Моделирование деформаций русел, сложенных мёрзлыми породами, при повышении температуры окружающей среды

Работа посвящена исследованию влияния речного потока и повышения температуры воды на деформации береговых склонов, сложенных многолетнемёрзлыми породами с включением пластов льда. Методы исследования – лабораторное и математическое моделирование. Лабораторные эксперименты показали, что при повышении температуры воды и воздуха изменения в структуре лабораторного аналога многолетнемёрзлого грунта вызывают деформации русла даже без волнового воздействия, т.е. при стационарном режиме течения и неразмывающих скоростях водного потока. В связи с этим возникла необходимость усовершенствования разработанной ранее модели деформации русла с целью учёта долгопериодных изменений структуры грунта при повышении температуры воды. В основу трёхмерной математической модели термоэрозии береговых склонов рек, протекающих в районах развития многолетней мерзлоты, и её верификации положены результаты лабораторных экспериментов в гидравлическом лотке. Анализ результатов математического и лабораторного моделирования показал, что русловые деформации рек, протекающих в криолитозоне, значительно отличаются от деформаций русел, сложенных грунтами, не подверженными влиянию фазового перехода «вода–лёд», и могут наблюдаться даже при неразмывающих скоростях водного потока.

This paper is devoted to investigation of the influence of river flow and of the temperature rise on the deformation of the coastal slopes composed of permafrost with the inclusion of ice layer. The method of investigation is the laboratory and mathematical modeling. The laboratory experiments have shown that an increase in water and air temperature changes in a laboratory analogue of permafrost causes deformation of the channel even without wave action, i.e. at steady-state flow and non-erosive water flow velocity. The previously developed model of the bed deformation was improved to account for long-term changes of soil structure with increasing temperature. The threedimensional mathematical model of coastal slopes thermoerosion of the rivers flowing in permafrost regions, and its verification was based on the results of laboratory experiments conducted in the hydraulic tray. Analysis of the results of mathematical and laboratory modeling showed that bed deformation of the rivers flowing in the permafrost zone, significantly different from the deformation of channels composed of soils not susceptible to the influence of the phase transition «water-ice», and can occur even under the non-erosive velocity of the water flow.