Электронная библиотека Веда
Цели библиотеки
Скачать бесплатно
Доставка литературы
Доставка диссертаций
Размещение литературы
Контактные данные
Я ищу:
Библиотечный каталог российских и украинских диссертаций

Вы находитесь:
Диссертационные работы России
Географические науки
Географическая экология

Диссертационная работа:

Рахуба Александр Владимирович. Пространственно-временная изменчивость качества вод Саратовского водохранилища в условиях неустановившегося гидродинамического режима : 25.00.36 Рахуба, Александр Владимирович Пространственно-временная изменчивость качества вод Саратовского водохранилища в условиях неустановившегося гидродинамического режима (натурные эксперименты и численное моделирование) : диссертация... кандидата технических наук : 25.00.36 Екатеринбург, 2007 188 с. РГБ ОД, 61:07-5/3306

смотреть содержание
смотреть введение
Содержание к работе:

ВВЕДЕНИЕ 4

ГЛАВА 1. ФОРМИРОВАНИЕ НЕОДНОРОДНОСТЕИ КАЧЕСТВА

ВОД САРАТОВСКОГО ВОДОХРАНИИЩА 8

1.1. Физико-географические условия формирования качества

вод 8

  1. Антропогенная нагрузка и основные источники загрязнения Саратовского водохранилища 21

  2. Пространственная неоднородность и временная

изменчивость качества вод 28

Выводы по главе 1 56

ГЛАВА 2. ВЫБОР МАТЕМАТИЧЕСКИХ МОДЕЛЕЙ ДЛЯ
ОПИСАНИЯ ДВИЖЕНИЯ ВОДЫ И ПЕРЕНОСА
ПРИМЕСЕЙ ПРИМЕНИТЕЛЬНО К УСЛОВИЯМ
ВОДОХРАНИЛИЩА
57

  1. Обоснование выбора используемых в расчетах моделей 57

  2. Математическая модель гидродинамики 63

  3. Математическая модель конвективно-диффузионного

переноса примеси 69

Выводы по главе 2 71

ГЛАВА 3. АДАПТАЦИЯ КОМПЬЮТЕРНОЙ МОДЕЛИ

САРАТОВСКОГО ВОДОХРАНИЛИЩА (GMRsar) 72

  1. Определение коэффициента придонного трения 74

  2. Определение коэффициента горизонтального турбулентного обмена 77

3.3. Идентификация коэффициента трения на твердых боковых

границах 82

  1. Расчет параметра аэродинамического сопротивления 84

  2. Идентификация коэффициента горизонтальной турбулентной диффузии 84

  3. Верификация модели по данным натурных наблюдений 88

Выводы по главе 3 91

ГЛАВА 4. ЧИСЛЕННОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ГИДРОДИНА
МИЧЕСКОГО И ГИДРОХИМИЧЕСКОГО РЕЖИМОВ
САРАТОВСКОГО ВОДОХРАНИЛИЩА
92

4.1. Моделирование гидродинамики и распространения
загрязняющих веществ при суточной периодичности
попусков воды на ГЭС 92

  1. Разработка компьютерной модели Саратовского водохранилища (GMRsar) 93

  2. Моделирование поля скоростей течения 100

  3. Моделирование динамики распространения хлоридов 105

4.2. Моделирование распространения вод реки Сок на участке
Саратовского водохранилища в районе водозабора
г.Самара 115

  1. Разработка компьютерной модели участка Саратовского водохранилища (LMRsar) 115

  2. Идентификация параметров модели (LMRsar) и расчет распределения УЭП при суточном режиме попусков ГЭС.... 117

  3. Моделирование распределения сульфатов при суточно-

недельном режиме попусков на ГЭС 127

Выводы по главе 4 129

ЗАКЛЮЧЕНИЕ 130

ЛИТЕРАТУРА 133

ПРИЛОЖЕНИЕ 1 149

ПРИЛОЖЕНИЕ 2 165

ПРИЛОЖЕНИЕ 3 187

Введение к работе:

Актуальность темы. Процессы урбанизации и рост масштабов хозяйственной деятельности в последнее время приводят к заметному ухудшению качества вод рек, озер и водохранилищ. В отличие от естественных природных водоемов, водохранилища являются сложными природно-техническими системами с неустановившимся гидродинамическим режимом, который определяет изменчивость пространственной структуры качества вод во времени. Интенсивные колебания скорости и разнонаправленность течений на водохранилищах, обусловленные режимом работы гидроэлектростанций, непосредственно влияют на процессы накопления и распространения в воде примесей, осложняя наблюдения и контроль экологического состояния природных вод. Особенно неблагоприятная обстановка складывается на акваториях водохранилищ в районах крупных промышленных городов, где формируются зоны загрязнения с повышенным содержанием в воде химических веществ.

При планировании ряда водохозяйственных мероприятий, особенно в питьевом водоснабжении, важное практическое значение имеет оценка и прогноз пространственно-временной изменчивости качества вод. Существующий в настоящее время традиционный способ проведения мониторинга на Саратовском водохранилище не позволяет достаточно эффективно отслеживать эти изменения в условиях постоянного регулирования стока. Поэтому, для успешного решения данной проблемы необходимо совместное применение, как целенаправленных наблюдений, так и методов численного моделирования.

Указанные обстоятельства обуславливают актуальность

сформулированной темы исследования, направленной на решение конкретных задач водопользователей и, в целом, на повышение эффективности эксплуатации Саратовского водохранилища.

5 .Цель и задачи исследования. Целью настоящей диссертационной работы является оценка особенностей гидродинамического режима Саратовского водохранилища и его влияния на процессы формирования качества вод в условиях суточного и недельного регулирования стока. Для достижения цели были поставлены следующие задачи: 1. Провести натурные исследования, направленные на изучение особенностей гидродинамического режима и пространственно-временной изменчивости качества вод Саратовского водохранилища. .2. Создать разномасштабные компьютерные модели Саратовского водохранилища для численного моделирования качества вод в условиях неустановившегося режима.

  1. Провести адаптацию построенных моделей к реальным условиям водохранилища по данным натурных измерений.

  2. Провести эксперименты по численному моделированию влияния гидродинамического режима на процессы формирования качества вод на всем протяжении Саратовского водохранилища.

Методика исследований и материал наблюдений. Решение поставленных задач осуществлялось путем проведения экспедиционных наблюдений, организованных автором и выполненных при его непосредственном участии на Саратовском водохранилище в период 1993-2006 гг. Натурные исследования велись на судах "Наука" и "Биолог", оборудованных современной автоматизированной информационно-измерительной системой гидрохимического зондирования "Хитон" и системой спутниковой навигации GPS. На основе собранных данных проводилось детальное моделирование изучаемых процессов. Численные эксперименты на моделях осуществлялись на персональном компьютере IBM с использованием программ "CARDINAL" и "ВОЛНА", написанных на языке Pascal в системах Delphi и Kylix.

Научная новизна. Впервые на примере долинного водохранилища на основе совместно проведенных натурных наблюдений и численного моделирования выявлены следующие особенности гидродинамического режима и формирования качества вод:

  1. Суточная изменчивость скорости и направления течения в зоне выклинивания подпора под влиянием режима сбросов ГЭС.

  2. Цикличный водообмен на границе впадения боковых притоков в водохранилище.

  3. Суточная изменчивость гидрохимических показателей качества воды в русловой части водохранилища в результате взаимодействия аккумуляционных вод поймы с руслом.

Основные положения и результаты, выносимые на защиту:

  1. Определяющим фактором в формировании разномасштабных пространственных неоднородностей качества вод является суточный, недельный и сезонный режимы регулирования стока Саратовского водохранилища.

  2. Особенности формирования качества вод для долинного водохранилища обусловлены режимом взаимодействия водных масс боковой приточности и поймы с основной водной массой водохранилища.

  3. Разработана система иерархических моделей территориального и локального масштаба Саратовского водохранилища, позволяющая осуществить оценку и прогнозирование качества вод при типичных и чрезвычайных ситуациях.

Практическая значимость. Результаты, представленные в настоящей диссертации, нашли практическое применение в области природоохранных мероприятий, связанных с совершенствованием мониторинга качества вод и улучшением экологической ситуации на Саратовском водохранилище. Проведенные исследования выполнялись в соответствии с планами научно-исследовательских работ ИЭВБ РАН в рамках программ, утвержденных

7 отделениями РАН (Влияние гидродинамических процессов на формирование качества вод водохранилищ; Совершенствование методологии экологического мониторинга на основе изучения структуры и динамики водных масс водохранилищ Средней и Нижней Волги), где нашли отражение результаты исследований автора. Данное направление работ поддержано в 2007 г. в рамках гранта РФФИ № 07-05-96608 «Разработка теории и методов локального мониторинга водных объектов».

Разработанные гидроэкологические модели Саратовского водохранилища использовались: при изучении экологического состояния водных объектов в бассейне Волги (Заказчик - ИВП РАН в рамках Федеральной Целевой Программы «Возрождение Волги»); при оценке влияния сточных вод г. Тольятти на качество вод Саратовского водохранилища в районе питьевого водозабора НФС-2 г. Самара (заказчики -Администрации г. Самары и г. Тольятти); при прогнозировании изменения качества воды Саратовского водохранилища в районе питьевого водозабора г. Самара при возникновении возможных неблагоприятных условий или чрезвычайных ситуаций (заказчик - СамНЦ РАН в рамках Федеральной Целевой Программы «Интеграция науки высшего образования России на 2002-2006 гг.»). В настоящее время модели используются в ИЭВБ РАН для оценки и прогнозирования качества вод при возникновении аварийных и чрезвычайных ситуаций.

Апробация работы и публикации. Основные положения диссертации представлены на III Международном конгрессе «Вода: экология и технология» (Москва, 1998); Международной конференции «Экологические проблемы бассейнов крупных рек» (Тольятти, 1998, 2003); IV конференции "Динамика и термика рек, водохранилищ, внутренних и окраинных морей" (Москва, 1994). По теме диссертации опубликовано 6 работ.

Объем и структура работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы и приложений. Основной текст изложен на 129 страницах.

Подобные работы
Гагарина Ольга Вячеславовна
Анализ временной динамики и пространственной изменчивости качества поверхностных вод Удмуртии
Коростелева Наталия Владимировна
Условия оптимизации шумового режима первого эшелона застройки транспортных магистралей города : на примере г. Волгограда
Зеленова Мария Сергеевна
Формирование стока и качества вод реки в современных климатических условиях
Носаль Андрей Павлович
Геоэкологические проблемы управления качеством вод и их решение на основе системы регионального нормирования воздействия на водные объекты
Гаврилов Сергей Вадимович
Оценка качества воды с применением ЯМР-спектроскопии при геоэкологическом мониторинге природно-технических систем
Хорошавин Виталий Юрьевич
Техногенная трансформация гидрологического режима и качества вод малых рек в пределах нефтегазовых месторождений бассейна Пура
Черепанова Татьяна Васильевна
Геоэкологическая оценка водообеспечения и формирования качества вод в субъекте Российской Федерации с целью их поэтапного улучшения :На примере Читинской области
Рогозина Татьяна Анатольевна
Исследование качества речных вод в условиях антропогенного воздействия : на примере Уфимского бассейна
Кузьмина Татьяна Витальевна
Влияние гидродинамических процессов в экосистеме озера Байкал на качество глубинных вод
Волкова Ксения Рифовна
Восстановление качества поверхностных вод, загрязненных в результате аварийных сбросов растворенными нефтепродуктами

© Научная электронная библиотека «Веда», 2003-2013.
info@lib.ua-ru.net