Введение 3
1 Физико-географическое описание района исследования 5
1.1 Обская губа 5
1.2 Тазовская губа 10
1.3 Исследуемые характеристики 11
2 Материалы и методы 16
2.1 Постановка задачи математического моделирования колебаний 16
уровня моря в Обской губе с использование программного комплекса CARDINAL
2.2 Граничные условия 20
2.3 Метод исследования ветра 23
2.4 Оценка качества полученных результатов 26
3 Результаты численных экспериментов по расчету уровня моря в 28
Обской губе с использованием программного комплекса CARDINAL
3.1 Исследование колебаний уровня моря в Обской губе 28
3.2 Исследование ветровой обстановки в Обской губе 48
Заключение 53
Список литературы 55
Приложение А Расчетная область гидродинамической модели 59
Обской губы
Приложение Б. Результаты численного эксперимента №7 60
Приложение В Результаты численного эксперимента №11
Значимость исследование Карского моря и, в частности, Обской губы в 21 веке сильно возрастает, в связи с бурной хозяйственной деятельностью, строительством новых портов, добычей нефти и газа. Исследование колебаний уровня и скорости течений являются очень важной частью обеспечения морской хозяйственной деятельности, в том числе судоходства, гидростроительства. Существует немало исследований этого района с результатами обработки натурных, стационарных, экспедиционных данных [1-6]. Основная часть исследования уровня направлена на получение зависимостей для прогноза уровня моря или перевычисление приливов [7-10]. Однако, математическим моделированием колебания уровня данного залива исследователи занимались не так много [11,12], хотя при моделировании колебания расширяются возможности прогнозирования. Это и определяет актуальность исследования колебаний уровня Обской губы с использованием математического моделирования.
Целью выпускной квалификационной работы было провести исследование особенностей колебания уровня моря в Обской губе с использованием программного комплекса CARDINAL
Основные задачи работы:
1. проанализировать опубликованные работы в области гидрологических и гидрохимических исследований Обской губы, и на основе этого составить физико-географическое, гидрологическое и гидрохимическое описание района;
2. использовать программный комплекс CARDINAL для создания математической модели гидродинамического режима Обской губы;
3. создать и обработать массивы данных о ходе расходах и уровнях рек, впадающих в Обскую губу, о направлении и скорости ветра в исследуемом районе для задания граничных условий и верификации полученных результатов;
выполнить численные эксперименты с различными условиями для временного промежутка с мая по октябрь2019 года;
5. оценить качество проделанной работы с помощью сравнения полученных результатов с натурными данными на мысе Каменном (Новом порту), предоставленных ООО «Арктик Шельф Консалтинг».
В выпускной квалификационной работе исследовалась изменчивость колебаний уровня моря Обской губы путем математического моделирования с использованием программного комплекса CARDINAL.
В ходе работы было составлено физико-географическое описание района исследования, подготовлен и проанализирован обширный массив данных о расходах рек, впадающих в Обскую губу, скорости и направлении ветра на прилегающей территории. Выполнен расчет приливо-отливных колебаний уровня моря на входе в Обскую губу с помощью приложения Tide.
Для исследования колебаний уровня Обской губы была создана расчетная область и подготовлены массивы граничных условий. Это позволило провести серию численных экспериментов по расчету гидродинамических условий в заливе на примере 2019 года.
Полученные результаты неплохо описывают поднятие уровня моря и амплитуды колебаний в первые два исследуемых месяца (май - июнь 2019 года). Значительное влияние на расчет временного хода уровня вносят характеристики ветра и расположение метеорологических станций. Также существенно влияет на результат учет вертикальной раслоенности вод залива, путем задания нескольких слоев в толще воды.
Рассчитанные ряды плохо описывают сгонные колебания уровня. Можно предположить, что это связано с недостаточным учетом взаимодействия между атмосферой и водами залива, например, без учета поля давления не удается воспроизвести сгонно-нагонные колебания, вызванные прохождением длинной волны со стороны моря.
В рамках данной работы были использованы не все возможности программного комплекса CARDINAL. При дальнейших исследованиях для более точного воспроизведения временного хода уровня моря в Обской губе метеорологические характеристики будут задаваться путем внесения данных о градиенте давления и с помощью задания траекторий циклонов и антициклонов над акваторией.
