Расчет гидрофизических характеристик волнового режима для внутренних пресноводных водоемов юга России

Важную роль в управлении водными ресурсами играют внутренние пресноводные водоемы, основными видами использования которых являются: удовлетворение потребностей населения в пресной воде, ирригация, гидроэнергетика, судоходство, рыборазведение и т.п. Вместе с тем все чаще наблюдаются нежелательные и неизбежные нарушения природной среды и природного баланса экосистемы данных водных объектов. Серьезную проблему представляют существенное изменение рельефа дна, разрушение берегов, накопление донных отложений. Представленные в настоящей статье результаты направлены на создание современной основы для прогноза тенденций развития внутренних пресноводных водоемов Юга России, базирующихся на расчеты гидрофизических характеристик волнового режима. На примере Цимлянского водохранилища построены и адаптированы к природно-климатическим условиям и географическим особенностям математические модели трехмерной волновой гидродинамики. На основе разработанного экспериментального комплекса программ выполнены прогностические расчеты для его побережья, расположенного поблизости посёлка Саркел, названного именем исторического хазарского города-крепости Саркел (затоплен водохранилищем). Для выбранного «локального» участка проведены исследования гидродинамических характеристик волнового воздействия на прибрежную рекреационною зону, в том числе, профили волн и поля вектора скорости при различных значениях скорости ветра.

1. Sukhinov A.I., Chistyakov A.E., Ugolnitsky G.A., Usov A.B., Nikitina A.V., Puchkin M.V., Semenov I.S. Game-theoretic regulations of mechanisms for managing the sustainable development of shallow-water ecosystems // Automation and telemechanics. 2017. No. 6. pp. 122-137.

2. Vakhitov R.R., Karimova L.Z. Some aspects of the impact of reservoirs on the geoecological environment // Problems of life support for large cities. - Naberezhnye Chelny. 2002. pp. 360-361 (in Russian).

3. Usmanov B., Nicu I.C., Gainullin I., Khomyakov P.V. Monitoring and assessing the destruction of archaeological sites from Kuibyshev reservoir coastline. Tatarstan Republic, Russian Federation. A case study // Journal of Coastal Conservation. 2018. Vol. 22, № 2. pp. 417–429. DOI:10.1007/s11852-017-0590-9.

4. Vuglinsky V.S. Water resources and water balance of large reservoirs of the USSR // Moscow: Gidrometeoizdat. 1991, p. 222.

5. Kuznetsova A.M., Baydakov G.A., Papko V.V., Kandaurov A.A., Vdovin M.I., Sergeev D.A., Troitskaya Yu.I. Field studies and numerical modeling of wind and surface waves on medium-sized inland reservoirs // Meteorology and Hydrology. 2016. No. 2. pp. 85-97. DOI:https://doi:10.3103/S1068373916020084/

6. Dymnikov V.P., Zalesny V.B. Fundamentals of computational geophysical hydrodynamics. M.: GEOS, 2019. 448 p.

7. Sukhinov A.I., Protsenko E.A., Chistyakov A.E., Schreter S.A. Comparison of computational efficiencies of explicit and implicit schemes for the problem of sediment transport in coastal water systems // Parallel computing technologies: Proceedings of the International Scientific Conference. 2015. pp. 297-307.

8. Sukhinov A.I., Chistyakov A.E., Ugolnitskiy G.A., Usov A.B., Nikitina A.V., Puchkin M.V., Semenov I.S. Theoretical and game regulations of mechanisms for managing the sustainable development of shallow-water ecosystems // Automation and telemechanics. 2017. No. 6. pp. 122-137.

9. Sukhinov A.I., Chistyakov A.E., Shishenya A.V. Error estimate for diffu-sion equations solved by schemes with weights // Mathematical Models and Computer Simulations. 2014. Vol. 6. No. 3. pp. 324-331.

10. Nikanorov A.M., Horuzhaya T.A., Minina L.I., Martysheva N.A. The dan-ger of "blooming" of the Tsimlyansk reservoir // Vodoochistka. Water treatment. Water supply. 2011. Vol. 2, № 38. pp. 70–74.

11. Khoruzhaya T.A., Minina L.I. Assessment of the ecological state of the Tsimlyanskoye, Proletarskoye and Veselovskoye reservoirs // Meteorology and Hydrology. 2017. Vol. 5. pp. 117–122.

12. Bakaeva E.N., Ignatova N.Akh. Water quality in the dam part of the Tsimlyansk Vodoksranilish under conditions of the color of blue-green microalgae // Global nuclear safety. 2013. Vol. 1, No. 6. pp. 23-28.

13. Ye X.C., Xu C.Y., Zhang Q., Yao J., Li X.H. Quantifying the human induced water level decline of China’s largest freshwater lake from the chang-ing underlying surface in the lake region // Water Res. Manag. 2018. Vol. 32. pp. 1467–1482. DOI: https://doi:10.1007/s11269-017-1881-5

14. Filatov N.N., Isaev A.V., Savchuk O.P. Assessment of the state and forecasting of changes in the hydrological regime and ecosystems of large lakes // Proceedings of the Karelian Scientific Center of the Russian Academy of Sciences. 2019. No 3. pp. 99-113.

15. Sukhinov A.I., Chistyakov A.E., Protsenko E.A., Sidoryakina V.V., Protsenko S.V. Accounting method of filling cells for the hydrodynamics problems solution with complex geometry of the computational domain // Matem. Mod. 2019. Vol. 31, No. 8. pp. 79–100. DOI: https://doi.org/10.1134/S0234087919080057.

16. Sukhinov A.I., Chistyakov A.E., Protsenko E.A., Sidoryakina V.V., Protsenko S.V. Set of coupled suspended matter transport models including three-dimensional hydrodynamic processes in the coastal zone // Matem. Mod. 2020. Vol. 32, № 2. pp. 3-23. DOI: https://doi.org/10.20948/mm-2020-02-01.

17. Sukhinov A.I., Chistyakov A.E., Protsenko E.A., Sidoryakina V.V., Protsenko S.V. Parallel algorithms for solving the problem of coastal bot-tom relief dynamics // Num. Meth. Prog. 2020. Vol. 21, No 3. pp. 196–206. DOI: https://doi.org/10.26089/NumMet.v21r318.

18. Sukhinov A.I., Chistyakov A.Ye., Fomenko N.A. Metodika postroyeniia raznostnykh skhem dlia resheniia zadach diffuzii-konvektsii-reaktsii, uchityvaiushchikh stepen zapolnennosti kontrolnykh yacheek // Izvestiia YUFU. Tekhnicheskie nauki. 2013. Vol. 4, No. 141. pp. 87-98.

19. Sidoryakina V.V., Sukhinov A.I. Well-posedness analysis and numerical implementation of a linearized two-dimensional bottom sediment transport problem // Comput. Math. Math. Phys. 2017. Vol. 57, No 6. pp. 978–994. DOI: https://doi.org/10.1134/S0965542517060124.

20. Sukhinov A.I., Sukhinov A.A. 3D Model of Diffusion-Advection-Aggregation Suspensions in Water Basins and Its Parallel Realization // Parallel Computational Fluid Dynamics, Multidisciplinary Applications, Proceedings of Parallel CFD 2004 Conference, Las Palmas de Gran Canaria, Spain, ELSEVIER, Amsterdam-Berlin-London-New York-Tokyo. 2005. pp. 223-230.

21. Sukhinov A.I., Chistyakov A.E. Adaptive Modified Alternating Triangular Iterative Method for Solving Grid Equations with a Non-Self-Adjoint Oper-ator // Mathematical Models and Computer Simulations. 2012. Vol. 4, No. 4. pp. 398-409.

22. Matishov G.G., Savelyeva O.S., Slyunina E.Yu. Tsimlyanskaya dam: the last chord of storytelling on the Don. – Rostov n/A: Publishing house of the SSC RAS, 2019. 216 p.