Методология выделения устьевых экосистем. Моделирование абиотических процессов

14. Методология выделения устьевых экосистем (по пространству, набору состояний, временным масштабам процессов, периоду существования процессов).

Устьевая область реки (устье реки) — это особый географический объект, охватывающий район впадения реки в приемный водоем (океан, море, озеро), обладающий специфическими строением, ландшафтом и режимом и формирующийся под воздействием устьевых процессов — динамического взаимодействия и смешения вод реки и приемного водоема, отложения и переотложения речных и частично морских наносов, приводящих к образованию устьевого конуса выноса, а нередко и дельты.

Как показывает анализ временной изменчивости устьевых процессов и влияющих на них факторов, могут быть выделены три основных временных масштаба: 1) вековой и многолетний (с периодом от нескольких лет до столетий и тысячелетий); 2) сезонный и 3) кратковременный (с периодом от нескольких часов до нескольких суток).

Природа изменений большинства определяющих факторов в основном естественная — климатическая (для вековых, многолетний и сезонных колебаний), синоптическая и приливная (для кратковременных колебаний). Однако хозяйственная деятельность может заметно повлиять на изменения факторов во всех упомянутых масштабах. Например, изъятие стока оказывает в основном многолетнее влияние, регулирование стока — многолетнее и сезонное, загрязнение вод — влияние любого временного масштаба.

Каждому виду временной изменчивости определяющих факторов соответствует и своя схема устьевых процессов. При анализе таких схем целесообразно процессы векового и многолетнего масштаба рассматривать совместно. Несмотря на различие временных периодов, процессы этих масштабов весьма сходны.

15. Моделирование как метод изучения абиотических процессов в устьевых областях рек Арктики.

Системный подход к изучению любого объекта состоит:

во-первых, в определении образующих ее составных частей и взаимодействующих с ней объектов окружающей среды,

во-вторых, в установлении структуры системы, то есть совокупности внутренних связей, а также связей между системой и окружающей средой и,

в-третьих, в нахождении функции системы, определяющей характер изменения компонентов системы и связей между ними под действием внешних объектов

Модель - это объект или описание объекта, системы для замещения одной системы (оригинала) другой системой для лучшего изучения оригинала или воспроизведения каких-либо его свойств.

Моделирование рассматривается как особая форма эксперимента, эксперимента не над самим оригиналом, т.е. простым или обычным экспериментом, а над копией оригинала.

Разграничение устьевой системы: сокращение размерности

Обозначения переменных состояния устьевых систем

Методы моделирования гидрологических процессов объектов суши и устьевых областей Арктики Наиболее распространенные модели:

-физические

-электроаналоговые

-математические (-аналитические, -численные)

Критерий подобия — безразмерная величина, составленная из размерных физических параметров, определяющих рассматриваемое физическое явление. Равенство всех однотипных критериев подобия для двух физических явлений и систем — необходимое и достаточное условие их физического подобия.

Re характеризует отношение инерционных сил при движении жидкости к силам вязкости. Для гидродинамического подобия геометрически и кинематически подобных потоков с учетом сил вязкости требуется равенство чисел Рейнольдса, подсчитанных для любой пары сходственных сечений этих потоков.

Физическое моделирование

Русловая лаборатория ГГИ (А.Б. Клавен, З.Д. Копалиани)

Лабораторный корпус Всесоюзного Института Гидротехники им. Б. Е. Веденеева. Здесь размещалась крупномасштабная модель Невской губы Финского залива. Использовалась для исследования влияния, оказываемого на водный режим этой акватории сооружениями защиты Ленинграда от наводнений (дамбой). В 90-е здание было продано, и перестроено под МАКСИДОМ.

Лаборатория РГГМУ.

 Ледовый бассейн ААНИИ. 

Электроаналоговые модели

Уравнению баланса сил гидродинамической системы соответствует уравнение баланса токов в узле

Математическое моделирование

В работах по изучению процессов взаимодействия реки и моря широко используется метод математического моделирования, сущность которого состоит в рассмотрении, наряду с системой-оригиналом, ее модели, в качестве которой выступает некоторая другая система, представляющая собой образ оригинала при некотором моделирующем отображении

Граничные условия, необходимые для устьевых моделей различной мерности

Одномерные модели

Одномерные уравнения Сен-Венана

+ одномерные уравнения адвекции-дисперсии

Гидравлические методы

В основе методики лежат гидравлические методы, базирующиеся на физически обоснованных уравнениях классической гидравлики. Они доработаны до практического применения для условий устьевых областей рек (наличие переменного подпора), включая сложно разветвлённые дельты

– Исходное уравнение неравномерного движения

для естественных русел

где Q=wV=const, Z–падение отметок свободной поверхности на участке длиной DS,

Q–расход воды, K–средний на участке модуль расхода, φ–коэффициент местных

потерь энергии, α–корректив средней скорости в выражении кинетической энергии,

V–средняя скорость течения.

Основные этапы моделирования

- определение объекта, целей и задач моделирования

- построение модели, выявление требований к граничным и начальным условиям

- сбор первичной информации (наблюдения)

- управление данными (подготовка баз данных)

- калибровка и верификация модели

- моделирование, анализ результатов

- подготовка информации для потребителя

Проблемы развития математического моделирования устьевых систем связаны с

Наличием необходимых натурных данных

Качеством натурных данных

Анализом натурных данных и их интерпретацией (построение концептуальной модели происходящих в устьевых областях процессов)

Развитием математического аппарата

Реализацией математических моделей в численном виде

Программированием

Возможностями компьютеров

Интерпретацией результатов моделирования, доведением до общественности (web-технологии с привлечением ГИС), а также кадрами на всех этапах моделирования (квалификация разработчиков и пользователей, междисциплинарность)

Оценки современного состояния гидрологического режима в устьевых областях рек выполняются на основе:

--непосредственного анализа рядов данных стационарной сети и экспедиций

--использования расчетных методов и математического моделирования (для слабоизученных и неизученных районов).

Оценки возможных изменений режима и процессов под влиянием естественных и антропогенных причин выполняются с помощью расчетных методов и математического моделирования, которые являются для таких случаев незаменимым инструментом исследований. Среди расчетных методов, в зависимости от целей и задач, отделом используются следующие методы инженерной гидравлики и численного моделирования (в одномерной реализации), разработанные для условий переменного подпора (когда наполнение русла заранее неизвестно и определяется в процессе счета в зависимости не только от расхода воды в реке, но и отметки уровня на устьевом взморье):

-- гидравлический метод расчета характеристик свободной поверхности уровня в устьевых областях рек (без учета дельтовых разветвлений);

-- гидравлический метод расчета распределения расходов и уровней воды в сложноразветвленных дельтах рек и их возможного перераспределения при наличии регулирующих сооружений (незатопленных и полузатопленных запруд) непосредственно в дельтовых рукавах;

-- гидравлический метод расчета распределения расходов и уровней воды, а так же гидравлико-морфометрических характеристик и многолетней направленности русловых процессов в сложноразветвленных дельтах;

-- методика расчета водного и руслового режима в сложноразветвленных дельтах рек, включая перераспределение расходов и уровней воды, при отсутствии данных наблюдений за русловыми деформациями;

-- метод численного моделирования динамики вод в устьевых областях рек, включая сложноразветвленные дельты, в условиях неустановившегося движения (исследование изменчивости во времени расходов, уровней воды, средних скоростей потока). Кроме устьевых областей рек арктической зоны перечисленные методы могут быть применены и для других сложноразветвленных и простых русловых систем. При использовании этих методов коренными вопросами являются:

-- параметризация сложных русловых разветвлений;

-- адаптация выбранного гидравлического или гидродинамического метода к объектам исследования.

Математическое моделирование применяется для выявления пространственно-временных закономерностей элементов гидрологического режима в устьевых областях рек преимущественно эстуарного типа.

Разработанная в отделе трехмерная модель предназначена для расчета гидрологических процессов в арктических эстуариях и прилегающих районах моря в сезонном и синоптическом временных масштабах. Модель способна выдать сведения в трехмерном виде о температуре и солености воды, скоростях потока и о ледовых условиях на любой момент времени в годовом цикле.

Трехмерная модель гидрологических процессов в арктических эстуариях основана на уравнениях движения, неразрывности, диффузии тепла и соли, а так же уравнении состояния. Граничные условия задаются расходом реки, температурой и соленостью воды на морской и речной границах расчетной области. Кроме того, на поверхности задается касательное напряжение действия ветра, а так же определяется поток тепла между водой и атмосферой. При достижении поверхностной температуры воды в период осеннего выхолаживания температуры замерзания начинается образование льда. Ледовый блок модели позволяет рассчитывать рост, таяние, а также дрейфа льда. Динамический блок модели решается с привлечением интегральной функции тока, что упрощает задание граничных условий. При этом обеспечивается возможность задания многосвязанной расчетной области.

Модель реализована в виде программы для ПЭВМ на языке программирования Delphi. В программе реализованы возможности задания любой расчетной области, задания значений внешних параметров модели и графического отображения рассчитываемых характеристик в процессе счета. Результаты, получаемые при непосредственном анализе многолетних рядов данных, а так же с помощью разработанных в отделе методов и математических моделей, могут найти применение при расчетах нормативных характеристик режима для обеспечения проектирования, строительства и эксплуатации сооружений в устьевых областях рек, рационального природопользования и охраны окружающей среды, увязке нулей глубин карт, проектировании дноуглубительных прорезей и выправительных сооружений и для других целей.

← Предыдущая
Страница 1
Следующая →

Файл

14-15.docx

14-15.docx
Размер: 3.9 Мб

.

Пожаловаться на материал

Устьевая область реки (устье реки) — это особый географический объект, охватывающий район впадения реки в приемный водоем

У нас самая большая информационная база в рунете, поэтому Вы всегда можете найти походите запросы

Искать ещё по теме...

Похожие материалы:

Элементы математической статистики

Определение и задачи математической статистики. Понятие точечных и интервальных оценок. Доверительный интервал. Эмпирическая и теоретическая линии регрессии.

Отношение современной молодёжи к религии и религиозным обрядам

Курсовая работа по психологии по направлению «Педагогическое образование»

Банковское дело. Некоторые вопросы

Банковский продукт, Банковские операции, Банковская услуга. Форма заключения договора банковского счета Ликвидность банка

Цивільне процесуальне право

Система цивільного процесуального права України. Відповіді. Цивільно-процесуальний кодекс україни ЦПК. Цивільне процесуальне право -– це сукупність правових норм, які регулюють діяльність суду та інших учасників цивільного процесу. Конституція України про право громадян на судовий захист.

Биология. Тест с ответами

Предмет «Биология» отд. «Сестринское дело». Биология клетки, Обмен веществ и энергии в клетке, Размножение организмов, Биология индивидуального развития Основы генетики и селекции

Сохранить?

Пропустить...

Введите код

Ok