Моделирование сезонной изменчивости гидродинамического режима Севастопольской бухты и оценки самоочистительной способности ее экосистемы

Приведены результаты численных экспериментов по оценке гидродинамического режима восточной части Севастопольской бухты с учетом влияния стока реки Черной (паводковый и меженный периоды) и Южной бухты с учетом уровня техногенной нагрузки с помощью гидротермодинамического блока численной трехмерной нестационарной модели МЕССА (Model for Estuarine and Coastal Circulation Assessment).

Результаты расчета особенностей гидродинамического режима выделенных акваторий бухты использованы при анализе способности к самоочищению их экосистем путем расчета ассимиляционной емкости в отношении неорганического фосфора, как приоритетного загрязняющего вещества в муниципальных и ливневых стоках акватории бухты и определяющего фактора эвтрофикации водоема. При этом для нивелирования влияния различий в объемах вод исследуемых акваторий при расчетах самоочистительной способности в работе получены оценки удельной ассимиляционной емкости их экосистем.

Показано, что для восточной кутовой части бухты согласно полученным модельным расчетам в периоды паводков циркуляция вод в поверхностном слое вод способствует распространению загрязняющих веществ на всю акваторию бухты. В период межени в восточной части бухты преобладают течения, направленные к устью реки Черной и в поверхностном, и в придонном слое вод как при северо-западном, так и при западном направлениях ветра, что способствует накоплению загрязняющих веществ в этой части бухты, уменьшая таким образом ее способность к самоочищению.

Анализируются возможные причины низкой самоочистительной способности экосистемы восточной части Севастопольской бухты в отношении неорганического фосфора, которые связаны как с объемами поступающих вод реки Черной в периоды зимних паводков и летней межени, а также с особенностями морфометрического строения дна акватории.

Для акватории Южной бухты гидродинамический режим характеризуется затрудненным водообменом с основной акваторией. Вентилирование вод акватории Южной бухты определяется согласно результатам расчета в основном ветровым режимом, в результате которого происходит либо запирание вод в бухте, либо вынос их за ее пределы, что сказывается на способности к самоочищению ее экосистемы.

1. Иванов В.А., Овсяный Е.И., Репетин Л.Н., Романов А.С., Игнатьева О.Г. Гидролого-гидрохимический режим Севастопольской бухты и его изменения под воздействием климатических и антропогенных факторов. Препринт. Севастополь: МГИ НАНУ, 2006. 90 с.

2. Стокозов Н.А. Морфометрические характеристики Севастопольской и Балаклавской бухт // Экологическая безопасность прибрежной и шельфовой зон и комплексное использование ресурсов шельфа. Севастополь: ЭКОСИ-Гидрофизика, 2010. Вып. 23. С. 198–208.

3. Репетин Л.Н., Белокопытов В.Н., Липченко М.М. Ветры и волнение в прибрежной зоне юго-западной части Крыма // Экологическая безопасность прибрежной и шельфовой зон и комплексное использование ресурсов шельфа. Севастополь: ЭКОСИ-Гидрофизика, 2003. Вып. 9. С. 13–28.

4. Морозов А.Н., Лемешко Е.М., Шутов С.А., Зима В.В. Течения в Севастопольской бухте по данным ADCP-наблюдений (июнь 2008 года) // Морской гидрофизический журнал. 2012. № 3. С. 31–43.

5. Лемешко Е.М., Морозов А.Н., Шутов С.А., Зима В.В., Чепыженко А.А. Течения в Севастопольской бухте по данным ADCP-наблюдений, ноябрь 2014 г. // Экологическая безопасность прибрежной и шельфовой зон и комплексное использование ресурсов шельфа. Севастополь: ЭКОСИ-Гидрофизика, 2014. Вып. 28. С. 25–30.

6. Шапиро Н.Б., Ющенко С.А. Моделирование ветровых течений в севастопольских бухтах // Морской гидрофизический журнал. 1999. № 1. С. 42–57.

7. Кубряков А.И., Белокопытов В.Н., Пряхина С.Ф. Диагностические расчеты климатической зимней и летней циркуляции в Севастопольской бухте // Труды Государственного океанографического института. 2019. № 220. С. 189–208.

8. Белокопытов В.Н., Кубряков А.И., Пряхина С.Ф. Моделирование распространения загрязняющей примеси в Севастопольской бухте // Морской гидрофизический журнал. 2019. Т. 35, № 1. С. 5–15. doi:10.22449/0233-7584-2019-1-5-15

9. Орехова Н.А., Романов А.С., Хоружий Д.С. Межгодовые изменения концентрации биогенных элементов в Севастопольской бухте за период 2006–2010 гг. // Экологическая безопасность прибрежной и шельфовой зон и комплексное использование ресурсов шельфа. Севастополь: ЭКОСИ-Гидрофизика, 2011. Вып. 25. С. 192–199.

10. Совга Е.Е., Хмара Т.В. Влияние стока реки Черной в периоды паводка и межени на экологическое состояние кутовой части акватории Севастопольской буxты // Морской гидрофизический журнал. 2020. Т. 36, № 1. С. 31–40. doi:10.22449/0233-7584-2020-1-31-40

11. Совга Е.Е., Мезенцева И.В., Хмара Т.В., Слепчук К.А. О перспективах и возможностях оценки самоочистительной способности акватории Севастопольской бухты // Экологическая безопасность прибрежной и шельфовой зон и комплексное использование ресурсов шельфа. Севастополь: ЭКОСИ-Гидрофизика, 2014. Вып. 28. С. 153–164.

12. Иванов В.А., Мезенцева И.В., Совга Е.Е., Слепчук К.А., Хмара Т.В. Оценки самоочищающей способности экосистемы Севастопольской бухты по отношению к неорганическим формам азота // Процессы в геосредах. 2015. № 2 (2). С. 55–65.

13. Кондратьев С.И., Видничук А.В. Локальная сезонная гипоксия и образование сероводорода в придонных водах Севастопольской бухты в 2009–2019 годах // Экологическая безопасность прибрежной и шельфовой зон моря. 2020. № 2. С. 69–90. doi:10.22449/2413-5577-2020-2-69-90

14. Иванов В.А., Тучковенко Ю.С. Прикладное математическое моделирование качества вод шельфовых морских экосистем. Севастополь: ЭКОСИ-Гидрофизика, 2006. 368 с.

15. Tuchkovenko Yu., Tuchkovenko O., Khokhlov V. Modelling water exchange between coastal elongated lagoon and sea: influence of the morphometric characteristics of connecting channel on water renewal in lagoon // EUREKA: Physics and Engineering. 2019. Number 5. P. 37–46. doi:10.21303/2461-4262.2019.00979

16. Bielecka M., Tuchkovenko Yu., Lloret J., Lillebo A.I., Dias J.M., Robakiewicz M., Zalewski M., Krysanova V., Chubarenko B., Stalnacke P. The challenges to improve integrated catchment and lagoon modelling in the context ofclimate change. Chapter 12 / Coastal Lagoons in Europe. Integrated Water Resource Strategies / Edited by Ana I. Lillebo, Per Stalnacke and Geoffrey D. Gooch. London: IWA Publishing, 2016. P. 107–114.

17. Lonin S.A., Tuchkovenko Yu.S. Water quality modelling for the ecosystem of the Cienaga de Tesca coastal lagoon // Ecological modelling. Published by Elsevier Science B.V. 2001. Vol. 144. P. 279–293.

18. Израэль Ю.А., Цыбань А.В. Антропогенная экология океана. М.: Гидрометеоиздат, 1989. 528 с.

19. Sovga E., Mezentseva I., Verzhevskaia L. Assimilation Capacity of the Ecosystem of Sevastopol Bay // Proceedings of the Twelfth International Conference on the Mediterranean Coastal Environment MEDCOAST’ 2015, 6–10 October 2015. Varna, Bulgaria, Vol. 1. (Ed.E. Ozhan). P. 317–326.

20. Совга Е.Е., Мезенцева И.В. Методические аспекты оценок самоочистительной способности морских мелководных экосистем (заливов, бухт, портов) // Экологическая безопасность прибрежной и шельфовой зон моря. 2017. Вып. 3. С. 57–68.

21. Совга Е.Е., Мезенцева И.В., Котельянец Е.А. Ассимиляционная емкость экосистем морских мелководных акваторий с различным уровнем антропогенной нагрузки как метод оценки их самоочистительной способности // Проблемы экологического мониторинга и моделирования экосистем. 2017. Т. 28, № 4. С. 38–51. doi:10.21513/0207-2564-2017-4-38-51

22. Шаврак Е.И. Ассимиляционная емкость Цимлянского водохранилища и устойчивость аккумуляционных процессов // Вестник ВГУ. Серия география, геоэкология. 2013. № 2. С. 93–98.

23. Хоролич Н.Г. Расчет водообмена мелководного залива (бухты) с морем // Труды ГОИН. 1986. Вып. 168. С. 113–118.

24. Геворгиз Н.С., Кондратьев С.И., Ляшенко C.В., Овсяный Е.И., Романов А.С. Результаты мониторинга гидрохимической структуры Севастопольской бухты в теплый период года // Экологическая безопасность прибрежной и шельфовой зон и комплексное использование ресурсов шельфа. Севастополь: ЭКОСИ-Гидрофизика, 2002. Вып. 6. С. 131–148.

25. Орехова Н.А., Вареник А.В. Современный гидрохимический режим Севастопольской бухты // Морской гидрофизический журнал. 2018. Т. 34, № 2. С. 134–146. doi:10.22449/0233-7584-2018-2-134-146