Отдел Технологий мониторинга природной среды

Основные направления исследований лаборатории

Численное моделирование гидрофизических процессов в водоемах

Проблема охраны и рационального использования водных ресурсов приобрела глобальный характер. При математическом моделировании качества воды необходимо совместное исследование гидрофизических и химико-биологических процессов. Гидрофизические процессы в значительной мере формируют среду обитания гидробионтов, определяют перенос и седиментацию веществ, интенсивность процессов загрязнения и самоочищения водоемов.

Разработаны математические модели и компьютерные программы для оценки и прогноза изменений гидротермического и ледового режимов рек после строительства ГЭС.

Построены математические модели различного уровня сложности для исследования ветровых течений и переноса примесей в слабопроточных водоемах.

Разработаны вычислительные алгоритмы для исследования динамики течений, переноса примесей в речных потоках с учетом седиментации и взмучивания.

Сотрудники лаборатории принимали участие в экспертизе проектировавшихся Средне-Енисейской, Туруханской и Богучанской ГЭС.

Модель динамики речных наносов.

Водные потоки в реках несут большое количество тердых частиц — наносов. С транспортом наносов речным потоком связан русловой процесс — процесс изменения динамической системы, включающей поток, русло и пойму. При изменении стока рек происходит размыв или заиление русла водотока.

Рис.1 Графики скоростей течения (V) и мутности воды (S).

Разработана одномерная математическая модель динамики донных наносов, основанная на представлении донных наносов вязкопластической средой и учитывающая осаждение и взмучивание примесей. По разработанной модели взмываосаждения наносов проведенены расчеты для реального русла реки Енисей на участке г. Красноярск — г. Енисейск для различных значений расхода воды и нескольких фракций с различной крупностью. В силу неравномерности потока воды вдоль русла ре-ки выделены участки с преимущественным осаждением наносов и участки, на которых происходит взмучивание. На рис.1 показаны графики скоростей течения (V) и мутности воды (S).

Основная научная цель для озера Шира состоит в исследовании на модельном соленом озере биологических и гидрофизических механизмов формирования пространственно неоднородных распределений компонент в озерных экосистемах.

Гидрофизические процессы в значительной мере формируют среду обитания гидробионтов, определяют перенос и седиментацию веществ, интенсивность загрязнения и самоочищения водоемов.

В озере Шира динамические процессы в основном происходят под действием ветрового воздействия. Картина ветровых течений зависит от геометрии водоема, направления и силы ветра, глу-бины и плотностной стратификации. Плотностная стратификация связана с неравномерным распределением температуры и солености воды по глубине

Результаты.

Разработаны математические модели различного уровня сложности для исследования ветровых течений в стратифицированных водоемах — одномерные, двумерные в плане и в вертикальной плоскости, гидростатические и негидростатические приближения.

Показано, что в первом приближении для оценки вертикальной структуры озера можно использовать одномерные модели (рис.2). Расчеты по двумерным в вертикальной плоскости моделям показали, что для существенно стратифицированного водоема образуются две циркуляционные зоны (рис.3)