СОКРАЩЕНИЯ 4
ВВЕДЕНИЕ 5
1 Описание района исследования 8
1.1 Описание района Обской губы 8
1.2 Описание района Тазовской губы 20
2 Теория ветрового волнения 26
2.1 Определение ветрового волнения. Возникновение, развитие и затухание
ветровых волн 26
2.2 Основы классической гидродинамики волн 34
2.2.1 Трохоидальная теория 34
2.2.2 Теория волн мелкого моря 41
2.2.3 Групповая скорость волн 43
2.2.4 Потенциальная и кинетическая энергии 47
2.2.5 Поток энергии волн 48
2.2.6 Рефракция волн 49
2.2.7 Дифракция волн 51
2.2.8 Обрушение волн в зоне прибоя 53
2.3 Методы расчета ветровых волн 54
2.4 Механизмы, формирующие спектр ветровых волн 55
2.4.1 Уравнение баланса спектральной энергии 55
2.4.2 Энергоснабжение спектра волн ветром 57
2.4.3 Слаболинейные взаимодействия волн 60
2.4.4 Диссипация энергии ветрового волнения 61
3 Современные оперативные численные прогностические модели волнения . 65
3.1 Модель WAM 66
3.2 Модель WAVEWATCH 69
3.3 Модель SWAN 71
3.3.1 Неструктурированная сетка для модели SWAN 83
4 Метод триангуляции 90
5 Адаптация модели SWAN на акватории Обской губы 94
5.1 Исходные данные полей ветра 94
5.2 Поле глубин 96
5.3 Выбор расчетной сетки. Триангуляционная сетка 97
6 Результаты расчетов модели SWAN на июль 2016 года 101
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 131
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ 133
В настоящее время Российская Федерация активно осваивает Арктический регион. Наиболее важной целью государственной политики РФ в Арктике являются: расширение ресурсной базы Арктической зоны РФ для обспечения потребностей России в углеводородных ресурсах, водных биологических ресурсах и других видах стратегического сырья.
Одними из наиболее активно осваивающихся акваторий нашей страны являются Обская губа и, прилегающая к ней, Вазовская губа. В недрах п-ова Ямал и шельфа Карского моря хранятся колоссальные запасы горючих полезных ископаемых (рис.1), благодаря чему в настоящее время разрабатываются все новые месторождения. Ежегодно на данных водных объектах происходят различные геологические, экологические и гидрометеорологические изыскания.
К примеру, крупный проект в данной области является строительство на участке «п. Тамбей - п. Сабетта», расположенного в северной части Обской губы, завода по производству сжиженного природного газа, аэропорта для приема самолетов любого типа и порта для обеспечения перевалки углеводородного сырья и поставок природного газа, нефти и газового конденсата морским транспортом в страны Западной Европы, Северной и Южной Америки и страны Азиатско-Тихоокеанского региона.
Также одними из наиболее эксплутационных участков в настоящее время являются месторождения: Каменномысское, расположенное в южной части акватории Обской губы между Мысами Каменный и Парусный Вазовского района Ямало-Ненецкого автономного округа РФ, а также Салмановское, которое находится в северной части Гыданского полуострова и частично в акватории Обской губы на территории Вазовского района Ямало-Ненецкого автономного округа РФ...
В результате выполненной работы более детально была изучена спектральная волновая модель SWAN для расчета характеристик ветрового волнения на акваториях с небольшими глубинами. Модель SWAN, разработанная в Нидерландском Дельфтском Техническом Университете, уже на протяжении 15 лет используется для расчета, а также прогноза характеристик ветрового волнения.
Для того чтобы результаты получились как можно более точными, в качестве входной расчетной сетки использовалась триангуляционная. Были отмечены несомненные преимущества неструктурированной сетки, например:
- триангуляционная сетка позволяет задать мелкий шаг расчета, что приводит к точным результатам;
- так как характерные пространственные масштабы распространения ветровых волн различны, то для расчета ветрового волнения требуется гибкая сетка, особенно в прибрежных районах, для локального уточнения ячеек сетки в исследуемом регионе. Триангуляционная сетка отлично адаптируется на небольшом расстоянии от берега.
По полученным результатам расчета были построены карты распределений высоты, длины и периода волн, проведено сравнение натурных данных уровня воды и рассчитанных значений высот волн. В итоге, динамика рассчитанных высот волн достаточно неплохо повторяет общее изменение уровня воды, но разница в величинах значений высока, на что влияет качество входных данных в модель.
В ходе работы была выполнена одна из главных целей данной работы: исследована чувствительность волновой модели к изменению внутренних параметров, в данном случае это - вариация коэффициента придонного трения. В ходе анализа чувствительности модели на изменение показателя донного трения было выявлено, что при более высоком коэффициенте отмечается возрастание значений высот волн и снижение значений длин волн, так как наблюдается увеличение крутизны волны. Таким образом, учет изменения коэффициента придонного трения, является важным пунктом моделирования ветрового волнения.
