Экспериментальные и модельные исследования распространения вод реки Ижоры в русле реки Невы

Выполнено экспериментальное исследование по оценке траекторий распространения в акватории Невы вод одного из наиболее загрязненных притоков — реки Ижоры. Идентификация воды притока в русле Невы производилась на основе оценки величины общей минерализации (TDS), а также дополнительной интегральной характеристики качества воды — окислительно-восстановительного потенциала (Eh). На основе анализа результатов проведенного натурного эксперимента показано, что воды притоков (возможно загрязненные) после поступления в русло Невы прижимаются основным потоком к берегу и распространяются вдоль него в направлении течения, при этом поперечная турбулентная диффузия, способствующая перемешиванию водных масс, крайне незначительна. Для математического описания процесса массопереноса в русле Невы использована сопряженная математическая модель движения воды, транспорта наносов и растворенных примесей в открытом русле IL_MTRiver, разработанная в Институте озероведения РАН. В модели реализован взаимосвязанный расчет переменных состояния водного потока и потока твердого вещества. Единая система расчета движения воды и взвешенных частиц с физически обоснованной аппроксимацией процесса позволяет проследить перемещение взвешенного вещества по длине русла и оценить скорость осаждения частиц в случае уменьшения транспортирующего потенциала потока в соответствии со своей гидравлической крупностью и исходной скоростью перемещения. Взаимодействие движущегося потока и подстилающей поверхности в модели представлено физически обоснованными параметрами — коэффициентом внутреннего трения грунта и параметром сцепления грунта при сдвиге. Показано, что модель адекватно оценивает вдольбереговое распространение примеси при отсутствии перемешивания по сечению основного потока. В дальнейшем модель IL_MTRiver может быть использована для решения задач оценки возможного загрязнения невской воды в районе городских водозаборов и прогноза последствий возникновения аварийных ситуаций, связанных со сбросом загрязненных стоков, на близлежащих предприятиях, в том числе и на полигоне Красный Бор.

1. Качество поверхностных вод Российской Федерации в 2010 г. Ежегодник / под ред. А.М. Никанорова. Ростов-на-Дону: ФГБУ «ГХИ», 2011. 572 с.

2. Качество поверхностных вод Российской Федерации в 2011 г. Ежегодник / под ред. А.М. Никанорова. Ростов-на-Дону: ФГБУ «ГХИ», 2012. 553 с.

3. Качество поверхностных вод Российской Федерации в 2012 г. Ежегодник / под ред. А.М. Никанорова. Ростов-на-Дону: ФГБУ «ГХИ», 2013. 555 с.

4. Качество поверхностных вод Российской Федерации в 2013 г. Ежегодник / под ред. А.М. Никанорова. Ростов-на-Дону: ФГБУ «ГХИ», 2014. 568 с.

5. Качество поверхностных вод Российской Федерации в 2014 г. Ежегодник / под ред. А.М. Никанорова. Ростов-на-Дону: ФГБУ «ГХИ», 2015. 530 с.

6. Качество поверхностных вод Российской Федерации в 2015 г. Ежегодник / под ред. А.М. Никанорова. Ростов-на-Дону: ФГБУ «ГХИ», 2016. 552 с.

7. Качество поверхностных вод Российской Федерации в 2016 г. Ежегодник / под ред. А.М. Никанорова. Ростов-на-Дону: ФГБУ «ГХИ», 2017. 556 с.

8. Грушевский М.С. Неустановившееся движение воды в реках и каналах. Л.: Гидрометеоиздат, 1982. 288 с.

9. Карасев И.Ф. Русловые процессы при переброске стока. Л.: Гидрометеоиздат, 1975. 288 с.

10. Караушев А.В. Проблемы динамики естественных водных потоков. Л.: Гидрометеоиздат, 1960. 392 с.

11. Гришанин К.В. Динамика русловых потоков. Л.: Гидрометеоиздат, 1969. 428 с.

12. Маккавеев Н.И., Чалов Р.С. Русловые процессы. М.: Изд-во МГУ, 1986. 264 с.

13. Бэтчелор Дж. Введение в динамику жидкости. М.: Мир, 1973. 792 с.

14. Ламб Г. Гидродинамика. М.: ОГИЗ, 1947. 930 с.

15. Kerssens P.J.M., van Rijn L.C. Model for non-steady suspended sediment transport // Project Engineers Delft hydraulics laboratory. Delft, Netherlands. 1977. 8 p.

16. Sanchez A., Wu W. A non-equilibrium sediment transport model for coastal inlets and navigation channels // Proceedings, Symposium to Honor Dr. Nicholas C. Kraus. Journal of Coastal Research. Special Issue. 2011. N59. P. 39–48.

17. Singh V. Two dimensional sediment transport model using parallel computers // B. Tech. Banaras Hindu University, India. 2002. 109 p.

18. Van Rijn L.C. Sedimentation of dredged channels by currents and waves // Journal of Waterway, Port, Coastal and Ocean Engineering. 1986. V. 112, N5. P. 541–559.

19. Wu W. Computational River Dynamics. CRC Press. 2007. 509 p.

20. GeoniCS Каналы и реки (Aquaterra) 2013 [Электронный ресурс]. URL: http://www.csoft.ru/catalog/soft/aquaterra/aquaterra-2013.html (дата обращения: 10.08.2020).

21. DHI Group. [Электронный ресурс]. URL: http://www.dhigroup.com (дата обращения: 10.08.2020).

22. HEC-RAS, River Analysis System Hydraulic Reference Manual (CPD-69) / Gary W., Brunner. Version 4.1. January 2010. 411 p.

23. SOBEK Suite — Deltares. [Электронный ресурс]. URL: https://www.deltares.nl/en/software/sobek/ (дата обращения: 10.08.2020).

24. Saiedi S. Coupled modeling of alluvial flows // J. Hydraulic Eng. ASCE. 1997. N123(5). P. 440–446.

25. Cao Z., Day R., Egashira S. Coupled and decoupled numerical modeling of flow and morphological evolution in alluvial rivers // J. Hydraulic Eng., ASCE. 2002. 128(3). Р. 306–321.

26. Румянцев А.А., Кондратьев С.А., Поздняков Ш.Р., Рыбакин В.Н., Крючков А.М., Моисеенков А.И., Шмакова М.В., Ершова А.А. Экспериментальные исследования и моделирование формирования качества воды в реке Нева // Известия РГО. 2010. Т. 142. C. 24–31.

27. Кондратьев С.А., Шмакова М.В. Математическое моделирование массопереноса в системе водосбор — водоток — водоем. СПб.: Нестор-История, 2019. 246 с.

28. Чалов Р.С., Алексеевский Н.И., Лю Шугуан. Сток наносов и русловые процессы на больших реках России и Китая. М.: МГУ, 2000. 216 с.

29. Методические основы оценки и регламентирования антропогенного влияния на качество поверхностных вод. Л.: Гидрометеоиздат, 1987. 288 с.