Закономерности гидрохимической динамики в двумерном турбулентном потоке природной воды

Обложка

Цитировать

Полный текст

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

Аннотация

Непостоянство состава и свойств природных вод, создающее многочисленные трудности водопользования, далеко не всегда можно объяснить влиянием внешних воздействующих факторов, таких как выветривание или выщелачивание пород, смена фаз водного режима и т.д. В особенности это касается субсуточной и субчасовой вариабельности качества, причиной которых могут быть сложные, неизвестные ранее динамические гидрохимические процессы. Такой вывод следует из приведенных в работе результатов исследования мутности и водородного показателя природной воды, полученных с повышенной частотой измерений. Эти результаты свидетельствуют о существовании квазициклического изменения контролируемых показателей с различными периодами, от ежеминутных до суточных. Исследование данных наблюдений позволяет сделать предположение о том, что в этом случае гидрохимическая динамика обусловлена прямым и обратным каскадами энергии в двумерном турбулентном потоке природной воды, подсистема примеси в которой склонна к расслаиванию.

Об авторах

В. И. Данилов-Данильян

Институт водных проблем Российской академии наук

Автор, ответственный за переписку.
Email: vidd38@yandex.ru
Россия, Москва

О. М. Розенталь

Институт водных проблем Российской академии наук

Email: vidd38@yandex.ru
Россия, Москва

Список литературы

  1. Wilby R., Gilbert J. Hydrological and hydrochemical dynamics / G.E. Petts, C. Amoros (eds). The Fluvial Hydrosystems. Chapman & Hall Ltd, 1996. 322 p.
  2. Jordan P., Arnscheidt J., McGrogan H., McCormick S. High-resolution phosphorus transfers at the catchment scale: the hidden importance of non-storm transfers // Hydrology and Earth System Sciences. 2005. 9(6):6. P. 685–691.
  3. Palmer-Felgate E.J., Jarvie H.P., Williams R.J., Mortimer R.J.G., Loewenthal M., Neal C. Phosphorus dynamics and productivity in a sewage-impacted lowland chalk stream // Journal of Hydrology. 2008. 351. P. 87–97.
  4. Rozemeijer J.C., van der Velde Y., van Geer F.C., de Rooij G.H., Torfs P.J.J.F., Broers H.P. Improving load estimates for NO(3) and P in surface waters by characterizing the concentration response to rainfall events // Environmental Science & Technology. 2010. 44(16). P. 6305–6312. https://doi.org/10.1021/es101252e
  5. Cassidy R., Jordan P. Limitations of instantaneous water quality sampling in surface-water catchments: comparison with near-continuous phosphorus time-series data // Journal of Hydrology. 2011. 405. P. 182–193.
  6. Bowes M.J., Palmer-Felgate E.J., Jarvie H.P., Loewenthal M., Wickham H.D., Harman S.A., Carr E. High-frequency phosphorus monitoring of the River Kennet, UK: are ecological problems due to intermittent sewage treatment works failures? // Journal of Environmental Monitoring. 2012. 14. P. 3137–3145.
  7. Cohen M.J., Heffernan J.B., Albertin A., Martin J.B. Inference of riverine nitrogen processing from longitudinal and diel variation in dual nitrate isotopes // Journal of Geophysical Research, Biogeosciences. 2012. 117: G01021.https://doi.org/10.1029/2011Jg001715.0.548
  8. Bieroza M., Heathwaite A.L., Mullinger N., Keenan P. Understanding nutrient biogeochemistry in agricultural catchments: the challenge of appropriate monitoring frequencies // Environmental Science: Processes & Impacts. 2014. 16 (7). P. 1676–1691.
  9. Kirchner J.W., Feng X.H., Neal C., Robson A.J. The fine structure of water-quality dynamics: the (high-frequency) wave of the future // Hydrological Processes. 2004, May. 18. P. 1353–1359.
  10. Heffernan J.B., Cohen M.J. Direct and indirect coupling of primary production and diel nitrate dynamics in a subtropical spring-fed river // Limnology and Oceanography. 2010. 55 (2). P. 677–688.
  11. Macintosh K.A., Jordan P., Cassidy R., Arnscheidt J., Ward C. Low flow water quality in rivers; septic tank systems and high-resolution phosphorus signals // Science of the Total Environment. 2011. 412. P. 58–65.
  12. Halliday S.J., Skeffington R.A., Wade A.J., Neal C., Reynolds B., Norris D., Kirchner J.W. Upland streamwater nitrate dynamics across decadal to sub-daily timescales: a case study of Plynlimon, Wales // Biogeosciences. 2013. 10. P. 8013–8038.
  13. Данилов-Данильян В.И., Розенталь О.М. Гипотеза о причинах сильной изменчивости концентрации примесей в природных водах // Доклады РАН. Науки о Земле. 2023. Т. 509. № 1. С. 114–119. https://doi.org/10.31857/S2686739722602502
  14. Murgatroyd A.L. River channel patterns: A geographic analysis // Graduate Student Theses, Dissertations, & Professional Papers. 1973. 75 p.
  15. Klingenberg D., Oberlack M., Pluemacher D. Symmetries and turbulence modeling // Physics of Fluids. 2020. V. 32 (2). P. 1–18.
  16. Добровольский А.Д., Добролюбов С.А., Михайлов В.Н. Гидрология. М.: Высшая Школа, 2007. 463 с.
  17. Орлов А.В., Бражников М.Ю., Левченко А.А. Формирование крупномасштабного когерентного вихря в двумерной турбулентности // Письма в ЖЭТФ. 2018. Т. 107. Вып. 3. С. 166–171.
  18. Арнольд В.И. Математические методы классической механики. 5 изд. М.: Эдиториал УРСС, 2003. 480 с.
  19. Николис Г., Пригожин И. Самоорганизация в неравновесных системах: от диссипативных структур к упорядоченности через флуктуации. М.: Мир, 1979. 512 с.
  20. Мандельброт Б.Б. Фракталы и хаос. Множество Мандельброта и другие чудеса. М.; Ижевск: НИЦ “Регулярная и хаотическая динамика”, 2009. 392 с.

Дополнительные файлы


© В.И. Данилов-Данильян, О.М. Розенталь, 2023