Размытие мерзлых берегов северных рек в зависимости от направления берегового уклона

Проблемы гидротехнического строительства требуют расширения масштабов исследований деструктивных береговых процессов водных объектов, находящихся на территории криолитозоны. Предмет исследования: склоны рек, расположенные в зоне многолетнемерзлых пород, и основные возможные процессы на них, происходящие под воздействием различных сезонных факторов. Цели: исследование термоэрозионных склоновых процессов многолетнемерзлых пород с учетом гидромеханических и термодинамических факторов и разработка основных характеристик этих процессов, а также построение единой модели, позволяющей оценивать и прогнозировать влияние сезонных условий (в том числе весеннего снеготаяния и воздействия солнечной радиации) на возможные деструктивные береговые процессы на водных объектах, находящихся на территории криолитозоны. Материалы и методы: теоретический анализ и обобщение известных достижений в области гидрологии и гляциологии, теории склоновых процессов, транспорта наносов, механики мерзлых грунтов, фильтрации. В качестве фактического материала использовались результаты лабораторных экспериментов, проведенных в гидравлической лаборатории РУДН на установке, позволяющей имитировать дождевые потоки, измеряя скорость и количество инфильтрационных потоков, а также количество бокового стока, который может образовываться в случае мерзлого или частично оттаявшего грунта. Различная структура грунта получалась разными способами его замораживания или введения прослоек льда. Такие исследования в лабораторных условиях проводились впервые. Результаты и выводы: предложена методика прогноза процесса термоэрозии с учетом воздействия естественных сезонных условий на многолетнемерзлые породы. Исследовано влияние направления берегового уклона на скорость оттаивания почв под воздействием солнечной радиации. Показано, что влияние ультрафиолетовых лучей (УФ) на снеготаяние носит отличный от влияния инфракрасных (ИК) лучей характер, так как первые УФ имеют способность проникать вглубь непрозрачных веществ и преобразовываться в тепловые потоки внутри снежной толщи. При этом облачность является задерживающим фактором только для ИК участка спектра. Экспериментально показано, что зависимость размыва твердого вещества от угла уклона (при прочих равных) будет иметь степенной (4/3) вид. Протаивание и эрозия мерзлых берегов водных объектов пропорциональны квадратному корню от времени. Линейный коэффициент зависит от характера породы, льдистости, температуры окружающей среды и температуры потока. На основе полученных результатов возможно дать практические рекомендации по предотвращению и уменьшению негативного влияния исследуемых деструктивных процессов, что особенно актуально для тех районов, где ведется интенсивное гидротехническое строительство.

Erosion of the frozen riversides of the northern rivers depending on the direction of the coastal slope

The problems of hydraulic engineering require expansion of the scale of research on destructive coastal processes of water bodies located on the territory of the permafrost. Subject: of research in this article are the slopes of the rivers located in the zone of frozen rocks, and the main possible processes on them, occurring under the influence of various seasonal factors. The aim of this work is to study the thermo erosion slope processes of permafrost with allowance for hydromechanical and thermodynamic factors and the development of the main characteristics of these processes, as well as the construction of a single model that allows estimating and predicting the effect of seasonal conditions (including spring snowmelt and exposure to solar radiation) on possible destructive coastal processes at water bodies located on the territory of the permafrost zone. Materials and methods: theoretical analysis and generalization of known achievements in the field of hydrology and glaciology, the theory of slope processes, sediment transport, mechanics of frozen soils, and filtration. As a factual material, the data of laboratory experiments carried out in the PFUR hydraulic laboratory on a facility that allows varying rain currents of varying intensity, while measuring both the rate and number of infiltration flows, and the amount of side flow in the case of frozen or partially thawed soil, that were used as factual material. A various soil structure was modeled by freezing or introducing ice interlayers. Such studies in the laboratory were conducted for the first time. Results and conclusions: a method for predicting thermo-erosion is proposed taking into account the effect of seasonal conditions on permafrost. The influence of the direction of the coastal incline on the rate of thawing of soils under the influence of solar radiation is studied. The influence of ultraviolet rays on snow melting is different from the influence of infrared rays, since short waves (UV) penetrate deep into opaque substances and are transformed into heat fluxes within the snow layer. Cloudiness is a deterrent only for the IR portion of the spectrum. It has been shown experimentally that the dependence of the erosion of solid matter on the slope angle (other things being equal) will have a exponent (4/3) form. Thawing and erosion of frozen water bodies are proportional to the square root of time. The linear coefficient depends on the nature of the rock, ice content, ambient temperature and flow temperature. On the basis of the results obtained, it is possible to give practical recommendations for preventing and reducing the negative impact of the destructive processes under investigation, which is especially important for those areas where intensive hydrotechnical construction is being carried out.

Редакторы
-
Издательство
-
Номер выпуска
9
Язык
Русский
Страницы
1112-1124
Статус
Опубликовано
Подразделение
-
Ссылка
-
Номер
-
Том
13
Год
2018
Организации
  • 1 Институт водных проблем Российской академии наук (ИВП РАН)
  • 2 Peoples’ Friendship University of Russia (RUDN University)
Ключевые слова
криолитозона; мерзлый грунт; льдистость; береговые деформации; протаивание; эрозия почв; лабораторный эксперимент; снеготаяние; солнечная радиация; гидротехнические сооружения; изменение климата; permafrost; frozen soil; ice content; Coastal deformations; thawing; soil erosion; laboratory experiment; snow melting; solar radiation; hydraulic engineering construction; climate change
Дата создания
07.11.2019
Дата изменения
07.11.2019
Постоянная ссылка
https://repository.rudn.ru/ru/records/article/record/50835/