Комплексная система моделирования гидрофизических характеристик замкнутых соленых стратифицированных озер : на примере оз. Шира

• Автор: Якубайлик, Татьяна Валерьевна
• Шифр специальности: 05.13.18
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2014
• Место защиты: Красноярск
• Количество страниц: 122 с. : ил.

Оглавление
Введение
Глава 1. Математические модели ветровых течений в стратифицированных водоемах. Аналитические решения упрощенных моделей
1.1 Основные уравнения ветровых течений жидкости в замкнутых стратифицированных водоемах
1.2 Аналитические решения трехмерных уравнений стационарного ветрового течения
1.2.1 Однородная жидкость
1.2.2 Двухслойная жидкость
Глава 2. Численная модель ветровых течений
в стратифицированных водоемах
2.1 Обзор численных моделей для расчета ветровых течений
в стратифицированных водоемах
2.2 Комплекс программ ОЕТМ (ООТМ)
2.2.1 Алгоритм для расчета уравнений движения жидкости
2.2.2 Алгоритм для расчета полей температуры и солености
2.2.3 Определение коэффициентов горизонтального турбулентного обмена и горизонтальной турбулентной диффузии.
Уравнение состояния
2.2.4 Формат ввода и вывода данных
2.3 Адаптация и верификация численного алгоритма для расчета течений
в неглубоких замкнутых стратифицированных водоемах
2.3.1 Выбор сеток на основе тестовых расчетов
2.3.2 Выбор разностных аппроксимаций членов переноса
2.3.3 Выбор уравнения состояния
2.3.4 Тестовый расчет: прямоугольный бассейн с ровным дном
2.3.5 Тестовый расчет: цилиндрический бассейн с ровным дном
2.3.6 Тестовый расчет: бассейн с ровным дном и береговой линией реального озера
2.3.7 Тестовый расчет: параболический бассейн
Глава 3. Комплексная система моделирования гидрофизических процессов в соленых стратифицированных замкнутых озерах. Применение к моделированию гидрофизического режима озера Шира
3.1 Структура комплексной системы
3.2 Общее описание натурного эксперимента
3.3 Тестовый расчет: водоем с батиметрией озера Шира, однородная жидкость
3.4 Численные расчеты для озера Шира при постоянном ветре.
Сравнение с натурным экспериментом
3.5 Численные расчеты для озера Шира при переменном ветре.
Сравнение с натурным экспериментом
Заключение
Список литературы
Приложение. Технологический комплекс для проведения натурных измерений гидрофизических характеристик соленых озер
1 Технология измерения батиметрии
2 Технология измерения скорости течения
3 Технология измерения температуры

Введение
Актуальность. Соленые озера являются важными природными объектами. в которых заключены разнообразные запасы минеральных и биологических ресурсов. Они представляют собой большую экономическую ценность, так как являются одним из основных мест рекреационного туризма, медицинским ресурсом по запасам лечебной грязи и соли. Мировым сообществом признана необходимость «изучения, рационального использования и сохранения природы соленых озер» [24]. Современные соленые озера имеют научное значение как природные седиментологические лаборатории, в которых не только записаны все палеоклиматические изменения, но они являются и природной площадкой для изучения солеобразующих процессов и изменений окружающей среды.
Экологическое состояние водных объектов зависит от большого числа разнообразных факторов и процессов: гидрофизических, гидробиологических, гидрохимических, метеорологических и антропогенных. Гидрофизические процессы в значительной мере формируют среду обитания гидробионтов, определяют перенос и седиментацию веществ, интенсивность загрязнения и самоочищения водоёмов
Исследования соленых озер проводятся по разным направлениям: химия, биология, микробиология, биофизика, гидрофизика. Гидрофизические процессы являются важнейшими факторами для изучения гидрохимии и гидробиологии озер. Актуальными являются модельные, численные и натурные исследования процессов изменения гидрофизических полей озер, а также вопросов организации их мониторинга в целях предоставления достоверной информации ученым смежных направлений, экологам и природопользователям.
Получили свое развитие и дистанционные аэрокосмические методы исследования озер. Использование дистанционных материалов для контроля со-

Граничные условия преобразуются следующим образом:
с @Хп.т (~с
^Рп,ті

с &Хп.т
— ^bXn,mz=d-cH
£,=d—cH
Уравнение (1.38) представляет собой однородное модифицированное уравнение Бесселя, решение которого выписывается в виде
Хп.т ^0 ^ ^ у/;
г» () = (УХ'”«) +

KffCff + Kjf C-tf + u
п-гп ~ кМ ,
МО, Ко(0 — функции Бесселя.
Б. Решение при экспоненциальном коэффициенте вертикального турбулентного обмена
В случае, когда коэффициент вертикального турбулентного обмена Kf1 = 5eXz, коэффициент горизонтального турбулентного обмена Kff = const и выполняется условие = 0, уравнение (1.19) примет вид:
г-m (d2W d2W „ XzdW . ,,d2W ,ITI_ Л .
k<* ('аё + W) + SSeV + Se ^ " dW = °- (L39)
Ищем решение в виде (1.37), tw представляем как разложение в ряд (1.24). Подставим выражения (1.24), (1.37) в (1.39):
d2fn.jn =

2 . Л»1-Гг
Сделаем замену переменной £ = е 2г. &пто = Kff (у) + Kff (-у) + И,