Воздействие негидростатической длинноволновой динамики на гидротехнические сооружения

Для моделирования длинноволнового воздействия на гидротехнические сооружения ставится краевая задача в трехмерной области для уравнений движения, неразрывности, конституентов плотности и характеристик турбулентности. Задача решается разностным методом поэтапно на каждом временном шаге; негидростатическая компонента давления определяется на заключительном этапе решением краевой задачи для уравнения Пуассона. Расчеты выполняются с помощью программного комплекса CARDINAL. Используется гранично-зависимая криволинейная сетка, по вертикали s-преобразование. Характеристики турбулентности рассчитываются с помощью k-e модели. Численный метод тестируется на модельных примерах. Для оценки влияния негидростатического модуля приводятся результаты расчета экстремального цунами на водозаборе атомной электростанции Эль-Дабаа, Египет, проектируемой на побережье Средиземного моря, и расчет поля скорости при штормовом нагоне в судопропускном сооружении комплекса сооружений защиты Санкт-Петербурга от наводнений. Обнаружено, что в негидростатической постановке при входе в узость, на поднятии дна увеличение вертикальных скоростей во всей толще воды до поверхности вызывает здесь локальный подъем уровня. Приводимые приложения метода показывают, что динамическая компонента давления может заметно модифицировать структуру течений на элементах гидротехнического сооружения.

1. Вольцингер Н.E., Kлеванный K.A., Пелиновский E.Н. Длинноволновая динамика прибрежной зоны. Л.: Гидрометеоиздат, 1989. 270 c.

2. Марчук Г.И., Каган Б.А. Динамика океанских приливов. Л.: Гидрометеоиздат, 1983. 380 с.

3. Стокер Д. Волны на воде. М.: ИЛ, 1959. 617 с.

4. Вольцингер Н.Е., Андросов А.А., Клеванный К.А., Сафрай А.С. Океанологические модели негидростатической динамики. Обзор // Фундаментальная и прикладная гидрофизика. 2018. Т. 11, № 1. С. 3–20.

5. Beisel S.A., Chubarov L.B., Dutykh D. Simulation of surface waves generated by an underwater landslides in a bounded reservoir // Rus. J. Numer. Anal. Math. Modelling. 1997. V. 12, N2. P. 127–149.

6. Kanarska Y., Shchepetkin A., Mc Williams J.C. Algorithm for non-hydrostatic dynamics in the Regional Oceanic Modeling System // Ocean Model. J. 2007. V. 18. P. 143–147.

7. Oliger J., Sundström A. Theoretical and practical aspects of some initial boundary-value problems in fluid dynamics // SIAM J. Appl. Math. 1978. V. 35, N3. P. 419–445.

8. Вольцингер Н.Е., Зольников А.В., Клеванный К.А., Преображенский Л.Ю. Расчет гидрологического режима Невской губы // Метеорология и гидрология. 1990. № 1. С. 70–77.

9. Kocyigit M.B., Falconer A., Lin B. Three-dimensional numerical modelling of free-surface flows with non-hydrostatic pressure // Int. J. for Numer. Math. Fluids. 2002. V. 40. P. 1145–1162.

10. Клеванный К.А., Глянцева О.В. Влияние сооружений защиты Санкт-Петербурга от наводнений на режим Невской губы. Influence of St.-Petersburg Flood Protection Barrier on water regime in Neva Bay // Тр.7-й Междун. конф. «День Балтийского моря». СПб.: Диалог, 2006. С. 525–532.

11. Клеванный К.А., Смирнова Е.В. Использование программного комплекса CARDINAL // Журнал Университета водных коммуникаций. 2009. Вып. 1. С. 153–162.

12. Программа для гидродинамического и гидроэкологического моделирования CARDINAL. ООО «Кардинал софт». URL: http://cardinal-hydrosoft.com (дата обращения: 09.11.2018).

13. Klevannyy K.A., Matveyev G.V., Voltzinger N.E. Integrated modeling system for coastal area dynamics // Int. J. for Numer. Meth. Fluids. 1994. V. 19, № 3. P. 181–206.

14. Dean R.J., Dalrymple R.A. Water wave mechanics for engineers and scientists // World Scientific. 1991.

15. Soloviev S.L., Solovieva O.N., Go Ch.N., Kim Kh.S., Schetnikov N.A. Tsunamis in the Mediterranean Sea. 2000 B.C., 2000 A.D. Kluwer, 2000.

16. Зайцев А.И., Клячко М.А., Куркин А.А., Пелиновский Е.Н., Ялчинер А.С. Воздействие цунами на берега и сооружения. Четырнадцатая Всероссийская конференция «Прикладные технологии гидроакустики и гидрофизики», СанктПетербург (23–25 May 2018), 2018, 27–31.

17. Клеванный К.А., Колесов А.М., Мостаманди М.-С.В. Прогноз наводнений в Санкт-Петербурге и восточной части Финского залива в условиях работы комплекса защитных сооружений // Метеорология и гидрология. 2015. № 2. С. 61–70.