Моделирование переноса взвешенных веществ на океаническом шельфе

• Автор: Юрезанская, Юлия Сергеевна
• Шифр специальности: 01.02.05
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2010
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 116 с. : ил.

Содержание
ВВЕДЕНИЕ
ГЛАВА 1. ОСНОВЫ МАТЕМАТИЧЕСКОГО МОДЕЛИРОВАНИЯ ТРАНСПОРТА И ДИФФУЗИИ ПАССИВНОЙ ПРИМЕСИ В МОРСКОЙ СРЕДЕ
1.1. ПОЛУЭМПИРИЧЕСКОЕ УРАВНЕНИЕ ТУРБУЛЕНТНОЙ ДИФФУЗИИ.
1.2. ХАРАКТЕРНЫЕ ЗНАЧЕНИЯ ВЕРТИКАЛЬНОГО И ГОРИЗОНТАЛЬНОГО КОЭФФИЦИЕНТА ТУРБУЛЕНТНОЙ ДИФФУЗИИ
1.3. Зависимость гидравлической крупности взвеси от ХАРАКТЕРНОГО ДИАМЕТРА ЕЕ ЧАСТИЦ
ГЛАВА 2. УСРЕДНЕННАЯ ПО ГЛУБИНЕ ТРАНСПОРТНО-ДИФФУЗИОННАЯ МОДЕЛЬ. ЭФФЕКТИВНАЯ ГИДРАВЛИЧЕСКАЯ КРУПНОСТЬ ПОЛИДИСПЕРСНОЙ ВЗВЕСИ
2.1. Постановка задачи для случая мгновенного точечного источника
2.2. Разложение по вертикальным диффузионным модам
2.3. Об асимптотике решения для больших моментов времени
2.4. Усредненное по глубине уравнение переноса и диффузии случая мгновенного точечного источника в акватории постоянной глубины
2.5. Приближение для случая медленно меняющейся глубины акватории
2.6. Пример расчета эффективной гидравлической крупности ПОЛИДИСПЕРСНОЙ ВЗВЕСИ
ГЛАВА 3. ГОРИЗОНТАЛЬНОЕ ТУРБУЛЕНТНОЕ РАССЕЯНИЕ. СТОХАСТИЧЕСКИЙ МЕТОД ДИСКРЕТНЫХ ОБЛАКОВ
3.1. Горизонтальное рассеяние взвеси в однородном и изотропном потоке
3.2. Эмпирическая модель океанической турбулентности..
3.3. Эффект сдвига и продольная дисперсия
3.4. Вычислительные подходы к моделированию переноса
ВЗВЕШЕННЫХ ВЕЩЕСТВ В ВОДНОЙ СРЕДЕ. ВАРИАНТ СТОХАСТИЧЕСКОГО

МЕТОДА ДИСКРЕТНЫХ ЧАСТИЦ, ВОСПРОИЗВОДЯЩИЙ «ЗАКОН 4/3»
Ричардсона
3.5. Стохастический метод дискретных облаков
3.6. Точные решения для случая точечного источника взвеси в ПОТОКЕ со сдвигом скорости
3.7. Тестирование стохастического метода дискретных облаков
ГЛАВА 4. РАСЧЕТ ДАМПИНГА ГРУНТА В АЗОВСКОМ МОРЕ.
4.1. Объект моделирования и сценарий дампинга
4.2. Гидрологические условия
4.3. Результаты расчетов
4.4. Характеристики скорости вычислительного процесса
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
ПРИЛОЖЕНИЕ. КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ПРОГРАММНОГО КОМПЛЕКСА
ЛИТЕРАТУРА

ВВЕДЕНИЕ
Классические задачи моделирования распространения взвешенных веществ (ВзВ) в турбулентном потоке представляют интерес с двух точек зрения. Во-первых, с теоретической точки зрения они является простейшим примером явлений, связанных с таким важным и до конца не изученным феноменом, как турбулентность. Во-вторых, с практической точки зрения интерес к подобным задачам в последнее время значительно повысился, в частности, в связи с необходимостью проведения оценок влияния разнообразных антропогенных воздействий на водные биоресурсы (так называемые задачи ОВОС). Потребность в таких оценках возникает, например, при планировании строительства буровых платформ на океаническом шельфе, при прокладке подводных трубопроводов, при проведении углубления дна во время ремонтно-восстановительных работ по очистке от наносов внутрипортовых акваторий и судоходных каналов портов, при осуществлении сброса (дампинга) грунта на дно окраинных и внутренних морей и т.п. Нормативные документы, в принципе, накладывают весьма жесткие требования на качество используемых для подобных оценок математических моделей. Например, согласно этим документам в контрольных створах, расположенных на расстояниях порядка 250 - 500 м от источника загрязнения, полная концентрация минеральной взвеси не должна превышать величины 1 мг/л, в то время как эта величина вблизи источника обычно составляет 100 г/л и более.

протяженного во времени и/или пространственно распределенного источника постоянного дисперсного состава эволюционные задачи (2.4.5) могут быть решены всего один раз.
2.5. Приближение для случая медленно меняющейся глубины акватории
В общем случае, когда глубина акватории Н в рассматриваемой области не может считаться постоянной, решения задач (2.2.4) не представимы в виде (2.4.2). Поэтому представленный выше подход здесь, строго говоря, не применим. Однако может быть предложен приближенный метод расчета, связанный с введением понятия траектории движения облака взвеси. Область применимости этого метода ограничивается предположением о малом изменении глубины акватории на расстояниях порядка характерного размера
эволюционирующего облака.
Определим траекторию движения «центра» х0(Д облака обычным образом: с/х0/<Л = и(х0д), х0(о)=О. Пусть Н0(^=Н(х о(^))
изменяющаяся со временем глубина акватории в центре облака.
При сформулированном выше предположении решения задач (2.2.4) приближенно представимы в виде
М. ( . ^ ^
йо) Р7 Йо ) Р° (х,/)ехр - кЛІ К (ґ)сіґ
, (2.5.1)
в котором финитная функция Р- удовлетворяет уравнению (2.4.3). Действительно, подставляя (2.5.1) в (2.2.4), получим