Приливный перенос примеси в прибрежных районах Белого моря

Здоровеннов, Роман Эдуардович

Бесплатный автореферат и диссертация по наукам о земле на тему
Приливный перенос примеси в прибрежных районах Белого моря
ВАК РФ 25.00.36, Геоэкология

Автореферат диссертации по теме "Приливный перенос примеси в прибрежных районах Белого моря"

МУРМАНСКИЙ МОРСКОЙ БИОЛОГИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ КНЦ РАН

На правах рукописи

Здоровенное Роман Эдуардович

ПРИЛИВНОЙ ПЕРЕНОС ПРИМЕСИ В ПРИБРЕЖНЫХ РАЙОНАХ БЕЛОГО МОРЯ

Специальность 25.00.28 - ОКЕАНОЛОГИЯ

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата географических наук

Мурманск 2004

Работа выполнена в Институте Водных проблем Севера Карельского Научного Центра РАН

Официальные оппоненты:

Научные руководители:

доктор географических наук, профессор

Фукс Виктор Робертович

кандидат физико-математических наук,

Зуев Алексей Николаевич

доктор географических наук, профессор

Некрасов Алексей Всеволодович

Ведущая организация: Санкт-Петербургское отделение государственного океанографического Института

диссертационного совета Д 002.140.01 по защите диссертаций на соискание ученой степени кандидата географических наук Мурманского морского биологического института КНЦ РАН по адресу: 183010, г. Мурманск, ул. Владимирская, 17.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Мурманского морского биологического института КНЦ РАН по адресу: 183010, г. Мурманск, ул. Владимирская, 17.

Автореферат разослан «_»_2004 г.

Ученый секретарь Диссертационного совета

Защита состоится 23 декабря 2004 г. в

час. на заседании

кандидат географических наук

Е.Э. Кириллова

JdAÏ- у

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы.

В связи с возрастающим антропогенным воздействием на экосистемы прибрежных акваторий Белого моря актуальной задачей научных исследований является разработка и усовершенствование методов оценки состояния, управления, охраны и рационального использования их ресурсов. Наряду с натурными исследованиями акваторий, перспективным путем решения широкого круга задач, в том числе и проблемы изучения закономерностей распространения и трансформации примеси в прибрежных районах, является математическое моделирование. Проведены многочисленные исследования, посвященные моделированию приливного переноса и диффузии примеси в прибрежной морской зоне и приливных эстуариях (Альхименко и др., 19%; Дмитриев, 1995; Моделирование..., 1979; Проблемы..., 1986, Руховец, 1982; Aldridge, 1997; Bai, Wang, Shen, 2003; Xing, Davies, 2003; и до.). Для акваторий северных морей нашей страны можно привести примеры моделирования переноса и трансформации радионуклидов по акваториям Баренцева и Карского морей (Kulakov et al., 1995), распространение загрязняющих веществ в эстуарии р. Сев. Двины Белого моря (Бреховских и др., 1997; Бреховских, Перекальский, 2002). Подобные работы по другим акваториям Белого моря до сих пор, насколько нам известно, не проводились.

Приливные процессы в существенной степени определяют динамику вод, распространение вещества, функционирование экосистемы Белого моря. В связи с этим изучение влияния приливной динамики на перенос и диффузию примеси в прибрежной зоне Белого моря является важной задачей научных исследований. Поскольку Онежский и Кандалакшский заливы, выбранные нами в качестве объектов исследования, являются по данным В.В. Сапожникова и С.А. Соколовой (1994) подверженными значительному антропогенному воздействию, загрязненными районами Белого моря актуальность моделирования переноса примеси в этих заливах очевидна для решения многих задач.

Берега Онежского и Кандалакшского заливов отличаются значительной изрезанностью, наличием большого количества островов. Поэтому на приливной перенос примеси в прибрежной зоне заливов существенное влияние оказывают мелководье и очертания береговой линии. Особую сложность представляет изучение приливного переноса примеси в эстуариях, в которых происходит взаимодействие приливных течений и речных потоков. Математическое моделирование в сочетании с анализом данных натурных измерений позволяет выявить и картировать особенности распространения и трансформации примесей при разнообразном комплексе внешних условий.

Такой подход позволяет повысить эффективность мероприятий по улучшению качества водной среды, а также по снижению риска от чрезвычайных антропогенных экологических ситуаций (поступление нефтепродуктов при авариях судов, аварийные сбросы сточных вод в прибрежной зоне, добыча полезных ископаемых).

Цель работы - исследование особенностей приливного переноса примеси в прибрежных районах Белого моря, подверженных значительному антропогенному воздействию. В связи с этим были поставлены и решены следующие задачи:

1. Изучение особенностей приливных явлений мелководных прибрежных акваторий Белого моря по данным многолетних экспедиционных исследований.

2. Моделирование приливной динамики исследуемых акваторий и оценка возникающей в них остаточной приливной циркуляции.

3. Оценка адекватности результатов моделирования приливной динамики исследуемых акваторий путем сравнения с данными натурных измерений.

4. Моделирование приливного переноса примеси в мелководной прибрежной зоне при изменяющемся комплексе внешних условий, определяемых как антропогенными факторами, так и природными условиями (высота прилива, сток рек, объемы сточных вод).

5. Изучение особенностей распространения примеси в мелководных акваториях при действии локального источника, имитирующего в бухте Никольской и устье р. Кереть мидиевые плантации, в устьях рек Онеги, Кеми и Выга сбросы неочищенных сточных вод и аварийные экологические ситуации.

Основные научные результаты, выносимые на защиту:

• результаты анализа данных натурных наблюдений процессов приливного перемешивания вод в прибрежных районах Онежского и Кандалакшского заливов Белого моря;

• результаты численного моделирования приливной динамики изучаемых акваторий, оценка возникающей в них остаточной приливной циркуляции;

• оценка вклада различных членов уравнений движения в особенности приливной динамики исследуемых акваторий;

• выявленные закономерности распространения примеси в мелководных бухтах, эстуариях и Онежском заливе Белого моря при изменяющихся внешних факторах, таких как условия сизигийного и квадратурного прилива, весеннего паводка, а также при варьировании

" ' '- ^ '"и «Г,- I.

вс

коэффициентами неконсервативности примеси и горизонтального турбулентного обмена.

Объектами исследования настоящей диссертационной работы являются подверженные значительному антропогенному воздействию Онежский залив Белого моря, мелководные эстуарии рек Онега, Кемь и Выг Онежского залива, а также эстуарий р. Кереть и бухта Никольская, расположенные в Кандалакшском заливе. ' Материалы и методы исследований. В работе использовались

натурные данные, полученные в ходе следующих экспедиций: I • 1982-83 гг. - устье р. Онеги (ИВПС КарНЦ РАН);

• 1982-83 гг. - Соловецкие Салмы Онежского залива (ИВПС КарНЦ РАН);

• 1994, 1995, 1998 и 2000 гг. - устье р. Кереть и бухта Никольская Кандалакшского залива (кафедра океанологии СПбГУ);

• 2000-01 г. - губа Чупа Кандалакшского залива, Онежский залив и эстуарий р. Кемь (ИВПС КарНЦ РАН);

Автор принимал непосредственное участие в экспедициях кафедры океанологии в губе Чупа Кандалакшского залива и в экспедиции ИВПС КарНЦ РАН в Онежском заливе в 2001 г., а также в обработке и анализе полученных данных.

Для модельных расчетов приливной динамики и переноса примеси в прибрежных мелководных районах Белого моря использовалась программа CARDINAL (Вольцишер и др., 1989; Клеванный, 1999; Klevanny, Matveyev, 1993), реализующая систему уравнений мелкой воды и уравнение горизонтального переноса и турбулентной диффузии примеси в криволинейных координатах и предназначенная для исследования динамики прибрежных вод. Для задания начальных условий при моделировании использовались гидрологические ежегодники, другие опубликованные г материалы, а также данные экспедиционных наблюдений в заливах и бухтах

Белого моря. Достоверность полученных результатов расчетов была подтверждена имеющимися натурными измерениями. При построении расчетных сеток использовались навигационные карты. В работе применялись стандартные методы статистической обработки.

Научная новизна полученных результатов:

• Исследованы особенности приливных явлений и связанных с ними процессов переноса примеси в слабо изученных мелководных прибрежных районах Белого моря.

• Впервые для Онежского залива и мелководных прибрежных районов устьев рек Онега, Кемь, Выг, Кереть и бухты Никольской было

проведено моделирование приливных явлений и переноса примеси с использованием подробных криволинейных координатных сеток, позволивших с высокой степенью точности воспроизвести особенности морфометрии мелководных прибрежных акваторий.

• Выявлена важная роль нелинейных эффектов в динамике приливов в мелководной прибрежной зоне.

• Показано, что сезонные условия (весенний паводок) оказывают существенное влияние на характер переноса примеси в мелководных прибрежных районах и эстуариях.

• Впервые оценены особенности распространения примеси в мелководных акваториях при действии локального источника, имитирующего в бухте Никольской и устье р. Кереть мидиевые плантации, в устьях рек Онеги, Кеми и Выга сбросы неочищенных сточных вод и аварийные экологические ситуации.

Практическая значимость работы. Впервые так комплексно и подробно изучена динамика вод, приливной перенос в ряде малоисследованных районов Белого моря. Полученные в работе результаты могут быть использованы при решении задач охраны окружающей среды, в частности, при изучении приливного переноса примеси в прибрежной зоне, при разработке рекомендаций по оптимизации управления природными ресурсами в устьевых областях рек бассейна Белого моря. Полученные результаты позволят повысить эффективность мероприятий по улучшению качества водной среды, а также снизить риск от последствий чрезвычайных антропогенных экологических ситуаций. Выявленные закономерности распространения примеси могут быть использованы при ликвидации чрезвычайных ситуаций, для принятия мер по оптимизации сбросов сточных вод в исследуемые акватории. Результаты работы могут служить основой при планировании натурных экспериментов и при анализе различных экологических процессов, например, при обосновании выбора зон, наиболее благоприятных для разведения марикультуры.

Апробация работы. Результаты работы были использованы при выполнении фундаментальных исследований по программам ООФАГ и ОНЗ РАН, тем РФФИ и международных проектов. В частности:

• тема РФФИ № 03-05-64079а «Комплексный мониторинг динамики вод, наносов и рельефа, антропогенного загрязнения и условий существования биоты эстуариев Белого моря» » (2001-2002 гг.);

• тема РФФИ № 03-05-79028 «Организация и проведение экспедиции на Белом море по изучению динамики вод, наносов и

рельефа, антропогенного загрязнения и условий существования биоты эстуариев» (2001-2002 гг.);

• тема ИВПС Карельского НЦ РАН № 55 «Исследования основных элементов экосистемы Белого моря и роли абиотических факторов в ее развитии» (2002-2005 гг.);

• международный проект ИНКО-Коперникус № ICA2-1999-10167 «Устойчивое управление морской экосистемой и природными ресурсами Белого моря - WHITESEA» (2001-2002 гг.).

Основные результаты диссертации докладывались и были представлены на VII Молодежной научной конференции Института биологии Коми НЦ УрО РАН (Сыктывкар, 2000), на Международной конференции «Поморье в Баренц-регионе на рубеже веков: экология, экономика, культура» (Архангельск, 2000), на Международной конференции «Вековые изменения морских экосистем Арктики. Климат, морской перигляциал, биопродуктивность» (Мурманск, 2000), на Международной конференции «Экология северных территорий России. Проблемы, прогноз ситуации, пути развития, решения» (Архангельск, 2002), на Международной конференции «Моделирование живых ресурсов Белого моря» (Хельсинки, 2002), в отчетах кафедры океанологии СПбГУ по проекту «Белое море», на семинарах лабораторий географии и гидрофизики ИВПС КарНЦ РАН.

Публикаиии. По материалам диссертации опубликовано 8 работ, из них две статьи — в рецензируемых журналах.

Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, 4 глав, заключения, библиографии, включающей 224 наименование, из них 97 на иностранных языках и 2 приложений. Общий объем работы - 157 машинописных страниц.

Благодарности. Автор выражает искреннюю глубокую благодарность научному руководителю д.г.н. проф. В.Р. Фуксу за постановку задачи, всестороннюю помощь, ценные советы и рекомендации. За помощь в проведении исследований, обсуждении и анализе их результатов и ценные советы автор глубоко признателен научным консультантам д.г.н. проф. H.H. Филатову, к.т.н. А.Ю. Тержевику, а также сотрудникам лабораторий гидрофизики и географии ИВПС КарНЦ РАН: к.г.н. П.М. Бояринову, A.A. Колодочке, М.П. Петрову, к.г.н. Н.И. Пальшину, A.B. Митрохову, сотруднику лаборатории региональной океанологии Института географии СПбГУ А.Н. Мичурину, д.ф.-м.н. К.А. Клеванному за ценные консультации по работе с моделирующей системой CARDINAL, чл.-корр. РАН Ю.С. Долотову, руководителю тем РФФИ, участие в которых позволило соискателю получить новые экспедиционные данные.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность исследования, сформулированы его цели и задачи, дана оценка новизны и практической значимости полученных результатов, приведена краткая характеристика диссертационной работы.

В первой главе выполнен анализ отечественной и зарубежной литературы по математическому моделированию приливной циркуляции и переноса вещества в мелководных прибрежных районах морей и эстуариях. Исследование приливов в таких районах осложняется значительно возрастающей ролью придонного трения, отражением приливной волны от берегов, трением о ледяной покров в зимний период, взаимодействием речного потока и морских вод. При моделировании приливо-отливных течений применяются уравнения гидродинамики, упрощенные в зависимости от задачи и объекта исследования.

В работах многих исследователей (Дебольский и др., 1984; Некрасов, 1975; LeBlond, 1978; Lee et. al., 2001) показано, что в уравнениях сохранения импульса баланс осуществляется между силой, обусловленной горизонтальным градиентом давления, и силой трения. Такой режим распространения приливной волны называют градиентно-вязким (Зырянов, Лейбо, 1985; Музылев и др., 1985). Его использование для изучения распространения длинной гравитационной волны на мелководье возможно при условии, что глубина исследуемого водоема меньше некоторого критического значения (10-20 м). На мелководье происходит выход нижнего пограничного слоя в приповерхностную область и смыкание его с верхним пограничным слоем. Турбулентное перемешивание охватывает всю толщу вод, а зона смыкания двух пограничных слоев представляет собой фронтальную зону, отделяющую стратифицированные воды глубоководной части моря от однородных вод мелководья (Лапина, 2001).

Трансформация приливной волны на мелководье может приводить к повышению уровня воды в направлении вершины залива (Лапина, 2001; Лупачев, 1989; Зырянов, Музылев, 1988). Это явление получило название приливной накачки уровня. Она приводит к генерации остаточных вдольбереговых перемещений водных масс и взвеси. Постоянно действующие остаточные приливные течения в значительной мере определяют перенос вещества в мелководной прибрежной зоне морей, мелководных заливах и эстуариях (Carbajal, Bachaus, 1998, Jakobsen et. al., 2003, McLaughlin et al., 2003, Williams et. al., 2000).

Далее приводится обзор существующих моделей приливов для всего Белого моря и различных его районов (Вольцингер, Пясковский, 1977;

Лупачев, 1974; Сеземан, 1978; Кравец, 1981; Сгибнева, 1982; Цвецинский, 1989, 1995; Дианов и др., 1990; Мастркжов, Вереичиков, 1997). Рассмотрены основные особенности колебаний уровня Белого моря, приливных явлений моря в целом и его заливов, изложенные в монографиях (Инжебейкин, 2003) и "Гидрометеорология ...", вып. 1 (1991). Рассмотрена модель распространения загрязняющих веществ в устье Северной Двины (Бреховских и др., 1997, Бреховских, Перекальский, 2002).

В данной работе для моделирования процессов переноса примеси в мелководных прибрежных акваториях Белого моря была использована гидродинамическая моделирующая система CARDINAL (Вольцингер и др., 1989, Клеванный, 1999, Klevanny, Matveyev, 1993. Эта модель реализует систему уравнений мелкой воды, уравнение горизонтального переноса и турбулентной диффузии примеси и предназначена для исследования динамики прибрежных вод. Программа использует криволинейную систему координат, что особенно удобно при аппроксимации расчетной области в прибрежной зоне.

Во второй главе приводится физико-географическое описание Белого моря, рассмотрены основные особенности его приливо-отливных явлений. В Белом море преобладают приливные волны полусуточного периода: М2, S2, N2, К2. Из-за морфометрических особенностей, сложного очертания береговой линии моря эти волны нелинейно искажаются, взаимодействуют друг с другом, создавая дополнительные мелководные гармоники М4, MS4 (1/4-суточные волны), Мб (1/6-суточная волна). Основными суточными приливными волнами в Белом море являются волны Kj и О/. Высота прилива в Белом море значительно меняется от района к району. В Мезенском заливе наблюдается наибольшая величина прилива (5-7 м). В Горле величина прилива уменьшается до двух-четырех м, в Бассейне наблюдаются наименьшие высоты прилива (около одного метра). А в Онежском и Кандалакшском заливах приливные колебания уровня вновь возрастают (1.5-2 м). Максимальные приливные течения отмечаются в Воронке, Горле и Мезенском заливе (более 200 смс"1), а также в Соловецких Салмах Онежского залива (более 150 см с*1). В Бассейне, Кандалакшском и Двинском заливах скорости приливных течений невелики и составляют 1040 смс'1 (Гидрометеорология..., 1991).

Далее дано описание объектов исследования, а также экспериментов, проведенных в ходе экспедиционных исследований кафедры океанологии СПбГУ и Института водных проблем Севера КарНЦ РАН в Онежском и Кандалакшском заливах Белого моря. Приведено описание основных характеристик используемых приборов с указанием измеряемых параметров, диапазона измерений, точности и разрешающей способности.

Анализ натурных данных показал, что в Онежском и Кандалакшском заливах Белого моря происходит интенсивное приливное перемешивание вод в мелководной прибрежной зоне, где в летний период наблюдается неоднородное распределение температуры и солености по глубине, связанное в первую очередь с прогревом верхнего слоя. На небольших глубинах (до 10-15 м) водная толща по глубине стратифицирована слабо. Хорошо выраженная стратификация наблюдается лишь в районах с глубинами более 15 м. Установлено, что речные воды и взвесь поступают в верхний слой и при небольших глубинах в фазу прилива перемешиваются по всему водному столбу, а в более глубоких районах перемешивание происходит только в верхнем слое. В районах с глубинами более 15 м в нижнем слое располагаются холодные морские воды с повышенными значениями солености. В устьях рек наблюдается солевой клин, который деформируется и разрушается в процессе эволюции приливного фронта. Уже в начале сентября в исследованных районах заливов отмечается практически полная однородность температуры и солености по глубине.

В Онежском и Кандалакшском заливах доминирует полусуточная волна М2. На входе в Онежский залив приливные течения имеют реверсивный характер. Минимальные амплитуды колебаний уровня отмечаются на открытых акваториях, максимальные - в районах устьев рек и на мелководьях. Практически везде наблюдается неравенство приливных и отливных фаз. В устьях рек отмечено уменьшение скоростей приливных течений, что можно объяснить трансформацией приливной волны на мелководье и ее взаимодействием с речным потоком. Этим же можно объяснить наблюдавшиеся в зимний период вертикальные градиенты скорости и наличие разнонаправленных потоков в устье р. Онеги (Лифшиц, Бояринов, 1984, Лифшиц, Титов, 1985).

В третьей главе приводятся результаты моделирования приливной динамики исследуемых акваторий. С помощью моделирующей системы CARDINAL были проведены численные эксперименты по расчету хода уровня и приливных течений для акваторий Онежского залива, бухты Никольской, устьев рек Онеги, Кеми, Керети при изменяющемся комплексе внешних условий (высота прилива, сток рек).

Осредненные по глубине уравнения мелкой воды и уравнение распространения примеси в данной модели приняты в виде (Клеванный, 1999):

VV .0)

^-gH^-fU+K&V-f,,—

=-gHgx+jV+KAU-fb

u\ v

qt+Ux+Vy= 0

(c H)+(Uc)x+(Vc) =AHAc-XcH

где U я V— полные потоки, Н- полная глубина потока, g - ускорение силы тяжести, д- уровень свободной поверхности,/- параметр Кориоли-са, К - коэффициент горизонтального турбулентного обмена, fb - коэффициент придонного трения, с - осредненная по глубине концентрация, А - коэффициент горизонтальной турбулентной диффузии примеси, Я — коэффициент неконсервативности примеси.

Коэффициенты, входящие в систему уравнений (1), в пакете CARDINAL заданы следующим образом. Параметр Кориолиса рассчитывается по формуле:

где (о - угловая скорость вращения Земли, <р - широта места. Значение коэффициента горизонтального турбулентного обмена К определяется выражением:

где L - шаг сетки, Grad V - сумма градиентов составляющих скорости.

Для коэффициента придонного трения fh установлена безразмерная величина 0.014. Его величина считается постоянной по всей расчетной области.

Для определения коэффициента горизонтальной турбулентной диффузии примеси А используется эмпирическая формула, связывающая этот коэффициент с масштабом процесса L (Okubo, 1962):

/=2ft>sin<p, (2)

ÄT=0.15L2GradV, (3)

Под масштабом процесса понимается локальный шаг сетки.

Коэффициент неконсервативности А используется для учета степени химической, биологической или радиоактивной неконсервативности исследуемого вещества.

Система уравнений (1) решается при следующих граничных условиях. На твердых границах расчетной области принимается условие непротекания. На открытых границах задаются колебания уровня свободной поверхности и расходы рек в виде временного хода, аналитического выражения или постоянного значения. Концентрации примеси задаются по всей акватории в виде начального поля концентраций или в виде точечных источников.

Для учета сложного очертания береговой линии исследуемых акваторий, расположенных в них островов и особенностей рельефа дна были построены криволинейные координатные сетки с пространственным шагом около 2-3 км для Онежского залива и десятки-сотни метров для бухты Никольской и устьев рек. Для всех акваторий были рассчитаны ежечасные поля скоростей приливных течений на два приливных цикла и положений уровня на 10 приливных циклов. Был проведен спектральный анализ рассчитанных приливных колебаний уровня. Выявлены следующие особенности пространственно-временной структуры приливных движений и хода уровня в исследуемых акваториях.

На большей части акватории Онежского залива приливные течения имеют реверсивный характер, при этом они ориентированы вдоль продольной оси залива. Максимальные скорости приливных течений отмечаются в проливах в районе Соловецких островов и Кондострова и достигают значений 150 см с"1. В вершине и на выходе из залива скорости приливных течений изменяются в течение приливного цикла в пределах 10-100 см с"1, в средней части залива - в пределах 40-80 см с"1. В вершине залива приливная волна близка к стоячей, в средней части залива она имеет прогрессивно-стоячий, на выходе го залива — прогрессивный характер. По мере продвижения к вершине залива амплитуда приливного уровня увеличивается. В мелководных районах отмечается нелинейность хода уровня - неравенства времени роста и падения уровня, полных и малых вод. Также отмечаются неравенства в скоростях приливных течений.

Спектральный анализ рядов хода уровня за 10 приливных циклов показал наличие 1/4- и 1/6-суточных волн в вершине залива и в мелководных прибрежных районах (рис. 1). Проведенные эксперименты по выяснению вклада различных членов уравнений движения в деформацию приливной волны позволили сделать вывод о том, что нелинейное искажение приливной волны в значительной мере

обусловлено мелководностью Онежского залива. Шести- и четырехчасовые волны появляются в вершине залива и в мелководных прибрежных районах, когда приливное возвышение уровня становится сравнимым с глубиной. При этом нелинейность конвективных ускорений и донного трения играют второстепенную роль. Рассчитанные для акватории Онежского залива с помощью моделирующей системы CARDINAL приливные течения и ход уровня неплохо согласуются с натурными данными и результатами моделирования, полученными другими исследователями (Лифшиц, Бояринов, 1984, Лифшиц, Титов, 1985, Цвецинский, 1989, Дианов и др., 1990).

>10 (•») 8м«г

- 5 5 » 9 ¿apt о ыарео •раф раф

• 1

• 9 -

лоГ J м YW А 9 А, -

ЧаСЫ ж 17 12 9.7 7.0 В. в 6.0 4.4 3.9 3.6 • 108 <«■») Sptetr

- - 5» - 9» щ>еог\ apeorv аф аф

yyV Wf. J К VMvi

Рис. 1. Спектры уровня моря в пунктах, расположенных в мелководных прибрежных районах: слева - реальные глубины, справа - приглубый берег.

Расчет особенностей приливной динамики в устье р. Онеги показал, что приливные течения в этой акватории имеют реверсивный характер, приливная волна относится к стоячему типу. Доминирующей в приливных колебаниях уровня является волна М2, а также ее обертоны -волны М4 и М6. Ход уровня в приустьевой области имеет нелинейный характер: время роста уровня составляет 3 ч 55 мин, время падения -8ч 30 мин. Высота прилива составляет 0.9-1.0 м; высота отлива - 0.1 м при максимальном расходе реки, 0.5 м - при среднегодовом и 0.6 м - при минимальном расходе. Таким образом, при увеличении расхода реки величина прилива остается практически неизменной, а величина отлива существенно уменьшается. При среднегодовом расходе реки скорость суммарного (приливного и стокового) течения изменяется в течение приливо-отливного цикла от 1-2 до 50-55 см-с"1. При максимальном расходе реки скорость суммарного течения достигает 100-105 см-с"1 в конце отлива. Спектральный анализ хода уровня в устье р. Онеги показал, что с увеличением расхода реки несколько увеличиваются остаточные приливные эффекты и практически остаются без изменений основные энергонесущие пики на частотах полусуточных, четвертьсуточных и четырехчасовых волн. При подавлении эффектов мелководья увеличивается высота полусуточного прилива, становятся незначительными разности величин полных и малых вод, сравнивается продолжительность роста и падения уровня, пропадают мелководные четвертьсуточные и четырехчасовые волны. Особенности приливной циркуляции в устье р. Онеги, рассчитанные с помощью моделирующей системы CARDINAL неплохо согласуются с данными натурных измерений (Руднев, 1984, Лифшиц, Титов, 1985, Петров, 1985), несмотря на то, что полевые эксперименты проводились в зимний период, а при модельных расчетах влияние ледяного покрова не учитывалось.

Устье р. Кемь. На входе в Онежский залив приливная волна имеет преимущественно прогрессивный характер с амплитудой около 0.6 м и максимальными скоростями течений до 150 см с"1. На приливе и отливе скорости течений в приустьевой области р. Кемь незначительны, на большей части акватории они составляют 5-15 см с'1, в узостях между островами и в устье р. Кемь увеличиваются до 35 см с'1. В моменты полных и малых вод скорости течений возрастают до 50-75 см с"1, в узостях их значения превышают 100 см с"1. В пункте, расположенном в устье р. Кемь, наблюдается незначительное неравенство времени роста и падения уровня: время роста на 5-10 минут меньше времени падения. Неравенство полных и малых вод проявляется слабо. Остаточная приливная циркуляция в акватории мала. Результаты моделирования

приливных явлений в устье р. Кемь достаточно адекватно описывают особенности приливной динамики акватории (ЭоЫоу е! а1., 2002).

Устье р. Кереть. Приливные колебания уровня синхронны по всей акватории Керетского рейда, мало изменяются по высоте. Наблюдается незначительное неравенство полных и малых вод: отклонение уровня от равновесного положения несколько больше на полной воде. Скорости приливных течений в зависимости от морфометрических особенностей, расхода р. Кереть и варианта сизигийного или квадратурного прилива существенно изменяются по акватории Керетского рейда. В квадратуру скорости суммарного (стокового и приливного) течения в двух пунктах акватории (расположенных в устье р. Кереть и на расстоянии 1.6 км мористее) меняются от 10 (пункт 1) и 3 (пункт 2) при максимальном до 2 смс"1 (в обоих пунктах) при минимальном расходе реки. При тех же расходах реки в сизигию скорости меняются от 12 (пункт 1) и 4 (пункт 2) до 2-3 см с'1 (в обоих пунктах) соответственно. В сизигию скорости приливного течения оказываются больше скоростей стокового, и между ними происходит нелинейное взаимодействие, приводящее к существенным фазовым сдвигам и обертонам, особенно заметным на приливе в паводок. В сизигию при максимальном расходе р. Кереть на полной воде скорости течений незначительны, на большей части акватории не превышают 5-7 см с"1, скорость стокового течения составляет 10-15 см с"1. В фазу отлива скорости течений составляют 5-10, в узостях возрастают до 15-20 см с'1. На малой воде скорости течений минимальны, составляют 1-3 см с"1, стоковое течение максимально развито - его скорости достигают значений 25 см с"1. В фазу прилива в результате взаимодействия стокового и приливного течений в приустьевой области наблюдается сложная переходная система течений, возникают круговороты, скорости течений незначительны, не более 1-2 см с"1. В проливах скорости приливных течений достигают 10 см с'1, скорость стокового течения составляет 20 см с"1. Остаточная приливная циркуляция на акватории бухты незначительна. Результаты моделирования особенностей приливных явлений в устье р. Кереть хорошо согласуются с данными натурных измерений (Отчеты по х/д темам 1993-1994 гг., архив каф. океанологии СПбГУ; Долотов и др., 2001а; Долотов и др., 2002а; ЭоЬЮу е! а1., 2002).

превышает 0.01 м. На приливе и отливе скорости течений по всей акватории бухты максимальны, их значения изменяются в пределах 10-20 см с"1, на полной и малой воде наблюдается сложная система течений со скоростями, не превышающими 5-7 см-с"1. Остаточная приливная циркуляция на акватории бухты незначительна. Результаты моделирования приливных явлений в бухте Никольской неплохо согласуются с данными экспедиционных исследований (Дианов и др., 1990; Мичурин и др., 1997).

Сравнение данных экспедиционных исследований приливов с результатами гидродинамического моделирования показало, что модель CARDINAL адекватно воспроизводит приливную динамику исследуемых акваторий.

В четвертой главе дана характеристика экологического состояния Белого моря. Показано, что основными источниками антропогенного загрязнения Белого моря являются лесоперерабатывающая, горнодобывающая и нефтяная промышленность, причем значительная часть загрязняющих веществ поступает с речным стоком. Сточные воды предприятий лесной и целлюлозно-бумажной промышленности вносят в море лингосульфаты, фенолы, метиловый спирт. Предприятия горнодобывающей промышленности являются источником поступления в море тяжелых металлов, таких как никель, хром, медь, цинк, свинец, ртуть и других; от предприятий нефтяной промышленности поступают непредельные углеводороды, нафтеновые кислоты, полихлорбифенилы, сера, свинец и другие загрязнители (Наумов, Федяков, 1993). За год с речным стоком в Белое море выносится около 2900 т нефтепродуктов, 754 т детергентов, 10 т фенолов, 0.137 т хлорорганических пестицидов (Белое море. Биологические..., 1995).

Далее в четвертой главе приведены основные результаты расчетов приливного переноса примеси в исследуемых акваториях. Под примесью в модели понимается некая субстанция, консервативная или неконсервативная, с размерностью «условная единица на единицу объема».

В устье р. Онеги при постоянно действующем источнике примеси, имитирующем поступление сточных вод, характер распространения примеси существенно определяется величиной расхода реки. При среднегодовом расходе реки за первые сутки происходит перенос примеси на 10-12 км от устья (рис. 2, слева). В течение первых пяти суток передний фронт примеси удаляется от устья со скоростью около одного км в сутки. В дальнейшем распространение переднего фронта примеси приостанавливается, происходит накопление примеси в непосредственной близости от источника (устья реки), причем по обе стороны от устья формируются области с повышенной концентрацией примеси. Вдоль берега формируется полоса примеси шириной около 15 км с постепенно возрастающими концентрациями.

При максимальном расходе реки за первые сутки примесь распространяется на 16-18 км от устья (рис. 2, справа). В дальнейшем на некотором расстоянии от источника формируется вытянутое по нормали к берегу пятно с повышенными концентрациями примеси. Передний фронт этого пятна в течение первых пяти суток действия источника примеси удаляется от него со скоростью около трех км в сутки. В следующие двое-трое суток скорость распространения переднего фронта пятна примеси снижается до одного км в сутки. Расчет распространения примеси на период более 10 суток показал, что пятно примеси продолжает распространяться по акватории залива со скоростью около одного км в сутки, при этом концентрация примеси внутри пятна растет. Однако расчет распространения примеси при задании максимально возможного расхода на длительный период нецелесообразен, так как период паводка на реке имеет ограниченную длительность.

При кратковременном действии источника примеси (в течение одних суток), имитирующем аварийное поступление примеси, и среднегодовом расходе реки, в течение пяти суток вся примесь переносится на расстояние около восьми км от источника. При этом происходит формирование пятен с повышенной концентрацией примеси по обе стороны от источника.

60 ч

Онега

р.Омега

10 кгл

0 10 12

12 »о 24

24 (о 36

3 6 1о 48

48 го 60

60 го 72

72 го 84

64 то Эй

9 6 го 108

108 го 120

Рис 2. Распространение примеси в устье р. Онеги при среднегодовом (слева) и максимальном (справа) расходе реки за 60 ч счета.

Эксперименты по оценке вклада коэффициента неконсервативности в пространственно-временную изменчивость поля концентраций общего фосфора при его кратковременном поступлении в вершине Онежского залива (в течение суток) показали, что разница в концентрациях с учетом коэффициента неконсервативности и без достигает 30 и 50% к концу вторых и третьих суток соответственно. При расчетах на меньшие промежутки времени учет коэффициента неконсервативности не дает существенных отличий в концентрациях общего фосфора.

В устьевой области р. Кемь перенос примеси имеет следующие особенности. В момент равновесного положения уровня на приливе пятно примеси вытянуто вдоль материкового берега в виде узкой полосы (рис. 3, а). Концентрация примеси максимальна в средней части этой полосы на расстоянии до двух км от источника.

Затем картина существенно меняется. В конце прилива пятно примеси начинает смещаться вправо от устья реки. В момент полной воды основной поток примеси направлен ниже о. Якостров. При этом максимальные концентрации примеси наблюдаются вдоль материкового берега. В момент равновесного положения уровня на отливе вся примесь переносится вправо и вниз от устья р. Кемь (рис. 3, б). В следующие 3 часа отлива поток примеси быстро возвращается на прежнее место. К моменту малой воды пятно примеси заполняет все пространство между материком и о. Якостров. Небольшие концентрации примеси наблюдаются с мористой стороны о. Якостров, которые в течение следующих двух часов счета уносятся отливным течением за пределы сеточной области. К началу прилива пятно примеси вновь вытянуто вдоль материкового берега акватории в виде узкой полосы (рис. 3, в).

Таким образом, в устьевой области р. Кемь на определенной стадии прилива пятно примеси оказывается вытянутым вдоль берега в непосредственной близости от источника. Сильные приливо-отливные течения перемещают примесь по акватории, однако, поскольку остаточная приливная циркуляция в данном районе незначительна, существенного итогового удаления примеси от источника не происходит. При этом изменение расхода реки от минимального до максимального не оказывает существенного влияния на характер переноса примеси. Таким образом, в данной акватории определяющее влияние на характер переноса примеси оказывают сильные приливо-отливные течения. При действии постоянного источника примеси со временем будет происходить ее накопление в мелководной прибрежной зоне, что представляет опасность для донных сообществ акватории.

Рис. 3. Изменение положения пятна примеси в приустьевой области р. Кемь в течение одного приливо-отливного цикла.

Численные эксперименты по переносу примеси в устье р. Кереть показали, что распространение вод с повышенной концентрацией примеси происходит неравномерно: на приливе оно ускоряется, на отливе замедляется. Был проведен расчет переноса примеси по акватории при условии сизигийного прилива и максимального расхода реки за семь приливных циклов. Через три приливных цикла пятно примеси с концентрациями 100 ед.-м'3 распространяется от устья р. Кереть на расстояние около 1500 м (рис. 4, слева).

Рис 4 Перенос примеси в устьевой области р. Кереть при максимальном расходе реки и сизигийном приливе за три (слева) и семь (справа) приливных циклов.

За следующие два приливных цикла пятно продвигается еще на 1000 м и, достигнув берегов о. Горелый, распространяется в проливах между материком и островами и между о-вами Горелый и Средний. Через семь приливных циклов пятно примеси заполняет все пространство между о-вами Горелый и Средний и между о. Горелый и материком (рис. 4, справа). При этом максимальные концентрации примеси наблюдаются между о-вами Горелый и Средний. За семь приливных циклов после начала счета на момент полной воды в акватории пятно удаляется от источника на расстояние около трех км. Проведенный расчет показал, что наиболее интенсивный перенос примеси имеет место в случае задания максимального расхода реки. Выбор же условий сизигийного или квадратурного прилива не оказывает существенного влияния

на перенос примеси. Таким образом, в устье р. Кереть определяющее влияние на перенос примеси имеет расход реки.

В бухте Никольской в качестве источников примеси рассматривались мидиевые плантации. Создание промышленной марикультуры двустворчатого моллюска мидии (МиШш есЬгИь) было начато на Белом море в 1983 г. (Океанографические условия..., 1991). По биотехнологии, разработанной ЗИНом, в настоящее время под мидиевые хозяйства уже освоено около 50 га водной поверхности. Одна из основных проблем марикультуры мидии - ее экологическая безопасность для окружающей среды. Мидиевые хозяйства оказывают существенное влияние на экосистему акватории. Под мидиевыми плантациями происходят изменения донного сообщества, а при определенных неблагоприятных гидрологических условиях могут появляться заморные зоны. Модельные расчеты показали, что перенос примеси приливными течениями по акватории бухты Никольской незначителен.

Рис. 5. Перенос примеси по акватории бухты Никольской за два (слева) и восемь (справа) приливных циклов.

Максимальное удаление примеси от источника в губе Никольская меньше, чем в губе Осечкова, в обеих губах оно не превышает 600 м за восемь приливных циклов (рис. 5). В губе Никольская пятно примеси имеет округлую, а в губе Осечкова вытянутую форму. В губе Осечкова пятно примеси со временем распространяется к берегу, в губе Никольская - к выходу из бухты. Поскольку перенос примеси в течение нескольких приливных циклов приливными течениями незначителен, можно сделать вывод о том, что со временем будет происходить накопление примеси в непосредственной близости от источника.

В заключении приведены основные результаты и выводы, полученные в диссертации. Показано, что характер переноса примеси как в районах со значительными скоростями приливо-отливных течений (Онежский залив), так и с малыми их значениями (Кандалакшский залив) определяется в первую очередь степенью развития остаточной приливной циркуляции в акватории и величиной расхода реки (для приустьевых областей). При этом наиболее значительное удаление примеси от источника наблюдается в устьях рек Онеги и Керети. В устье р. Кеми, не смотря на большие '

скорости приливо-отливных течений, удаление пятна примеси от источника незначительно в связи со слабым развитием остаточной приливной циркуляции. При этом концентрации в пятне примеси «

постепенно растут. В бухте Никольской происходит накопление примеси в непосредственной близости от источника, поскольку скорости приливо-отливных течений незначительны, остаточная приливная циркуляция слаба и объем речного стока в бухту мал.

Основные выводы, полученные в ходе выполнения работы, состоят в следующем:

1. Показано, что особенности приливного перемешивания вод в приустьевых районах Онежского и Кандалакшского заливов Белого моря определяются глубиной акватории, величиной речного стока и стратификацией водной толщи: на мелководьях (до 10-15 м) речные воды и взвешенные вещества в фазу прилива перемешиваются с морскими водами по всему водному столбу. В районах с глубинами более 15 м при наличии стратификации перемешивание речных и морских вод происходит только в слое выше термоклина.

2. Установлено, что определяющее влияние на нелинейную деформацию приливной волны в прибрежных районах Онежского залива оказывают эффекты мелководья, вступающие в силу при сравнимости приливного возвышения уровня с глубиной. Нелинейность конвективных ускорений и донного трения играют ( при этом второстепенную роль.

3. Установлено, что при постоянно действующем в устье р. Онеги источнике примеси характер ее переноса определяется расходом реки: в условиях паводка происходит существенный перенос примеси от источника (на 18, 33 и 43 км за 1, 6 и 16 суток соответственно) и формирование вытянутого по нормали к берегу пятна с повышенными концентрациями примеси. При среднегодовом расходе р. Онеги происходит перенос примеси на расстояние около 10-12 и 15-16 км за 1 и 6 суток соответственно,

после чего удаление примеси от источника приостанавливается, происходит ее накопление в прибрежной зоне.

4. Выявлено, что в устье р. Керети определяющее влияние на перенос примеси оказывает величина расхода реки (скорости стокового течения превосходят 15-20 см-с'1, в то время как скорости приливных течений не превышают 10 см с"1 на большей части акватории).

5. Показано, что при постоянно действующем источнике примеси в устье р. Кеми, в связи с тем, что в акватории остаточная приливная циркуляция слаба (скорости приливных течений составляют 50-75, остаточных приливных - менее одного см с"1), накопление примеси происходит в узкой прибрежной зоне в непосредственной близости от источника.

6. Показано, что в бухте Никольской перенос примеси от источника незначителен (не превышает 500 м за трое суток) в силу малости скоростей приливных (не более 20 см с"1) и остаточных приливных течений (менее 1 см с"1). При постоянно действующем источнике примеси ее накопление происходит в непосредственной близости от источника.

7. Показано, что в вершине Онежского залива при кратковременном поступлении общего фосфора (в течение суток) учет коэффициента неконсервативности общего фосфора целесообразен при расчетах поля его концентраций на срок более двух суток (разница в концентрациях с учетом коэффициента неконсервативности и без достигает 30 и 50% к концу вторых и третьих суток соответственно).

СПИСОК РАБОТ, ОПУБЛИКОВАННЫХ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

1. Здоровенное Р.Э., Лифшиц В.Х., Фукс В.Р. Приливные движения и перенос примеси в эстуарии реки Онеги // Океанология. 2001. Т. 41. №5. С. 680-685.

2. Здоровенное Р.Э., Мичурин А.Н. Численное моделирование приливного переноса загрязняющих веществ в вершине Онежского залива Белого моря // Сб. науч. тр. «Вековые изменения морских экосистем Арктики. Климат, морской перигляциал, биопродуктивностъ». Апатиты. 2001. С. 221-228.

3. Dolotov Yu. S., N. N. Filatov, N. N. Nemova, V. P. Shevchenko, N. A. Rimskii-Korsakov, N. V. Denisenko, I. P. Kutcheva, A. N. Platonov, L. L. Démina, R. E. Zdorovennov , and V. N. Kovalenko. Studies of the Water and Suspended Matter Dynamics, Anthropogenic Pollution, and

Ecosystem Living Conditions in the Estuaries (from the Example of the Karelian Coast of the White Sea) // Oceanology. Vol. 42. Suppl. 1. 2002. P. S135-S147.

4. Филатов H.H., Долотов Ю.С., Бояринов М.П., Здоровенное Р.Э., Коваленко В.Н., Лифшиц В.Х., Пальшин Н.И., Петров М.П., Толстиков A.B. Исследование термогидродинамических процессов и полей прибрежной зоны и эстуариев Белого моря // Гидроэкологические проблемы Карелии и использование водных ' ресурсов. Петрозаводск, 2003. С. 15-24.

5. Здоровеннов Р.Э., Мичурин А.Н.. Численное моделирование ^ приливного переноса загрязняющих веществ в Онежском заливе * Белого моря // Поморье в Баренц-регионе на рубеже веков: экология, экономика, культура. Материалы международной конференции. Архангельск, Институт экологических проблем

Севера УрО РАН.. 2000. С.88.

6. Здоровеннов Р.Э. Влияние приливной циркуляции на экологическую ситуацию в районе мидиевых плантаций в губе Никольская Кандалакшского залива белого моря // XIV Коми республиканская молодежная научная конференция (Том 2). Актуальные проблемы биологии и экологии: Тез. докл. VII Молодежной научной конференции. Сыктывкар. 2000. С. 82.

7. Здоровеннов Р.Э., Мичурин А.Н. Численное моделирование приливного переноса загрязняющих веществ в вершине Онежского залива Белого моря // Вековые изменения морских экосистем Арктики. Климат, морской перигляциал, биопродуктивность. Тез. докл. международной конференции (Мурманск, 11-13 мая 2000 г.). Мурманск: ММБИ КНЦ РАН, 2000. С. 67.

8. Филатов H.H., Бояринов П.М., Здоровеннов Р.Э., Коваленко В.Н., Литвиненко A.B., Петров П.М., Платонов A.B., Тержевик А.Ю., Толстиков А.Н., Поздняков Д.В., Филатов А.Н., Дружинин П.В. > Оценка изменений Белого моря и его водосбора под влиянием климатических и антропогенных изменений // Материалы международной конференции «Экология северных территорий _t России. Проблемы, прогноз ситуации, пути развития, решения».

ИЭПС. Архангельск. 2002. Т. 1. С. 403-408.

Изд. лиц. № 00041 от 30.08.99. Подписано в печать 17.11.04. Формат 60x84'/, Бумага офсетная. Гарнитура «Times». Печать офсетная. Уч.-изд. л. 1,4. Усл. печ. л. 1,5. Тираж 100 экз. Изд. № 73. Заказ № 455

Карельский научный центр РАН 185003, Петрозаводск, пр. А. Невского, 50 Редакционно-издательский отдел

»248 10

РНБ Русский фонд

2005-4 33976

Содержание диссертации, кандидата географических наук, Здоровеннов, Роман Эдуардович

ОГЛАВЛЕНИЕ.

ВВЕДЕНИЕ.

Глава 1. Современное состояние изученности приливных явлений и приливиого переноса примеси в мелководных прибрежных районах морей и эстуариях.

1.1. Гидродинамическое моделирование приливных явлений и переноса примеси в мелководных прибрежных районах морей и эстуариях.

1.2. Гидродинамическое моделирование приливных явлений и переноса примеси в мелководных прибрежных районах Белого моря.

Глава 2. Натурные исследования приливных процессов в отдельных частях акватории Белого моря.

2.1. Физико-географические особенности Белого моря.

2.2. Объекты экспериментов.

2.3. Постановка экспериментов.

2.4. Анализ данных.

2.4.1. Термохалинная структура вод в Кандалакшском и Онежском заливах.

2.4.2. Течения и колебания уровенной поверхности в приливных движениях.

Глава 3. Моделирование приливных явлений.

3.1. Описание моделирующей системы CARDINAL.

3.2. Численные эксперименты по расчету приливных течений и колебаний уровня и сравнение результатов с натурными данными.

3.2.1. Онежский залив.

3.2.2. Эстуарий р. Онега.

3.2.3. Эстуарий р. Кемь.

3.2.4. Бухта Никольская.

3.2.5. Эстуарий р. Кереть.

Глава 4. Моделирование переноса и диффузии примеси.

4.1. Экологическое состояние Белого моря.

4.2. Численные эксперименты по переносу и диффузии вещества в Белом море.

4.2.1. Онежский залив.

4.2.2. Устье р. Онеги.

4.2.3. Устье р. Кемь.

4.2.4. Бухта Никольская.

4.2.5. Устье р. Кереть.

Введение Диссертация по наукам о земле, на тему "Приливный перенос примеси в прибрежных районах Белого моря"

Актуальность темы. В последние годы Белое море привлекает значительное внимание как исследователей, так и пользователей. Это связано с новым этапом освоения ресурсов самого моря и его водосбора (отметим здесь предполагаемую добычу алмазов, рыбных ресурсов, развитие марикулмуры, планирование транспортировки природного газа со Штокмановского месторождения Баренцева моря в Западную Европу, строительство в связи с этим побочных производств). Все эти и другие мероприятия требуют разработки научных основ рационального использования и охраны ресурсов моря.

В последние годы отмечены такие негативные воздействия на экосистему Белого моря, как загрязнение нефтепродуктами и промышленными стоками устьев крупнейших, в том числе нерестовых, рек, сброс сточных вод промышленных предприятий, находящихся на водосборе. Ряд городов на побережье моря не имеет комплекса очистных сооружений (КОС), или они работают не в нормативном режиме. В настоящее время в Белом море в десятки раз сократились запасы и вылов промысловых видов рыб, резко снизилась численность гренландского тюленя. Столь резкое снижение запасов основных промысловых объектов Белого моря обусловлено целым рядом причин, в том числе и загрязнением моря, в особенности его прибрежной зоны, заливов и эстуариев. Усиление антропогенного воздействия на прибрежные регионы моря может привести и уже приводит к серьезным нарушениям, не только в отдельных организмах, но и на уровне прибрежных экосистем.

Поскольку гидродинамические процессы, определяющие перенос субстанции и перемешивание вод, являются базисными факторами в развитии водных экосистем, особую важность приобретает изучение этих процессов и возможность их численного моделирования. Определяющую роль в динамическом режиме Белого моря играют приливы. В Мезенском заливе Белого моря высота прилива составляет 5-7 м. Максимальные скорости приливных течений в отдельных районах моря превышают 200 см-с"1 (Гидрометеорология., 1991). Поэтому изучение влияния приливной динамики на перенос и диффузию примеси в прибрежной зоне является одной из важных задач современных океанологических исследований Белого моря.

К настоящему моменту отечественными и зарубежными учеными проведен определенный объем исследований, посвященных моделированию приливного переноса и диффузии примеси в прибрежной морской зоне и приливных эстуариях (Альхименко и др., 1996; Еремеев, Иванов, 1981; Моделирование., 1979; Озмидов, 1986; Проблемы., 1986; Руховец, 1982; Сеидов, Личнов, 1985; Aldridge, 1997; Bai, Wang, Shen, 2003; He, Chao, 1994; Gerritsen et. al., 2001; Inoue, Wiseman, 2000; Lafíte et. al., 2000; Luyten, 1997; Makinson, Nicholls, 1999; Mason, Garg, 2001; Xing, Davies, 2003; и др.). Для акваторий северных морей нашей страны можно привести примеры моделирования переноса и трансформации радионуклеидов в акваториях Баренцева и Карского морей (Kulakov, Pavlov, Stanovoy, 1995), распространение загрязняющих веществ в приливном эстуарии р. Сев. Двины Белого моря (Бреховских и др., 1997; Бреховских, Перекальский, 2002; Лапина, 2000, 2001). Подобные работы по другим акваториям Белого моря до сих пор, насколько нам известно, не проводились. Относительно небольшое количество работ по моделированию динамики вод, распространению примесей в эстуариях обусловлено сложностью их численного моделирования, связанной с мелководностью, сложностью рельефа дна и берегов исследуемых акваторий, а также зачастую отсутствием данных натурных наблюдений.

Поскольку Онежский и Кандалакшский заливы, выбранные нами в качестве объектов исследования, являются по данным В.В. Сапожпикова и С.А. Соколовой (1994) подверженными значительному антропогенному воздействию, актуальность моделирования переноса примеси в этих заливах очевидна для решения многих задач.

Развитие марикультуры и рыболовства, навигация, строительство и функционирование портов и промышленных предприятий, расширение рекреационных зон определяют в настоящий момент хозяйственное использование прибрежной морской зоны этих заливов. Берега Онежского и Кандалакшского заливов отличаются значительной изрезанностью, наличием большого количества островов. Поэтому на приливной перенос загрязняющих веществ в их прибрежной зоне существенное влияние оказывают мелководье и очертания береговой линии. Особую сложность представляет изучение приливного переноса и диффузии вещества в эстуариях, в которых происходит взаимодействие приливных течений и речных потоков. В этом случае наиболее эффективным путем исследования процессов переноса и трансформации вещества является математическое моделирование в сочетании с натурными измерениями.

Наглядным примером важности понимания исследуемых процессов и явлений является обоснование выбора мест для размещения марикультуры. Создание промышленной марикультуры двустворчатого моллюска — мидии (МиШш ейнИя) было начато на Белом море в 1983 г. (Океанографические ., 1991). По биотехнологии, разработанной ЗИНом, в настоящее время под мидиевые хозяйства уже освоено около 50 га водной поверхности. Мидиевые хозяйства оказывают существенное влияние на экосистему акватории. Под мидиевыми плантациями происходят изменения донного сообщества, а при определенных неблагоприятных гидрологических условиях могут появляться заморные зоны (Примаков, 2002; Садыхова, Ляхин, 1994). Отрицательное воздействие марикультуры мидий на экосистему акватории значительно уменьшается в условиях интенсивного водообмена. В связи с этим, при выборе мест под плантации важно оценить особенности водообмена конкретной акватории.

Подготовка сведений для разработки научных основ управления ресурсами Белого моря, в особенности его прибрежной зоны, позволит повысить эффективность мероприятий по улучшению качества водной среды, а также по снижению риска от чрезвычайных антропогенных экологических ситуаций, таких как поступление нефтепродуктов при авариях судов, аварийные сбросы сточных вод в прибрежной зоне, добыча полезных ископаемых, дноуглубление русел.

Цель работы — исследование особенностей приливного переноса примеси в прибрежных районах Белого моря, подверженных значительному антропогенному воздействию. В связи с этим были поставлены и решены следующие задачи:

1. Изучение закономерностей приливных явлений мелководных прибрежных акваторий Белого моря по данным экспедиционных исследований.

2. Моделирование особенностей приливной динамики исследуемых акваторий и оценка вклада различных нелинейных эффектов на динамику вод и перенос примеси в прибрежной зоне.

Основные научные результаты, выносимые на защиту: результаты анализа данных натурных наблюдений процессов приливного перемешивания вод в прибрежных районах Онежского и Кандалакшского заливов Белого моря; результаты численного моделирования приливной динамики изучаемых акваторий, оценка возникающей в них остаточной приливной циркуляции; оценка вклада различных членов уравнений движения в особенности приливной динамики исследуемых акваторий; выявленные закономерности распространения примеси в мелководных бухтах, эстуариях и Онежском заливе Белого моря при изменяющихся внешних факторах, таких как условия сизигийного и квадратурного прилива, весеннего паводка, а также при варьировании коэффициентами неконсервативности примеси и горизонтального турбулентного обмена.

Объектами исследования диссертационной работы являются Онежский залив Белого моря, мелководные эстуарии рек Онега, Кемь и Выг Онежского залива, а также эстуарий р. Кереть и бухта Никольская, расположенные в Кандалакшском заливе, в разной степени подверженные антропогенному воздействию.

Материалы и методы исследований. В работе использовались натурные данные, полученные в ходе следующих экспедиций:

1982-83 гг. - устье р. Онеги (ИВПС КарНЦ РАН);

1982-83 гг. - пролив Соловецкие Салмы Онежского залива (ИВПС КарНЦ РАН);

1994, 1995, 1998 и 2000 гг. - устье р. Кереть и бухта Никольская Кандалакшского залива (кафедра океанологии СПбГУ);

2000-01 г. - губа Чупа Кандалакшского залива, Онежский залив и эстуарий р. Кемь (ИВПС КарНЦ РАН);

Для модельных расчетов приливной динамики и переноса' примеси в мелководных прибрежных районах Белого моря использовалась программа CARDINAL (Вольцингер и др., 1989; Клеванный, 1999; Klevanny et. al., 1992; Klevanny, Matveyev, 1993). Программа реализует систему уравнений мелкой воды и уравнение горизонтального переноса и турбулентной диффузии примеси в криволинейных координатах и предназначена для исследования динамики прибрежных вод. Использование криволинейной системы координат особенно удобно при аппроксимации расчетной области в прибрежной зоне, изобилующей заливами, островами и полуостровами. Для задания начальных условий при моделировании использовались гидрологические ежегодники, другие опубликованные материалы, а также данные экспедиционных наблюдений в заливах и бухтах Белого моря. Достоверность полученных результатов расчетов была подтверждена их совместным анализом с имеющимися натурными измерениями. При построении криволинейных координатных сеток использовались навигационные карты. В работе для анализа полученных данных применялись стандартные методы статистической обработки, корреляционный и спектральный анализ.

Научная новизна полученных результатов заключается в следующем:

Исследованы особенности приливных явлений и связанных с ними процессов переноса примеси в слабо изученных мелководных прибрежных районах Белого моря.

Впервые для Онежского залива и мелководных прибрежных районов устьев рек Онега, Кемь, Выг, Кереть и бухты Никольской было проведено моделирование приливных явлений и переноса примеси с использованием подробных криволинейных координатных сеток, позволивших с высокой степенью точности воспроизвести особенности морфометрии мелководных прибрежных акваторий, имеющих сложную береговую линию, рельеф дна и изобилующих большим количеством островов.

Выявлена важная роль нелинейных эффектов (трансформация приливной волны на мелководье) в динамике приливов в мелководной прибрежной зоне.

Показано, что сезонные условия (весенний паводок), а также условия сизигийного и квадратурного прилива оказывают существенное влияние на характер переноса примеси в мелководных прибрежных районах и эстуариях.

Впервые оценены особенности распространения примеси в мелководных акваториях при действии локального источника, имитирующего в бухте Никольской и устье р. Кереть мидиевые плантации, в устьях рек Онеги, Кеми и Выга сбросы неочищенных сточных вод и аварийные экологические ситуации. Практическая значимость работы. Впервые так комплексно и подробно изучена динамика вод, приливной перенос в ряде малоисследованных районов Белого моря. Полученные в работе результаты могут быть использованы при решении задач охраны окружающей среды, в частности, при изучении приливного переноса примеси в прибрежной зоне, при разработке рекомендаций по оптимизации управления природными ресурсами в устьевых областях рек бассейна Белого моря. Полученные результаты позволят повысить эффективность мероприятий по улучшению качества водной среды, а также снизить риск от последствий чрезвычайных антропогенных экологических ситуаций. Выявленные закономерности распространения примеси могут быть использованы при ликвидации чрезвычайных ситуаций, для принятия мер по оптимизации сбросов сточных вод в исследуемые акватории. Результаты работы могут служить основой при планировании натурных экспериментов и при анализе различных экологических процессов, например, при обосновании выбора зон, наиболее благоприятных для разведения марикультуры.

Апробация работы. Результаты работы были использованы при выполнении фундаментальных программ ООФАГ и ОНЗ РАН, тем РФФИ и международных проектов. В частности: тема РФФИ № 03-05-64079а «Комплексный мониторинг динамики вод, наносов и рельефа, антропогенного загрязнения и условий существования биоты эстуариев Белого моря» » (2001-2002 гг.); тема РФФИ № 03-05-79028 «Организация и проведение экспедиции на Белом море по изучению динамики вод, наносов и рельефа, антропогенного загрязнения и условий существования биоты эстуариев» (2001-2002 гг.); тема ИВ ПС Карельского НЦ РАН № 55 «Исследования основных элементов экосистемы Белого моря и роли абиотических факторов в ее развитии» (20022005 гг.); международный проект ИНКО-Коперникус № 1СА2-1999-10167 «Устойчивое управление морской экосистемой и природными ресурсами Белого моря — \VHITESEA» (2001-2002 гг.).

Основные результаты диссертации докладывались и были представлены на VII Молодежной научной конференции Института биологии КомиНЦ УрО РАН (Сыктывкар, 2000), на Международной конференции «Поморье в Баренц-регионе на рубеже веков: экология, экономика, культура» (Архангельск, 2000), на Международной конференции «Вековые изменения морских экосистем Арктики. Климат, морской перигляциал, биопродуктивность» (Мурманск, 2000), на Международной конференции «Экология северных территорий России. Проблемы, прогноз ситуации, пути развития, решения» (Архангельск, 2002), на Между нар одной конференции «Моделирование живых ресурсов Белого моря» (Хельсинки, 2002), в отчетах кафедры океанологии СПбГУ по проекту «Белое море», на семинарах лаборатории географии и гидрофизики ИВПС КарНЦ РАН.

Публикации. По материалам диссертации опубликовано 8 работ, из них две статьи - в рецензируемых журналах.

Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, 4 глав, заключения, выводов, библиографии, включающей 224 наименование, из них 97

Заключение Диссертация по теме "Геоэкология", Здоровеннов, Роман Эдуардович

Основные выводы, полученные в ходе выполнения работы, состоят в следующем:

2. Установлено, что определяющее влияние на нелинейную деформацию приливной волны в прибрежных районах Онежского залива оказывают эффекты мелководья, вступающие в силу при сравнимости приливного возвышения уровня с глубиной. Нелинейность конвективных ускорений и донного трения играют при этом второстепенную роль.

3. Установлено, что при постоянно действующем в устье р. Онеги источнике примеси характер ее переноса определяется расходом реки: в условиях паводка происходит существенный перенос примеси от источника (на 18, 33 и 43 :км за 1, 6 и 16 суток соответственно) и формирование вытянутого по нормали к берегу пятна с повышенными концентрациями примеси. При среднегодовом расходе р. Онеги происходит перенос примеси на расстояние около 10-12 и 1516 км за 1 и 6 суток соответственно, после чего удаление примеси от источника приостанавливается, происходит ее накопление в прибрежной зоне.

4. Выявлено, что в устье р. Керети определяющее влияние на перенос примеси оказывает величина расхода реки (скорости стокового течения превосходят 1520 см-с-1, в то время как скорости приливных течений не превышают 10 см-с-1 на большей части акватории).

5. Показано, что при постоянно действующем источнике примеси в устье р. Кеми, в связи с тем, что в акватории остаточная приливная циркуляция слаба (скорости приливных течений составляют 50-75, остаточных приливных — менее одного см-с-1), накопление примеси происходит в узкой прибрежной зоне в непосредственной близости от источника.

6. Показано, что в бухте Никольской перенос примеси от источника незначителен не превышает 500 м за трое суток) в силу малости скоростей приливных (не более 20 см с-1) и остаточных приливных течений (менее 1 см-с-1). При постоянно действующем источнике примеси ее накопление происходит в непосредственной близости от источника.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Изучение приливного переноса примеси проводилось в мелководных прибрежных районах Онежского и Кандалакшского заливов, являющихся по данным В.В. Сапожникова и С.А. Соколовой (1994) наиболее загрязненными заливами Белого моря. Исследуемые акватории Онежского залива (устья наиболее крупных рек Онеги, Кеми и Выга) подвержены значительной антропогенной нагрузке. В мелководных прибрежиых районах Кандалакшского залива (эстуарий р. Кереть и бухта Никольская) расположены мидиевые плантации, являющиеся постоянно действующим источником загрязнений для прибрежных экосистем. Не смотря на то, что определяющую роль в динамике исследуемых акваторий Онежского (устья крупных рек) и Кандалакшского (полузакрытые мелководные бухты) заливов играет полусуточный прилив, их гидрологический режим существенно отличается. Исследование особенностей приливо-отливных движений и переноса примеси проводилось путем анализа экспедиционных данных и на основе расчетов, выполненных с помощью программы CARDINAL (Вольцингер и др., 1989; Клеванный, 1999; Klevanny et. al., 1992; Klevanny, Matveyev, 1993).

Анализ данных, полученных в ходе экспедиционных исследований кафедры океанологии СПбГУ и Института водных проблем Севера КарНЦ РАН в Онежском и Кандалакшском заливах Белого моря, позволяет сделать следующие выводы и обобщения. В Онежском и Кандалакшском заливах Белого моря происходит интенсивное приливное перемешивание вод в мелководной прибрежной зоне. В летний период наблюдается неоднородное распределение температуры и солености по глубине, связанное в первую очередь с летним прогревом верхнего слоя. На небольших глубинах (до 10-15 м) водная толща по глубине стратифицирована слабо. Хорошо выраженная стратификация наблюдается лишь в районах с глубинами более 15 м. Речные воды и взвесь поступают в верхний слой и при небольших глубинах в фазу прилива перемешиваются по всему водному столбу, а в более глубоких районах перемешивание происходит только в верхнем слое. В районах с глубинами более 15 м в нижнем слое располагаются холодные морские воды с повышенными значениями солености. Уже в начале сентября отмечается практически полная однородность температуры и солености по глубине. В устьях рек наблюдается солевой клин, которых деформируется и разрушается в процессе эволюции приливного фронта.

В Онежском заливе в летний период максимальные значения температуры воды регистрируются в районах впадения крупных рек. Минимальные значения температуры отмечаются к югу и востоку от Соловецких островов, что связано с поступлением холодных вод из Бассейна Белого моря. К югу от Соловецких островов располагаются относительно однородные холодные воды. Причем их температура ниже, чем температура на придонных горизонтах в проливе Западная Соловецкая Салма. Это позволяет сделать предположение о том, что основное поступление вод в Онежский залив из Бассейна происходит через Восточную Соловецкую Салму, в отличие от принятой ранее схемы крупномасштабной циркуляции вод (Гидрометеорология., 1991).

В Онежском и Кандалакшском заливах доминирует полусуточная волна Мэ. На входе в Онежский залив приливные течения имеют реверсивный характер. Минимальные амплитуды колебания уровня отмечаются на открытых акваториях, максимальные - в районах устьев рек и на мелководьях. Практически везде наблюдается неравенство приливных и отливных фаз. В устьях рек отмечено уменьшение скоростей приливных течений, что можно объяснить трансформацией приливной волны на мелководье и ее взаимодействием с речным потоком. Этим же можно объяснить наблюдавшиеся вертикальные градиенты скорости и наличие разнонаправленных потоков в устье р. Онеги (Лифшиц, Бояринов, 1984, Лифшиц, Титов, 1985).

С помощью моделирующей системы CARDINAL (Вольцингер и др., 1989; Клеванный, 1999; Klevanny et. al., 1992; Klevanny, Matveyev, 1993), реализующей систему уравнений мелкой воды и уравнение горизонтального переноса и турбулентной диффузии примеси в криволинейных координатах и предназначенной для исследования динамики прибрежных вод, были проведены численные эксперименты по расчету приливного хода уровня и приливных течений для акваторий Онежского залива, бухты Никольской, устьев рек Онеги, Кеми, Керети. Для учета сложного очертания береговой линии исследуемых акваторий, расположенных в них островов и особенностей рельефа дна были построены криволинейные координатные сетки с пространственным шагом около 2-3 км для Онежского залива и десятки-сотни метров для бухты Никольской и устьев рек. Для всех акваторий были рассчитаны ежечасные поля скоростей приливных течений на два приливных цикла и положений уровня на 10 приливных циклов. Был проведен спектральный анализ рассчитанных приливных колебаний уровня. Выявлены следующие особенности пространственно-временной структуры приливных движений и хода уровня в исследуемых акваториях.

На большей части акватории Онежского залива приливные течения имеют реверсивный характер, при этом они ориентированы вдоль продольной оси залива. Максимальные скорости приливных течений отмечаются в проливах в районе Соловецких островов и Кондострова и достигают значений 150 см-с"1. В вершине и на выходе из залива скорости приливных течений изменяются в течение приливного цикла в пределах 10-100 см-с"1, в средней части залива - в пределах 40-80 см-с"1. В вершине залива приливная волна близка к стоячей, в средней части залива имеет прогрессивно-стоячий, на выходе из залива — прогрессивный характер. По мере продвижения к вершине залива амплитуда приливного уровня увеличивается. В мелководных районах отмечается нелинейность хода уровня — неравенства времени роста и падения уровня, полных и малых вод. Также отмечаются неравенства в скоростях приливных течений.

Спектральный анализ рядов хода уровня за 10 приливных циклов показал наличие 1/4- и 1/6-суточных волн в вершине Онежского залива и в мелководных прибрежных районах. Показано, что в районе Кондострова располагается амфидромия хода уровня.

Проведенные эксперименты позволили сделать вывод о том, что нелинейное искажение приливной волны в значительной мере обусловлено мелководностью Онежского залива. Шести- и четвертьсуточные волны появляются в вершине залива и в мелководных прибрежных районах, когда приливное возвышение уровня становится сравнимым с глубиной. При этом нелинейность конвективных ускорений и донного трения играет второстепенную роль. Рассчитанные для акватории Онежского залива с помощью моделирующей системы CARDINAL приливные течения и ход уровня неплохо согласуются с натурными данными и результатами моделирования, полученными другими исследователями (Лифшиц, 1984, Лифшиц, Бояринов, 1984, Лифшиц, Титов, 1985, Dolotov et. al., 2002, Цвецинский, 1989, Дианов и др., 1990).

Расчет особенностей приливной динамики в устье р. Онеги показал, что приливные течения в этой акватории имеют реверсивный характер, приливная волна относится к стоячему типу. Гармонические постоянные для пункта, расположенного в устье р. Онеги, рассчитанные с помощью программы TIDES по данным моделирования качественно неплохо согласуются с гармоническими постоянными, рассчитанными для этого же пункта по данным экспедиционных исследований. Доминирующей в приливных колебаниях уровня является волна М?, а также ее обертоны - волны М4 и М6. Ход уровня в приустьевой области имеет существенно нелинейный характер - время роста уровня составляет 3 ч 55 мин., время падения — 8 ч 30 мин. Высота прилива составляет 0.9-1.0 м; высота отлива составляет 0.1 м при максимальном расходе реки, 0.5 м при среднегодовом и 0.6 м при минимальном расходе. То есть при увеличении расхода реки величина прилива остается практически неизменной, а величина отлива существенно уменьшается. При среднегодовом расходе реки модуль скорости суммарного (приливного и стокового) течения изменяется от 1-2 см-с"1 в начале отлива до 50-55 см-с"1 в его конце. В середине прилива он составляет 35 см-с"1, к моменту полной воды опять уменьшается до 1-2 см-с"1. При максимальном расходе реки в конце отлива и на малой воде скорость суммарного течения максимальна и составляет 100-105 см-с"1, с началом роста уровня она резко падает до значений 40 см-с"1 в конце прилива. Спектральный анализ хода уровня в устье р. Онеги показал, что с увеличением расхода реки несколько увеличиваются остаточные приливные эффекты и практически остаются без изменений основные энергонесущие пики на частотах полусуточных, четвертьсуточных и четырехчасовых волн. При подавлении эффектов мелководья, связанных со сравнимостью высоты прилива с глубиной моря, значительно увеличивается высота полусуточного прилива, становятся незначительными разности величин полных и малых вод, сравнивается продолжительность роста и падения уровня, пропадают мелководные четвертьсуточные и четырехчасовые волны. Особенности приливной циркуляции в устье р. Онеги, рассчитанные с помощью моделирующей системы CARDINAL неплохо согласуются с данными натурных измерений (Руднев, 1984, Титов, 1984, Лифшиц, Титов, 1985, Петров, 1985), не смотря на то, что полевые эксперименты проводились в зимний период, а при модельных расчетах влияние ледяного покрова не учитывалось.

Устье р. Кемь. На входе в Онежский залив приливная волна носит преимущественно прогрессивный характер с амплитудой около 0.6 м и максимальными скоростями течений до 150 см-с"1. На приливе и отливе скорости течений в приустьевой области р. Кемь незначительны, на большей части акватории они составляют 5-15, в узостях между островами и в устье р. Кемь увеличиваются до 35 см-с"1. В моменты полных и малых вод скорости течений возрастают до 50-75, в узостях их значения превышают 100 см-с"'. То есть в данной акватории приливная волна имеет прогрессивный характер. В пункте, расположенном в устье р. Кемь наблюдается незначительное неравенство времени роста и падения уровня: время роста на 5-10 минут меньше времени падения. Неравенство полных и малых вод проявляется довольно слабо. Остаточная приливная циркуляция в акватории мала. Результаты моделирования приливных явлений в устье р. Кемь достаточно адекватно описывают особенности приливной динамики акватории (Dolotov et. al., 2002).

Устье р. Кереть. Приливные колебания уровня синхронны по всей акватории Средней Салмы, мало изменяются по высоте. Наблюдается незначительное неравенство полных и малых вод: отклонение уровня от равновесного положения несколько больше на полной воде. Скорости приливных течений в зависимости от морфометрических особенностей, расхода р. Кереть и варианта сизигийного или квадратурного прилива существенно изменяются по акватории Керетского рейда. В квадратуру скорости суммарного (стокового и приливного) течения в двух пунктах акватории (расположенных в устье р. Кереть и на расстоянии 1.6 км мористее) изменяются от 10 (пункт 1) и 3 (пункт 2) до 2 см-с"1 (в обоих пунктах) при максимальном и минимальном расходе реки соответственно. При тех же расходах реки в сизигию скорости изменяются от 12 (пункт 1) и 4 (пункт 2) до 2-3 см-с"1 (в обоих пунктах) соответственно. В сизигию скорости приливного течения оказываются существенно больше скоростей стокового, и между ними происходит нелинейное взаимодействие, приводящее к существенным фазовым сдвигам и обертонам, особенно заметным на приливе в паводок. В сизигию при максимальном расходе р. Кереть на полной воде скорости течений незначительны, на большей части акватории не превышают 5-7, скорость стокового течения составляет 10-15 см-с"1. На отливе скорости течений составляют 5-10, в узостях возрастают до 15-20 см-с"1. На малой воде скорости течений минимальны, составляют 1-3 см-с"1, стоковое течение максимально развито — его скорости достигают значений 25 см-с"1. На приливе в результате взаимодействия стокового и приливного течений в приустьевой области наблюдается сложная переходная система течений, возникают круговороты, скорости течений незначительны, не более 1-2 см-с"1. В проливах скорости приливных течений достигают 10 см-с"1, скорость стокового течения составляет 20 см-с"1. Результаты моделирования особенностей приливных явлений в устье р. Кереть хорошо согласуются с данными натурных измерений (Отчеты по х/д темам 1993-1994 гг., архив каф. океанологии СПбГУ, Долотов и др., 2001а, Долотов и др., 2002а, Dolotov et. al., 2002).

Приливные колебания в бухте Никольской формируются полусуточной стоячей волной - фазы уровня и течений сдвинуты на три часа. Прилив в бухте несколько искажается из-за мелководья — время падения уровня больше времени роста на один час. Амплитуда колебаний уровня практически не меняется на акватории бухты, увеличение амплитуды в вершине бухты не превышает 0.01 м. На приливе и отливе скорости течений по всей акватории бухты максимальны, их значения изменяются в пределах 10-20 см-с"1, на полной и малой воде наблюдается сложная переходная система течений со скоростями не более 5-7 см-с"1. Остаточная приливная циркуляция на акватории бухты незначительна. Результаты моделирования приливных явлений в бухте Никольской неплохо согласуются с данными экспедиционных исследований (Дианов и др., 1990, Мичурин и др., 1997).

Таким образом, сравнение данных по приливной динамике, полученных в ходе экспедиционных исследований с результатами гидродинамического моделирования показывает, что модель CARDINAL довольно адекватно воспроизводит приливную динамику исследуемых акваторий.

Проведенные расчеты приливного переноса примеси в исследуемых акваториях позволили сделать следующие выводы и обобщения по характеру распространения примеси в мелководной прибрежной зоне Белого моря.

В устье р. Онеги при постоянно действующем источнике примеси, имитирующем поступление сточных вод, характер распространения примеси существенно определяется величиной расхода реки. При среднегодовом расходе реки за первые сутки происходит перенос примеси на 10-12 км от устья. В первые пять суток передний фронт примеси удаляется от устья со скоростью около одного км в сутки. В дальнейшем распространение переднего фронта примеси приостанавливается, происходит накопление примеси в непосредственной близости от источника (устья реки), причем по обе стороны от устья формируются области с повышенной концентрацией примеси. Вдоль берега формируется полоса примеси шириной около 15 км с постепенно возрастающими концентрациями.

При максимальном расходе реки за первые сутки примесь распространяется на 16-18 км от устья. В дальнейшем па некотором расстоянии от источника формируется вытянутое по нормали к берегу пятно с повышенными концентрациями примеси. Передний фронт этого пятна в течение первых пяти суток действия источника примеси удаляется от него со скоростью около трех км в сутки. В следующие двое-трое суток скорость распространения переднего фронта пятна примеси снижается до одного км в сутки. Расчет распространения примеси на период более 10 суток показал, что пятно примеси продолжает распространяться по акватории залива со скоростью менее одного км в сутки, при этом концентрация примеси внутри пятна растет. Однако расчет распространения примеси при задании максимально возможного расхода на длительный период нецелесообразен, так как период паводка на реке имеет ограниченную длительность.

При кратковременном действии источника примеси (в течение одних суток) и среднегодовом расходе реки в течение пяти суток вся примесь переносится на расстояние около восьми км от источника. При этом происходит формирование пятен с повышенной концентрацией примеси по обе стороны от источника, слева от источника концентрации в пятне примеси выше, чем справа. При этом концентрация в пятнах примеси постепенно снижается.

Эксперименты по оценке вклада коэффициента горизонтальной турбулентной диффузии А в общий характер распространения пассивной примеси при различных расходах р. Онеги, показали, что влияние увеличения значения коэффициента А усиливается при уменьшении расхода реки.

Эксперименты по оценке вклада коэффициента неконсервативности общего фосфора в пространственно-временную изменчивость пятна примеси показали, что целесообразность применения данного коэффициента обоснована при расчетах пространственно-временной изменчивости положения пятна примеси (общего фосфора) на длительный срок (более 10 приливных периодов). При расчетах на меньшие промежутки времени учет коэффициента неконсервативности не дает существенных отличий в концентрациях общего фосфора.

Устье р. Кемь. В устьевой области р. Кемь перенос примеси имеет следующие особенности. В момент равновесного положения уровня на приливе пятно примеси вытянуто вдоль материкового берега в виде узкой полосы. Концентрация примеси максимальна в средней части этой полосы на расстоянии до двух км от источника. Затем картина существенно меняется. В конце прилива пятно примеси начинает смещаться вправо от устья реки. В момент полной воды основной поток примеси направлен ниже о. Якостров. При этом максимальные концентрации примеси располагаются вдоль материкового берега. В момент равновесного положения уровня на отливе вся примесь переносится вправо и вниз от устья р. Кемь. В следующие три часа отлива поток примеси быстро возвращается на прежнее место. К моменту малой воды пятно примеси заполняет все пространство между материком и о. Якостров. Небольшие концентрации примеси наблюдаются с мористой стороны о. Якостров, которые в течение следующих двух часов счета уносятся отливным течением за пределы сеточной области. И к началу прилива пятно примеси вновь вытянуто вдоль материкового берега акватории в виде узкой полосы. Таким образом, в устьевой области р. Кемь на определенной стадии прилива пятно примеси оказывается вытянутым вдоль берега в непосредственной близости от источника. Сильные приливные течения на разных стадиях прилива перемещают возвратно-поступательно примесь по акватории, однако, поскольку остаточная приливная циркуляция в данном районе незначительна, существенного итогового удаления примеси от источника не происходит. При этом изменение расхода реки от минимального (межень) до максимального (паводок) не оказывает существенного влияния на характер переноса примеси. Таким образом, в данной акватории со временем происходит накопление примеси в мелководной прибрежной зоне, что представляет опасность для донных сообществ акватории.

В бухте Никольской в качестве источников примеси рассматривались мидиевые плантации. Модельные расчеты показали, что перенос примеси приливными течениями по акватории бухты Никольской незначителен. Максимальное удаление примеси от источника в губе Никольская меньше, чем в губе Осечкова, в обеих губах оно не превышает 500 м за шесть приливных циклов. В губе

Никольская пятно примеси имеет округлую, а в губе Осечкова вытянутую форму. В губе Осечкова пятно примеси со временем распространяется к берегу, в губе Никольская — к выходу из бухты. Поскольку перенос примеси в течение нескольких приливных циклов приливными течениями незначителен, можно сделать вывод о том, что примесь (мидии и продукты из жизнедеятельности) будет осаждаться в непосредственной близости от источника, что также, как в приустьевой области р. Кемь, представляет опасность для донных сообществ.

Численные эксперименты по переносу примеси в устье р. Кереть при различных расходах реки и условии сизигийного или квадратурного прилива показали, что распространение вод с повышенной концентрацией примеси происходит неравномерно: в фазу отливных течений оно ускоряется, в фазу приливных течений замедляется. На границе этих вод горизонтальный градиент концентрации значительно увеличивается. Передний фронт распространения примеси в своей средней части изогнут в сторону устья, то есть у берегов наблюдаются повышенные концентрации примеси по сравнению со средней частью бухты. Наиболее интенсивный перенос примеси имеет место в случае задания максимального расхода реки. Выбор же условий сизигийного или квадратурного прилива не оказывает столь существенного влияния на перенос примеси, как вариации с расходом реки. То есть, в устье р. Кереть определяющее, влияние на перенос примеси имеет расход реки.

Таким образом, проведенная работа показала, что характер переноса примеси как в районах со значительными скоростями приливо-отливных течений (Онежский залив), так и с малыми их значениями (Кандалакшский залив) определяется в первую очередь степенью развития остаточной приливной циркуляции в акватории и величиной расхода реки (для приустьевых областей). При этом наиболее значительное удаление примеси от источника наблюдается в устьях рек Онеги и Керети. В устье р. Кеми, не смотря на большие скорости приливо-отливных течений, не происходит значительного итогового удаления пятна примеси от источника в связи со слабой остаточной приливной циркуляцией, и на определенной стадии прилива пятно примеси оказывается сосредоточенным в непосредственной близости от источника. При этом концентрации в пятне постепенно растут. В бухте Никольской также происходит накопление примеси в непосредственной близости от источника, поскольку скорости приливо-отливных течений незначительны, остаточная приливная циркуляция слаба и отсутствует значительный речной сток в бухту.

Библиография Диссертация по наукам о земле, кандидата географических наук, Здоровеннов, Роман Эдуардович, Мурманск

1. Андреев O.A., Соколов A.B. Численное моделирование динамики вод и переноса пассивной примеси в Невской Губе // Метеорология и гидрология. 1989. №12. С. 78-85.

2. Астраханцев Г.П., Егорова Н.Б., Руховец J1.A. Математическое моделирование распространение примеси в водоемах // Метеорология и гидрология. 1988. №6. С. 71-79.

3. Бабков А.И. Гидрология Белого моря. СПб. 1998. 96 с.

4. Бабков А.И., Галкина В.Н., Кулаковский Э.Е., Ляхин Ю.И., Башмачников И.Л., Фукс В.Р. Изучение водообмена акваторий размещения промышленных мидиевых хозяйств на Белом море // Гидрология Белого моря. СПб. 1998. С. 68-84.

5. Байдин С.С. Развитие и проблемы исследования морских устьев рек // Исследование океанов и морей. Л. 1983. С. 101-124.

6. Башмачников И.Л., Мичурин А.Н., Фукс В.Р. Приливные колебания уровня и течения губы Чупа // Экологические исследования беломорских организмов. Материалы международной конференции. СПб. 1997. С. 7-9.

7. Белое море. Биологические ресурсы и проблемы их рационального использования. Вып. 42(50). СПб. 1995 (в 2 частях).

8. Биологические ресурсы Белого моря. М. 1990. 208 с.

9. БоуденК.Ф. Физическая океанография прибрежных вод. М. 1988. 300 с.

10. Бреховских В.Ф., Дебольская Е.И., Дебольский В.К., Мордасов В.А. Исследование процессов распространения загрязняющих веществ в приливных устьях северных рек // Водные ресурсы. 1997. Т. 24. №5. С. 532-536.

11. Бреховских В.Ф., Перекальский В.М. Моделирование процесса распространения загрязняющих веществ в приливном устье Северной Двины // Метеорология и гидрология. 2002. №12. С. 86-93.

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

13. Вольцингер Н. Е., Пясковский Р. В. Теория мелкой воды. Океанологические задачи и численные методы. JI. 1977. 207 с.

14. Вольцингер Н.Е., Зольников A.B., Клеванный К.А, Преображенский Л.Ю. Расчет гидрологического режима Невской губы // Метеорология и гидрология. 1990. №1. С. 70-77.

15. Вольцингер Н.Е., Клеванный К.А., Пелиновский Е.Н Длинноволновая динамика прибрежной зоны. Л., 1989. 230 с.

16. Вольцингер Н.Е., Клеванный К.А., Тузова О.И. Моделирование адвекции и диффузии примесей в произвольной области // Морские гидрофизические исследования. Севастополь. 1990. Т. 5. С. 56-59.

17. Гидробиологические особенности юго-западной части Кандалакшского залива в связи с марикультурой мидий на Белом море. Л., ЗИН АН СССР, 1988. 124 с.

18. Гидродинамика береговой зоны и эстуариев. Под ред. Иппепа А.Т. Л. 1970. 396 с.

19. Гидрометеорология и гидрохимия морей СССР. Белое море. Вып. 1. Гидрометеорологическое состояние. Вып. 2. Гидрохимические условия и океанологические основы формирования биопродуктивности. Л. 1991.

20. Горелков В. М., Некрасов А. В. Моделирование полусуточного прилива в мелководном бассейне с учетом береговой осушки // Труды ЛГМИ. 1982. Вып. 72. С. 140-146.

21. Горелков В.М., Сеин Д.В. Исследования перемещения наносов в приливных окраинных морских бассейнах // Методы и техн. средства морской навигации. Гос. Мор. Академия. М. 1993. С. 127-132.

22. Дебольский В.К., Зырянов В.Н., Мордасов М.А. О турбулентном обмене в приливном устье при наличии ледяного покрова // Динамика и термика рек и водохранилищ. М. 1984. С. 279-290.

23. Дианов М.Б., Котов C.B., Некрасов A.B., Бояринов П.М., Петров М.П. Результаты гидродинамического моделирования полусуточных приливов в Белом море. Петрозаводск. 1990. 20 с.

24. Дмитриев В.В. Диагностика и моделирование водных экосистем. СПб. 1995. 216 с.

25. Долотов Ю.С., Коваленко В.Н., Лифшиц В.Х. и др. О динамике вод и взвеси в эстуарии р. Кереть (Карельское побережье Белого моря) // Океанология. 2002. Т. 42. № 5. С. 765-774.

26. Долотов Ю.С., Филатов H.H., Бояринов П.М. и др. Технология комплексных исследований эстуариев // VII Международная научно-техническая конференция "Современные методы и средства океанологических исследований". М. 20016. С. 99-107.

27. Доронин Ю.П. Моделирование вертикальной структуры устьевой области реки с морским галоклином // Метеорология и гидрология. 1992. № 3. С. 76-83.

28. Дронкерс И. Расчеты приливов в реках и прибрежных водах. Л. 1967. 294 с.

29. Елисов В.В. Исследование фронтальных зон Белого моря // Метеорология и гидрология. 1996. № 3. С. 74-82.

30. Елисов В.В. Численное моделирование гидрологического фронта в Белом море // Комплексные океанологические исследования Баренцева и Белого морей. Апатиты. 1986. С. 21-26.

31. Еремеев В.И., Иванов Л.М. Исследования турбулентной диффузии примеси в океане методом Монте-Карло // Теория океанских процессов. Севастополь. 1981. С. 115-122.

32. Загрядская H.H., Каменин С.Г. Численное моделирование распространения нефтяного загрязнения на поверхности акватории // Гидравлич. гидротехн. сооружения (ГГС-92), матер, науч.-техн. Совещания. СПб. 1993. С. 203-208.

33. Здоровеннов Р.Э., Лифшиц В.Х., Фукс В.Р. Приливные движения и перенос примеси в эстуарии реки Онеги // Океанология. 2001. Т 41. № 5. С. 680-685.

34. Зырянов В.Н, Музылев C.B. Нелинейная накачка уровня приливами на мелководье // ДАН СССР. 1988. Т. 298. №2. С. 454-458.

35. Зырянов В.Н. Гидродинамика соленостного клина // Водные ресурсы. 1987. № 6. С. 107-125.

36. Зырянов В.Н. Топографические вихри в динамике морских течений. М. 1995. 240 с.

37. Зырянов В.Н., Лейбо А.Б. Эволюция приливной волны в устье реки с ледяным покровом // Гидрофизические процессы в реках и водохранилищах. М. 1985. С. 246-257.

38. Зырянов В.Н., Решетков А.Б. О переносе взвеси и переформировании дна приливами на мелководье // Океанология. 1998. 38. №5. С. 750-758.

39. Иванча Е.В., Черкесов Л.В. Влияние полусуточного баротропного прилива на диффузию трехмерного пятна примеси // Морской гидрофизический журнал. 2000. №3. С.3-12.

40. Иванченко О.Ф. Основы марикультуры сельди на Белом море. Л., 1983. 89 с.

41. Инжебейкин Ю.И. Колебания уровня Белого моря. Екатеринбург, Изд. УрО РАН, 2003. 152 с.

42. Клеванный К.А. Моделирование длинноволновых процессов в геофизической гидродинамике // Дисс. . доктора физ.-мат. наук по специальности океанология. СПб. 1999. 314 с.

43. Клеванный К.А., Герритссн Г. Разработка системы прогноза наводнений в Санкт-Петербурге // Техн. Отчет по проекту «Интегрированное управление водными ресурсами Санкт-Петербургского региона-2». СПб. 1998. Т. 1.

44. Комплексные исследования экосистемы Белого моря // Сб. науч. тр. ВНИРО. М. 1994. 123 с.

45. Кондрашкин A.B., Бессан Г.Н., Клеванный К.А. Моделирование сгонно-нагонных колебаний уровня в устьевой области реки Колымы // Техн. Отчет ин-та АО Ленгидропроект. СПб. 1993. №4952.

46. Кравец А. Г. Приливы и их моделирование в Белом море // Проблемы Белого моря. Архангельск. 1981. С. 36-38.

47. Кузнецова J1.H. Моделирование распространения примеси в океане // Практикум по динамике океана. СПб. 1992. С. 259-285.

48. Кулаковский Э.Е., Кунин Б.Л. Теоретические основы культивирования мидий в Белом море. Л. 1983. 36 с.

49. Кулаковский Э.Е., Сухотин A.A. Марикультура мидии // Белое море. Биологические ресурсы и проблемы их рационального использования. Вып. 42(50). СПб. 1995. С. 185-199.

50. Кураева Л.Н., Лупачев Ю.В. Особенности циркуляции и перемешивания вод в устьевой области Онеги // Тр. ГОИН. 1986. Вып. 179. С.11-17.

51. Кутало A.A. Модель смешения речных и морских вод на устьевом взморье // Метеорология и гидрология. 1984. № 9. С. 110-112.

52. Кучмент Л.С. Модели формирования процессов речного стока. М., 1980, 180 с.

53. Лайтхилл Дж. Волны в жидкостях. М. 1981. 600 с.

54. Лапина Л.Э. Динамика течений и особенности переноса консервативной примеси в устьевых областях приливных рек. Сыктывкар. 2001. 140 с.

55. Лапина Л.Э. Остаточный приливной перенос вод и консервативной примеси в устьевых областях рек // Труды Коми науч. Центр УрО РАН. 2000. №900. С. 1-7.

56. Лапина Л.Э. Эффект нелинейной приливной накачки уровня в устье реки // Научные доклады Коми науч. Центр УрО РАН. 1998. Вып. 410. С. 1-19.

57. Лисицын А.П. Лавинная седиментация и перерывы в осадконакоплении в морях и океанах. М 1988. 308 с.

58. Лисицын А.П. Маргинальный фильтр океанов // Океанология. 1994. Т. 34. №5. С. 735-747.

59. Литинская К.Д. Водохранилища в системе водного хозяйства// Использование и охрана водных ресурсов бассейна Белого моря (в границах Карелии). Петрозаводск. 1994. С. 57-72.

60. Лифшиц В.Х. Динамика течений, температуры и солености Онежского залива Белого моря по данным автономных измерений // Исследования Онежской губы и водоемов бассейна Белого моря. Петрозаводск. 1984. С. 4-6.

61. Лифшиц В.Х., Бояринов П.М. Экспериментальные исследования течений в Соловецких Салмах Белого моря // Исследования Онежской губы и водоемов бассейна Белого моря. Петрозаводск. 1984. С. 7-9.

62. Лифшиц В.Х., Титов В.С. Основные результаты натурных гидрофизических исследований Онежского залива Белого моря // Исследование некоторых элементов экосистемы Белого моря и его бассейна. Петрозаводск. 1985. С.10-14.

63. Лупачев Ю.В. Динамическое взаимодействие морских и речных вод в приливных устьях рек // Тр. ГОИН. 1984. Вып. 172. С. 64-82.

64. Лупачев Ю.В. К вопросу об аномалиях приливных колебаний уровня в устьях рек, впадающих в Белое море // Тр. ГОИН. 1974. Вып. 118. С. 77-82.

65. Лупачев Ю.В. Особенности гидрологического режима устьевой области Онеги // Тр. ГОИН. 1982. Вып. 161. С. 92-96.

66. Лупачев Ю.В. Повышение среднего уровня воды в устье реки под воздействием приливной волны // Метеорология и гидрология. 1986. № 6. С. 105-107.

67. Лупачев Ю.В. Физические закономерности взаимодействия и смешения речных и морских вод в устьевых областях рек // Иссл. океанов и морей. Вып. 2. СПб. 1995. С. 77-84.

68. Лупачев Ю.В. Эффект результирующей приливной накачки в эстуариях // Метеорология и гидрология. 1989. №9. С. 78-82.

69. Макаров В.Н. Инструкция по биотехнике культивирования ламинарии сахаристой в двухгодичном цикле в условиях Белого моря. Мурманск. 1982. 63 с.

70. Мак-Доуэлл Д.М., О'Коннор Б.А. Гидравлика приливных устьев рек. М 1983. 312 с.

71. Марчук Г.И., Дымников В.М., Залесный В.Б. Математические модели в геофизической гидродинамике и численные методы их реализации. Л. 1987. 296 с.

72. Мастрюков С. И., Веренчиков Н. Н. Адаптивная гидродинамическая модель приливных колебаний уровня Белого моря // Метеорология и гидрология. 1997. № 2. С. 68-73.

73. Михайлов В.Н. Гидрологические процессы в устьях рек. М. 1997а. 175 с.

74. Михайлов В.Н. Устья рек России и сопредельных стран: прошлое, настоящее и будущее. М. 19976. 412 с.

75. Михайлов В.Н., Косарев А.Н., Кураев A.B. Когда река встречается с морем // Земля и Вселенная. 2000. №3. С. 19-27.

76. Мичурин А.Н., Фукс В.Р. Нелинейные приливные явления в заливах Белого моря // Проблемы изучения, рационального использования и охраны природных ресурсов Белого моря. Материалы VII Международной конференции ЗИН РАН СПб. 1998.

77. Мичурин А.Н., Фукс В.Р., Здоровенное Р.Э. Приливные колебания уровня и течений в губе Никольская. Отчет СПбГУ о НИС по проекту "Белое море", 1997.

78. Моделирование морских экосистем. Под. ред. Т.А. Айзатуллина. JI. 1978. 280 с.

79. Моделирование процессов переноса и трансформации вещества в море. Под ред. Ю.Н. Сергеева. Л.; 1979. 296 с.

80. Молчанова В. А., Тимонов В. В. Опыт расчета приливных явлений мелководного залива методом краевых значений // Труды ГОИН. 1960. Вып. 57. С. 28-43.

81. Монин A.C., Озмидов Р.В. Океанская турбулентность. Л. 1981. 320 с.

82. Музылев С.В., Лифшиц В.Х., Петров М.П., Титов B.C. Изменчивость гидрофизических характеристик в мелководном эстуарии в зимний период // Гидрофизические процессы в реках и водохранилищах. М 1985. С. 237-246.

83. Наумов А.Д., Федяков В.В. Вечно живое Белое море. СПб. 1993. 334 с.

84. Некрасов A.B. Приливные волны в окраинных морях. Л. 1975. 248 с.

85. Нешиба С. Океанология. Современные представления о жидкой оболочке Земли. М. 1991.414 с.

86. Никифоровская B.C. Математическая модель для расчета на ЭВМ гидрофизических процессов в устьевых областях рек // Гидрофизические процессы в реках и водохранилищах. М. 1985. С. 211-216.

87. Озмидов Р.В. Диффузия примесей в океане. Л. 1986. 280 с.

88. Океанографические условия и биологическая продуктивность Белого моря. Аннотированный атлас. Мурманск. 1991. 115 с.

89. О'Кейп Загрязнение // Моделирование морских экосистем. Л. 1978. С. 238-242.

90. Осипова Л. В. Рыбохозяйственное водопользование // Использование и охрана водных ресурсов бассейна Белого моря (в границах Карелии). Петрозаводск. 1994. С. 104-111.

91. Павлов Д.А., Новиков Г.Г. Зубатка возможный объект марикультуры // Теоретические основы аквакультуры. М. 1983. С. 169-170.

92. Пальшин IT. И., Сало Ю. А., Кухарев В. И. Влияние Костомукшского ГОКа на экосистему р. Кенти. Гидрологические и гидрохимические аспекты // Использование и охрана водных ресурсов бассейна Белого моря (в границах Карелии). Петрозаводск. 1994. С. 140-161.

93. Петров М.П. О тонкой термохалинной структуре вод в приливном эстуарии р. Онеги // Исследование некоторых элементов экосистемы Белого моря и его бассейна. Петрозаводск. 1985. С.14-16.

94. Полонский В.Ф., Горелиц О.В. Влияние приливов на скоростную структуру потока на примере устья р. Северной Двины рек // Гидрофизические процессы в реках и водохранилищах. М. 1985. С. 220-227.

95. Полонский В.Ф., Лупачев Ю.В., Скриптунов H.A. Гидролого-морфологические процессы в устьях рек и методы их расчета (прогноза). СПб. 1992. 384 с.

96. Полонский В.Ф., Скриптунов H.A. Современные проблемы исследования устьев рек//Исследование океанов и морей. Вып. 2. СПб. 1995. С. 68-76.

97. Примаков И.М. Особенности распределения и жизненные циклы массовых форм зоопланктона Кандалакшского залива Белого моря. Дис.канд. биол. наук. СПб. 2002. 169 с.

98. Проблемы химического загрязнения вод Мирового океана. Т. 2. Процессы турбулентной диффузии в море. Под. ред. Заца В.И. Л. 1986. 202 с.

99. Пясковский Р.В., Сгибнева Л.А. О приливном движении в узком мелководном канале//Труды ГОИН. 1984. Т. 172. С. 22-31.

100. Романенков Д.А. Использование криволинейных сеток в приливных моделях для заливов Охотского моря // Итог. Сес. Учен. Сов. Рос. Гос. Гидрометеорол. Ин-та, тез. докл. СПб. 1994. С. 28-29.

101. Руднев С.Ф. Вертикальное зондирование скорости течения в устье реки Онеги // Исследования Онежской губы и водоемов бассейна Белого моря. Петрозаводск. 1984. С. 9-11.

102. Руховец Л.А. Математическое моделирование водообмена и распространения примесей в Невской губе // Метеорология и гидрология. 1982. № 7. С. 78-87.

103. Сабылина A.B. Химический состав и качество воды реки Онеги // Современное состояние и качество вод реки Онеги и водоемов ее бассейна. Петрозаводск. 1983. С. 26-46.

104. Сабылина A.B., Селиванова Е.А. Химический состав и качество воды р. Кеми// Современный режим природных вод бассейна р. Кеми. Петрозаводск. 1989. С. 4766.

105. Садыхова И.А., Ляхин О.И. Экологические условия выращивания мидий в отдельных бухтах Кандалакшского залива // Комплексные исследования экосистемы Белого моря: Сборник научных трудов. М. 1994. С. 108-115.

106. Сапожников В.В., Соколова С.А. Распределение загрязняющих веществ в воде и донных осадках Белого моря // Комплексные исследования экосистемы Белого моря: Сборник научных трудов. М. 1994. С. 104-108.

107. Сгибнева Л. А. Гидродинамическое моделирование приливных движений в окраинных морях и заливах // Тезисы докладов II Всесоюзного съезда советских океанологов. Вып. 2. Севастополь. 1982. С. 192.

108. ИЗ. Сгибнева Л. А., Привалова И. В. Численные расчеты приливов // Труды ГОИН. 1970. Вып. 103. С. 24-28.

109. Сгибнева Л.А., Макаева О.С., Пясковский Р.В. О приливных движениях в узком мелководном заливе // Тез. докл. I съезда советских океанологов. М. 1977. С. 122.

110. Сеземан Н. А. Изменение режима приливов в связи с гидротехническим строительством в окраинных морях // Водные ресурсы. 1978. №3. С. 185-191.

111. Сеидов Д.Г., Личнов Е.Г. Моделирование распространения примеси в циркумполярном потоке с локальным источником // Океанологические исследования. 1985. №39. С. 98-101.

112. Селезнев В.А., Селезнева A.B. Оценка воздействия сточных вод Тольятти на качество вод Саратовского водохранилища // Водные ресурсы. 1999. Т. 26. №3. С. 356-360.

113. Сидоренко Г. И., Митрукова И. В. Гидроэнергетика бассейна Белого моря // Использование и охрана водных ресурсов бассейна Белого моря (в границах Карелии). Петрозаводск. 1994. С. 72-101.

114. Современное состояние гидрологических условий Онежского залива. Научно-технический отчет ГОИН. М. 1977. 83 с.

115. Таблицы приливов. Воды Европейской части СССР и прилегающих зарубежных районов. Л. 1959.

116. Тимонов В.В. О кинематическом анализе приливов // Труды ГОИН. 1959. Вып. 37. С. 185-204.

117. Титов B.C. Деформация приливной волны в устье р. Онеги // Исследования Онежской губы и водоемов бассейна Белого моря. Петрозаводск. 1984. С. 11-13.

118. Урнышев А.П. Распространение приливных волн в устьях северных рек. Сыктывкар. 1993. 124 с.

119. Цвецинский А. С. Приливные движения в Онежском заливе Белого моря // Гидрофизические процессы в реках, водохранилищах и окраинных морях. М. 1989. С. 116-136.

120. Цвецинский А.С. Исследование приливных движений в заливах Белого, Карского и Охотского морей // Исследования океанов и морей. 1995. №2. С. 250-269.

121. Чалов Р.С., Лю Шугдан, Алексеевский М.И. Сток наносов и русловые процессы на больших реках России и Китая (Северная Двина, Объ, Лена, Хуанхэ, Янцзы). М. 1999.215 с.

122. Abbott М.В. The electronic encapsulation of knowledge in hydraulics, hydrology and water resources //Advances in Water Resources. 1993. 16. P. 21-39.

123. Aldridge J. N. Hydrodynamic Model Predictions of Tidal Asymmetry and Observed Sediment Transport Paths in Morecambe Bay// Estuarine, Coastal and Shelf Sci. 1997. Vol. 44(1). P. 39-56.

124. Amin M., Flather R. A. Calibration of a Numerical Model with a Limited Number of Tidal Constituents //Estuarine, Coastal and Shelf Sci. 1996. Vol. 43 (5). P. 637-652.

125. Andrews J.E., Greenaway A.M., Bigg G.R., Webber D.F., Dennis P.F., Guthrie G.A. Pollution histoiy of a tropical estuary revealed by combined hydrodynamic modelling and sediment geochemistry // J. of Mar. Sys. 1999. Vol. 18 (4). P. 333-343.

126. Bai Y., Wang Z., Shen H. Three-dimensional modelling of sediment transport and the effects of dredging in the ITaihe Estuary// Estuarine, Coastal and Shelf Sci. 2003. Vol. 56 (1).P. 175-186.

127. Bao X. W., Yan J., Sun W. X. A Three-dimensional Tidal Model in Boundary-fitted Curvilinear Grids // Estuarine, Coastal and Shelf Sci. 2000. Vol. 50 (6). P. 775-788.

128. Berger V., Dahle S., Galaktionov K. et. al. White Sea Ecology and Environment. St. Petersburg-Tromse: Derzavets Publisher. 2001. 157 p.

129. Brian K., Wolanski E. Tidal current variability in the Central Great Barrier Reef // J. of Mar. Sys. 1996. Vol. 9 (3-4). P. 187-202.

130. Brown W.S., Trusk R.P. A study of tidal energy dissipation and bottom stress in an estuary // J. Phys. Oceanography. 1980. Vol. 10 (11). P. 1742-1754.

131. Cancino L., Neves R. Hydrodynamic and sediment suspension modelling in estuarine systems. Part II: Application to the Western Scheldt and Gironde estuaries // J. of Mar. Sys. 1999. Vol. 22 (2-3). P. 117-131.

132. Caponi E.A. The simulation of estuarine circulation with a fully three-dimensional numerical model // Estuar. Process. N.Y. 1976. Vol. 2. P. 332-346.

133. Carbajal N., Backhaus J.O. Simulation of tides, residual flow and energy budget in the Gulf of California// Oceanol. Acta. 1998. Vol. 21 (3). P. 429-446.

134. Cetina M., Rajar R., Povinec P. Modelling of circulation and dispersion of radioactive pollutants in the Japan Sea // Oceanol. Acta. 2000. Vol. 23 (7). P. 819-836.

135. Cheevaporn V., Menasveta P. Water pollution and habitat degradation in the Gulf of Thailand//Mar. Poll. Bull. 2003. Vol. 47 (1-6). P. 43-51.

136. Cheng R. T., Casulli V., Gartner J. W. Tidal, Residual, Intertidal Mudflat (TRIM) Model and its Applications to San Francisco Bay, California // Estuarine, Coastal and Shelf Sci. 1993. Vol. 36(3). P. 235-280.

137. Christiansen T., Wiberg P. L., Milligan T. G. Flow and Sediment Transport on a Tidal Salt Marsh Surface // Estuarine, Coastal and Shelf Sci. 2000. Vol. 50 (3). P. 315-331.

138. Cugier P., Hir P.L. Development of a 3D Hydrodynamic Model for Coastal Ecosystem Modelling. Application to the Plume of the Seine River (France) // Estuarine, Coastal and Shelf Sci. 2002. Vol. 55 (5). P. 673-695.

139. Cushman-Roisin B., Naimie C.E. A 3D finite-element model of the Adriatic tides III. of Mar. Sys. 2003. Vol. 37 (4). P. 279-297.

140. Dale A.W., Prego R. Tidal and seasonal nutrient dynamics and budget of the Chupa Estuary, White Sea (Russia) // Estuarine, Coastal and Shelf Sci. 2003. Vol. 56 (2). P. 377-389.

141. Davies A. M., Kwong S. C. M., Flather R. A. The Wind Induced Circulation and the Interaction of Wind Forced and Tidally Driven Currents on the European Shelf // Estuarine, Coastal and Shelf Sci. 2001. Vol. 53 (4). P. 493-521.

142. Davies A. M., Xing J. The Influence of Eddy Viscosity Parameterization and Turbulence Energy Closure Scheme Upon the Coupling of Tidal and Wind Induced Currents// Estuarine, Coastal and Shelf Sci. 2001. Vol. 53 (4). P. 415-436.

143. Davies A.M., Hall P. A three-dimensional model of diurnal and semidiurnal tides and tidal mixing in the North Channel of the Irish Sea // J. Geophys. Res. C. 2000. Vol. 105 (7). P.17.079-17.104.

144. DeCastro M., Gómez-Gesteira M., Prego R., Taboada J. J., Montero P., Herbello P., Pérez-Villar V. Wind and Tidal Influence on Water Circulation in a Galician Ria (NW Spain) //Estuarine, Coastal and Shelf Sci. 2000. Vol. 51 (2). P. 161-176.

145. Dworak J.A., Gómez-Valdés J. Tide-induced residual current in a coastal lagoon of the Gulf of California//Estuarine, Coastal and Shelf Sci. 2003. Vol. 57 (1-2). P. 99-109.

146. Fujiwara T., Sanford L.P., Nakatsuji K., Sugiyama Y. Anti-cyclonic circulation driven by the estuarine circulation in a gulf type ROFI // J. of Mar. Sys. 1997. Vol. 12 (1-4). P. 8399.

147. Gerritsen H., Boon J. G., T. van der Kaaij, Vos R. J. Integrated Modelling of Suspended Matter in the North Sea // Estuarine, Coastal and Shelf Sci. 2001. Vol. 53 (4). P. 581-594.

148. Gillibrand P. A. Calculating Exchange Times in a Scottish Fjord Using a Two-dimensional, Laterally-integrated Numerical Model // Estuarine, Coastal and Shelf Sci. 2001. Vol. 53 (4). P. 437-449.

149. Gillibrand P. A., Balls P. W. Modelling Salt Intrusion and Nitrate Concentrations in the Ythan Estuary//Estuarine, Coastal and Shelf Sci. 1998. Vol. 47 (6). P. 695-706.

150. Glorioso P.D. Patagonian shelf 3D tide and surge model // J. of Mar. Sys. 2000. Vol. 24 (1-2). P. 141-151.

151. Godin G., Guttierrez G. Non-linear effects in the tide of the bay of Fundy //Cont. Shelf. Res. 1986. Vol. 5 (3). P. 379-402.

152. Griffiths D.K., Pingree P.D., Summer S.M. Tidal fronts in near arctic region of the Box Basin and Hudson Bay // Deep Sea Res. 1981. Vol. 280 (8). P. 865-874.

153. He W.J., Chao W. Numerical simulation of 2-D tidal flow and water quality under the curvilinear coordinates //J. Hydrodyn. B. 1994. Vol. 6 (3). P. 78-84.

154. Hibma A., Vriend H. J., Stive M. J. F. Numerical modelling of shoal pattern formation in well-mixed elongated estuaries // Estuarine, Coastal and Shelf Sci. 2003. Vol. 57 (5-6). P. 981-991.

155. Holligan P.M. Biological inplications of fronts on the northwest European continental shelf// Phil. Trans. R. Soc. London. 1981. Vol. A302. P. 547-562.

156. Houghton R.W. Diapycnal flow through a tidal front: a dye tracer study on Georges Bank //J. of Mar. Sys. 2002. Vol. 37 (1-3). P. 31-46.

157. Howland R.J.M., Pantulin A.N., Millward G.E., Prego R. The hydrography of the Chupa Estuary, White Sea, Russia // Estuarine, Coastal and Shelf Science. 1999. Vol. 48. P. 112.

158. Inoue M., Wiseman W. J., Jr. Transport, Mixing and Stirring Processes in a Louisiana Estuary: A Model Study // Estuarine, Coastal and Shelf Sci. 2000, Vol. 50 (4). P. 449466.

159. Isachsen P. E., Pond S. The Influence of the Spring-neap Tidal Cycle on Currents and Density in Burrard Inlet, British Columbia, Canada // Estuarine, Coastal and Shelf Sci. 2000. Vol. 51 (3). P. 317-330.

160. Jakobsen F., Azam M.H., Mahboob-Ul-Kabir M. Residual Flow in the Meghna Estuary on the Coastline of Bangladesh // Estuarine, Coastal and Shelf Sci. 2003. Vol. 55 (4). P. 587-597.

161. Jones B. A Numerical Study of Wave Refraction in Shallow Tidal Waters // Estuarine, Coastal and Shelf Sci. 2000. Vol. 51 (3). P. 331-347.

162. Jones J. E., Davies A.M. A High-resolution, Three-dimensional Model of the M2, M4, M6, S2, N2, K. and OiTides in the Eastern Irish Sea// Estuarine, Coastal and Shelf Sci. 1996. Vol. 42 (3). P. 311-346.

163. Kagan B.A., Alvarez O., Izquierdo A., Mañanes R., Tejedor B., Tejedor L. Weak wave/tide interaction in suspended sediment-stratified flow: a case study // Estuarine, Coastal and Shelf Sci. 2003. Vol. 56 (5-6). P. 989-1000.

164. Klevanny K.A., Matveyev G.V CARDINAL User's Manual // St.Petersburg, "Nevski Courier Publ.". 1993.

165. Klevanny K.A., Matveyev G.V, Voltzinger N.E. CARDINAL Coastal Area Dynamics Investigation Algorithm // Annales Geophysicae. Part 2: Ocean, Atmosphere, Hydrology and Nonlinear Geophysics. 1992. Supp. 2 to vol. 10. P. CI 88.

166. Kulakov M.Yu., Pavlov V.K., Stanovoy V.V. Modelling of the transport and transformation of pollutants in the Barents and Kara seas // Russ.-Norw. Workshop'95. "Nature Cond. Kara and Barents Seas". St. Petersburg. 1995. P. 27.

167. Lagadeuc Y., Biylinski J.M., Aelbrecht D. Temporal variability of the vertical stratification of a front in a tidal Region Of Freshwater Influence (ROFI) system // J. of Mar. Sys. 1997. Vol. 12 (1-4). P. 147-155.

168. LeBlond P.II. On tidal propagation in shallow rivers // J. Geophys. Res. 1978. V.83 (9). P. 4717-4721.

169. Lee J. C., Kim C. S., Jung K. T. Comparison of Bottom Friction Formulations for Single-Constituent Tidal Simulations in Kyunggi Bay// Estuarine, Coastal and Shelf Sci. 2001. Vol. 53 (5). P. 701-715.

170. LeProvost C. Models for tides in the KAP region // Proc. Coast. Eng. Conf. Hamburg, 1988. P. 1104-1121.

171. Lin B., Falconer R. A. Three-dimensional Layer-integrated Modelling of Estuarine Flows with Flooding and Drying// Estuarine, Coastal and Shelf Sci. 1997. Vol. 44 (6). P. 737751.

172. Loder T.C., Peichard R.P. Dynamics of conservative mixing in estuaries // Estuaries. 1981. Vol. 4(1). P. 64-69.

173. Luyten P.J. Modelling physical processes of haline stratification in ROFIs with application to the Rhine outflow region // J. of Mar. Sys. 1997. Vol. 12 (1-4). P. 277-298.

174. Maguer J.-F., L'helguen S., Corre P. Le Nitrogen Uptake by Phytoplankton in a Shallow Water Tidal Front // Estuarine, Coastal and Shelf Sci. 2000. Vol. 51 (3). P. 349-357.

175. Makinson K., Nicholls K.W. Modeling tidal currents beneath Filchner-Ronne Ice Shelf and on the adjaccnt continental shelf: Their effect on mixing and transport // J. Geophys. Res. C. 1999. Vol. 104 (6). P. 13.449-13.465.

176. Marinone S.G., Pond S. and Fyfe J. A Three-dimensional Model of Tide and Wind-induced Residual Currents in the Central Strait of Georgia, Canada// Estuarine, Coastal and Shelf Sci. 1996. Vol. 43(2). P. 157-182.

177. Marsden R.F., Ingram R.G., Milinazzo F., Buckley A.G., Stacey M.W. Tidally forced under-ice Ekman layers observed by an acoustic Doppler current profiler // J. of Mar. Sys. 1997. Vol. 11 (1-2). P. 33-43.

178. Mason D. C., Garg P. K. Morphodynamic Modelling of Intertidal Sediment Transport in Morecambe Bay // Estuarine, Coastal and Shelf Sci. 2001. Vol. 53 (1). P. 79-92.

179. Mathisen J.P., Johamsen O. A numerical tidal and storm surge model of the North Sea // Mar.Geol. 1983. Vol. 6. (4). P. 267-291.

180. McCay D.F. Development and application of damage assessment modeling: example assessment for the North Cape oil spill // Mar. Poll. Bull. 2003. Vol. 47(9-12). P. 341359.

181. McLaughlin J. W., Bilgili A., Lynch D. R. Numerical modeling of tides in the Great Bay Estuarine System: dynamical balance and spring-neap residual modulation // Estuarine, Coastal and Shelf Sci. 2003. Vol. 57 (1-2). P. 283-296.

182. Militello A., Zarillo G. A. Tidal motion in a complex inlet and bay system, Ponce de Leon Inlet, Florida // J. Coast. Res. 2000. Vol. 16 (3). P. 840-852.

183. O'Kane J. P., Regnier P. A mathematically transparent low-pass filter for tidal estuaries // Estuarine, Coastal and Shelf Sci. 2003. Vol. 57 (4). P. 593-603.

184. Okubo A. Horizontal diffusion from an instantaneous point source due to oceanic turbulence — Chesapeake Bay // Inst. Techn. Rep. № 32, The John Hopkins Univ. 1962.

185. Orton P. M., Kineke G. C. Comparing Calculated and Observed Vertical Suspended-Sediment Distributions from a Hudson River Estuary Turbidity Maximum // Estuarine, Coastal and Shelf Sci. 2001. Vol. 52 (3). P. 401-410.

186. Perianez R. Three-dimensional modelling of the tidal dispersion of non-conservative1. Q ^ .1 Qradionuclides in the marine environment. Application to ~ Pu dispersion in the eastern Irish Sea//J. of Mar. Sys. 1999. Vol. 22 (1). P. 37-51.

187. Pingree R.D., Griffiths D.K. Tidal fronts on the shelf seas around the British Isles // J. Geophys. Res. 1978. № 83(C9). P. 4615-4622.

188. Pingree R.D., Maddock L. The M4 tide in the English Channel derived from a non-linear numerical model of the M2 tide // Deep-Sea Res. 1978. Vol. 25. P. 53-63.

189. Pingree R.D., Pardell G.T., Muddok L. A marginal fronts in Lyme Bay //J. Mar. Biol. 1983. №63. P. 9-13.

190. Prinsenberg S.J., Ingram R.G. Under-ice physical oceanographic processes // J. of Mar. Sys. 1991. Vol. 2 (1-2). P. 143-152.

191. Pritchard M., Huntley D.A. Instability and Mixing in a Small Estuarine Plume Front// Estuarine, Coastal and Shelf Sci. 2003. Vol. 55 (2). P. 275-285.

192. Proctor R, Davies A.M. A three dimensional hydrodynamic model of tides off the northwest coast of Scotland // J. of Mar. Sys. 1996. Vol. 7 (1). P. 43-66.

193. Scott G. F. A Numerical Study of the Interaction of Tidal Oscillations and Non-linearities in an Estuary // Estuarine, Coastal and Shelf Sci. 1994. Vol. 39 (5). P. 477-496.

194. Shirasawa K., Ingram R.G. Characteristics of the turbulent oceanic boundary layer under sea ice. Part 2: Measurements in southeast Hudson Bay // J. of Mar. Sys. 1991. Vol. 2(1-2). P. 161-169.

195. Simpson J. H., Vennell R., Souza A. J. The Salt Fluxes in a Tidally-Energetic Estuary // Estuarine, Coastal and Shelf Sci. 2001. Vol. 52 (1). P. 131-142.

196. Simpson J.H. The shelf-sea fronts: implications of their existence and behavior // Phil. Trans, of the Royal Soc. London. 1981. V. A302. P. 531-543.

197. Simpson J.H., Hanter J.R. Fronts in Irish Sea // Nature. 1974. V. 250. P. 404-406.

198. Simpson J.H., Hingree R.D. Shallow sea fronts produced by tidal stirring //• Ocean fronts, „,,, coastal process. Proc. Mar. Sci. Res. Conf. 1977. P. 29-42.

199. Simpson J.H., Nunes R.A. The tidal intrusion front: an estuarine convergence zone // Estuarine, Coastal and Shelf Sci. 1981. Vol. 13 (1). P. 257-266.

200. Tee K.T. Time-induced residual current, a 2-D nonlinear numerical tidal model //J. of Mar. Res. 1978. Vol. 34 (4). P. 603-628.

201. Wang P.F., Cheng R.T., Richter K. etc. Modeling tidal hydrodynamics of San Diego Bay, California//J. Amer. Water Resour. Assoc. 1998. Vol. 34 (5). P. 1123-1141.

202. Wang Y. II., Jan S., Wang D.P. Transports and tidal current estimates in the Taiwan Strait from shipboard ADCP observations (1999-2001) // Estuarine, Coastal and Shelf Sci. 2003. Vol. 57 (1-2). P. 193-199.

203. Warner J.C., Sehoellhamer D., Sehladow G. Tidal truncation and barotropic convergence in a channel network tidally driven from opposing entrances// Estuarine, Coastal and Shelf Sci. 2003. Vol. 56 (3-4). P. 629-639.

204. Williams J.J., MacDonald N.J., O'Connor B.A., Pan S. Offshore sand bank dynamics // J. of Mar. Sys. 2000. Vol. 24 (1-2). P. 153-173.

205. Xing J., Davies A.M. A model study of tidally induced suspended sediment transport in the Iberian shelf edge region // Estuarine, Coastal and Shelf Sci. 2003. Vol. 58 (2). P. 321-333.

206. Yanagi T., Inoue K., Montani S., Yamada M. Ecological modeling as a tool for coastal zone management in Dokai Bay, Japan // J. of Mar. Sys. 1997. Vol. 13 (1-4). P. 123-136.

207. Yong Ming Tang, Grimshaw R. The effect of barriers on the tidal range in estuaries// Estuarine, Coastal and Shelf Sci. 2003. Vol. 58 (1). P. 57-66.

208. Zyryanov V.N. Differentiation of suspended bottom deposits by tidal waves in shallow water // Proceedings of the 7 workshop on physical processes in natural waters. Petrozavodsk, KSC RAS. 2003. P. 104-111.

209. Zyryanov V.N., Reshetkov A.V. Residual water transport by longshore tidal currents along the coast in shallow water // Oceanology. 1999. Vol. 39. P. 296-305.t

Информация о работе

Здоровеннов, Роман Эдуардович
кандидата географических наук
Мурманск, 2004
ВАК 25.00.36

Диссертация

Приливный перенос примеси в прибрежных районах Белого моря - тема диссертации по наукам о земле, скачайте бесплатно

Автореферат

Похожие работы