Бесплатный автореферат и диссертация по географии на тему

Моделирование характеристик качества вод Карского устьевого региона

ВАК РФ 11.00.08, Океанология

Автореферат диссертации по теме "Моделирование характеристик качества вод Карского устьевого региона"

Министерство общего и профессионального образования РФ

российский государственный ГИДРОМЕТЕОРОЛОГИЧЕСКИЙ инстит:

ЕРЕМИНА ТАТЬЯНА РЗМОВНА

Моделирование характеристик качества вод Карского устьевого региона

Специальность 11.00.08 - Океанология

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук

Р Г Б ОД

1 5 ДЕК Ыо

На правах рукопш УДК 551.468.3.07:

Санкт-Петербург 1996

Работа выполнена в Российском Государственном гидрометеорологическом институте

Научный руководитель: доктор физико-математических наук, профе

Л.Н. Карлин

Официальные опоненты: доктор физико-математических наук,

член-корреспондент РАН Р. В. Озмидов:

кандидат физико-математических наук Л. Ю. Преображенский

Ведущая организация: Государственный научный центр РФ -

Арктический и Антарктический научно-исследовательский институт

Защита состоится "JL" flfúXp-Д 1996 г. в Ь час. Ъй мин. на заседании Специализированного coi Д—063-19-01 при Российском Государственном гидрометеорологиче' институте по адресу:

395196, Санкт-Петербург, Малоохтинский пр., 98, РГГМИ.

С диссертацией можно ознакомится в библиотеке РГГМИ. Автореферат разослан " 5" " \az<sjjU J-> 1996 г.

Ученый секретарь Специализированного совета, доктор географических наук, профессор

Ю.И. Ля;

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. В последнее время возростающая роль шель-фоБКх районов Арктики как ресурсного региона России обусловила расширение масштабов хозяйственной деятельности. Мониторинг и прогноз состояния качества вод объектов природной среды морей Сибирского шельфа, в том числе устьевых взморьев, дают возможность уменьшить отрицательные последствия нарушений антропогенного характера. Особую актуальность эта проблема приобретает еще и потому, что устьевые взморья , играющие роль соединительного звена в системе река-море , весьма чувствительны к вносимым в них загрязнениям. что определяется двойственностью черт их гидрологического и гидрохимического режима. Это создает необходимость дальнейшего развития и усовершенствования системы мониторинга этих природных объектов.

Осуществление мониторинга устьевых взморьев Карского региона на основе существующей сети наблюдений и систематических экспедиционных исследованиях требует больших материальных затрат. В такой ситуации методы математического моделирования могут принести существенную пользу. С их помощью можно изучить пространственные аспекты процессов переноса и взаимодействия веществ л устьевых взморьях, оценить самоочищающую способность этих водных объектов.

Основная цель диссертационной работы состоит в изучении закономерностей пространственного распределения характеристик качества вод в устьевых взморьях Карского устьевого региона методами математического моделирования. Для достижения этой цели должны быть решены следующие задачи:

- на основе анализа данных наблюдений и изучения теории исследовать механизмы, обуславливающие изменчивость качества вод устьевых взморьев;

- на основе выявленных механизмов формирования качества вод сформулировать математические модели, позволяющие изучить эволюцию отдельных характеристик качества воды:

- с помощью лабораторного моделирования разработать метод параметризации процесса переноса вещества в стратифицированной среде, применимый для устьевых взморьев;

- провести численные эксперименты на моделях для исследования пространственной изменчивости характеристик качества вод, для вы-

явления факторов, оказывающих влияние на эту изменчивость; - по результатам моделирования оценить относительную значимость динамических и химико-биологических механизмов самоочищения.

Методика исследования. Для достижения поставленных в работе задач представляется целесообразным использование математических моделей разного типа. Модели, описывающие процессы формирования качества воды должны соответствовать определенным практическим целям и отвечать ряду требований, вытекающих из современного подхода к охране вод. Одно из этих требований заключается в необходимости учета не только гидродинамических факторов, но и трансформация нормируемых при водоохране веществ. Поэтому, модели должны быть многокомпонентными и включать в себя различные взаимосвязанные характеристики качества воды. Второе требование к моделям формирования качества воды связано с возможностью их использования в моделях управления водным объектом и оптимизационных моделях. В связи с этим, модель качества воды рассматривается как подсистема в более общей системе принятия решений в области природоохранных мероприятий.

Исходя из вышеуказанного , исследования пространственной изменчивости отдельных характеристик качества воды производились с использованием двух типов моделей: камерной (дискретной по пространству) модели, в основе которой лежит стационарное одномерное уравнение переноса неконсервативной примеси и модели непрерывной: во времени и по пространству, в основе которой лежит нестационарное двумерное, осредненное по ширине уравнение адвекции-диффузии для неконсервативного вещества. Использование таких моделей дает возможность сочетать методы аналитического и численного моделирования. Выбранный подход позволил провести детальное исследование пространственных аспектов формирования качества вод в устьевых взморьях и показал возможности использования моделей различных типов при решении поставленных в настоящей работе задач.

Нат^ная новизна работы заключается в следующем: -сформулированы математические модели для изучения процессов формирования и эволюции характеристик качества воды применительно к устьевым ззморьям рек Карского устьевого региона: -с помощью математических моделей исследована пространственная изменчивость отдельных характеристик качества вод и самоочищающая способность устьевых взморьев рек Оби и Енисея; -установлены количественные оценки интенсивности обмена раство-

ренным кислородом в стратифицированной среде, иммитирущей зону взаимодействия речных и морских вод.

Автор выносит на защиту:

1.Обоснование эффективности использования математических моделей различного типа дл. изучения основных закономерностей пространственной изменчивости отдельных компонентов качества вод устьевых взморьев Карского усч ^вого региона.

2. Количественную оценку ко*. 'Лициента турбулентного обмена кислородом при исследовании процесс^. переноса в сильно стратифицированной среде.

3. Физическую интерпретацию закони чшостей формирования вертикальной структуры характеристик качес-- я вод по результатам моделирования.

4. Оценку самоочищающей способности устьевы/ взморьев рек Оби и Енисея.

Научное и практическое значение работы. Разработ&хче модели и результаты исследований могут быть применены для решени. задач мониторинга и управления качеством зоды Карского устьевого региона. Результаты, полученные в диссертации, были использованы длл проведения НИР в Отделе гидрологии устьев рек и водных ресурсов ДАНИИ, при зыработке рекомендаций оптимального режима эксплуатации канала Днепр - Донбасс, а также внедрены в учебный процесс кафедре промысловой океанологии и охраны природных вод РГГКл.

Апробация работы. Основное содержание работы докладывалось на Итоговой сессии Ученого Совета РГГМИ (1988г.,1993г.,1996г.), на Ш-ой Всесоюзной конференции по промысловой океанологии (Астрахань, 1988 г.), на Всесоюзном совещании по устьям рек Арктики (1988г.), на Ш-ей Всесоюзной школе-семинаре "Методы гидрофизических исследований" (Светлогорск. 1989г.,1990г.), на VI1-ой международной сессии РГ "Процессы переноса в океане и их лабораторное моделирование" (1993г.). на П-ом Международном симпозиуме "Ладожское озеро" (Финляндия. 1996г.).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 8 работ . одна из них на английском языке.

Структура и объем работы. Диссертационная работа включает з себя введение, три главы, заключение и список использованных источников. Общий объем работы составляет 140 страниц, включая 34 рисунка и 2 таблицы. Список литературы содержит 90 наименований, из них 18 - на иностранных языках.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во зведении дается обоснование актуальности темы диссе ции, сформулированы цели и задачи работы, отражены вопросы, занные с новизной и практической значимостью диссертации. :

Первая глава посвящена обзору современного состояния изу! ности л анализу данных наблюдений, имеющихся в распоряжении а! ра, пэ характеристикам качества вод устьевых взморьев рек 0б1 Енисея. Дана краткая характеристика экспедиционных исследова! начиная с 50-х годов и по настоящее время с указанием пере наблюдаемых гидрохимических характеристик. На основе имеюще1 натурного материала рассмотрены основные закономерности в фо|: роваиш гидрохимического режима вод устьевых взморьев, дано ос кование выбора отдельных гидрохимических показателей , которь дальнейшем будут использованы при моделировании качества вс Было отмечено, что несмотря на длительный период проведения г педиционных исследований в регионе, гидрохимическим данным пр* щи такие черты как различия в количестве определяемых компонеь рядах наблюдений, нерегулярность и асинхрокность наблюдений.

Палее приводится обзор современного состояния математичес го моделирования качества вод, и в том числе, в устьевых взмо ях. Показано, для решения каких научных и практических задач жет применяться тот или иной тип моделей, на каких уравнениях основываются и какими методами реализуются. В конце первой гл рассмотрен вопрос использования камерных моделей в исследован качества вод. Анализ состояния работ по созданию моделей качес воды позволил сделать следующие выводы:

- за последние десятилетия накоплен большой теоретический и э, периментальный материал в области моделирования качества зод: водках объектах разного типа;

- с помоцьи методов математического моделирования и эксперим! тально изучены процессы рассеяния примеси в эстуариях различна типа (хорошо перемешанных, стратифицированных, приливных и бесп] ливных);

- исследованы закономерности процесса самоочищения и получ( значения параметров, описывающих эти процессы;

- исследован механизм смешения вод с различными гидрохимичесм свойствами з стратифицированных эстуариях.

Наряду с этим, следует отметить, что в зарубежных и отечественных исследованиях модели качества вод разрабатывались, главным образом, применительно к водотокам и системам водоток. Такие модели могут успешно применяться при моделировании качества вод в хорошо перемешанных эстуариях. Однако, их. использование в двумерном (осреднение по вертикали) и одномерном приближениях невозможно в стратифицированных эстуариях, где большую роль в распределении характеристик качества воды играют процессы взаимодействия в области вторжения морских вод. Обращает внимание и тот факт, что наряду с высоким уровнем теоретических разработок в области математического моделирования качества вод, в отечественной литературе в значительно меньшей степени отражены примеры использования моделей качества вод в реальных, сильно стратифицированных эстуариях. Последнее справедливо и для Обь-Енисейского устьевого региона, для которого в настоящее время модели качества воды не разработаны. Поэтому, настоящая работа, являясь продолжением исследований в области моделирования качества вод, направлена на решение задачи применения и использования моделей качества вод для устьевых взморьев рек Оби и Енисея.

Во второй главе произведен анализ основных факторов, влияющих на формирование качества вод в устьевых взморьях рек Оби и Енисея. Используя результаты анализа, сформулирована одномерная стационарная камерная модель, описывающая горизонтальную изменчивость концентрации соединений неорганических форм азота, содержания растворенного кислорода и величин биохимического потребления кислорода (БПК5) в устьевом взморье. В модели учитывается адвективный перенос и рассеяние в водной среде, взаимодействие вод з области существования галоклина, а также физико-химические и биохимические процессы взаимодействия веществ. Для описания стоков и источников растворенного кислорода используется известное соотношение Стритера -Фелпса. Трансформация соединений неорганического азота записывается на основе кинетических уравнений 1- го порядка. Показано, что ввиду большой протяженности расчетной области последняя может быть разделена на однородные участки (камеры), в пределах которых параметры модели могут приниматься постоянными. Использование принципа дискретизации пространственных переменных позволяет получить аналитическое решение уравнений модели. Взаимодействие между камерами обеспечивается заданием граничных условий, з них же может быть учтено влияние точечного источника заг-

рязнения. Обсуждаются различные способы задания граничных услсн при решении такого рода задач. В случае наличия распределены источника, в уравнения модели вводится дополнительный член, у* тывающий его влияние. В модели учитывается обмен веществом в зс вторжения морских вод при условии неподвижности клина морс? вод. Поскольку реализация модели требует знания ряда параметре таких как коэффициент продольной дисперсии, коэффициент обме веществом в области взаимодействия речных и морских вод, в рабе приведены способы и методы их определения. При определении коз фициента продольной дисперсии учитывался совместный эффект пр дольной турбулентной диффузии и сдвига скорости в поперечном на равлении. Для расчета составляющей коэффициента продольной ди Персии, вызванной неоднородностью распределения скорости течен в поперечном направлении была использована формула Фишера /Fi her, 1967/, выражающая составляющую коэффициента через интеграл ные параметры эстуария. Результаты расчетов показали, что велич: на коэффициента продольной дисперсии получилась несколько зав; иенной, что вполне объяснимо, так как точность оценки зависит i объема имеющийся гидрографической информации и гидравлической w формации. Для уточнения величины коэффициента продольной диспе] сии были произведены дополнительные эксперименты на модели. кот< рые показали, что диапазон величин коэффициента продольной дш Персии от 3.5х104 мг/с до 104 м2/с не приводит к существенного изменению решения и в большей степени соответствует характеру ис ходных данных.

Для учета скорости обмена веществом мекду пресной и морскс водой в области их взаимодействия использовался закон-перемешивг ния для неподвижных клинов солености /Keulegan,1959/, выражакщ поток вещества как разность между скоростью течения потока прес ной воды над неподвижной зоной соленой воды и критической скорос тью, при которой будет происходить перемешивание. Рассчитаннс значение коэффициента обмена 0.09 сут"1 оказалось вполне реалис тичным. Однако, можно предположить, что обмен растворенным кисло родом может происходить с большей скоростью, чем обмен солью.

Далее, рассмотрены механизм и кинетика процессоз вгаимодейс твия и внутренней трансформации исследуемых характеристик качест ва воды. Основная трудность при определении скорости протекани этих процессов для конкретных водных объектов заключается в необ ходимости совместного рассмотрения гидродинамических, физико-хи

мических к биологических процессов, воздействие которых формирует качество воды водной среды. Поэтому, исследования в лабораторных условиях не позволяют получить достоверные знания о количественных характеристиках процессов. Обсуждаются возможные способы преодоления возникающих трудностей при задании коэффициентов неконсервативности, приводятся результаты лабораторных и экспериментальных исследований в этой области.

В последнем разделе приводятся результаты расчетов горизонтальной изменчивости характеристик качества зод. полученные с помощью аналитического моделирования. Расчеты содержания растворенного кислорода и величин БПК5 производились в Обской губе для летнего периода. В Енисейском заливе исследовалась горизонтальная изменчивость неорганических соединений азота. Невозможность совместного использования модели взаимодействия РК-БПК5 и модели трансформации неорганических форм азота для исследуемых устьевых взморьев обусловлена отсутствием данных натурных наблюдений в нужном объеме.

При исследовании горизонтальной изменчивости содержания ?К и величин БПК5 расчетная область, протяженностью 590 км была разделена на 5 камер. Выбор границ камер осуществлялся исходя-из следующих соображений: а) возможность принятия условия однородности параметров модели внутри камеры; б) наличие источника вод.с повышенным содержанием загрязняющих веществ, либо просто притока вод в устьевую область.

Измерения величин БПК5 в Обской губе не производились. Вместе с тем, съемки горизонтального распределения РК выполнялись достаточно регулярно. Поскольку содержание ?К тесно связано с величинами БПК5, можно воспользоваться данными наблюдений за растворенным кислородом и математическим методом, разработанным Вэном /Кеп е1;.а1, 1980/ и определить а, следовательно, рассчитать распределение БПК5 вдоль камеры. Качественное сравнение полученных расчетных значений концентраций РК с фактическими, показало, что модель достаточно хорошо воспроизводит общую тенденцию повышения содержания РК к северной границе устьевой области Оби при снижении величин БПК5 в этом же направлении. Для получения оценки влияния сточных вод на кислородный режим Обской губы, были проведены модельные эксперименты, з которых задавалось (гипотетически) увеличение нагрузки по БПК5 за счет точечного источника, расположенного в п.Новый Порт. Модельные эксперименты показали, что

вблизи действия источника, в южной мелководной части Обской губь кислородный резким существенно ухудшается. Влияние источника загрязнений прослеживается на значительном по протяженности пространстве - около 300 км; кислородный режим нормализуется только е северной глубоководной части Обской губы.

Исследования горизонтальной изменчивости неорганических форм азота с помощью сформулированной выше математической модели проводились для Енисейского устьевого взморья. Расчеты проводились лишь для части устьевого взморья - севернее от мыса Сопочная Карга до мыса Бражникова из-за отсутствия данных на всей акватории взморья. Как показал анализ данных наблюдений.вся исследуемая область располагалась в зоне проникновения морских вод, поэтому расчеты осуществлялись учетом их влияния. Вся область была разделена на 2 камеры, общей протяженностью в 180 км. Полученные результаты позволили сделать вывод о том, что наряду с механическим переносом существенную роль в горизонтальной изменчивости неорганического азота играют процессы аммонификации и нитрификации.

Сравнение с данными натурных наблюдений оказалось возможным ■лишь для концентраций аммонийного и нитритного азота, в то время как данные по содержанию N03 недостаточны для проведения хотя бы качественного сравнения. Результата сравнения показали, что модель неплохо воспроизводит основную направленность в пространственном его распределении. Расхождение с данными натурных наблюдений связано с невозможностью точного определения констант аммонификации и нитрификации в естественных условиях Енисейского залива, а также малочисленностью имеющихся данных по содержанию фитопланктона в водной среде исследуемой акватории.

С помощью модели трансформации неорганических форм азота был произведен модельный эксперимент для исследования влияния дополнительного притока азотных соединений в водную среду Енисейского устьевого взморья. Результаты расчетов показали, что дополнительное поступление в водную среду аммонийного азота, обусловленное либо увеличением азотсодержащего органического вещества, либо поступлением аммония непосредственно из источника загрязнения привело к значительному росту концентраций нитритов и нитратов, которое сохранилось на всем моделируемом пространстве. Однако, следует учесть, что повышение концентрации конечного продукта минерализации - нитратного азота должно привести к возрастанию скорости роста фитопланктона, что не было учтено в модельном экспе-

- и -

рименте. Это дало основание предположить, что полученные результаты по содержанию нитратного азота несколько завышены.

По результатам моделирования горизонтальной изменчивости характеристик качества воды с помощью камерных моделей были сделаны следующие выводы. Во-первых, предложенные камерные (иммитацион-ные) модели хорошо воспроизводят горизонтальную изменчивость характеристик качества воды в устьевых областях рек с закрытыми устьевыми взморьями и расположенным в их пределах галоклином. Во-вторых, с помощью модели взаимодействия РК-БПК5 можно восстановить горизонтальное распределение величин БПК5, не располагая данными наблюдений по этому важнейшему показателю качества воды. В-третьих, предложенные модели просты в реализации, не требуют большого количества натурных данных и могут быть использованы в целях управления качеством воды для оценки способности к самоочищению водных объектов. Однако, отмечается, что для краткосрочного прогнозирования качества воды и для изучения динамики взаимодействия элементов качества, стационарное приближение не может быть использовано. Вместе с тем, развитие стационарных моделей представляется перспективным при моделировании сложных многокомпонентных природных систем.

В третьей главе излагается постановка задачи по исследованию вертикальной структуры отдельных характеристик качества вод для устьевых взморьев рек Оби и Енисея. Анализ данных наблюдений за качеством вод, приведенный в первой главе, позволил выделить основные факторы, определяющие изменчивость элементов качества вод в устьевых областях арктических рек и сформулировать модель вертикальной структуры для пяти показателей качества воды. Основное уравнение модели включало в себя: адвекцию в горизонтальном (продольном) и вертикальном направлениях, продольное рассеяние и вертикальную турбулентную диффузию, а также трансформацию веществ в водной среде. В результате была получена система, состоящая из двух взаимосвязанных уравнений для расчета содержания растворенного кислорода и величин БПК5 и трех уравнения для расчета неорганических соединений азота. Далее, обсуждается вопрос о задании граничных условий, поскольку это один из существенных элементов модели. Приводятся ее численный алгоритм.

В следующем разделе данной главы дано описание способа задания динамических характеристик, которые включены в модель в виде параметров. Для проведения модельных экспериментов были использо-

u: -

-. ваны расчетные данные, полученные из двумерной гидродинамическое *• модели взаимодействия речных и морских вод, разработанной е РГГМИ. В частности, для устьевых взморьев Оби и Енисея использо-^ вались расчетные распределения горизонтальных компонент скорости

V ' течения и величин коэффициентов вертикального турбулентного обме-

на. Обсуждается проблема возможности использования рассчитанных с ' помощью' гидродинамической модели значений коэффициентов вертикального турбулентного обмена импульсом (К2), полученных из урав-.; ' Нения баланса турбулентности. Показано, что непосредственное использование'этих величин дает неудовлетворительные результаты -неправдоподобно большую скорость выравнивания исследуемых характеристик, 'особенно в зоне взаимодействия речных и морских вод. В связи с этим возникла необходимость з уточнении величин К2 применительно к задаче переноса примеси. Была предпринята попытка с - помощью лабораторных исследований установить связь коэффициентов

V обмена примесью с коэффициентами обмена импульсом и использовать полученные результаты при моделировании качества воды в устьевых взморьях рек' бассейна Карского моря.

Цель лабораторных экспериментов заключалась в определении связи отношения коэффициентов обмена теплом, солью и импульсом, а также растворенным кислородом и импульсом с числом Ричардсона в условиях сильно стратифицированной жидкости. Для проведения экспериментов использовалась специальная лабораторная установка, ■представляйщая собой изготовленный из оргстекла круглый бассейн диаметром 115 см и высотой 32 см. Внутрь бассейна вставлено кольцо меньшего диаметра. В результате между стенками внешнего и внутреннего' колец образуется канал шириной до 25 см, который за-■ поднялся ' водой. Над водной поверхностью с помощью вентилятора создавался воздушный поток, приводящий поверхностный слой в дви-■„ жение. Исскуственным химическим путем создавалась также стратификация в распределении солености и растворенного кислорода. Для этого готовился водный раствор NaCl с добавлением сероводорода с целью создания бескислородной среды. 3 приготовленный таким образом раствор вводилось небольшое количество красителя, что позво-.V лило визуально наблюдать за границей раздела. В ходе эксперимента •• регистрировались характеристики дрейфового потока (эпюра скорости течения), вертикальные профили температуры и солености, вертикальное распределение содержания кислорода. 3 результате была получена серия вертикальных профилей вышеперечисленных характерно-

тик и информация о их временной эволюции. Из первичной информации были сформированы таблицы, на основе которых рассчитывались коэффициенты турбулентного обмена количеством движения Ки, коэффициенты обмена теплом Кт, солью К3 и кислородом Кс. Коэффициенты обмена теплом, солью и кислородом определялись косвенным методом из нестационарных одномерных уравнений распространения соответствующих субстанций; коэффициенты К„ рассчитывались с использованием полуэмпирической теории турбулентности, а также рассчитывались значения чисел Ричардсона.

В результате проведенных лабораторных опытов были получены зависимости отношений коэффициентов тепла, соли, растворенного кислорода и к коэффициенту импульса как функций числа Ричардсона, характер которых соответствует зависимостям, полученным ранее /Лозовацкий,Озмидов,1979/. Зависимость ' для коэффициента обмена кислородом получена впервые. Анализ результатов показал, что в полученном диапазоне изменения числа Ричардсона наклон зависимости отношений вышеперечисленных коэффициентов турбулентного обмена приближается к (-1). Общим для всех трех отношений являлась тенденция убывания их значений с ростом числа Ричардсона. Показано, что турбулентный обмен импульсом происходит значительно интенсивнее, чем обмен теплом, солью, кислородом и в условиях- устойчивой стратификации, (например, в зоне гидрофронта) с ростом т значения коэффициентов обмена уменьшаются, причем Кт. К5 и Кс уменьшаются быстрее, чем Ки. На основе полученной зависимости в дальнейших модельных расчетах переноса вещества использовались полученные с помощью лабораторных экспериментов величины вертикального коэффициента турбулентной диффузии.

Последний раздел диссертационной работы представляет собой реализацию модели вертикальной структуры характеристик качества вод в устьевых взморьях рек Оби и Енисея. Для Обской губы производился расчет пространственной изменчивости содержания растворенного кислорода в летний и зимний периоды, величин БПК5- только в летний период. Были проведены модельные эксперименты, которые позволили оценить время формирования характерной картины распределения элементов качества зод з Обской устьевой области и исследовать ее пространственную изменчивость в вертикальном и горизонтальном направлениях. Как показали результаты расчетов, Обская губа обладает сравнительно малой инерцией, приспособление к определяющим факторам происходит достаточно быстро.

Распределение концентрации кислорода в Обской губе в летн период рассчитывалось с учетом его поступления из атмосферы затрат на окисление нестойкой части органического вещества, зимний же период, расчет содержания РК производился без уче взаимодействия с атмосферой, т.к. исследуемая область покрыта л дом, и без учета затрат кислорода на окисление, поскольку данн: о величинах БПК5 зимой отсутствовали. Сравнение результатов м дельных расчетов по распределению содержания РК с данными нату] ных наблюдений в летний и зимний периоды показало, что полученн; картина пространственной изменчивости содержания РК в целом аде] ватна картине реального распределения. Однако, в летний период ] данным наблюдений граница морских вод с пониженным содержанш кислорода находится на 50 км южнее той, что получена при расч( тах. Причиной несовпадения, по-видимому, являются несколько заи женные значения скоростей течения втекающих морских вод, рассч! танных по гидродинамической модели. Некоторые расхождения расчег ных и натурных данных в зимний период объясняются тем. что в рас четах не учитывался расход кислорода на окисление органическ01 вещества.

Модельные расчеты пространственного распределения отдельш характеристик качества воды были выполнены для Енисейского уст! евого взморья. Целью проведения численных экспериментов являлос получение установившейся картины распределения неорганичесю форм азота с учетом их внутренней трансформации и содержат растворенного кислорода под воздействием адвективных и диффузио! ных процессов. Протяженность расчетной области составляла 200 ь (южнее м.Сопочная Карга до м.Бражникова) при расчете пространс твенного распределения неорганических форм азота и 400 км (п. Ба£ калово-м.Бражникова) при расчете содержания РК. Расчеты прост ранственной изменчивости неорганических соединений азота выполн? лись с использованием системы уравнений, описывающих их взаимнз трансформацию. Расчеты пространственной изменчивости содержат растворенного кислорода производились без учета затрат кислорсц на окисление нестойкой части органического вещества из-за отсутс твия данных о величинах БПК5.

Модельные расчеты выполнялись до достижения стационарног распределения концентрации исследуемых характеристик. Был иссле дован период установления, от первоначально заданного однородно го распределения, для каждой из характеристик в отдельности, т.е

без учета их взаимной трансформации и для всей системы в целом.

Результаты численных экспериментов, дают основание полагать, что з условиях слабо выраженных динамических процессов, з пространственном распределении характеристик качества воды значительную роль играют процессы их знутренней трансформации. Интенсивность протекания биохимических процессов создает особенности з пространственном распределении Форм минерального азота.

Сравнение модельных результатов с данными натурных наблюдений показало, что полученная модель достаточно хорошо воспроизводит основные черты пространственной изменчивости исследуемых характеристик. Имеющиеся расхождения, по-видимому. связаны_с неточностью задания коэффициентов неконсервативности и недостаточностью сведений о пространственном распределении фитопланктона и отсутствием сведений о содержании« нестойкого органического зе-щества. Анализ показал, что полученные результаты не противоречат существующим представлениям о вертикальной структуре вод Енисейского устьевого ззморья /Русанов. 1973г..Иванов и др. ,1987г., Гра-евский. 1988г.,/.

Заключение. В заключении приведены основные результаты, полученные з диссертационной работе:

1. Произведен анализ состояния изученности гидрохимического режима устьевых ззморьев рек Оби и Енисея. На основе многолетних данных наблюдений заявлены основные закономерности пространственно - временной изменчивости отдельных показателей'.качества вод.

2. Сформулирована стационарная камерная модель, описывающая горизонтальное распределение содержания растворенного кислорода, величин биохимического потребления кислорода и неорганических соединений азота с учетом двухслойности вертикальной структуры вод устьевых ззморьев.

3. Приведен метод расчета л получены значения таких параметров модели как коэффициент продольной дисперсии и коэффициент обмена з области взаимодействия речных и морских зод.

4. Проведенные расчеты показали, что модель , достаточно простая з реализации , позволяет воспроизвести основные тенденции горизонтальной изменчивости исследуемых компонентов качества воды, исследовать самсочищающую способность устьевых ззморьев.

5. Экспериментально изучены процессы переноса импульса,тепла,соли и растворенного кислорода через плотностную границу.Определены

зависимости отношений коэффициентов турбулентного обмена теплом, солью, кислородом и импульсом от числа Ричардсона.

6. Сформулирована нестационарная математическая модель вертикальной структуры характеристик качества вод применительно к устьевым областям рек Оби и Енисея.совмещенная с гидродинамической моделью для этих водных объектов.

7. С помощью сформулированной модели воспроизведены основные закономерности пространственной изменчивости содержания РК и величин БПК5 в Обской губе, исследованы особенности вертикальной структуры вод в летний и зимний периоды. Показано значение интенсивности протекания биохимических процессов самоочищения в расчетах пространственного распределения БПК5.

8. Результаты расчетов трансформации содержания аммонийного, нит-ритного и нитратного азота в Енисейском устьевом взморье показали, что наряду с механическим переносом вещества большую роль в распределении неорганического азота играют процессы их внутренней трансформации. Особенно интенсивно протекают.биохимические процессы в зоне смешения богатых биогенами речных и обедненных этими элементами морских вод.

9. Результаты проведенных исследований подтверждают, что разработанные модели могут быть использованы для контроля за качеством воды в Обь - Енисейском устьевом регионе, для оценки самоочищающей способности водных объектов при возможном увеличении антропогенной нагрузки и могут служить основой при создании моделей управления качеством воды.

Содержание диссертации изложено в работах:

1. Богуш А.И.. Еремина Т. Р. .Карлин Л.Н. Математическое моделирование изменчивости характеристик качества вод Обской губы //Тез. докл. III съезд советских океанологов, Ленинград, 14-19 декабря 1987.-Л.:Гидрометеоиздат.-1987.-С. 46.

2. Карлин Л.Н., Еремина Т.Р., Симонович Т.В. Современное состояние экспериментального исследования качества вод Обской губы // Тез.докл. III съезд океанологов, Ленинград, 14- 19 декабря 1987.-Л.:Гидрометеоиздат.-1987.-С.117.

3. Моделирование отдельных элементов экосистемы устьевых взморь-

ев в условиях хозяйственной деятельности. //Тез. докл. 7-ой Всесоюз. конф. по промысловой океанологии. Астрахань, 19-21 мая 1987. -Москва:ВНИРО,-1987.-С.251.

4. Еремина Т.Р. Математическая модель распространения консервативной примеси в стратифицированном эстуарии // Методы гидрофизических исследований: Тез.докл. 3-ей Всесоюзной школы-семинара. Светлогорск. 16-26 мая. 1989.- Калининград: АН СССР. -1989. -С. 87.

5. Еремина Т.Р., Карлин Л.Н. О соотношении коэффициентов турбулентного обмена количеством движения и некоторых элементов качества вод // Вихри и турбулентность в океане:Тез.докл.3-ей Всесоюз. школы-семинара-Светогорск,14-19мая 1990. -С.82.

6. Yeriomina T.R., Karlin L. N. The modelling of transport and transformation of nitrogen and oxygen compounds In estuaries // Abstracts the 7-th Inter. Workshop "Transport processes in the océan and thelr laboratory models".-Moscow. Aug.3-Sept.2. 1993. -P.78.

7. Еремина T.P. Стационарная камерная модель качества вод устьевых областей рек арктической зоны / Рос. гидромет.ин-т.-СПб.. 1996.-23с.-Деп В ВИНИТИ 25.06.96, N2084-896.

8. Воробьев В. Н.. Еремина Т. Р.. Карлин Л. Н., Чанцев В. 10. Изменчивость гидрофизических и гидробиологических процессов на открытой акватории и прибрежных районах Балтийского моря // Тез. докл. Итог. Сессии Уч. Совета РГТМИ. 1996. -СПб. : Рос. гидромет. ин-т. -1996.-С. 33.

_ЛР 020309 от 28.1 UI__

Подписано и печать 4.! ¡.У??. Фончгт 'МН vO Н'.\

^vm. ■-'л.-^гтт1. Пе"-Т. iTîvc. ¡00. YiiTA ?ГГ"\'1И. jaij.S МИ. i1.''* ' 'то. \'!хюо*:т:тнп."!11 лрл'Х.

Содержание диссертации, кандидата физико-математических наук, Еремина, Татьяна Рэмовна

ВВЕДЕНИЕ

1. СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ ИЗУЧЕННОСТИ КАЧЕСТВА ВОД КАРСКОГО УСТЬЕВОГО РЕГИОНА И ЕГО МОДЕЛИРОВАНИЯ . И

1.1. Краткая характеристика экспедиционных исследований

1.2. Изученность отдельных характеристик качества вод устьевых взморьев рек Оби и Енисея по данным натурных наблюдений

1.3. Исследования изменчивости качества вод эстуариев методами математического и иммитационного моделирования.

1.4. Камерные модели качества воды

2. МОДЕЛИРОВАНИЕ ГОРИЗОНТАЛЬНОЙ ИЗМЕНЧИВОСТИ ХАРАКТЕРИСТИК КАЧЕСТВА ВОД УСТЬЕВЫХ ВЗМОРЬЕВ РЕК ОБИ И ЕНИСЕЯ

2.1. Модель горизонтальной изменчивости характеристик качества воды.

2.2. Определение коэффициента дисперсии и коэффициента обмена в области взаимодействия речных и морских вод

2.3. Учет процессов трансформации веществ в водной среде в моделях качества воды.

2.4. Горизонтальная изменчивость характеристик качества вод устьевых взморьев рек Оби и Енисея по результатам моделирования

3. МОДЕЛИРОВАНИЕ ПРОСТРАНСТВЕННОЙ ИЗМЕНЧИВОСТИ ВЕРТИКАЛЬНОЙ СТРУКТУРЫ ХАРАКТЕРИСТИК КАЧЕСТВА ВОД УСТЬЕВЫХ ВЗМОРЬЕВ

КАРСКОГО РЕГИОНА

3.1. Модель вертикальной структуры характеристик качества

3.2. Численный алгоритм модели

3.3. Параметризация вертикального турбулентного обмена в стратифицированной жидкости и других динамических характеристик модели.

3.4. Пространственная изменчивость вертикальной структуры характеристик качества вод устьевых взморьев рек Оби и Енисея по результатам моделирования.

Введение Диссертация по географии, на тему "Моделирование характеристик качества вод Карского устьевого региона"

Устьевые взморья представляют особый интерес для исследователей ввиду важности того места, которое они занимают в области взаимодействия человека с окружающей средой. Как правило, устьевые взморья являются местами интенсивной хозяйственной деятельности. Это районы высокой биологической продуктивности /1,2 /, являющиеся местом обитания и нереста ценнейших промысловых видов рыб /3/. По этим причинам устьевые взморья имеют большое экономическое значение.

Основной особенностью устьевых взморьев является двойственность черт гидрологического и гидрохимического режимов , что определяется их ролью как соединительного звена в системе река -море. В зоне взаимодействия речных и морских вод активно протекают процессы химических превращений веществ. Сложность химических взаимодействий обменных процессов создает весьма своеобразный хи-мико - биологический режим этих объектов.

Вместе с тем, в последние десятилетия устьевые взморья испытывают на себе сильнейшее антропогенное воздействие в результате расширения масштабов хозяйственной деятельности. В них попадает огромное количество загрязняющих веществ сбрасываемых в реки, а также из открытого моря. Из-за резкого изменения скорости речных вод устьевые взморья становятся зоной повышенной седиментации и накопления загрязнений.При этом отсутствие нередко должных мер по охране водных ресурсов, приводит к заметному ухудшению качества вод устьевых взморьев.В связи с этим возникает необходимость контроля и управления качеством вод этих водных объектов. Особую актуальность эта задача приобретает еще и потому,что устьевые взморья, как экологическая система, весьма чувствительны к вносимым в них загрязнителям. Такой вывод был сделан рядом исследователей /2, 4,5,6 /, занимающихся их изучением. Одной из причин уязвимости экосистем устьевых взморьев, по мнению В.Н.Михайлова /5/ является неустойчивое равновесие между рекой и морем. Смещение равновесия под воздействием внешних факторов приводит к значительным изменениям в зоне взаимодействия. Естественные и антропогенные факторы, влияющие на экологический режим эстуариев изменчивы во времени и иногда непредсказуемы (катастрофы антропогенного происхождения). Следовательно, одной из задач дальнейших исследований, как отмечается в /5 /, должно быть расширение изучения конкретных устьевых областей (особенно наиболее важных в хозяйственном отношении) и создание в конечном счете научно обоснованных рекомендаций для их охраны.

Возросшая роль шельфовой зоны Арктики как основного ресурсного региона России, обусловила расширение масштабов хозяйственной деятельности,в том числе и в Карском устьевом регионе, включающем в себя устьевые взморья рек Оби и Енисея. Крупнейшие реки Сибири - Обь и Енисей, среднегодовой объем стока которых составляет 400 и 625 кубических километров, соответственно, несут с собой большие количества разнообразных химических соединений поступающих в эстуарии этих рек с огромных площадей континентальных водосборов. В устьевые взморья рек Оби и Енисея проникают воды Карского моря, что обуславливает активное взаимодействие речных и морских вод. Деятельность хозяйственных объектов, а также жизнедеятельность населенных пунктов на их берегах оказывают существенное влияние на качество воды в этих водных объектах. Мониторинг и прогноз экологического состояния устьевых взморьев рек Оби и Енисея должны позволить уменьшить отрицательные последствия нарушений антропогенного характера.

Осуществление контроля за качеством вод устьевых областей рек Оби и Енисея в значительной мере затруднено по целому ряду причин. К концу 80-ых годов наметилось явное отставание в развитии системы мониторинга водных объектов в Арктике от масштабов хозяйственной деятельности. Экономические трудности 90-ых годов привели к значительному сокращению стационарной сети наблюдений, в том числе и в Карском устьевом регионе. Созданная на основе информационного архива Регионального Центра "Мониторинг Арктики" специализированная база данных по Обской губе содержит информацию по основным гидрохимическим параметрам и достаточно широкому спектру загрязняющих веществ. Однако, этот наиболее полный из существующих ныне архивов включает в себя 9 съемок района Обской губы в зимне -весенний период и 3 съемки в летний. Количество станций отбора проб при выполнении съемок менялось от 6 до 17. Проведение синхронных съёмок в данных районах, видимо, невозможно, поскольку требует больших материальных затрат. В такой ситуации методы математического моделирования могут принести существенную пользу. С их помощью можно изучить пространственные аспекты процессов переноса и взаимодействия веществ в устьевых взморьях, оценить самоочищающую способность этих водных объектов, расширить наши знания о процессах, протекающих в таких сложных природных системах как устьевые взморья,связанных с загрязнением воды и управлением её качества /7 /.

Цель работы

Основная цель диссертационной работы состоит в изучении закономерностей пространственного распределения характеристик качества вод в устьевых взморьях рек Оби и Енисея методами математического моделирования. Для достижения этой цели должны быть решены следующие задачи:

- на основе анализа данных наблюдений и изучения теории исследовать механизмы,обуславливающие изменчивость качества вод устьевых взморьев рек Оби и Енисея;

- на основе выявленных механизмов формирования качества вод сформулировать математические модели,позволяющие изучить эволюцию отдельных характеристик качества воды;

- с помощью лабораторного моделирования разработать метод параметризации процесса переноса вещества в стратифицированной среде, применимый для устьевых взморьев;

- провести численные эксперименты на моделях для исследования пространственной изменчивости характеристик качества вод, для выявления факторов, оказывающих влияние на эту изменчивость;

- по результатам моделирования оценить относительную значимость динамических и химико-биологических механизмов самоочищения.

Исходя из поставленных задач, в настоящей диссертационной работе содержится три главы. Глава первая посвящена обзору и анализу данных наблюдений, имеющихся в распоряжении автора, по характеристикам качества вод устьевых взморьев Оби и Енисея. В этой же главе рассматриваются существующие современные математические модели качества вод для различных водных объектов: рек, устьевых областей, устьевых взморьев. Показано, для каких целей могут применяться те или иные модели, на каких уравнениях они основываются.

В главе второй приводится описание и алгоритм камерных моделей. Рассмотрены вопросы , связанные с изучением самоочищающей способности водной среды, описан механизм и кинетика трансформации элементов качества воды. Приводятся способы определения некоторых параметров, относящихся к учету физических и химико-биологических процессов. На основе разработанной модели воспроизведено пространственное распределение характеристик качества вод устьевых взморьев рек Оби и Енисея, проведены модельные эксперименты по изучению влияния источников загрязнения на пространственное распределение исследуемых характеристик качества воды, проанализированы полученные результаты.

Третья глава связана с решением задачи о переносе "неконсервативной" примеси (под примесью, в данном случае, понимаются элементы качества воды) в двухмерной постановке. Здесь же приведены результаты лабораторных исследований турбулентных характеристик переноса, присутствующих в математической модели. С помощью сформулированной двухмерной нестационарной модели произведены расчеты эволюции характеристик качества воды в устьевых взморьях Оби и Енисея, приводятся результаты численных экспериментов.

В заключении сформулированы основные результаты,полученные в диссертационной работе.

Научная новизна

Научная новизна работы заключается в следующем: -сформулированы математические модели для изучения процессов формирования и эволюции характеристик качества воды применительно к устьевым взморьям Карского устьевого региона; -с помощью математических моделей исследована пространственная изменчивость отдельных характеристик качества вод и самоочищающая способность устьевых взморьев;

-установлены количественные оценки интенсивности обмена растворенным кислородом в стратифицированной среде, иммитирующей зону взаимодействия речных и морских вод.

Автор выносит на защиту

1.Обоснование эффективности использования математических моделей различного типа для изучения основных закономерностей пространственной изменчивости отдельных компонентов качества вод устьевых взморьев Карского устьевого региона.

2.Количественную оценку коэффициента турбулентного обмена кислородом при исследовании процесса переноса в сильно стратифицированной среде.

3. Физическую интерпретацию закономерностей формирования вертикальной структуры характеристик качества вод по результатам моделирования.

4. Оценку самоочищающей способности устьевых взморьев.

Практическая значимость и внедрение

Модели могут быть применены для решения задач управления качеством воды. Результаты, полученные в диссертации, были использованы для проведения НИР в Отделе гидрологии устьев рек и водных ресурсов ДАНИИ, при выработке рекомендаций оптимального режима эксплуатации канала Днепр - Донбасс, а также внедрены в учебный процесс на кафедре ПО и ОПВ РГГМИ.

Апробация работы

Основное содержание работы докладывалось на Итоговой сессии

Ученого Совета РГГМИ (1988г.,1993г.,1996г.), на VII Всесоюзной конференции по промысловой океанологии (Астрахань,1988 г.), на Всесоюзном совещании по устьям рек Арктики (1988г.), на Ш-ей Всесоюзной школе-семинаре "Методы гидрофизических исследований" (Светлогорск, 1989г.,1990г.), на VII-ой международной сессии РГ "Процессы переноса в океане и их лабораторное моделирование" (1993г.), на I1-ом Международном симпозиуме "Ладожское озеро" (Финляндия, 1996г.).

Публикации

По теме диссертации опубликовано 8 работ , перечисленных в списке литературы, одна из них на английском языке.

Автор благодарит сотрудников Отдела гидрологии устьев рек и водных ресурсов ААНИИ за оказанную помощь при сборе натурной информации, руководителя РЦ "Мониторинг Арктики" В.А. Мельникова за предоставленную информацию о современном состоянии исследований в Обь-Енисейском устьевом регионе. Автор выражает признательность сотрудникам экспериментальной лаборатории кафедры океанологии и кафедры экологии за оказанную помощь в проведении лабораторных исследований.

Заключение Диссертация по теме "Океанология", Еремина, Татьяна Рэмовна

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В ходе проведенных исследований были получены следующие результаты:

1. Произведен анализ состояния изученности гидрохимического режима устьевых взморьев рек Оби и Енисея. На основе многолетних данных наблюдений выявлены основные закономерности пространственно - временной изменчивости отдельных показателей качества вод.

2. Сформулирована стационарная камерная модель, описывающая горизонтальное распределение содержания растворенного кислорода, величин биохимического потребления кислорода и неорганических соединений азота с учетом двухслойности вертикальной структуры вод устьевых взморьев.

3. Приведен метод расчета и получены значения таких параметров модели как коэффициент продольной дисперсии и коэффициент обмена в области взаимодействия речных и морских вод.

4. Проведенные расчеты показали, что модель , достаточно простая в реализации , позволяет воспроизвести основные тенденции горизонтальной изменчивости исследуемых компонентов качества воды,исследовать самоочищающую способность устьевых взморьев.

5. Экспериментально изучены процессы переноса импульса,тепла,соли и растворенного кислорода через плотностную границу.Определены зависимости отношений коэффициентов турбулентного обмена теплом, солью, кислородом и импульсом от числа Ричардсона.

6. Сформулирована нестационарная математическая модель вертикальной структуры характеристик качества вод применительно к устьевым взморьям рек Оби и Енисея,совмещенная с гидродинамической моделью для этих водных объектов.

7. С помощью сформулированной модели воспроизведены основные закономерности пространственной изменчивости содержания РК и величин БПК5 в Обской губе, исследованы особенности вертикальной структуры вод в летний и зимний периоды. Показано значение интенсивности протекания биохимических процессов самоочищения в расчетах пространственного распределения БПК5.

8. Результаты расчетов трансформации содержания аммонийного, нитритного и нитратного азота в Енисейском устьевом взморье показали, что наряду с механическим переносом вещества большую роль в распределении неорганического азота играют процессы их внутренней трансформации. Особенно интенсивно протекают биохимические процессы в зоне смешения богатых биогенами речных и обедненных этими элементами морских вод.

9. Результаты проведенных исследований подтверждают, что разработанные мсдели могут быть использованы для контроля за качеством воды в Обь - Енисейском устьевом регионе, для оценки самоочищающей способности водных объектов при возможном увеличении антропогенной нагрузки и могут служить основой при создании моделей управления качеством воды.

Библиография Диссертация по географии, кандидата физико-математических наук, Еремина, Татьяна Рэмовна, Санкт-Петербург

1. Парсонс Т. Р., Такахами М.Харгрейв Б. Биологическая океанография.- М.: Легкая и пищевая промышленность, 1982.-432 с.

2. Сафьянов Т.А. Эстуарии.-М.:Мысль.-1987.-189с.

3. Промысловые рыбы Оби и Енисея и их использование/Под ред.Пра-вдина И.Ф., Пирожникова П.Л, М.:Пищепромиздат, 1958.-239 с.

4. Байдин С.С. Изменение природного комплекса устьевых областей рек под влиянием деятельности человека // Тр. ГОИН.-1978.-Вып. 142.-С.6-12.

5. Михайлов В.Н. Проблемы изучения, использования и охраны устьевых областей рек//Водные ресурсы.-1987. -№4. -С. 88-89.

6. Скриптунов Н. А. Основные закономерности гидрологических процессов взаимодействия реки и моря//Водные ресурсы. -1987. -№4. -С.56-58.

7. Лаукс Д., Стединжер Дж., Хейт Д. Планирование и анализ водохозяйственных систем.-М.:Энергоиздат, 1985.-379с.

8. Охрана природы.Гидросфера. Правила контроля качества воды водоемов и водотоков.ГОСТ 17.1.3.07-82.-М.:Изд.стандартов,1982. -11с.

9. Рогунович В.П. Автоматизация математического моделирования движения воды и примесей в системах водотоков.-Л.:Гидрометеоиздат, 1989.-263с.

10. Комплексные оценки качества поверхностных вод/Под ред.A.M.Ни-конорова, В.Р.Лозанского, Г.Н.Даниловой и др.-Л.: Гидрометеоиздат, 1984,- 144с.

11. И. Воропаев Г.В. Воды суши и водные проблемы // Водные ресурсы.-1987.-№6.-С. 3-27.

12. Леонов А.В., Айзатуллин Т.А. Кинетика и механизм трансформации соединений биофильных элементов (C,0,N, P,S) в водных экологических системах //Итоги науки и техники. Сер.Общая экология. Биоценология.Гидробиология. -1977. -Т. 4. -С. 75-137.

13. Карлин Л.Н., Ерёмина Т.Р., Симонович Т.В. Современное состояние экспериментального исследования качества вод Обской губы // Тез.докл. III съезд океанологов, Ленинград, 14- 19 декабря 1987.-Л.:Гидрометеоиздат. -1987. -С. 117.

14. Знаменский В.А. Гидрологические процессы и их роль в формировании качества воды.- Л.:Гидрометеоиздат,1981.-248с.

15. Васильев А.Н. Взаимодействие речных и морских вод в Обской устьевой области//Тр.АНИИ.-1976. -Т. 314. -С. 183-196.

16. Павлов В.К. Численное моделирование установившихся непериодических течений в мелководном бароклинном водоеме //Тр.ААНИИ.-1983.-Т.380. -С. 41-45.

17. Михайлов В.Н. Гидрологические закономерности проникновения морских вод в реки //Гидрофизические процессы в реках, водохранилищах и окраинных морях.-М.: Наука, 1989.-С.97-115.

18. Математическое моделирование водных экосистем // Тр.советско-американского симпозиума.-Л.:Гидрометеоиздат, 1981. -309с.

19. Математические модели контроля загрязнения вод./Под ред.Джеймса, -М. :Мир,1981.-472с.

20. Проблемы исследования и математического моделирования экосистемы Балтийского моря. Международный проект "Балтика". Вып.3. Моделирование компонентов экосистемы. л.: Гидрометеоиздат.-1987.-255с.

21. Рожков В.А.,Трапезников Ю.А. К вопросу о построении вероятностных моделей океанологических процессов // Тр.ГОИН,- 1983.-Вып.169.-С. 46-59.

22. Дружинин Н.И.Шишкин А.И. Математическое моделирование и прогнозирование загрязнения поверхностных вод суши.-Л.: Гидрометеоиздат, 1989.-390с.

23. Иванов В.В.,Кирпиченок Т.Е.,Граевский А.П. Методика комплексной оценки состояния вод в устьях рек на основе кластерного анализа многофакторной информации//Водные ресурсы.-1987.-№4.-С.100-104.

24. Гордин И.В.,Кочарян А.Г. Экспериментально-аналитический метод оценки самоочищающей способности водохранилищ // Материалы V Всесоюз.науч.симпозиума по современным проблемам самоочищения и регулирования качества воды.-Таллин,1975.-С. 19-28.

25. Гордин И.В.,Дащенко Ю.С. и др. Методы прогнозирования качества воды в зарегулированных речных системах //Tp.V Всесоюз.гидролог. съезда. Секция качества вод и науч. основы их охраны: Тез.докл.-Л.:Гидрометеоиздат, 1986,- С.22-25.

26. Лаврик В.И.,Билык А.Н.,Никифорович Н.А. Математическое моделирование гидрохимического и кислородного режимов в реках и водохранилищах // Институт гидробиологии УН СССР.-1988.-№1.-С. 1-51.

27. Озмидов Р.В. Диффузия примесей в океане.-Л.: Гидрометеоиздат, 1986.-278с.

28. Айзатуллин Т.А.Леонов А.В. Кинематика трансформации соединений биогенных элементов и потребления кислорода в морской воде (математическое моделирование) // Океанология.-1975.-Т. 15, Вып.4.-С. 622-633.

29. Аппель М.В., Кумсиашвили Т.П. Управление качеством природных вод // Итоги науки и техники. Гидрология суши:Сб.науч.работ.-М.; ВИНИТИ.-1978.-Т.3.-С. 164-222.

30. Моделирование процессов самоочищения вод шельфовой зоны моря /Под. ред. В.И.Заца, Г. А. Гольдберга-Jl.: Гидрометеоиздат. -1991. -230с.

31. Dobbins W.E. BOD and oxlden relationship in streams//J.Sanit. Div.Proc.ASCE.-1972.-90, NSA3. -P. 53-62.

32. Харлеман Д.Р.Ф. Загрязнение эстуариев //Гидродинамика береговой зоны и эстуариев.-Л.:Гидрометеоиздат, 1970.-С.357-373.

33. Вавилин В.А. Нелинейные модели биологической очистки и процессов самоочищения в реках.-М.:Наука.-1983.-153с.

34. Якушев Е.В. Математическое моделирование распределения фосфатов в меридиональной плоскости южной половины Мирового океана //Океанология.-1984.-Т.24,вып.2. -С. 277-284

35. Алексеев В.В. Математическое моделирование водных экосистем // Процессы формирования качества вод в питьевых водохранилищах. -М. -1979. -С. 13-19.

36. Математические модели и методы управления крупномасштабным водным объектом-Новосибирск.-1987. -102с.

37. Димитрова И.М., Кострукова И.Т. Математическое моделирование качества речных вод//Водные ресурсы.-1987.-№3.-С. 34-38.

38. Никифоровская B.C. Математическая модель для расчёта на ЭВМ гидрофизических процессов в устьевых областях рек//Гидрофизические процессы в реках и водохранилищах.- М.: Наука,1985.-С. 211-216.

39. Богуш А.И., Ерёмина Т.Р.,Карлин Л.Н. Математическое моделирование изменчивости характеристик качества вод Обской губы //Тез.докл. III съезд советских океанологов, Ленинград, 14-19 декабря 1987.-Л.:Гидрометеоиздат.-1987.-С. 46.

40. Васильев О.Ф., Воеводин А.Ф. Математическое моделирование качества воды в системах открытых русел//Динамика сплошной среды. -1975. -Вып. 22. -С. 73-88.

41. Lung Wu-Send Advectlve acceleration and mass transport In estuaries //J. Hudraul. Eng. -1986. -112, №9. -P. 874-878.

42. Park Jae К., James A. Modeling of pollutant dispersion in stratified oscillatory flows // J.Environ.Eng.-1986.-Vol.112, №5. -P. 921-938.

43. Ozturk Yasar F. Mathematical modeling of dispersion in mixed estuaries //J. Environ. Eng. -1981. -Vol. 107, №1. -P. 211-228.

44. Мак-Доуэлл Д.М., О'Коннор Б.А. Гидравлика приливных устьевых рек.-М.:Энергоатомиздат, 1983. -312с.

45. F.S.Henry, R.C.Ahlert, R. L. Peskin, R. Vichnevetsky A numerical model of pollution transport In estuaries //Water Res.Bull.-1984.-Vol. 20, №6.-P. 833-839.

46. Давыдов Jl.M., Максимов А. В. Одномерная математическая модель динамики воды и переноса растворенных веществ в эстуариях //Метеорология и гидрология.-1984. № 10.-С.100-106.

47. Sharp J.H., Cifuentes L.A.,etc. The influence of river variability on the circulation, chemistry and microbiology of the Delevare estuary //Estuaries.-1986. -Vol. 9, №4A. -P. 261-269.

48. Боуден К. Физическая океанография прибрежных вод. М.: Мир, 1988.-324с.

49. Гидродинамика береговой зоны и эстуария.-Л.:Гидрометеоиздат.-1970.-393с.

50. Сууркаса В.А. О влиянии ширины потока на поперечную диффузию вещества загрязнения в стационарном потоке // Материалы III Всесоюз. симп. по вопросам самоочищения водоёмов и смешения сточных вод.-Таллин, 1982. -С. 32-39.

51. Моделирование морских систем.-Л.:Гидрометеоиздат,1987.-271с.

52. Кошляков М.Н. Физические основы метода резервуаров в проблеме глубинной океанологической циркуляции //Изв.АН СССР.Сер.ФАО.-1966. -Т. 2. -№9. -С. 945-955.

53. J. S. Wu, R.Ahlert Applications of a steady-state,on-dimentional water quality model//Water Res. Bull.-1979.-Vol. 15, №3.-P. 660-670.

54. Уорн А.Э. Математическая модель реки Трент/Математические модели контроля загрязнения воды.-М.:Мир.-1981.-С.401-423.

55. Ерёмина Т.Р. Математическая модель распространения консервативной примеси в стратифицированном эстуарии // Методы гидрофизических исследований: Тез. докл. 3-ей Всесоюзной школы-семинара, Светлогорск,16-26 мая,1989.- Калининград:АН СССР.-1989.-С.87.

56. Горстко А.Б., Домбровский Ю.А., Сурков Ф.А. Модели управления эколого-экономическими системами // Современные проблемы биосферы. -М.: Наука, 1984.-118с.

57. Айзатуллин Т.А., Лебедев Ю.М. Моделирование трансформации органических загрязнений в экосистемах и самоочищения водотоков и водоемов//Итоги науки и техники ВИНИТИ.Общая экология. Биоценология. Гидробиология.-1977.-Т.4.-С.8-74.

58. Моделирование процессов переноса и трансформации вещества в море / Под ред.Сергеева Ю.Н.-Л.:ЛГУ,1979.-291с.

59. Ерёменко Е.'В. Моделирование качества воды в целях охраны вод //Водные ресурсы. -1987. -№3. -С. 39-48.

60. Еремина Т.P. Стационарная камерная модель качества вод устьевых областей рек арктической зоны / Рос.гидромет.ин-т.-СПб., 1996.-23с.-Деп в ВИНИТИ 25.06.96, N2084-B96.

61. Айзатуллин Т.А.Леонов А.В. Кинематика трансформации соединений азота в природной воде //Гидрохим.материалы.-1975.-Т.44.-С.177-183.

62. Бронфман A.M., Ильичев В.Г. К моделированию круговорота азота в Азовском море // Тр.ВНИИ морского рыбного хозяйства и океанографии. -1976.-Т.118.-С.70-77.

63. Ерёменко Е.В. Моделирование трансформации соединений азота для управления качеством воды в водотоках // Водные ресурсы.-1980.-№5.-С. 110-117.

64. Граевский А.П. Динамика и структура вод Енисейской устьевой области в условиях антропогенного изменения стока : Автореф. дис.канд.географ.наук.-Л. -1988. -220с.

65. Fisher Н.В. The mechanics of dispertion in natural streams //J.Hydraulics Div.ASCE.-1967.-Vol.93,N6.-P.187-216.

66. Доронин Ю. П., Лукьянов С.В., Царев В.А. Математические модели гидрологии эстуария и взморья // Моделирование и натурные исследования морей:Сб.науч.тр.-СПб.: Изд. РГГМИ, 1994. -С.116-127.

67. Fisher Н.В. Dispersion predictions in natural streams //J.Sanitary Eng.Div.ASCE.-1968.-Vol.94, N5. -P. 927-943.

68. Родзиллер И.Д. Проблемы прогнозирования трансформации веществ в водных объектах //Tp.V Всесоюз.гидролог.съезда / Секция качества вод и науч. основ их охраны: Тез. докл.-Л. .Тидрометеоиз-дат, 1986.-С. 16-17.

69. Коэффициенты превращения (распада) загрязняющих веществ в воде // Гидрометеорология. Мониторные состояния окружающей природной среды. Обнинск:МЦД, 1987.-Сер. 87,Вып.1.-42с.

70. Cleveland K.D. Predicting reaeration rates in Texas streams //J.Environ.Eng.-1989.115, N3. -P. 620-632.

71. Ukita Masao, Nakanishi Hiroshi, i.e. Study of transport and material balance of nutrients in Yamaguchi estuary (Japan) //Watert Sci.and Technol.-1988.-20, N6-7.-P. 199-210.

72. Иванов В.В. Типизация и районирование устьевых областей рек арктической зоны // Географические проблемы изучения и освоения арктических морей.-Л:ГО СССР, 1985.-С.52-53.

73. Ляхин Ю.И. К вопросу о газовом обмене между океаном и атмосферой // Гидрохимические процессы в океане. М.: ИОАН СССР,1985.-С.66-75.

74. Крылов В.И.Бобков В.В.,Монастырский П.И. Вычислительные методы. -М.:Наука,1977.-Т.2. -400с.

75. Годунов С.К.,Рябенький В.С.Разностные схемы.- М.:Наука,1973.-400с.

76. Русин И.Н., Святский А.З. Профильная гидродинамическая модель галоклина в Обской губе //Тр.ДАНИИ.-1983.-Т.378.-С.88-97.

77. Иванов В.В., Святский А.З. Численное моделирование вторжения морских вод в устья рек в сезонном временном масштабе//Водные ресурсы.-1987. -N5. -С. 116-122.

78. Munk W.Н.,Anderson E.R. Note on the theory of the thermocline //J.Mar.Res.-1948.-N7. -P. 276-295.

79. Officer C.B.Physical oceanography of estuaries and associated coastal waters.-New York.:John Wiley.-1976.

80. Лозовацкий И.Д.,Озмидов Р.В. О связи характеристик мелкомасштабной турбулентности с параметрами стратификации вод в океане // Океанология.-1979.-Т.XIX, Вып. 6.-С. 982-992.

81. Dan Kelley. Effective diffusivities within Oceanic thermoha-line straircases //J.of Geoph.Res.-1984.- Vol.89,NC6.-P10484-10488.

82. Moor M.J., Long R.R. An experimental investigation of turbulent stratified shearing flow // J.Fl.Mech.-1971.-V49.-P. 635-655.

83. Hapfinoger E.J., Toly J.A. Spatially decaying turbulence and its relation to mixing arcoss density interfaces //J.Fl.Mech. -1976.-V78.-P.155-175.

84. Kantha L.H.,Phillips O.M., Azad R.S. On turbulent entrainment at a stable density interface // J.Fl.Mech.-1977.-V79.-P.753-768.

85. Воропаев С.И.Зацепин А.Г.,Крылов А.Д. Совместный перенос тепла и соли через плотностную границу раздела между турбулентными слоями // Проблемы стратифицированных течений: Тез.докл. Всесоюз.конф.- Юрмала, 1988. -Ч. 2. -С. 133-136.

86. Шишкина Л.А. Гидрохимия.-Л.:Гидрометеоиздат,1974.-286с.

87. Русанов В.П.Яковлев Н.И.,Буйневич А.Г. Гидрохимический режим Северного Ледовитого океана // Тр.ААНИИ.-1979. -Т.355.-С.121-125.