Введение к работе
Актуальность работы.
Проблема старения канализационных сетей и дюкерных переходов остро стоит в каждом крупном населенном пункте, в том числе, и в г. Новосибирске. Коммунальные бытовые стоки г. Бердска, Академгородка и правобережной части г. Новосибирска поступают по трем канализационным подводным трубопроводам на левый берег р. Обь для последующей их обработки на очистных сооружениях. Авария на канализационных дюкерных переходах может повлечь за собой снижение качества воды в реке и в прибрежной зоне, ухудшить санитарно-эпидемиологическую обстановку в районе города
В данной работе для описания течений в речных руслах и процессов переноса примеси используется двумерная (плановая) численная модель, разработанная в Институте водных и экологических проблем СО РАН д-ром физ.-мат. наук В.А. Шлычковым.
Работа выполнена в рамках тематического плана научных исследований НГАСУ (Сибстрин) – «Снижение риска и уменьшения последствий природных и техногенных катастроф».
Цель диссертационной работы состоит в исследовании процессов переноса примеси на морфометрически сложном участке р. Обь в различные режимы водности с помощью численной модели плановых течений.
Задачи исследования:
- адаптировать двумерную (плановую) численную модель переноса примеси к условиям р. Обь в районе г. Новосибирска;
- разработать цифровую модель рельефа р. Оби в районе г. Новосибирска на основе данных натурных измерений;
- изучить особенности динамики поля концентрации в результате аварийного попадания загрязненных вод в реку;
- изучить влияние водности (в период открытого русла) на характер распространения примеси.
Достоверность и обоснованность научных положений и выводов основана на корректном применении фундаментальных уравнений механики сплошных сред и следует из адекватности математической модели и методов, что подтверждается сравнением с натурными данными и результатами экспериментов.
Научная новизна работы.
1. Впервые для морфологически сложного участка реки Оби применена численная модель с пространственной детализацией структуры течения, что позволяет учесть особенности распределения примеси при аварийных ситуациях.
2. Теоретически выявлены новые закономерности переноса поля примеси в многорукавном русле: пространственная неоднородность поля концентрации, появление вторичных волн загрязнения (непосредственно после сброса и в результате вымывания скопившейся на мелководьях примеси).
На защиту выносятся:
1. Результаты расчетов скоростной структуры потока и распространения примеси с помощью двумерной плановой численной модели, адаптированной для участка русла р. Обь.
2. Результаты расчетов по распространению загрязняющего вещества в случае возникновения аварии на участках подводных трубопроводов при различных расходах.
3. Особенности переноса примеси на морфологически сложном участке реки.
Практическая значимость работы.
Результаты расчетов могут быть использованы для оперативного прогноза по распространению шлейфа загрязнения в случае аварийных ситуаций на канализационных дюкерных переходах в русле р. Обь, а также принятия эффективных управленческих решений.
Модель может использоваться для расчета течений и переноса примеси на сложных участках других рек.
Личный вклад автора в получении основных научных результатов состоит в анализе результатов натурных наблюдений, калибровке параметров и верификации численной модели, выполнении расчетов и анализе полученных результатов.
Публикации. По теме диссертации опубликовано 5 работ (1 статья в рецензируемом журнале, 4 статьи в трудах международных и всероссийских конференций).
Апробация работы. Основные результаты диссертационной работы докладывались на Международной конференции и школе молодых ученых по вычислительно-информационным технологиям для наук об окружающей среде: “CITES-2005”, Новосибирск, Международных конференциях по измерениям, моделированию и информационным системам для изучения окружающей среды: ENVIROMIS-2006 и ENVIROMIS-2008, (Томск), научно-технических конференциях профессорско-преподавательского состава НГАСУ (Сибстрин) (2004-2008 гг.), III Международной научно-практической конференции "Решение проблем развития водохозяйственных систем Новосибирска и городов Сибирского региона", (г.Новосибирск, 2006г.), конференции молодых ученых ИВЭП СО РАН, (г. Барнаул, 2007 г.), конференции "Снижение рисков и смягчение последствий чрезвычайных ситуаций природного и техногенного характера – приоритетные проблемы обеспечения комплексной безопасности населения юга Западной Сибири" (г. Барнаул, 2008 г.), Всероссийской конференции "Третьи Ермаковские чтения. Сибирь: вчера, сегодня, завтра" (Новосибирск, 2010 г.), I – III Всероссийских конференциях НГАСУ (Сибстрин) (2009 – 2011 гг.).
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, четырех глав и заключения, списка литературы из 162 наименований. Содержит 119 страниц печатного текста, включает 40 рисунков, 4 таблицы.
