Диссертация (1141527), страница 5
Текст из файла (страница 5)
[36, 43].Для реки Святого Лаврентия между озером Онтарио и Корнуоллом (Канада)унифицированный метод градусного дня для моделирования теплового роста,распада и разрушения речных ледяных покровов изложен в работе [126].Изменение толщины ледяного покрова определяется по формуле:(1.1)где h - толщина ледяного покрова; h0 - начальная толщина ледяного покрова; S дни замерзания с момента образования ледяного покрова; t - количество дней смомента образования начального ледяного покрова; α, β, θ - эмпирическиекоэффициенты.Прогнозные зависимости роста толщины льда на реке Пибоди в Горэме(США, штат Нью-Гэмпшир) были предложеныГ.
Эштоном (Инженерныйнаучно-исследовательский центр армии США, Ганновер, Нью-Гэмпшир):(1.2)где FDD – рост толщины льда (в дюймах); T0 – среднесуточная температуравоздуха в градусах по Фаренгейту [108].Изначальный отбор факторов должен определяться случайными событиями,происходящими с момента возникновения до момента разрушения ледяногопокрова. Эти событияхарактеризуются дискретными или непрерывнымислучайными величинами, дать оценку вероятности возникновения которых27возможнопочастотенаблюдаемогособытиязаопределенныйпериоднаблюдений (например, среднегодовые частоты).
Некоторые из случайныхвеличин будут непрерывными (толщина льда, сумма отрицательных температурвоздуха и т.д.), другие дискретными или бинарными (наличие зажора «1»,отсутствие зажора «0»). Для речного русла с учетом местных условий в створевозможного (частого) заторообразования на этапе идентификации опасностей извсего множества событий должны быть отобраны только независимые события[52]. В качестве группы критических условий, соответствующих возможномуобразованию мощного затора льда, используются [15]: высокие уровни воды в реке в период замерзания и повторяющийсяледоход; объем шуги в русле порядка 50...80% от площади поперечногосечения; высокие скорости воды у поверхности (0,6..0,8 м/с); толщина льда к началу вскрытия более 0,7 м при ее отношении ктолщине в месте заторообразования менее 0,5; незначительное снижение прочности льда (на 10...30%); модуль стока 30...70 л/скм2 при снеготаянии 5...7 мм/сут в верхнейчасти речного бассейна; интенсивное поступление льда с верхних участков реки и ее притоков.Факторы,влияющиенаобразованиезаторальда,делятсянагидрометеорологические (указанные выше), и геоморфологические факторы.
Длягидрометеорологическихфакторовхарактернаежегоднаядинамика.Геоморфологические факторы считаются условно постоянными (у некоторых рекпосле прохождения паводка морфометрические показатели могут изменяться). Кпоследним факторам относится наличие островов, поворотов, сужений русла,изменение (уменьшение) уклона свободной поверхности и т.д. Эти факторыспособны усилить процесс образования заторов.281.4.
МЕТОДЫ ИЗУЧЕНИЯ И МОДЕЛИ ПРОГНОЗА ЗАТОРОВ ЛЬДАРЕКАХМетоды изучения заторов являются классическими для любого научногоисследования: построениетеоретическихмоделейпроцессовобразованияиразрушения различных ледовых образований; активный эксперимент, проводимый в лабораторных (реже внатурных) условиях; пассивныйэксперимент,основанныйнаанализеимеющихсястатистических данных по гидрологическим характеристикам рек иметеорологическим условиям.Экспериментальные и теоретические исследования механизма образованиязаторов позволили создать целый класс моделей, включающих физическиепараметрызаторообразования.интенсивностиобразованияПоявилисьзависимостивнутриводногольда,длярасчетагидродинамическойустойчивости льдин, колебаний ледяного покрова и многие другие [47, 89, 115,116, 119].
Как правило, модели имеют следующие ограничения: ширина реки взаранее известном месте образования затора должна быть не меньше десятилинейных размеров льдин, а поступление льда к очагу затора считаетсядискретным движением отдельных льдин (что не всегда соответствуетприродным явлениям). При этом предполагается, что ниже ледовой перемычкирусло реки свободно ото льда. Модели базируются на предпосылках теориисыпучих сред. Устойчивость ледового скопления и координаты свободнойповерхности воды(в одномерной или двухмерной системе координат)определяются численными методами [75].Значения величин, входящих в теоретические уравнения, далеко не всегдаизвестны или могут быть получены экспериментальным путем. Сложность имногофакторностьпроцессаограничиваетприменение теоретических моделей [125].внастоящеевремяширокое29Развитиевычислительноймоделированиепроцессовтехникипозволиловозникновенияивыполнятьразрушениячисленноезатороввспециализированных прикладных пакетах.
Используются гидродинамическиемодели с граничными условиями, соответствующими фактическим данным.Численное моделирование заторов в низовьях реки Ред-Ривер между Виннипегоми озером Виннипег (провинция Манитоба, Канада) с помощью одномерноймоделиRIVICEбыловыполненовработе[130].Гидродинамическоемоделирование роста ледяного покрова на реке Пис в Северной Альберте(Канада) с учетом влияния метеорологических факторов приведено в работе [137].Численное моделирование разрушения «ледовой плотины», образующейзатор, было выполнено в работе [132].
Рассматривалось движение волны прорывадля условий реки Сент-Клер (система Великих озер) и имитировался ледовыйзатор 1984 года.Река Карасйохка является частью системы реки Тана, впадающей вБаренцево море на территории Норвегии. За последние 85 лет г. Карасйохк(губерния Финнмарк, Норвегия)пережил три крупных заторных наводнения,превосходящих по мощности весенние паводки (1917, 1932 и 1959 гг.) и однообычное (1968 г).
Результаты численного моделирования параметров ледовыхзаторов и площадей затопления различных участков поймы реки Карасйохка впределах г. Карасйохк, полученныев программной среде MIKE 11, былиприведены О. Льером в работе [129].Исследования влияния бетонной плотины на образование заторов льда нареке Сандаски вблизи города Фьемонт (штат Огайо, США) были выполнены сиспользование численного моделирования в научно-технической лабораториисеверных регионов армии США, Ганновер [117].
Моделировались профилиледового затора и его разрушение при наличии плотины и без нее. Ледовыйпокров и толщина льда имели переменную величину.Активный эксперимент, выполняемый с учетом законов подобия, требуеттщательногоанализафакторов,включаемыхвмодель,иматериала,моделирующего ледовую массу с учетом плотности природного льда и воды,30пластичности и прочности льдин. Заторы моделируются в гидравлических лоткахс использованием вместо льда парафина, листов полиэтилена высокого давления(например, заторы торошения у г. Томск на реке Томь, изученные на физическоймодели в лаборатории ГГИ (Россия) [46]). Заторы подныривания моделироватьдостаточно сложно, так как подобрать материал, имитирующий изменяющуюсяпластичность и прочность льдин затруднительно.
Лабораторные исследованияпроцесса образования и развития заторов выполняются для участков речныхрусел, имеющих постоянную морфометрию, следовательно, изучение влияниясамих морфометрических факторов на таких моделях практически не проводится.Одновременный учет гидрометеорологических факторов (колебаний температурыатмосферного воздуха, направления и силы ветра, интенсивности развитияпаводка) и связанных с ними физических параметров (толщина льдин, ихпрочность и пластичность, скорость и направление движения) в модельныхэкспериментах обычно заменяется их фиксацией на определенном уровне.Результаты лабораторных исследований нестационарных условий теченияпосле прорыва ледяного затора были приведены в работе С. Белтаоса [138].Доказана возможность использования модели С.
Белтаоса и Б. Г. Кришнаппанадля прогноза уровней воды и ее скоростей.В инженерной гидрологической практике наиболее часто применяетсятретий подход, при котором основные характеристики заторов рассчитываются наоснованииэмпирическихмоделей,построенныхподаннымнатурныхнаблюдений. Изучение ледовых заторов проводится в Университете Альберты(провинция Эдмонтон, Канада) иНациональном научно-исследовательскоминституте Водных Ресурсов (провинция Берлингтон, Канада). Исследованиям имоделированию заторов льда посвящен ряд работ канадского ученого С.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
