.1.2 Граничные условия

5.2 Методика моделирования и анализ результатов

5.2.1 Моделирование флуктуаиий кониентраиии взвеси под волнением с выраженной групповой структурой

5.2.2 Моделирование флуктуаиий кониентраиии взвеси в условиях нерегулярного волнения

5.3 Выводы

Введение Диссертация по наукам о земле, на тему "Исследование механизмов формирования поля концентрации взвешенных песчаных наносов в береговой зоне"

Прибрежная полоса занимает особое место в истории развития цивилизации. В ее пределах расположено множество промышленных и гражданских объектов, проживает значительная часть человечества. Экономически прибрежные территории развиваются, как правило, более быстрыми темпами за счет инвестиционной привлекательности отраслей, связанных с использованием ресурсов прибрежной зоны. В условиях повышенной антропогенной нагрузки на прибрежные территории реализация концепции устойчивого развития возможна только с учетом всех факторов и процессов, влияющих на состояние берегов (Kos'yan, Magoon, 1993; Yesin, Ivanov, Kos'yan, 1996; Крыленко, 2001; Kos'yan et al., 2000,2005; Айбулатов, Аксенов, 2003; Айбулатов, 2005).

Состояние берегов, особенно пляжей и прибрежного рельефа дна во многом определяется характером перемещения наносов в береговой зоне под воздействием волн и течений. Поэтому, в условиях расширения хозяйственной деятельности на побережье, научные знания о гидролитодинамических процессах береговой зоны чрезвычайно важны. Расчет потока наносов и деформаций подводного склона необходим при эксплуатации гидротехнических сооружений, создании проектов защиты берегов и для обеспечения экологической безопасности. Строительство подходных каналов, эстакад нефтедобывающих сооружений, добыча строительных материалов, обеспечение безопасности коммуникаций и рекреационного режима пляжей невозможно без учета закономерностей перемещения осадков в береговой зоне (Ярославцев, 1990; Kuklev et al., 1993; Kos'yan et al., 2005).

Значительная часть наносов во время шторма перемещается во взвешенном состоянии, поэтому знание закономерностей их взвешивания и особенностей пространственного распределения необходимо для достоверных расчетов вдольберегового и поперечного потока наносов. Многочисленные лабораторные эксперименты, проведенные зарубежными и российскими исследователями, позволили выявить основные закономерности формирования поля взвеси под воздействием волнения. Из-за сложности проведения измерений в условиях реального моря, количественная оценка и прогноз распределения взвешенных наносов преимущественно производятся путем математического моделирования с использованием параметров, полученных в лабораторных условиях. Однако, определение физических закономерностей природных процессов практически невозможно без их исследования в натурных условиях. В лаборатории сложно воссоздать нерегулярность волнения и все многообразие взаимодействующих факторов. Точное определение параметров гидролитодинамических процессов в береговой зоне и последующее создание прогностических моделей возможно лишь с использованием данных, полученных при проведении натурных исследований.

Наиболее интенсивно натурные исследования береговой зоны начались в 70-х годах XX века по крупным международным и национальным программам. В каждой из этих программ были свои особенности, но в основе лежала одна методологическая идея - на базе получаемых физических закономерностей создать модели, позволяющие по исходному полю ветра рассчитывать последовательно спектр поверхностного волнения, поле скоростей, распределение взвешенных осадков и расход наносов, прогнозировать изменения рельефа дна и береговой линии. Данные натурных экспериментов позволили заметно улучшить методы расчета транспорта наносов в береговой зоне моря. Разработано большое количество теоретических, эмпирических и полуэмпирических моделей, описывающих динамические процессы береговой зоны моря. Тем не менее, строгих и полностью физически обоснованных методов расчета концентрации взвешенных наносов и расхода осадочного материала не существует до сих пор.

Анализ современного состояния изученности процессов литодинамики береговой зоны показал, что:

• прогресс в изучении динамики наносов в береговой зоне во многом определяют успешные натурные исследования, осуществленные в штормовых условиях;

• недостаточно исследована пространственно-временная изменчивость концентрации взвешенных осадков выше тонкого придонного слоя;

• практически отсутствуют данные о характере временной изменчивости вертикального профиля концентрации взвешенных наносов на масштабах поверхностных волн;

• имеется мало сведений о причинах временной изменчивости поля взвеси и роли турбулентной энергии в процессе его формирования.

Таким образом, одной из приоритетных современных проблем исследования береговой зоны является описание пространственно-временной изменчивости поля концентрации взвешенных наносов на основе натурных данных.

Целью данной работы является развитие представлений о механизмах формирования и пространственно-временной изменчивости поля концентрации взвешенных осадков нерегулярными волнами в береговой зоне на основе натурных данных.

Для достижения поставленной цели в процессе работы посредством анализа полученных экспериментальных данных решались следующие задачи:

• Описание особенностей поля концентрации взвеси в береговой зоне.

• Описание изменчивости вертикального распределения концентрации на частотах индивидуальных волн и их групп.

• Оценка условий возникновения турбулентности, пространственно-временных характеристик турбулентных областей и влияния турбулентности на концентрацию взвешенных наносов.

• Создание модели флуктуаций концентрации взвешенных наносов и проверка достоверности модели на основе собственных экспериментальных данных.

Положения, выносимые па защиту:

• Показано, что высокочастотная изменчивость вертикального распределения концентрации взвешенных наносов в береговой зоне определяется параметрами индивидуальных волн, а частота возникновения пиков концентрации - низкочастотными характеристиками волнения.

• На основе экспериментальных данных подтверждено, что величина кинетической энергии турбулентных вихревых структур является наиболее существенным фактором, влияющим на формирование поля концентрации взвешенных наносов в зоне разрушения волн.

• Представлена модель флуктуаций концентрации взвешенных песчаных наносов под деформированными волнами, учитывающая конвективные механизмы распространения взвеси, параметры индивидуальных волн и групповую структуру волнения.

Научная новизна работы.

Впервые на основе натурных данных описаны особенности изменчивости поля концентрации взвеси с дискретностью меньшей, чем период волны. Определены характеристики турбулентности, генерируемой в береговой зоне волновыми движениями, получены оценки роли турбулентности во взвешивании наносов при разных режимах волнения. Подтверждена гипотеза о значительной роли низкочастотных колебаний турбулентной энергии в формировании мгновенного поля взвеси. Показано наличие локального конвективного механизма взвешивания наносов над рифельным дном.

Все полученные в работе результаты обладают научной новизной и соответствуют современному мировому уровню знаний по данной проблеме.

Фактический материал.

Данная работа основана на оригинальных экспериментальных данных, полученных специалистами Института океанологии РАН им. П.П. Ширшова и его Южного отделения во время натурных экспериментов проведенных на берегах Черного, Северного и Средиземного морей в период с 1994 по 2003 годы, а также результатах лабораторного эксперимента, сделанного сотрудниками Университета Восточной Англии в 1999 г.

Личный вклад автора существенен на всех этапах проведенных исследований. Значительная часть натурных экспериментальных результатов получена при непосредственном участии автора. Обработка экспериментальных данных, расчеты, интерпретация полученных результатов была выполнена непосредственно автором либо в соавторстве с сотрудниками ЮО ИО РАН и ИО РАН им. П.П. Ширшова.

Практическая значимость работы

Результаты работы необходимы для научно-обоснованного прогноза пространственно-временной изменчивости концентрации взвеси, процессов взвешивания и переноса осадков в береговой зоне. Проделанная работа может найти практическое применение в отраслях экономики, связанных с освоением прибрежной зоны.

Апробация работы и публикации:

Основные результаты работы докладывались и обсуждались на Конференции грантодержателей регионального конкурса РФФИ «Юг России» (Туапсе, 2006 г.), П-ой Международной конференции «Понт Эвсксинский» (Севастополь, 2001 г.), Отчетной Конференции по программе фундаментальных исследований ОНЗ РАН (Азов, 2005 г.), XXV и ХХХ-ой Международных конференциях «Coastal Engineering» (США, 1996, 2006 гг.), VII-ой Международной конференции «MEDCOAST» (Турция, 2005 г.), на семинаре Ш-ей Международной Программы «MEDCOAST» (Болгария, 1997), а также на расширенных коллоквиумах лаборатории литодинамики Южного отделения Института Океанологии РАН.

По теме диссертации опубликовано 9 научных работ.

Диссертация состоит из введения, пяти глав и заключения, содержит 126 страниц текста, 82 рисунка, 1 таблицу, список литературы из 129 названий.

Заключение Диссертация по теме "Океанология", Крыленко, Марина Владимировна

5.3 Выводы

Разработанная модель для расчета концентрации взвешенных песчаных наносов под деформированными волнами учитывает влияние групповой структуры волнения и параметров индивидуальных волн. Модель хорошо отражает все качественные особенности взвешивания наносов (моменты возникновения пиков концентрации, их количество и т.д.) в рассматриваемых условиях волнения при выбранных параметрах. Модель дает несколько заниженные абсолютные значения концентрации взвеси по сравнению с данными экспериментальных измерений. Присутствующие расхождения в обусловлены тем, что модель не учитывает изменения гранулометрического состава взвеси по вертикали, преобразование рельефа дна во время шторма и адвективный перенос взвеси.

Реальные процессы взвешивания наносов сложнее заложенных в модель механизмов. Представленная модель взвешивания донных песчаных наносов будет совершенствоваться с привлечением новых экспериментальных данных.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Создание надежных моделей для прогноза пространственно-временной изменчивости поля концентрации взвеси в береговой зоне возможно только с учетом локального конвективного взвешивания, диффузии и адвекции осадков, фазовых и амплитудных соотношений между концентрацией взвешенных осадков, параметрами волнения и турбулентной кинетической энергией. Полученная с использованием современных методов и приборов уникальная база экспериментальных данных позволила выполнить исследование механизмов и закономерностей взвешивания песчаных наносов штормовыми волнами.

В работе рассмотрены основные особенности изменчивости поля концентрации взвеси с дискретностью меньшей, чем период волн. Установлено, что высокочастотная изменчивость вертикального распределения концентрации взвешенных наносов в береговой зоне определяется параметрами индивидуальных волн, а частота возникновения пиков концентрации - низкочастотными характеристиками волнения.

Описаны условия развития турбулентности в волновом потоке, пространственно-временные характеристики турбулентных областей и влияние турбулентности на концентрацию взвешенных наносов. Подтверждено, что величина кинетической энергии турбулентности является наиболее существенным фактором, влияющим на формирование поля концентрации взвешенных наносов в прибойной зоне.

Представлена модель пространственно-временной изменчивости концентрации взвешенных песчаных наносов под деформированными волнами с учетом конвективных механизмов распространения взвеси, параметров индивидуальных волн и групповой структуры волнения. Модель хорошо отражает все качественные особенности взвешивания наносов в рассматриваемых условиях волнения при выбранных параметрах.

В дальнейшем, используя архивные данные и результаты нового российско-германского лабораторного эксперимента, проведенного в Большом волновом канале Ганноверского университета в 2006 году, планируется:

• продолжить изучение пространственно-временной изменчивости концентрации взвешенных наносов, как в зоне деформированных волн, так и под разрушающимися волнами;

• провести исследование количественных соотношений между изменениями концентрации взвешенных осадков, крупномасштабной турбулентностью и диссипацией волновой энергии в прибойной зоне;

• совершенствовать представленную модель взвешивания донных осадков под воздействием деформированных волн с привлечением дополнительных экспериментальных данных и теоретических исследований;

• разработать модель для прогнозирования временных и пространственных изменений поля концентрации взвешенных осадков в прибойной зоне.

Полученные в работе сведения о механизмах формирования поля взвешенных песчаных наносов являются необходимым этапом познания и дают возможность более обоснованно ставить задачи для будущих исследований и составлять программы экспериментов. Выявленные соотношения между концентрацией взвешенных осадков, параметрами волнения и турбулентной кинетической энергией важны для верификации существующих моделей и будут являться основой для разработки новых.

Результаты проделанной работы могут найти практическое применение при реализации проектов по освоению прибрежной зоны моря, например, при проектировании портов и берегозащитных сооружений.

Библиография Диссертация по наукам о земле, кандидата географических наук, Крыленко, Марина Владимировна, Геленджик

1. Айбулатов Н.А. Деятельность России в прибрежной зоне моря и проблемы экологии. М.: Наука, 2005. - 364 с.

2. Айбулатов Н.А., Аксенов А.А. И на деревянных кораблях плавали железные люди: К истории прибрежных исследований в России. М.: Наука, 2003. - 231 с.

3. Анцыферов С.М., Акивис Т.М. Модель транспорта наносов, взвешенных приливным течением в береговой зоне моря // Океанология, 2002. Т. 29, №4. - С. 502-512.

4. Анцыферов С.М., Басиньски Т., Косьян Р.Д. Распределение взвешенных наносов над профилем берегового склона в районе Любятово / Береговые процессы бесприливного моря («Любятово-76»), Гданьск, 1978. Вып. 5. - С. 211-228.

5. Анцыферов С.М., Косьян Р.Д. Взвешенные наносы в верхней части шельфа. М.: Наука, 1986. - 223 с.

6. Анцыферов С.М., Кантаржи И.Г. Придонное граничное условие для расчета концентрации наносов, взвешенных волнами и течениями // Океанология, 2000. Т. 40, №4.-С. 606-613.

7. Архипкин B.C., Баулин А.В. Об интерполяции океанологических полей // Вестник МГУ, сер.5, география, 1994, вып.З. С.64-70.

8. Бронштейн И.Н., Семендяев К.А. Справочник по математике для инженеров и учащихся втузов. М.: Наука, 1986. - 544 с.

9. Векслер А.Б. К вопросу о гидравлической крупности и коэффициенте сопротивления наносов //Изд. ВНИИТ, 1971. Т. 96. - С. 74-89.

10. Григоркина Р.Г., Губер П.К., Фукс В.Р. Прикладные методы корреляционного и спектрального анализа океанологических процессов. Л: ЛГУ, 1973. - 172 с.

11. Гришин В.К. Статистические методы анализа и планирования экспериментов. М: МГУ, 1975.- 128 с.

12. Дженкинс Г., Ватте Д. Спектральный анализ и его приложения. М.: Мир, 1972. -287 с.

13. Динамика русловых потоков и литодинамика прибрежной зоны моря. / Под ред. Дебольского В.К. М.: Наука, 1994. - 303 с.

14. Динамические процессы береговой зоны моря. / Под ред. Косьяна Р.Д., Подымова И.С., Пыхова Н.В. М: Научный мир, 2003. - 326 с.

15. Дмитриев А.А., Бончковская Т.В. К вопросу о турбулентности в волне // ДАН СССР, 1956. Вып.53, т. 91. - С.31-33.

16. Доброклонский С.С., Контобойцева Н.В. Эксперименты по определению толщины турбулентного слоя в волнах монохроматического типа // Изв. АН СССР, ФАО, 1973. Т. 9, вып.2. - С. 210-212.

17. Дуванин А.И. Волновые движения в море. JL: Гидрометеоиздат, 1968. - 223 с.

18. Кнороз B.C. Неразмывающая скорость для несвязных грунтов и факторы ее определяющие // Изв. ВНИИГ, 1959 Т.59. - С. 62-81.

19. Косьян Р.Д., Кузнецов С.Ю., Подымов И.С., Пушкарев О.В., Пыхов Н.В.

20. Морской турбидиметр // Патент на изобретение № 2112232. Заявка № 96121594. Приоритет 5 ноября 1996г. Зарегистрирован в Государственном реестре изобретений 27 мая 1998г. - Бюл. № 15. Опубл. 27.05.98.

21. Косьян Р.Д., Кузнецов С.Ю., Подымов И.С., Пыхов Н.В., Пушкарев О.В., Гришин Н.Н., Харизоменов Д.А. Оптический прибор для измерения концентрации взвешенных наносов во время шторма в береговой зоне моря // Океанология, 1995. Т.35, №3. - С. 463-469.

22. Косьян Р.Д., Кунц Г., Кузнецов С.Ю., Пыхов Н.В., Крыленко М.В.

23. Перемежаемость турбулентности в прибойной зоне и ее влияние на взвешивание песка// Океанология, 1999. Т.39, № 2. - С. 298-305.

24. Косьян Р.Д., Пыхов Н.В. Гидрогенные перемещения осадков в береговой зоне моря. М.: Наука, 1991.-280 с.

25. Кузнецов С.Ю. Возникновение флуктуаций скорости в волновом потоке на мелкой воде // Океанология, 1986. Т.26, вып.4. - С. 585-590.

26. Кузнецов С.Ю. Мелкомасштабная турбулентность в волновом потоке на мелководье: дисс. канд. физ.-мат. наук. Москва, 1987.

27. Кузнецов С.Ю. Волнение, турбулентность и процессы переноса взвешенных наносов в береговой зоне моря: дисс. д-ра физ.-мат. наук. Москва, 2005. - 206 с.

28. Лакомб А. Физическая океанография. М.: Мир, 1974. - 493 с.

29. Леонтьев И.О. Поперечный транспорт и деформации профиля дна в прибрежной зоне // Океанология, 1994. Т.34, вып.2. - С. 287-293.

30. Леонтьев O.K., Рычагов Г.И. Общая геоморфология. М.: Высшая школа, 1988. -319с.

31. Лонгинов В.В. Динамика береговой зоны бесприливных морей. М.: Изд. АН СССР, 1963. - 379 с.

32. Лонгинов В.В., Пыхов Н.В. Литодинамические системы океана / Литодинамика и гидродинамика контактной зоны океана. М.: Наука, 1981. - С. 3-64.

33. Мирцхулава Ц.Е. Размыв русел и методика оценки их устойчивости. М.: Колос, 1967.- 176 с.

34. Онищенко ЭЛ., Косьян Р.Д. О применении оптического метода определения концентрации взвешенных наносов в природных водоемах // Водные ресурсы, 1989. Вып. 3.-С. 94—101.

35. Пыхов Н.В., Косьян Р.Д., Кузнецов С.Ю. Натурные исследования временных масштабов и механизмов взвешивания песчаных осадков нерегулярными волнами // Океанология, 1997. Т.37, №2. - С. 202-210.

36. Ярославцев Н.А. Опыт берегозащиты Восточного Приазовья и оценка эффективности берегозащитных мероприятий. / Вопросы совершенствования методов берегозащиты, Москва, 1990. С. 4-11.

37. Яворский Б.М, Детлаф А.А. Справочник по физике. М.: Наука, 1990. - 942 с.

38. Abadie S. Numerical simulation of the flow generated by plunging breaker // Proc. of the 4th Conference on Coastal Dynamics, ASCE, Sweden, 2001. P. 202-211.

39. Antsyferov S.M., Kos'yan R.D. Study of suspended sediment distribution in the coastal zone // Coastal Engineering, 1990. Vol. 14. - P. 147-172.

40. Bagnold R.A. Motion of waves in shallow water: Interactions between waves and sand bottom //Proc. Roy. Soc., London A, 1946. Vol. 187. - P. 1-16.

41. Bailard J.A. An energetic total load sediment transport model for a plane sloping beach //J. Geophys. Research, 1981.- 86 (Cll).-P. 10938-10954.

42. Bakker W.T. Sand concentration in an oscillatory Flow // Proc. 14th Int. Conference on Coastal Engineering, Copenhagen, ASCE, 1974. 1129 p.

43. Barnes T.C.D., Brocchini M., Peregrine D.H., Stansby P.K. Modelling post-waves breaking turbulence and vorticity // Proc. of the 25th Int. Conference on Coastal Engineering, New York, 1996. V.l. - P. 186-199.

44. Black К., Vincent C.E. High-resolution field measurements and numerical modeling of intra-wave sediment suspension on plane beds under shoaling waves // Coastal Engineering, 2001. Vol. 42. - P. 173-197.

45. Bowen A.J. Simple models of nearshore sedimentation; beach profiles and longshore bars. / Coastline of Canada, Geol. Surv. Can. Halifax, 1980. P. 1-11.

46. Brocchini M., Peregrine D. The modelling of a splilling breaker: strong turbulence at a free surface // Proc. of the Conference on Coastal Engineering-98, ASCE, 1998. V.l. -P. 72-85.

47. Carstens M.R., Neilson F.M. Evaluation of a duned bed under oscillatory flow // J. Geophys. Res., 1967. Vol. 72. - P. 3053-3059.

48. Cox D.T., Kobayashi N. Coherent motion in the bottom boundary layer under shoaling and breaking waves // Proc. 26th Int. Conference on Coastal Engineering, ASCE, 457470, Copenhagen, 1999. P. 457-470.

49. Davies A.G. Modelling the vertical distribution of suspended sediment in combined wave-current flow // Dynamics and Exchanges in Estuaries and the Coastal zone, Coastal and Estuarine Studies, AGU, Washington, 1992. Vol. 40. - P. 441-466.

50. Davies A.G., Li Z. Modelling sediment transport beneath regular symmetrical waves above a plane bed // Cont. Shelf. Res., 1997. Vol. 17(5). - P. 555-582.

51. Deigaard R., Fredsoe J., Hadegaard B. Suspended sediment in the surf zone // J. Waterways, Port, Coastal and Ocean Engineering, 1986. Vol. 112. - P. 115-128.

52. Downing J.P. Suspended sand transport on a dissipative beach // Proc. XIX Coastal Engineering Conference, Houston, 1984. P. 1765-1781.

53. Duy N., Shibayama Т., Okayasu A. A turbulent flow model for breaking waves // Proc. of the 25th Int. Conference on Coastal Engineering, ASCE, New York, 1996. V.l. -P.200-213.

54. Foote Y.L.M., Huntley D.H., O'Hare T. Sand transport on macrotidal beaches // Proceedings of Euromech 310 colloquium, Le Havre, 1995. P. 360-374.

55. Foster D.L., Holman R.A., Beach R.A. Sediment suspension events and shear instabilities in the bottom boundary layer// Coastal Dynamics-94, 1994. P. 712-726.

56. Fredsoe J., Andersen O.H., Silberg S. Distribution of suspended sediment in large waves // J. Waterways Port, Coastal and Ocean Eng., 1985. Vol. 111. - P. 1041-1059.

57. Fredsoe J., Andersen K.H., Sumer B.M. Wave plus current over a ripple-covered bed // Coastal Engineering, 1999. Vol. 38. - P. 177-221.

58. Guza R., Thornton E. Local and shoaled comparisions of sea surface elevation, pressure and velocities//J. ofGeophy. Res., 1980.-Vol. 3.-P. 1524-1530.

59. Hagatun K., Eidsvik K.L. Oscillating turbulent boundary layers with suspended sediment//J. Geophys. Res., 1988. V. 91. - P. 13045-13055.

60. Hanes D.M., Huntley D.A. Continuous measurements of suspended sand concentration in a wave dominated nearshore environment // Continent. Shelf Res., 1986. V. 6, № 4. -P. 585-596.

61. Hanes D.M., Vincent C.E., Huntley D.A., Clarke T.L. Acoustic measurements of suspended sand concentration in the C2S2 experiment at Stanhope Lane, Prince Edward Island //Mar. Geol., 1988. Vol. 81. - P. 185-196.

62. Hansen E.A., Fredsoe J., Deigaard R. Distribution of suspended sediment over wave-generated ripples // J. Waterway, Port, Coastal and Ocean Engineering, ASCE, 1994. V. 120.-P. 37.

63. Haydon Т., Hann D., Davies P., Greated C., Barnes T. Turbulence structures in thethsurf zone // Proc. of the 25 Int. Conference on Coastal Engineering, ASCE, New York, 1996. V.I.- P. 214-220.

64. Hino M., Kashiwayanagi M., Nakayama А., Нага T. Experiments on the turbulence statistics and the structure of reciprocating oscillatory flow // J. Fluid Mech., 1983. V. 131.-P. 363-400.

65. Jaffe B.E., Sternberg R.W., Sallenger A.H. The role of suspended sediment in shore-normal beach profile changes // Proc. 19th Int. Conference on Coastal Engineering, ASCE, 1984.-P.457-470.

66. Jonson I. A new approach of oscillatory, rough turbulent boundary layers // ISVA, Techn. Univ. Denmark, 1978. 74 p.

67. Jonsson J.G. On the existence of universal velocity distributions in an oscillatory, turbulent boundary layer. // Basic Res. Progress Rep., 12, Coastal Eng. Lab. Tech., Univ. of Denmark, 1966.

68. Kana T.W. Surf zone measurements of suspended sediment // Proc. 16th Coast. Enng. Conf., Hamburg, 1978. Vol. 69. - P. 1725-1743.

69. Kaneko A., Honji H. Initiation of ripple marks under oscillating water // Sedimentology, 1979.-V. 26. P.101-113.

70. Komar P.D., Miller M.C. The threshold of sediment movement under oscillatory water waves//J. Sediment. Petrol., 1973.-V. 43.-P. 1101-1110.

71. Kos'yan R. Vertical distribution of suspended sediment concentrations seawards of the breaking zone // Coastal Engineering, 9, 1985. P. 171-187.

72. Kos'yan R., Hanes D., Kuznetsov S., Mouraenko O., Podymov I, Pykhov N.

73. Suspended sand concentration fluctuations under unbroken waves //Proc. of the 5th Int. Conf. MEDCOAST, 2001a. V.3. - P.1235-1245.

74. Kos'yan R., Krylenko M. Peculiarities of instantaneous vertical distribution of suspended sediment in the surf zone // Abstr. of the 30lh International Conference on Coastal Engineering (ICCE), San Diego, 2006. № 106.

75. Kos'yan R.D., Krylenko M.V., Vincent C.E. Fluctuations of instantaneous vertical distribution of suspended sediment in the surf zone // Proc. of the 30th International Conference on Coastal Engineering (ICCE), 2007.

76. Kos'yan R., Kunz H., Kuznetsov S., Pykhov N., Krylenko M. Intermittence of turbulence and sand suspending events during storm // Abstr. of the 25th Intern. Conference on Coastal Engineering, Orlando, USA, 1996a. P. 334-335.

77. Kos'yan R., Kunz H., Podymov I., Pykhov N., Vorobyev P. Physical regularities of sand suspending under non-breaking, slightly shoaling waves // Period biol, 2000. -Vol.102, supplement 1. P. 121-128.

78. Kos'yan R., Podymov I., Kuznetsov S. Turbidimetric measuring of the suspended sediment concentration in the coastal zone // Proc. of the 26th International Conference on Coastal Engineering. Kopenhagen, 1999, V. 2. - P. 2303-2316.

79. Kos'yan R.D., Magoon O.T. Coastlines of the Black Sea. New York, ASCE 1993. -123 p.

80. Kos'yan R.D., Peshkov V.M., Yesin N.V., Shcherbakov S.Yu. Carbonate beaches of the eastern part of the Sea of Azov under anthropogenic impact // Proc. of the Int. Conference "Carbonate Beaches", 2000. P.140-162.

81. Kos'yan R.D., Pykhov N.V., Edge B. Coastal processes in tideless seas. New York, ASCE, 2000a.-316 p.

82. Kos'yan R.D., Pykhov N.V., Vorob'yev P.L. Time variations of suspended sediment concentration under irregular waves // Proc. of the International Conference on Coastal Engineering, 2000b. P.2886-2899.

83. Krylenko M. Turbulent vortexes and suspended sand concentration // Abstr. of the 3-th International MEDCOAST Programme on «Beach management in the Black sea», Varna, Bulgaria, 1997.- №8.

84. Kubo H., Sunamura Т. Large-scale turbulence to facilitate sediment motion under spilling brakers // Proc. of the 4th Conference on Coastal Dynamics, ASCE, Sweeden, 2001.-212-221 pp.

85. Kuklev S.B., Yesin N.V., Savin M.T. Coast evolution under global sea level rise. // MEDCOAST-93, Turkey, 1993. Vol. 2. - P. 961-971.

86. Kuznetsov S.Yu., Pykhov N.V. Spectral test of energetic approach for suspended sand transport in the surf zone // Proc. of International Conference "Coastal Dynamics'97", ASCE, 1998. P. 227-234.

87. Madsen O.S., Grant W. Sediment transport in the coastal environment // Mass. Inst. Techn. Dep. Civ. Eng. Rep., 1976. № 209. - P. 1-120.

88. Manohar M. Mechanics of bottom sediments due to wave action // US Annu Corp. Eng. Beach Erosion Board. Techn. Memo., 1955. № 75. - P. 1-21.

89. Mantz P.A. Incipient transport of fine grains and flakes by fluids an extended shields diagram //J. Hydraul. Div., 1977. - Vol. 103. - P. 601-615.

90. McCurdy P.G. Coastal delineation from aerial photographs // Photogrammetric Engineering, 1950. №16(4). - P. 550-555.

91. Miller M.C., Barcilon A. Hydrodynamic instability in the surf zone as a mechanism for the formation of horizontal gyres // J. Geophys. Res., 1978. Vol. 83. - P. 4107-4116.

92. Miller M.C., Komar P.D. A field investigation of the relationship between oscillation ripple spacing and the near-bottom water orbital motions // J. Sediment. Petrol., 1980. -Vol. 50.-P. 183-191.

93. Murray P.B., Davics A.G., Soulsby R.L. Sediment pick-up in wave and current flows // Proc. of EUROMECH 262 Colloquium on sand transport in rivers, Estuaries and the sea, Rotterdam, A.A.Balkema Publ., 1991. 37 p.

94. Nadaoka К, Ono O. Time-dependent depth-integrated turbulence modeling of breaking waves //Proc. of the Conf. on Coastal Engineering-98, ASCE, 1998. Vol.1. - P. 86-97.

95. Nadaoka K., Hino M., Koyano Y. Structure of the turbulent flow field under breaking waves in the surf zone // J. Fluid Mach., 1989. Vol. 204. - P. 359-387.

96. Nadaoka К., Kondoh Т. Turbulent flow field structure of breaking waves in the surf zone // J.Fluid Mech., 1989. Vol. 204. - P. 387-398.

97. Nakato N., Locher F., Glober J., Kennedy J. Wave entraiment of sediment from rippled beds // J.Waterways, Port, Coast, and Ocean Div., 1977. Vol.103. - P. 83-100.

98. Nielsen P. Field measurements of time-averaged suspended sediment concentrations under waves // Coast. Eng., 1984. Vol.8. - P. 51-72.

99. Nielsen P. Some basic concepts of wave sediment transport. Lyngby, Inst. Hydrodyn .Hydraul. Eng, Tech. Univ Denmark, Ser Papers 20, 1979. - 160 p.

100. Nielsen P. Coastal bottom boundary layers and sediment transport. Word Scientific Publ., Hong-Kong, New Jersey, London, Singapore, 1991. - 324 p.

101. Nihei Y., Nadaoka K., Yagi H., Nomoto K. Turbulence structure of asimmetric oscillatory flow // Abstracts of the 27th International Conference on Coastal Engineering, Sydney, Australia, 2000. Volume 2, Poster № 35.

102. Osborn P., Greenwood B. Frequency dependent cross-shore suspended sediment transport // Marine Geology, 1992. Vol.106. - P. 1-24.

103. Pykhov N.V., Kos'yan R.D., Kuznetsov S.Yu. Time scales of sand suspending by irregular waves // Proc. of the Second International Conference on the Mediterranean Coastal Environment, "MEDCOAST* 95". Tarragona, Spain, 1995. P. 1073-1091.

104. Ribberink J.S., Abdullah A. Sheet flow and suspension of sand in oscillatory boundary layers // Coastal Engineering, 1995. Vol. 25. - 205 p.

105. Russell P., Foote Y., Huntley D. An energetics approach to sand transport on beaches // Proceedings of the International Conference on Coastal Research in Terms of Large Scale Experiments, Coastal Dynamics' 95, ASCE, New York, 1996. P. 829-840.

106. Schields A. Anvvendung der Achulikeitsmecanik und der Turbulentforschung auf die Geschiebebewegung Berlin, 1936. 20 p.

107. Sleath J.F.A. Sea bed mechanics. New York, Willey, 1984. - 355 p.

108. Sleath J.F.A. Turbulent oscillatory flow over rough beds // J. Fluid. Mech., 1987. Vol. 182.-P. 369-409.

109. Soulsby R.L. The "Bailard" sediment transport formula: comparisons with data and models // MAST 68-M Final Workshop, Gdansk, 1995. P. 246-251.

110. Sternberg R.W., Shi N.C., Downing J.P. Field investigation of suspended sediment transport in the nearshore zone // Proc. XIX Coastal Engineering Conference, Houston, 1984.-P. 1782-1798.

111. Tunstall E.B., Innian D.J. Vortex Generation by Oscillatory flow over rippled surfaces //J. of Geoph. Res., 1975. V. 80, № 24. - P. 3475-3484.

112. Van Rijn L.C. Principles of sediment transport in rivers, estuarine and coastal seas. -Aqua Publication, Netherlands, 1993. 860 p.

113. Villaret C., Perrier G. Transport of fine sand by combined waves and currents: an experimental study / Electricite de France Report № HE-42/92.68, 1992. -81p.

114. Vincent C.E., Green M.O. Field measurements of the suspended sand concentration profiles, and of the resuspension coefficient over a rippled bed // Journal Geophysical Research, 1990.-Vol. 95.-P. 15591-15601.

115. Vincent C.E., Hanes D. The accumulation and decay of near-bed suspended sand concentration due to waves and wave gropes. // Continental shelf research, 2002. Vol. 22. - P.1987-2000.

116. Vincent C.E., Marsh S.V., Webb M.P., Osborne P.D. Spatial and temporal structures of suspension and transport over mega-ripples on the shore face // J. Geophysical Research, 1999.-V. 104.-P. 11215-11224.

117. Walton T. Coastal Engineering Manual, Part III, Coastal Sediment Processes, Chapter III-6, Engineer Manual 1110-2-1100, 2002, U.S. Army Corps of Engineers, Washington, DC.

118. William R. Dally, Asce M. High-resolution measurements of sand suspension by plunging breakers in a large wave chanel // Coastal Dynamics 94, 1994. P. 263-277.

119. Williams J.J., Rose C.P., Thorne P.D. Role of wave groups in resuspension of sandy sediments // Marine Geology, 2002. Vol. 183. - P. 17-29.

120. Yesin N.V., Ivanov A.A., Kos'yan R.D. Evolution of the Sea of Azov eastern coast under the influence of anthropogenic impact // Proc. of the Inter. Conf. "Coastal Change-95", Bordo, France, 1996. P. 463-468.

121. Zhang P., Sunamura Т., Tanaka S., Yamamoto K. Laboratory experiment of longshore bars produced by breaker-induced vortex action // Coastal Dynamics-94, ASCE, Barcelona, Spain, 1994. P. 29-43.

122. Zou S., Dalrymple R., Asce F., Rogers B. Smoothed particle hydrodynamics simulation on sediment suspension under breaking waves // Ocean waves measurement and analysis, Fifth Inter. Symposium Waves-2005, Madrid, Spain., 2005. 186.