Плотностные эффекты, обусловленные неоднородностью распределения минерализации воды различного генезиса в равнинных водохранилищах

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Только для подписчиков

Аннотация

Рассмотрены особенности формирования вертикальной стратификации водных масс в водохранилищах, обусловленных неоднородностью распределения минерализации воды. Данные эффекты с различным генезисом рассмотрены на трех примерах. В качестве первого примера рассмотрено Камское водохранилище в зоне слияния рек Сылвы и Чусовой, характеризующееся в зимний период различным гидрохимическим режимом. В зоне их слияния в зимний период формируется вертикальная стратификация водных масс, которая способна оказывать существенное влияние на минеральный состав водных масс, используемых для водоснабжения г. Перми. Показано, что внутрисуточная неравномерность работы Камской ГЭС влияет на колебания границы раздела водных масс. В то же время положение самой границы раздела водных масс весьма устойчиво относительно сезонной сработки водохранилища. В качестве второго примера рассмотрено небольшое водохранилище в зоне активного техногенеза, характеризующееся фильтрационными разгрузками высокоминерализованных подземных вод. Если наблюдаемая стратификация водных масс в данных примерах достаточно стабильна в течении целого сезона, то в третьем рассмотренном примере – Камском водохранилище в районе г. Березники, расположенном в зоне выклинивания подпора, она весьма непродолжительна, может наблюдаться только в течение несколько дней. Несмотря на свою относительную непродолжительность, она очень существенна для обеспечения устойчивого водоснабжения. Обсуждаются факторы, определяющие продолжительную вертикальную неоднородность водных масс в исследуемых объектах.

Полный текст

Доступ закрыт

Об авторах

А. П. Лепихин

Горный институт УрО РАН

Автор, ответственный за переписку.
Email: lepihin49@mail.ru
Россия, ул. Сибирская, 78а, г. Пермь, 614007

Т. П. Любимова

Институт механики сплошных сред УрО РАН

Email: lepihin49@mail.ru
Россия, ул. Академика Королева, 1, г. Пермь, 614000

А. В. Богомолов

Горный институт УрО РАН

Email: lepihin49@mail.ru
Россия, ул. Сибирская, 78а, г. Пермь, 614007

Ю. С. Ляхин

Горный институт УрО РАН

Email: lepihin49@mail.ru
Россия, ул. Сибирская, 78а, г. Пермь, 614007

Я. Н. Паршакова

Институт механики сплошных сред УрО РАН

Email: lepihin49@mail.ru
Россия, ул. Академика Королева, 1, г. Пермь, 614000

Список литературы

  1. Абакумов М. В., Ахметьев Н. П., Бреховских В. Ф. и др. Иваньковское водохранилище: Современное состояние и проблемы охраны. М.: Наука, 2000. 344 с.
  2. Анцыферов С. М., Косьян Р. Д. Взвешенные наносы в верхней части шельфа. М.: Наука, 1996. 224 с.
  3. Богомолов А. В., Лепихин А. П., Ляхин Ю. С., Гребенева М. Г. Особенности колебаний вертикальных структур полей минерализации в Камском водохранилище в период летней межени в районе г. Березники // Горное эхо. 2021. № 4 (85). С. 3–11.
  4. Квон Д. В., Квон В. И. Численный расчет термического режима Телецкого озера с учетом сжимаемости воды // Метеорология и гидрология. 1999. № 10. С. 96–102.
  5. Кременецкий В. В., Рыкунов Л. Н., Самолюбов Б. И. Циркуляционное плотностное течение // ДАН. Сер. Геофизика. 1997. Т. 357. № 4. С. 539–541.
  6. Лепихин А. П., Богомолов А. В., Ляхин Ю. С. К особенности формирования качества воды р. Камы (Камского водохранилища) в зимний период в районе г. Березники // Горное эхо. 2022. № 1 (86). С. 13–25.
  7. Лепихин А. П., Возняк А. А., Любимова Т. П., Паршакова Я. Н., Ляхин Ю. С., Богомолов А. В. Исследование особенностей формирования и масштабов диффузного загрязнения, сформированного крупными промышленными комплексами, на примере Соликамско-Березниковского промузла // Водные ресурсы. 2020. Т. 47. № 5. С. 560–566.
  8. Любимова Т. П., Лепихин А. П., Паршакова Я. Н., Богомолов А. В., Ляхин Ю. С. Влияние на качество отбираемой воды нестационарности скоростного режима водного объекта при наличии в нем плотностной стратификации // Вычислительная механика сплошных сред. 2022. Т. 15. № 2. С. 133–144.
  9. Пуклаков В. В. Роль плотностных течений во внутреннем водообмене водохранилища // Водные ресурсы. 1999. Т. 26. № 2. С. 161–169.
  10. Самохвалов Б. И. Плотностные течения и диффузия примесей. М: ЛКИ, 2007. 350 с.
  11. Эдельштейн К. К. Водные массы долинных водохранилищ. М.: МГУ, 1991. 176 с.
  12. Becker, V., Caputo, L., Ordóñez, J., Marcé, R., Armengol, J., Crossetti, L. O., & Huszar, V. L. Driving factors of the phytoplankton functional groups in a deep Mediterranean reservoir // Water Research. 2010. V. 44. № 11. P. 3345–3354.
  13. Cantin, A., Beisner, B. E., Gunn, J. M., Prairie, Y. T., & Winter, J. G. Effects of thermocline deepening on lake plankton communities // Canadian Journal of Fisheries Aquatic Sciences. 2011. V. 68. № 2. P. 260–276.
  14. Chen, X., Wang, X., Wu, D., He, S., Kong, H., & Kawabata, Z. Seasonal variation of mixing depth and its influence on phytoplankton dynamics in the Zeya reservoir, China // Limnology. 2009. V. 10. № 3. P. 159–165.
  15. Chung, S. W., Hipsey, M. R., & Imberger, J. Modelling the propagation of turbid density inflows into a stratified lake: Daecheong Reservoir, Korea // Environmental Modelling & Software. 2009. V. 24. № 12. P. 1467–1482. doi: 10.1016/j.envsoft.2009.05.016
  16. Coates, M. J., & Patterson, J. C. Unsteady natural convection in a cavity with non-uniform absorption of radiation // Journal of Fluid Mechanics. 1993. V. 256. P. 133–161.
  17. Franca M. J. Density currents: theory and experimental results // Conference: XXXVI School of Hydraulics (http://sh.igf.edu.pl/) At: Jachranka, Poland. 2017.
  18. Gao, Q., He, G., Fang, H., Bai, S., & Huang, L. Numerical simulation of water age and its potential effects on the water quality in Xiangxi Bay of Three Gorges Reservoir // Journal of Hydrology. 2018.
  19. Li, Y., Sun, J., Lin, B., & Liu, Z. Thermal-hydrodynamic circulations and water fluxes in a tributary bay of the Three Gorges Reservoir // Journal of Hydrology. 2020. 124319.
  20. Liu, M., Zhang, Y., Shi, K., Zhang, Y., Zhou, Y., Zhu, M., Liu, M. Effects of rainfall on thermal stratification and dissolved oxygen in a deep drinking water reservoir // Hydrological Processes. 2020. V. 34. № 15. P. 3387–3399. doi: 10.1002/hyp.13826
  21. Lyubimova T., Konovalov V., Parshakova Y., Lepikhin A., Tiunov A. Formation of the density currents in the zone of confluence of two rivers // Journal of Hydrology. 2014. Т. 508. С. 328–342.
  22. Lyubimova T. P. Lepikhin A.P, Parshakova Y. N., Bogomolov A. V. Coherent structures at the interface between water masses of confluent rivers // Water. 2022. V. 14. № 8. P. 1308.
  23. Lyubimova T., Lepikhin A., Parshakova Y., Bogomolov A., Lyakhin Y. The influence of intra-day non-uniformity of operation of large hydroelectric powerplants on the performance stability of water intakes located in their upper pools // Water. 2021. V. 13. № 24. P. 3577.
  24. Lyubimova T., Lepikhin A., Parshakova Y., Bogomolov A., Lyakhin Y., Tiunov A. Peculiarities of hydrodynamics of small surface water bodies in zones of active technogenesis (on the example of the Verkhne-Zyryansk reservoir, Russia) // Water. 2021. V. 13. № 12. P. 1638.
  25. Lyubimova T., Parshakova Y., Lepikhin A., Lyakhin Y., Tiunov A. The effect of unsteady water discharge through dams of hydroelectric power plants on hydrodynamic regimes of the upper pools of waterworks // Water. 2020. V. 12. № 5. P. 1336.
  26. Morovati, K., Tian, F., Kummu, M., Shi, L., Tudaji, M., Nakhaei, P., & Olivares, M. A. Contributions from Climate Variation and Human Activities to Flow Regime Change of Tonle Sap Lake from 2001 to 2020 // Journal of Hydrology. 2022. 128800.
  27. Munoz, D. H., Constantinescu, G., Rhoads, B., Lewis, Q., & Sukhodolov, A. Density Effects at a Concordant Bed Natural River Confluence // Water Resources Research. 2020. V. 56. № 4.
  28. Noori, R., Tian, F., Ni, G., Bhattarai, R., Hooshyaripor, F., & Klove, B. ThSSim: A novel tool for simulation of reservoir thermal stratification // Sci Rep. 2019. V. 9. № 1. P. 18524. doi: 10.1038/s41598–019–54433–2
  29. Saber, A., James, D. E., & Hayes, D. F. Effects of seasonal fluctuations of surface heat flux and wind stress on mixing and vertical diffusivity of water column in deep lakes // Advances in Water Resources. 2018. V. 119. P. 150–163. doi: 10.1016/j.advwatres.2018.07.006
  30. Simpson, J. H., Woolway, R. I., Scannell, B., Austin, M. J., Powell, B., & Maberly, S. C. The Annual Cycle of Energy Input, Modal Excitation and Physical Plus Biogenic Turbulent Dissipation in a Temperate Lake // Water Resources Research. 2021. V. 57. № 6. doi: 10.1029/2020wr029441
  31. Webster, C. A. G. An experimental study of turbulence in a density-stratified shear flow // Journal of Fluid Mechanics. 2006. V. 19. № 2. doi: 10.1017/s0022112064000672
  32. Woolway, R. I., & Merchant, C. J. Amplified surface temperature response of cold, deep lakes to inter-annual air temperature variability // Sci Rep. 2017. V. 7. № 1. P. 4130. doi: 10.1038/s41598–017–04058–0
  33. Xie, Q., Liu, Z., Fang, X., Chen, Y., Li, C., & MacIntyre, S. Understanding the Temperature Variations and Thermal Structure of a Subtropical Deep River-Run Reservoir before and after Impoundment // Water. 2017. V. 9. № 8. P. 603. doi: 10.3390/w9080603
  34. Yang, L., Liu, D., Huang, Y., Yang, Z., Ji, D., & Song, L. Isotope analysis of the nutrient supply in Xiangxi Bay of the Three Gorges Reservoir // Ecological Engineering. 2015. V. 77. P. 65–73. doi: 10.1016/j.ecoleng.2015.01.013
  35. Zhang, Y., Wu, Z., Liu, M., He, J., & Yu, Z. Thermal structure and response to long-term climatic changes in Lake Qiandaohu, a deep subtropical reservoir in China // Limnology Oceanography. 2014. V. 59. № 4. P. 1193–1202.

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать
2. Рис. 1. Зависимость общей жесткости воды рек Чусовой (1) и Сылвы (2) от их расходов воды.

Скачать (93KB)
Метаданные
3. Рис. 2. Изменение удельной электропроводности воды по глубине в районе водозабора ЧОС (1 – апрель 2018 г., 2 – марта 2020 г., 3 – январь 2021 г., 4 – апрель 2021 г.).

Скачать (283KB)
Метаданные
4. Рис. 3. Изменение модуля скорости течения по времени на отметке 97.5 м БС.

Скачать (442KB)
Метаданные
5. Рис. 4. Совмещенные хронологические графики расходов воды в нижний бьеф Камского гидроузла (2) и жесткости забираемой воды на ЧОС (1) (при существенной внутрисуточной неравномерности работы ГЭС).

Скачать (448KB)
Метаданные
6. Рис. 5. Поперечный профиль распределения удельной электропроводности воды вдоль старого русла реки Зырянки.

Скачать (206KB)
Метаданные
7. Рис. 6. Распределение по глубине удельной электропроводности воды на вертикале (вблизи оголовка водозабора).

Скачать (192KB)
Метаданные
8. Рис. 7. Хронологические графики измеренных значений концентраций хлоридов в забираемой воде на водозаборе АО «БСЗ» (1) и уклона водной поверхности на рассматриваемом участке (2) в 2021 г. (а) и 2022 г. (б).

Скачать (271KB)
Метаданные


Creative Commons License
Эта статья доступна по лицензии Creative Commons Attribution-NonCommercial-NoDerivatives 4.0 International License.

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».