Моделирование колебаний уровня воды в дельте Дона по прогнозам ветровой ситуации

Представлена математическая модель, состоящая из модели гидродинамики всего Азовского моря, включая Таганрогский залив, и модели движения воды в русле Дона. Данная модель позволяет рассчитывать колебания уровня воды в устьевой области Дона в зависимости от ветровой ситуации над акваторией Азовского моря и Таганрогского залива. Такой подход дает возможность заблаговременно предсказать изменение уровенной поверхности в основных рукавах реки Дон, а также в его основном русле. Гидродинамика Азовского моря описывается уравнениями мелкой воды, а движение воды в основных рукавах дельты Дона - уравнением Сен-Венана. Задача решается конечно-разностными методами. Программа написана на языке FORTRAN и реализуется на высокопроизводительных вычислительных системах в среде MPI с применением пакета Aztec. Для прогнозов ветровой ситуации использовались данные Норвежского метеорологического института. Прогнозируемая ветровая нагрузка над акваторией Азовского моря задавалась по точкам, соответствующим расположению береговых гидрометеорологических станций с последующей интерполяцией на всю акваторию. Рассмотрены две задачи прогнозирования колебаний уровня воды. Первая задача заключалась в расчете колебаний уровня в зависимости от прогноза ветровой ситуации с заблаговременностью три дня. Во второй задаче изучалась динамика изменения качества прогноза в фиксированном промежутке времени по мере приближения к его началу. Качество прогнозов определялось сравнением прогнозируемых и наблюденных значений уровня, полученных на гидропостах. Результат сравнения показал, что представленная модель достаточно адекватно описывает гидродинамику в дельтовой области Дона в зависимости от ветровой ситуации над акваторией Азовского моря.

Ключевые слова

неустановившееся течение; вычислительный эксперимент; сгонно-нагонное явление; русловой поток; заблаговременный прогноз; дельта Дона.

Литература

1. Остроумова, Л.П. Исследование нагонных и сгонных явлений в морских устьях рек на примере устьевой области р. Дон / Л.П. Остроумова // Метеорология и гидрология. – 2017. – Т. 12. – С. 69–82.
2. Симов, В.Г. Гидрология устьев рек Азовского моря / В.Г. Симов. – М.: Гидрометеоиздат, 1989.
3. Пономаренко, Е.П. Сгонно-нагонные явления в дельте реки Дон в 2007–2010 гг. и их прогнозирование / Е.П. Пономаренко, В.В. Сорокина, П.А. Бирюков // Вестник Южного научного центра РАН. – 2012. – Т. 8, № 1. – С. 28–37.
4. Родионов, Н.А. Гидрология устьевой области Дона / Н.А. Родионов. – М: Гидрометеоиздат, 1958.
5. Матишов, Г.Г. Мир каравайки и взморья глазами донских казаков / Г.Г. Матишов, А.И. Ермолаев. – Ростов-на-Дону: ЮНЦ РАН, 2016.
6. Матишов, Г.Г. Экстремальное затопление дельты Дона весной 2013 г./ Г.Г. Матишов, С.В. Бердников // Известия Российской академии наук. Серия географическая. – 2015. – № 1. – C. 111–118.
7. Матишов, Г.Г. Экстремальное затопление дельты Дона весной 2013 г.: хронология, условия формирования и последствия / Г.Г. Матишов, А.Л. Чикин, С.В. Бердников, И.В. Шевердяев, А.В. Клещенков, Е.Э. Кириллова // Вестник Южного научного центра РАН. – 2014. – Т. 10, № 1. – С. 17–24.
8. Борщ, С.В. Краткосрочное прогнозирование уровней воды на реке Амур / С.В. Борщ, Ю.А. Симонов, А.В. Христофоров, Н.М. Юмина // Результаты испытания новых и усовершенствованных технологий, моделей и методов гидрометеорологических прогнозов. – М., 2017. – Т. 44. – С. 136–151.
9. Кошелева, Е.Д. Краткосрочное прогнозирование уровней воды реки Обь у города Барнаула во время половодья 2018 года / Е.Д. Кошелева, А.В. Кудишин // Известия Алтайского отделения Русского географического общества. – 2018. – Т. 3, № 50. – С. 27–37.
10. Землянов, И.В. Краткосрочный прогноз уровней воды в устьевой области р. Дон на основе гидродинамического моделирования / И.В. Землянов, А.Е. Павловский, И.Ю. Милютина, О.В. Горелиц, А.А. Сапожникова // Водные ресурсы. – 2022. – Т. 49, № 5. С. 596–607.
11. Филиппов, Ю.Г. Об одном способе расчета морских течений / Ю.Г. Филиппов // Труды государственного океанографического института. – М., 1970. – Т. 103. – С. 87–94.
12. Корень, В.И. Математические модели в прогнозах речного стока / В.И. Корень. – Л: Гидрометеоиздат, 1991.
13. Чикин, А.Л. Об одном из методов расчета параметров течений в водоемах с большой неоднородностью глубин / А.Л. Чикин // Водные ресурсы. – 2005. – Т. 32, № 1. – С. 55–60.
14. Чикин, А.Л. Сгонно-нагонные колебания уровня воды устьевой области Дона: численное моделирование и сценарии изменения / А.Л. Чикин, А.В. Клещенков, Л.Г. Чикина, А.М. Коршун // Наука юга России. – 2017. – Т. 13, № 3. – С. 39–49.