СОКРАЩЕНИЯ 3
ВВЕДЕНИЕ 4
1 Описание области исследования 6
1.1 Географическое описание 6
1.2 Термохалинные особенности 9
1.3 Гидродинамические особенности 19
2 Описание вычислительной модели 22
2.1 Ключевые особенности 26
2.2 Уравнения гидродинамики и переносов, используемые в
модели 27
2.3 Граничные условия 34
2.4 Модель тепла 37
2.5 Приливные силы 40
2.6 Численная схема 41
2.7 Расчетная сетка 43
2.8 Графический интерфейс модели и входные файлы 50
3 Адаптация модели Delft3D на акваторию Обской губы 63
3.1 Расчетная сетка 63
3.2 Батиметрия и входные метеофайлы 64
3.3 Начальные условия 67
3.4 Граничные условия 68
4 Результаты моделирования 71
ВЫВОД 87
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ 89
ПРИЛОЖЕНИЕ 1 91
ПРИЛОЖЕНИЕ 2 99
Главными целями государственной политики Российской Федерации в Арктике в сфере социально-экономического развития является расширение ресурсной базы Арктической зоны Российской Федерации, способной в значительной степени обеспечить потребности России в углеводородных ресурсах, водных биологических ресурсах и других видах стратегического сырья. А одним из стратегических приоритетов государственной политики Российской Федерации в Арктике является содействие в организации и эффективном использовании транзитных и кроссполярных воздушных маршрутов в Арктике, а также в использовании Северного морского пути для международного судоходства в рамках юрисдикции Российской Федерации и в соответствии с международными договорами Российской Федерации.
Одним из грандиозных проектов 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.
В связи с освоением этого участка с 2011 года проводятся обширные исследовательские работы, организуются регулярные экспедиции. Одной из главных проблем является строительство морского подходного канала через подводный бар Дровяной, который располагается на месте расширения устьевого взморья реки Оби.
Так же в недрах полуострова Ямал и шельфа Карского моря находится большое количество горючих полезных ископаемых. Одним из наиболее используемых участков является Каменомысское месторождение, которое находится в южной части акватории Обской губы между Мысами Каменный и Парусный Тазовского района Ямало-Ненецкого автономного округа РФ. Так же не менее важным является Салмановское месторождение которое находится в северной части Гыданского полуострова и частично в акватории Обской губы на территории Тазовского района Ямало-Ненецкого автономного округа РФ.
Таким образом, всё вышеизложенное является основанием для проведения исследований, направленных на сбор и анализ информации гидрометеорологических характеристиках района.
Для того, чтобы технически правильно строить гидротехнические сооружения, платформы, добывающие углеводородное сырье и т.д., необходимо обладать полноценными и информативными данными об гидрологическом и гидродинамическом режиме исследуемой акватории. Данный вопрос можно решить с помощью моделирования гидродинамических процессов в губе.
В связи с этим целью данной работы является адаптация гидродинамической модели ВеШЗВна акваторию Обской губы и последующее моделирование гидродинамического режима в выбранном районе для дальнейшего представления пространственно-временной изменчивости.
Для достижения поставленной цели в работе были поставлены и решены следующие задачи:
- Установка гидродинамической модели Dell't3DH проверка ее
работоспособности,
- Построение расчетной сетки,
- Подготовка исходных данных по батиметрии, скорости и направлению ветра, давлению и температуре воздуха, облачности и влажности воздуха,
- Интерполяция батиметрии на расчетную сетку,
- Составление входных метеорологических файлов,
- Подготовка файлов с начальными и граничными условиями
- Составление общего входного файла со всеми значениями характеристик, которые необходимы для удачного расчета,
- Запуск модели, входе которого рассчитываются гидродинамические характеристики,
- Описание и сравнение полученных значений с натурными данными.
В ходе данной работы была рассмотрена гидродинамическая модель Delft3D и возможность ее использования для моделирования гидродинамической обстановки акватории Обской губы.
В начале модель была установлена и проверена на работоспособность. Далее были подготовлены все необходимые для расчета метеорологические данные, а также граничные и начальные условия.
Период расчета был выбран с 15 мая по 31 августа 2016 года. В итоге были получены данные по изменению уровня воды, скоростям и направлению течений, а также солености и построены карты распределения этих характеристик. Что касается распределения температур, уравнение состояния морской воды показывает, что влияние температуры на плотность морской воды незначительно по сравнению с соленостью. Более того, чувствительность плотности морской воды к колебаниям температуры уменьшается со снижением фоновой температуры. Как следствие, приоритет в моделировании отдается солености, а тепловое рассеивание не было смоделировано в этом исследовании.
Результат был сравнен с натурными данными, которые были получены в ходе экспедиции в Обской губе, в рамках которой были установлены донные автономные донные станции с приборами AWAC в районе Салмановского месторождения.
Таким образом, при сравнении полученных и натурных данных, был сделан вывод, что модель хорошо справляется со своими задачами. Больше всего на изменение уровня воды в Обской губе влияют приливообразующие силы и воздействие ветра. В итоге, изменение уровня моря достаточно похоже на естественное. Направления течения на разных горизонтах так же имеют довольно близкие значения к натурным данным. Скорости же течений отличаются сильнее.
Для более лучшего решения модели, нужно использовать батиметрию с более мелким шагом, чтобы точнее повторить изгибы дна, а также задать речной сток на некоторых открытых границах.
В итоге, поставленная задача была выполнена. Представленная вычислительная модель хорошо моделирует общую гидродинамическую картину распределения, наблюдаемую в данной акватории. Адаптация на выбранный участок была проведена успешно.
