Математическое моделирование термического режима и динамики растворенного кислорода в Куйбышевском водохранилище

Александр Владимирович Рахуба

Александр Владимирович Рахуба Самарский федеральный исследовательский центр РАН, Институт экологии Волжского бассейна РАН https://orcid.org/0000-0002-1770-3197

Ключевые слова: Куйбышевское водохранилище, термический режим, растворенный в воде кислород, первичная продукция, экологическое состояние, математическое моделирование

Аннотация

Цель – оценка пространственно-временных закономерностей распределения полей температуры воды и концентрации растворенного в воде кислорода в акватории Куйбышевского водохранилища в условиях жаркого года с использованием математической модели. Материалы и методы. Разработана численная 2D пространственно-неоднородная модель динамики полей температуры воды, первичной продукции и содержания растворенного в воде кислорода. Модель описывает формирование кислородного режима с учетом неустановившегося режима течений и неравномерного прогрева акватории водохранилища с пространственным шагом 200 метров и суточным шагом по времени. Результаты и обсуждение. На основе численных экспериментов исследована конвекция поля температуры, динамика растворенного в воде кислорода и первичной продукции в Куйбышевском водохранилище в безледный период. Выявлены разномасштабные зоны акватории с различным прогревом водной толщи и содержанием кислорода. Показано, что осенью пространственная неоднородность температуры воды примерно в три раза выше, чем в весенний и летний периоды. Отмечается большой вклад (> 50 %) фотосинтеза фитопланктона в общий баланс кислорода в период цветения. Выводы. Получены карты пространственного распределения температуры воды, содержания растворенного кислорода и первичной продукции в самый жаркий за последние 10 лет 2016 год. Сопоставление расчетных и натурных значений показателей оценивалось критерием Тейла, который показал удовлетворительную их сходимость. Это позволяет использовать разработанную модель для дальнейших исследований современного состояния Куйбышевского водохранилища.

Скачивания

Данные скачивания пока не доступны.

Биография автора

Александр Владимирович Рахуба, Самарский федеральный исследовательский центр РАН, Институт экологии Волжского бассейна РАН

Кандидат технических наук, старший научный сотрудник, заведующий лабораторией мониторинга водных объектов

Литература

1. Влияние аномально высокой температуры воды на развитие планктонного сообщества водохранилищ средней Волги летом 2010 г. / А. И. Копылов, В. И. Лазарева, Н. М. Минеева, Т.С. Масленникова, Я.В. Стройнов // Доклады Академии наук, 2012, т. 442, №1, с. 133-135.
2. Даценко Ю. С., Пуклаков В. В. Анализ многолетних изменений зон аноксии в Можайском водохранилище по результатам модельных расчетов // Водные ресурсы, 2021, т. 48, № 1, с. 34-41.
3. Ерина О. Н. Прогностические оценки изменения кислородного режима и качества воды в Можайском водохранилище в экстремально жаркую погоду // Вестник Московского университета. Серия 5: География, 2014, № 6, с. 10-15.
4. Кислородный режим водохранилищ Волги и Камы в период потепления климата: последствия для зоопланктона и зообентоса / В. И. Лазарева, И. Э. Степанова, А. И. Цветков, Е.Г. Пряничникова, С.Н. Перова // Труды Института биологии внутренних вод им. И.Д. Папанина РАН, 2018, № 81 (84), с. 47-84.
5. Перекальский В. М., Кременецкая Е. Р. Математическое моделирование термогидродинамического и кислородного режимов водоема // Метеорология и гидрология, 2007, № 6, с. 60-72.
6. Подгорный К. А., Леонов А. В. Использование пространственно-неоднородной имитационной модели для изучения процессов трансформации соединений азота, фосфора и динамики кислорода в экосистеме Невской губы Финского залива. 1. Описание модели // Водные ресурсы, 2013, т. 40, № 2, с. 179-191.
7. Рахуба А. В. Пространственно-временное моделирование динамики развития фитопланктона в экосистеме Куйбышевского водохранилища // Вестник Воронежского государственного университета. Серия: География. Геоэкология, 2023, № 4, с. 140-149.
8. Рахуба А. В. Моделирование цветения воды в Куйбышевском водохранилище в годы с различным режимом регулирования стока // Географический вестник = Geographical bulletin, 2023, № 2 (65), с. 92-104.
9. Рахуба А. В., Шмакова М. В. Нестационарный режим водохранилища: опыт моделирования русловых процессов с подвижным дном // Фундаментальная и прикладная гидрофизика, 2022, т. 15, № 2, с. 138-149.
10. Рахуба А. В. Оценка влияния гидродинамического режима на развитие фитопланктона и качество воды Куйбышевского водохранилища // Ученые записки Казанского университета. Серия: Естественные науки, 2020, т. 162, № 3, с. 430-444.
11. Саминский Г. А. Моделирование термогидродинамического режима Иваньковского водохранилища // Вестник РУДН, секция Инженерные исследования, Издательство РУДН, № 4, 2013, с. 40-47.
12. Селезнева К. В., Селезнева A. В., Селезнев В. A. Трансформация термического режима Куйбышевского водохранилища на фоне глобального потепления климата // Вестник Воронежского государственного университета. Серия: География. Геоэкология, 2023, № 3, с. 57-67.
13. Хендерсон-Селлерс Б. Инженерная лимнология. Ленинград, 1987. 335 с.
14. Цхай А. А. Математическое моделирование качества воды в проектируемом водохранилище на основе модели РКБПК // Известия Алтайского государственного университета, 2012, №1-2 (73), с. 123-126.
15. Modeling dissolved oxygen dynamics and hypoxia / M. A. Pen, S. Kartsev, T. Oguz, D. Gilbert // Biogeosciences, 2010, vol. 7, pp. 933-957.
16. Theil H. Appliied economic forecasting. Amsterdam, 1971. 256 p.