Исследование деформаций берегов, сложенных многолетнемерзлыми грунтами, на лабораторной модели тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.23.07, кандидат наук Ионов, Дмитрий Николаевич

• Ионов, Дмитрий Николаевич
• кандидат наук
• 2017

Оглавление диссертации кандидат наук Ионов, Дмитрий Николаевич

ОГЛАВЛЕНИЕ

ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА 1 СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ ПРОБЛЕМ ИЗУЧЕННОСТИ БЕРЕГОВЫХ ДИФОРМАЦИЙ СЕВЕРНЫХ РЕК В КРИОЛИТОЗОНЕ

1.1. Вечная мерзлота

1.2. Особенности рек криолитозоны

1.3. Методы исследования деформаций береговой линии в Арктике

1.4. Проблемы гидротехнического строительства в криолитозоне: особенности русловых процессов в нижних бьефах гидроузлов, криогенные процессы, мониторинг, прогнозирование

ГЛАВА 2 МОДЕЛИРОВАНИЕ РУСЛОВЫХ ДЕФОРМАЦИЙ НА ГЕТЕРОГЕННОЙ МОДЕЛИ С ПЛАСТОВЫМИ ЛЕДЯНЫМИ ВКЛЮЧЕНИЯМИ

2.1. Стационарный случай водного потока

2.1.1. Лабораторное моделирование

2.1.2. Математическое моделирование

2.2. Нестационарный случай водного потока

2.2.1. Лабораторное моделирование

2.2.2. Математическое моделирование

2.3. Результаты

ГЛАВА 3 МОДЕЛИРОВАНИЕ ДЕФОРМАЦИЙ БЕРЕГОВОГО СКЛОНА НА ГОМОГЕННОЙ МОДЕЛИ ИЗ ЗАМОРОЖЕННОГО ГРУНТА

3.1. Моделирование береговых деформаций, вызванных вдольбереговым волновым воздействием

3.2. Моделирование нормальных волновых воздействий на сооружения откосного типа

3.3. Результаты

ГЛАВА 4 МОДЕЛИРОВАНИЕ РАСПРОСТРАНЕНИЯ ПРИМЕСЕЙ В РЕКАХ КРИОЛИТОЗОНЫ

4.1. Лабораторное моделирование

4.1.2. Математическое моделирование

4.2. Результаты

ГЛАВА 5 ЗАКЛЮЧЕНИЕ

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

СПИСОК ИЛЛЮСТРАТИВНОГО МАТЕРИАЛА

ПРИЛОЖЕНИЕ А

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Исследование деформаций берегов, сложенных многолетнемерзлыми грунтами, на лабораторной модели»

ВВЕДЕНИЕ

Сохранение и закрепление как политических, так и научных позиций России в вопросах освоения северных широт является одной из важнейших задач обеспечения интересов Российской Федерации. Политика, проводимая государством в части эффективного присутствия в стратегически важных северных районах, сопредельных с другими государствами, в том числе в части освоения Арктики, открывает широкий спектр практических задач, решение которых крайне важно для эффективного управления этими регионами.

Исследования, направленные на решение практических и научных задач, являются основным инструментом обоснования стратегического присутствия государства в регионе.

Необходимо отметить и крайнюю важность эффективного управления гидротехническими сооружениями - как современными, так и возведенными в СССР. В настоящее время существует масса не решенных задач, одна из которых рассмотрена в настоящей работе. Их решение позволит сделать рывок в области строительства, ремонта и эксплуатации сооружений транспортной и топливо-энергетической отраслей.

Активная инфраструктуризация побережья Российской Федерации вдоль северного морского пути, а также его огромная стратегическая, политическая и экономическая значимость, и многие другие факторы - определяют важность и актуальность задач, решенных в рамках настоящего диссертационного исследования.

Актуальность темы

Процессы термоабразии и термоденудации являются основными факторами разрушения морских, речных и озерных берегов, сложенных многолетнемерзлыми породами (ММП). Исследование разрушения берегов в криолитозоне представляет большой практический и научный интерес. В последнее время было представлено много работ по программам МПГ (Международного полярного года), относящихся к этой теме, но все они имеют отношение к разрушениям морских берегов. Деформации русел северных рек и

речных склонов, несмотря на имеющиеся проблемы и высокую важность, в настоящее время изучены мало. В ходе анализа имеющихся публикаций аналога подобных исследований обнаружено не было.

Объем теоретических и фактических данных о переработке мерзлых берегов водохранилищ также остается незначительным.

Актуальность данной работы обусловлена, прежде всего, тем, что масштабные объекты гидроэнергетики в России, в основном располагаются, в районах распространения вечной мерзлоты, что является весомым фактором риска аварий на ГТС и нарушения проектных характеристик водохранилищ образованных этими сооружениями. По данным автора [49], около 48% аварийных ситуаций на ГТС зафиксировано именно на территории распространения ММП. Причиной таких изменений является недоучет криогенных процессов, возникающих в следствии температурного воздействия водохранилищ, не только в самом теле грунтовых сооружений, но и в самых ответственных зонах (места береговых примыканий, в зоне контакта основание-плотина, а также других контактных зон). Все эти процессы способствуют не только разуплотнению грунтов в этих местах, стремительному развитию известных процессов (термоэрозия, термокарст, наледообразование и т.п.) [49].

В этой связи, решение вопросов прогнозирования переформирования берегов водохранилищ и рек в таких районах является одной из приоритетных задач направленных на обеспечение безопасной эксплуатации ГТС. В таком контексте и была поставлена задача - выявление возможности объективного прогнозирования динамики береговой линии в зоне ММП, к берегам обычным [58].

Следует отметить роль термоденудации и в процессе переформирования берегов, благодаря которой развивается весь комплекс тепловых, гравитационных и эрозионных процессов, и как следствие выполаживание и формирование устойчивого склона.

До 65% территории Российской Федерации сложены вечномерзлыми грунтами. В этой связи проблемы гидротехнического строительства, капитального

и текущего ремонта гидротехнических сооружений, а также многие эксплуатационные вопросы в таких условиях являются острой и актуальной проблемой.

Комплексное изучение развития деформаций морских берегов криолитозоны, а также берегов водохранилищ, озер и рек позволяет разработать качественную и универсальную с точки зрения научной обоснованности методику прогнозирования термоабразии береговой линии [58].

Учитывая положения подпрограммы «Освоение и использование Арктики» федеральной целевой программы «Мировой океан» от 10 августа 1998 г. № 919, а также крайне важные интересы Российской Федерации в части освоения Арктики, имеющие как политические, так и экономические составляющие, вопросы и проблемы гидротехнического строительства, эффективной и безаварийной работы внутренних водных путей и их инфраструктуры в этой области науки требуют тщательной проработки [41].

Степень разработанности темы

Систематические исследования вечной мерзлоты начались еще в первой половине 19-го века, особенностей водных потоков в условиях криолитозоны лишь в 70-х годах 20-го столетия благодаря открытию в 60-х годах месторождений нефти и газа. Необходимость учитывать эти особенности при прокладке трубопроводов на морских побережьях и в поймах рек Арктики предопределила развитие исследований воздействия морского волнения и речных потоков на трансформации берегов, сложенных многолетнемерзлыми породами. Сыграли свою роль в развитии этих исследований и проекты переброски или использования стока северных рек в многонаселенных областях, разрабатываемые не только в Советском Союзе, но и в США и Канаде. Тем не менее, анализ изученной отечественной и зарубежной литературы показывает, что работы, посвященные береговым деформациям арктических морей, наиболее интенсивно начали развиваться лишь в последнее десятилетие, а исследований трансформаций речных русел до сих пор крайне мало. Одним из первых литературных обзоров этих исследований была работа [88], в которой автор

подчеркивает важную роль советских исследователей криолитозоны и в частности процессов термоабразии береговых речных склонов. Многие термины, используемые в этой области знания, с тех пор представляют собой кальку русских названий. Например, термин «ниши вытаивания», введенный Р.В. Абрамовым еще в 1957 году, широко используется зарубежными авторами и известен теперь как «thermo-erosional niching». О непреходящей актуальности исследований криолитозоны свидетельствует проведение международных конгрессов (Permafrost Conference). Исследования влияния потепления на гидрологический режим реки Лена, проведенные коллективом французских и российских ученых [81], подтвердили, что с середины прошлого века изменился ряд ключевых параметров. Температура воды в реке Лена в паводковый период повысилась на 2 °С по сравнению с показателями за 1950 г., что привело к изменению процессов, влияющих на развитие термальной и механической эрозии берегов. Увеличение темпов термоэрозии с начала 80-х гг. 20-го столетия полностью соотносится с ростом температуры водного потока вследствие потепления. На некоторых участках скорость отступания берегов достигает 40 м в год, а вымываемые породы уносятся по течению и создают проблемы для судоходства. Результаты исследований по деградации морских арктических берегов, успешно проводимых в последнее время с применением высокотехнологичных методов, могут быть использованы и для разносторонней оценки речных деформаций. Большой вклад в исследования руслообразующих процессов в криолитозоне вносят работы В.М. Михайлова из Института мерзлотоведения СО РАН.

Проведенные лабораторные эксперименты [46, 85], а также натурные наблюдения [81] показали, что термоэрозия играет существенную, а подчас и более значительную роль, чем механическая эрозия в процессе деформирования русел, сложенных многолетнемерзлыми породами с включением пластов льда. Проведение лабораторных и натурных экспериментов для исследования процесса распространения загрязнений при условии деформирования русла, вызванного термоэрозией, связано с большими трудностями. Прежде всего, эти трудности

обусловлены разными временными масштабами исследуемых процессов и сложностью выделения основных факторов, на них влияющих. Математическое моделирование позволяет преодолеть эти сложности.

Перечисленные выше работы основаны на натурных наблюдениях, проведение которых связано со значительными трудностями. С развитием информационных технологий стали появляться математические модели исследуемых в работе процессов. Но их верификация требует данных натурных или лабораторных экспериментов. Удалось найти лишь одну работу, основанную на проведении лабораторных экспериментов и посвященную физическому моделированию размывов мерзлых грунтов.

Цели и задачи работы

Основной целью работы было выявление закономерностей трансформации береговых склонов, сложенных многолетнемерзлыми породами, и особенностей распространения примесей в руслах рек криолитозоны, подверженных механической и термической эрозии. В задачи, определенные поставленной целью, входили разработка физико-математических моделей, описывающих процессы переноса наносов и примеси в потоке с деформируемыми границами, получение прогнозов русловых деформаций и загрязнений при различных внешних условиях и воздействиях в зависимости от расположения источников загрязнений и свойств грунта, определение наиболее значимых факторов, способствующих неблагоприятному развитию экологической ситуации.

В число прочих задач входило сравнение и анализ существующих физико-математических моделей, методов расчета транспорта наносов и содержащихся в потоке примесей, экспериментальных исследований, относящихся к криолитозоне.

Научная новизна работы

1. Разработана физико-математическая модель трансформации береговых склонов под воздействием волновых процессов.

2. Впервые получены экспериментальные данные, подтверждающие, что моделирование волновых процессов и возникающих в результате этих

воздействий деформаций с большой долей достоверности описывают естественные процессы переформирования берегового склона и переноса наносов.

3. Впервые получена зависимость механизма формирования склона от критериев волновых воздействий.

4. Впервые построена лабораторная и математическая модель ниш вытаивания, образующихся при воздействии водного и теплового потоков на береговые склоны, сложенные многолетнемерзлыми породами и ледовыми включениями. Проведена оценка степени влияния шероховатости поверхности таликов как на переформирование самих протаявших полостей, так и на деформации основного русла.

5. Впервые проведено моделирование одновременного воздействия нестационарных водных потоков и термоэрозии на береговые склоны. При проведении лабораторных и численных экспериментов получены результаты и выводы, выявившие особенности деформации русел, сложенных многолетнемерзлыми грунтами, в нижнем бьефе гидротехнических сооружений под воздействием волн различного происхождения.

6. На основе численных экспериментов выявлено существование интегро-дифференциального разнонаправленного эффекта, вызванного повышением температур воды и воздуха и заключающегося в усилении процессов размыва и аккумуляции на отдельном участке при уменьшении суммарного объема переносимых наносов. Получены зависимости динамики русловых деформаций от продолжительности и интенсивности волнового воздействия и характеристик грунта.

7. Впервые разработана математическая модель, позволяющая исследовать одновременное воздействие термоэрозии и водного потока на распространение примеси в деформируемом русле, для валидации которой впервые проведены лабораторные эксперименты по изучению распространения примеси в русле с замороженным склоном. Применение модели позволяет прогнозировать распространение загрязнения при различных внешних условиях и воздействиях в зависимости от расположения источников загрязнений и свойств

грунта, определять наиболее значимые факторы, способствующие неблагоприятному развитию экологической ситуации.

Теоретическая и практическая значимость

Теоретическая значимость обусловлена решением фундаментальной научной проблемы гидрологии, связанной с исследованием массообмена при аномальных русловых деформациях, вызванных распространением волн различного происхождения и воздействием климатических изменений на свойства подстилающего грунта в условиях криолитозоны.

Результаты работы могут найти широкое применение в области проектирования, строительства и эксплуатации гидротехнических сооружений транспортной и энергетической отраслей, сооружений на шельфе. В частности, в вопросах берегоукрепительных или других работ, которые значительно проще осуществлять на участках распространения абразионно-термоденудационных берегов, чем на участках термоабразионных берегов, где портовое и гидротехническое строительство практически невозможно.

Методология и методы исследования

Основными методами исследования были теоретический анализ и обобщение известных достижений в области гидродинамики русловых потоков, теории транспорта наносов, механики мерзлых грунтов, массообмена; лабораторные эксперименты; математическое моделирование.

Лабораторное моделирование проводилось в гидравлическом лотке с размываемым ложем, сложенным мерзлым грунтом, в условиях стационарного и нестационарного течения. Различная структура грунта моделировалась путем его замораживания или введения в деформируемую часть русла прослоек льда. Исследование распространения примеси проводилось от источника, помещенного в различные части потока и деформируемого берегового склона.

Математическая модель состоит из следующих блоков: теплового - для моделирования таяния ледяных пластин или грунта берегового склона, гидродинамического - для расчетов течения в основном русле и в протаявших полостях, деформационного - для моделирования оседания грунта и переноса

наносов в протаявших полостях и основном русле и блока для расчетов переноса примеси. В тепловом блоке для расчёта перемещения поверхности фазового перехода используются уравнение Стефана и уравнение теплопереноса. В гидродинамическом блоке модели использовались двумерные уравнения движения жидкости и уравнение неразрывности. Деформационный блок состоит из одномерного уравнения, параметризующего оседание грунта под действием силы тяжести, и двухмерного уравнения сохранения массы переносимых наносов (уравнения деформаций).

При разработке методики экспериментальных исследований на лабораторной модели, соответствующей поставленным задачам, выявлены влияющие на размыв факторы и построена гидравлическая модель, удовлетворяющая теории подобия. Особенностью моделируемых условий является подбор материала берегового склона и параметров волновых процессов, по характеристикам, подобным натурным.

Валидация разработанных математических моделей проводилась по данным, полученным в лабораторных экспериментах, и результатам натурных наблюдений других исследователей.

Положения, выносимые на защиту:

- результаты анализа ранее проведенных исследований в области изучения деформаций берегов, сложенных многолетнемерзлыми породами;

- результаты лабораторных и численных экспериментов, подтверждающие, что разработанные модели русловых деформаций, возникающих в результате воздействия волновых процессов, достоверно описывают естественные процессы переформирования берегового склона и переноса наносов;

- графики и зависимости, построенные по данным лабораторных экспериментов, для определения объема деформации и общего фильтрационного режима от волновых параметров;

- результаты лабораторного и математического моделирования процессов переноса примеси в условиях термической и механической эрозии русел, сложенных промерзающими породами с ледяными включениями;

- методика прогнозирования береговых деформаций, сложенных вечномерзлыми породами, а также прогнозирования и предотвращения аварийных ситуаций с учетом криогенных процессов в теле плотин, их основаниях и в районах примыкания, связанных с изменениями под влиянием гидроузлов условий теплообмена, температурного режима, физико-технических свойств мерзлых пород, приводящих к развитию термокарста, термоэрозии, наледообразованиям.

Достоверность результатов исследования

Достоверность результатов исследования подтверждается результатами экспериментальных исследований с использованием существующих опробованных методов измерений, известных физических явлений, положенных в основу моделей, положительными результатами сравнения лабораторных и численных экспериментальных исследований.

Апробация работы

Основные результаты диссертационного исследования изложены:

- в 3-х статьях («Вестник РУДН», «Лёд и Снег», «Природообустройство»);

- в докладах VIII Международной конференции «Динамика и термика рек, водохранилищ и прибрежной зоны морей»;

- в докладах XI. International Conference on Permafrost;

- в виде устного доклада на научно-практической конференции «Обеспечение безопасности и надежности судоходных гидротехнических сооружений» - 2015;

- в виде устного доклада на научно-практической конференции «Обеспечение безопасности и надежности судоходных гидротехнических сооружений» - 2016;

- в виде устного доклада на научно-практической конференции «Инженерные системы - 2016»

- в виде устного доклада на V Всероссийской конференции «Ледовые и термические процессы на водных объектах России» - 2016.

ГЛАВА 1 СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ ПРОБЛЕМ ИЗУЧЕННОСТИ БЕРЕГОВЫХ ДИФОРМАЦИЙ СЕВЕРНЫХ РЕК

В КРИОЛИТОЗОНЕ 1.1. Вечная мерзлота

Криолитозона состоит из мерзлых, морозных и охлажденных пород. Под мерзлыми понимают породы, которые характеризуются отрицательными температурами и содержат в своем составе лед [2]. В морозных породах отсутствует вода и лед, что и отличает их от мерзлых. Такие породы чаще всего представлены сухими песками и галечниками, а также магматическими и метаморфическими разновидностями. Охлажденные породы (температура которых ниже 0°С) насыщены минерализованными солеными водами.

Рисунок 1 - Зоны островного (1), прерывистого (2) исплошного (3) распространения многолетнемерзлых пород на территории России Во временном периоде термин «вечная мерзлота» следует представлять от нескольких сотен лет и выше. В общем же случае, в соответствии со временем существования мерзлоты, рассматривают следующие структуры:

- вечномерзлые грунты, существующие века и тысячи лет;

- многолетнемёрзлые грунты, существующие годы, десятки лет;

- сезонная мерзлота, существующая часы, сутки.

Существует несколько видов вечномерзлых грунтов. Из инженерной геологии (геокриологии) известны такие виды мерзлоты как: сплошная, слоистая, островная и линзовая [2].

Слоистая мерзлота (деградация сплошной мерзлоты)

Данный вид мерзлоты характерен для крайнего севера Российской Федерации (Рисунок 1).

-Н.К-надмерзлотний - деятельной слой сезонного оттаивания — промерзания

—ММ—многолетняя мерзлота — П.М.—подмерзлотный слой

Рисунок 2 - Схема существования сплошной мерзлоты с основными

принятыми обозначениями

Слоистая мерзлота не имеет чёткой теории происхождения и распространена локально. Одной из теорий предполагается, что в результате деградации сплошной мерзлоты произошёл этот вид мерзлоты (Рисунок 3). Возможно, возникла тектоническая трещина, по которой прошла вода (тепло), и оттаял слой грунта с большей теплопроводностью [2].

—ДМ,—подмерзлотный — деятельный слой сезонного оттаибания — промерзания

> — М. М—многолетняя мерзлота

—П. М—подмерзлотный слой

—Грунт с большой теплопрободностью

Рисунок 3 - Схема существования слоистой мерзлоты с основными принятыми

обозначениями

Островная мерзлота

Этот вид мерзлоты встречается в районе Сибири (северная часть Красноярского края, Иркутской и Читинской областей) с размерами в плане от десятков до нескольких сотен метров и глубиной от 10 метров (Рисунок 4).

Рисунок 4 - Схема существования островной мерзлоты на фоне талого

грунта

Часто бывает затруднительно точно определить расположение такой мерзлоты геологическими изысканиями. Без учёта (определения положения) данной мерзлоты с большой вероятностью возникнут значительные трудности при возведении сооружений, что в свою очередь непосредственно отразится как на материальной (финансовой) составляющей строительства, так и на безопасности уже эксплуатируемого сооружения [2].

Линзовая мерзлота

Данный вид мерзлоты встречается в южных районах Сибири (Рисунок 5). Размеры такой мерзлоты могут составлять десятки метров в плане, а мощность может не превышать и нескольких метров [2]. Такие линзы очень сложно определить на фоне талого грунта, что представляет собой определенную опасность. Если при строительстве здания линза не была определена, и здание хотя бы частично будет накрывать линзу, то в процессе эксплуатации тепловые потоки от здания вызовут деградацию (оттаивание) линзы, что неминуемо спровоцирует непрогнозируемые, неравномерные осадки. Те же процессы будут происходить и с подпорными сооружениями - как с грунтовыми, так и бетонными.

Рисунок 5 - Схема существования линзовой мерзлоты на фоне талого грунта [2]

Все перечисленные виды мерзлоты можно последовательно встретить, если проследить за изменением многолетней мерзлоты в Сибири с Севера на Юг. Однако при условии нарушения теплообмена между поверхностью грунта и атмосферой, линзовая мерзлота может образоваться и «искусственно», на застраиваемых территориях. Подобные случаи образования линз мерзлого грунта были зарегистрированы при строительстве, когда здание было законсервировано на 8 лет, в результате чего под зданием образовалась линза мерзлого грунта, которая после ввода здания в эксплуатацию начала таять, что повлекло за собой неравномерные осадки и аварийную ситуацию [2].

Характеристики вечномерзлых грунтов

К мерзлым грунтам относят грунты всех видов, если они содержат в своем составе лед и имеют отрицательную температуру, а также, если они находятся в мерзлом состоянии непрерывно (в условиях залегания) в течение многих лет.

Мёрзлые породы представляют собой поликомпонентные многофазные системы, отличающиеся от немёрзлых пород своим составом (наличием льда) и строением (криогенной текстурой).

Лёд в мёрзлых породах служит породообразующим минералом и цементом, связывающим минеральные частицы и увеличивающим прочность породы. Лёд (грунт ледяной) - природное образование, состоящее из кристаллов льда с возможными примесями обломочного материала и органического вещества не

более 10 % (по объёму), характеризующееся криогенными структурными связями. Криогенные структурные связи грунта - кристаллизационные связи, возникающие во влажных дисперсных и трещиноватых скальных грунтах при отрицательной температуре в результате сцементирования льдом.

Совокупность признаков сложения мёрзлого грунта, обусловленная ориентировкой, относительным расположением и распределением различных по форме и размерам ледяных включений и льда-цемента, определяет криогенную текстуру [24].

Подземные льды криолитозоны

Подземными льдами называют все виды льда в мерзлых породах вне зависимости от их образования, размеров и условий залегания. Многие геокриогенные процессы связаны с их формированием. Льды, формирующиеся в горных породах, могут быть подразделены на четыре основные группы (по данным Н.Н. Романовского и других исследователей):

- образующийся при захоронении снежников и подземных льдов погребенный лед (Рисунок 6);

Рисунок 6 - Фото из Музея вечной мерзлоты в Игарке [61]

повторно-жильный лед - образуется при неоднократном заполнении водой или снегом морозобойных трещин, захватывающих как деятельный слой, так и ММП. Глубина таких жил колеблется от 0,5 - 40 м, а ширина в верхней части от 10 м. В плане система жил выглядит примерно как решетка. В тундре арктической Якутии, на поверхности такие жилы проявляются в виде

«шахматных» полигонов. Объемная льдистость таких пород варьирует от 40 до 90%;

- конституционный лед главным образом образуется при промерзании влажных дисперсных пород. Он подразделяется на: лед-цемент -мелкие кристаллы льда, заполняющие поры и небольшие трещинки во влажных породах при их замерзании, и сегрегационный (от лат. «segregatio» - отделение); миграционный лед, образующийся при замерзании воды, мигрирующей к фронту промерзания. В результате образуются ледяные шлиры (нитевидные включения), небольшие гнезда и линзовидные прослойки (Рисунок 7).

Рисунок 7 - Лед-цемент и сегрегационный лед (Музей вечной мерзлоты в Игарке) [61]

Образование залежей подземного льда плотно связано с криогенными процессами. Например, с криогенным растрескиванием, проявления которого не бросаются в глаза при наземных работах, но хорошо видны с высоты полета над лесотундрой и тундрой Сибири. Сверху хорошо видно, что возникает сетка, т.е. почва трескается и когда высыхает, и когда замерзает. В таких трещинах может происходить формирование достигающих большой мощности полигонально-жильных льдов. Системы повторно-жильных подземных льдов формируются так:

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Ионов, Дмитрий Николаевич, 2017 год

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Адлер, Ю.П., Маркова, Е.В., Грановский, Ю.В. Планирование экспериментов при поиске оптимальных условий / Ю.П. Адлер, Е.В. Маркова, Ю.В. Грановский. — М.: Изд-во Наука, 1976. — 279 с.

2. Алексеев, С.И. Основания и фундаменты. Краткий конспект лекций: учебное пособие для студентов строительных специальностей / С.И. Алексеев. — Спб.: Изд-во ПГУПС, 2007. — 113 с.

3. Арэ, Ф.Э. О влиянии теплофизических свойств мерзлых пород на разрушение берегов арктических морей / Ф.Э. Арэ // Тепловые процессы в мерзлых горных породах, 1964. — 29 с.

4. Арэ, Ф.Э. Основы прогноза термоабразии морских берегов / Ф.Э. Арэ. — Новосибирск: Изд-во Наука, 1985. — 171 с.

5. Арэ, Ф.Э. Прогноз переработки берегов небольших водохранилищ на льдистых многолетнемерзлых грунтах / Ф.Э. Арэ // Проблемы строительства в Якутской АССР. — 1974. — С. 190-197.

6. Арэ, Ф.Э. Роль повторно-жильных льдов в разрушении береговых обрывов на арктическом побережье / Ф.Э. Арэ // Тепловые процессы в мерзлых горных породах. — 1964. — С. 100-110.

7. Арэ, Ф.Э. Термоабразия берегов: автореф. дис.... д-ра геогр. наук: 25.00.08 / Арэ Феликс Эрнестович. — М.: МГУ, 1979. — 37 с.

8. Арэ, Ф.Э. Термоабразия морских берегов / Ф.Э. Арэ. — М.: Изд-во Наука, 1980. — 158 с.

9. Арэ, Ф.Э., Балобаев, В.Т., Босиков, Н.П. Особенности переработки берегов термокарстовых озер Центральной Якутии / Ф.Э. Арэ, В.Т. Балобаев, Н.П. Босиков // Озера криолитозоны Сибири. — 1974. — С. 39-53.

10. Арэ, Ф.Э., Киренский, К.А. Размываемость берегов, сложенных ледовым комплексом / Ф.Э. Арэ, К.А. Киренский // Береговые процессы в криолитозоне. — 1984. — С. 100-104.

11. Белоцкий, К.Н., Беркович, К.М., Брюханов, В.А., Демин, А.Г., Дьячков, В.Н., Гаррисон, Л.М., Кирюхина, З.П., Колосов, К.А., Ларионов, Г.А., Лодина, Р.В., Павлов, И.Н., Рыбина, Т.П., Рулева, С.Н., Смирнова, В.Г., Сурков, В.А., Чалов, Р.С. Русловые процессы на реках Алтайского региона / Р.С. Чалов, и др. — М.: Изд-во МГУ, 1996. — 241 с.

12. Беляев, Н.М. Сопротивление материалов / Н.М. Беляев. — М.: Изд-во Наука. — 1976. — 608 с.

13. Беркович, К.М., Злотина, Л.В., Сурков, В.В. Географические аспекты исследования русел и пойм рек в нижних бьефах гидроузлов / К.М. Беркович, Л.В. Злотина, В.В. Сурков // Труды Академии проблем водохозяйственных наук. Вып. 9. Проблемы русловедения. — 2003. — С. 31-43.

14. Билибин Ю.А. Основы геологии россыпей / Ю.А. Билибин. — М.: Изд-во АН СССР, 1955. — 472 с.

15. Васильев, А.А., Покровский, С.И., Шур, Ю.Л. Динамика термоабразионных берегов Западного Ямала / А.А. Васильев, С.И. Покровский, Ю.Л. Шур // Криосфера Земли. — 2001. — С. 44-52.

16. Вдовин, Ю.И., Гоголев, Е.С., Красавин, А.Н. Изменение профилей каналов в условиях распространения многолетней мерзлоты / Ю.И. Вдовин, Е.С. Гоголев, А.Н. Красавин // Водопропускные сооружения в условиях Крайнего Севера. — 1985. — С. 21-31.

17. Великанов, М.А. Динамика русловых потоков / М.А. Великанов. — М.: Изд-во Гостехиздат. — 1955. — 323 с.

18. Великанов, М.А., Бочков, Н.И., Швейковский, Н.Г. Исследование размывающих скоростей / М.А. Великанов, Н.И. Бочков, Н.Г. Швейковский // Сборник статей ГНТИ. — 1931. — С. 76-82.

19. Вельмина, Н.А. Гидрогеология центральной части Южной Якутии / Н.А. Вельмина, В.В. Узембло. — М.: Изд-во АН СССР, 1959. — 179 с.

20. Викулова, Л.И. Русловые процессы в земляных каналах / Л.И. Викулова // Труды Гидропроекта. — 1973. — С. 261-267.

21. Вотяков И.Н. Физико-механические свойства многолетнемерзлых грунтов Центральной Якутии. / И.Н. Вотяков. — М.: Изд-во АН СССР. — 1961. — 63 с.

22. Гоголев, Е.С. К методике прогнозирования тепловой переработки обрывистых берегов водохранилищ, сложенных сильнольдистыми грунтами / Гоголев Е.С. // Тезисы докладов Четвертого Всесоюзного совещания по изучению берегов сибирских водохранилищ. — 1975. — С. 73-74.

23. Гоголев, Е.С. Прогноз переработки берегов водохранилищ в суровых климатических условиях при колебаниях уровня воды / Гоголев Е.С. // Тезисы докладов Всесоюзного научно-технического совещания по динамике берегов водохранилищ, их охране и рациональному использованию. — 1979. — С. 35-38.

24. ГОСТ 25100-95. Грунты. Классификация. - М.: ИПК Издательство стандартов, 1997. - 38 с.

25. Григорьев, Н.Ф. Роль криогенных факторов в динамике побережья Якутии / Н.Ф. Григорьев // Океанология. — 1963. — С. 477-481.

26. Григорьев, Н.Ф. Роль криогенных факторов в формировании морских берегов Якутии / Н.Ф. Григорьев // Многолетнемерзлые породы и сопутствующие им явления на территории Якутской. — 1962. — С. 68-78.

27. Гуревич, В.М. Применение метода натурных моделей для прогнозирования переработки термоабразионных берегов водохранилищ / В.М. Гуревич // Береговые процессы в криолитозоне. — 1984. — С. 105-110.

28. Дебольская, Е.И. Динамика водных потоков под ледяным покровом / Е.И. Дебольская. — М.: Изд-во МГУ, 2003. — 263 с.

29. Дебольская, Е.И. Математическая модель русловых деформаций рек криолитозоны / Е.И. Дебольская // Водные ресурсы. — 2014. — С. 496-506.

30. Дебольская, Е.И. Формирование ниш вытаивания и их воздействие на русловые деформации (математическая модель) / Е.И. Дебольская // Ледовые и термические процессы на водных объектах России. — 2013. — С. 308-314.

31. Дебольская, Е.И., Дебольский, В.К., Грицук, И.И., Масликова О.Я., Ионов, Д.Н. Моделирование деформаций русел, сложенных мерзлыми породами, при повышении температуры окружающей среды / Е.И. Дебольская, В.К. Дебольский, И.И. Грицук, О.Я. Масликова, Д.Н. Ионов // Лед и Снег. — 2013. — С. 104-110.

32. Дебольская, Е.И., Остякова, А.В. Моделирование переноса загрязнений потоками в деформируемых руслах в условиях криолитозоны / Е.И. Дебольская, А.В. Остякова // Лёд и Снег. — 2013. — С. 107-112.

33. Дебольский, В.К. и др. Динамика русловых потоков и литодинамика прибрежной зоны моря / В.К. Дебольский, и др. — М.: Изд-во, Наука, 1994. — 303 с.

34. Дебольский, В.К., Ионов, Д.Н. , Грицук, И.И., Пономарёв, Н.К., Синиченко, Е.К. Лабораторное исследование деформаций берегового склона, включающего мерзлый грунт / В.К. Дебольский, Д.Н. Ионов, И.И. Грицук, Н.К. Пономарёв, Е.К. Синиченко // Вестник РУДН. — 2015. — С. 25-31.

35. Ермолаев, А.И. Анализ роли основных факторов и условий процесса абразионного переформирования берегов / А.И. Ермолаев //

Труды координационного совещания по

гидротехнике № 122. — 1977. — С. 201-207.

36. Ермолаев, А.И. К вопросу о разработке единой типо логической классификации берегов водохранилищ / А.И. Ермолаев // Труды Координационного совещания по гидротехнике. — 1976. — С. 121-127.

37. Ермолаев, А.И. Классификация термоабразионных берегов водохранилищ и прогнозирование их переработки / А.И. Ермолаев // Береговые процессы в криолитозоне. — 1984. — С. 85-92.

38. Жигарев, Л.А. Роль термоабразии и термоденудации в разрушении берегов / Л.А Жигарев // Береговые процессы в криолитозоне. — 1984. — С. 77-81.

39. Жигарев, Л.А., Совершаев, В.А. Термоабразионное разрушение арктических островов / Л.А. Жигарев, В.А. Совершаев // Береговые процессы в криолитозоне. — 1984. — С. 11-13.

40. Зырянов, В.Н., Лейбо, А.Б. Эволюция приливной волны в устье реки с ледяным покровом / В.Н. Зырянов, А.Б. Лейбо // Гидрофизические процессы в реках и водохранилищах. — 1985. — С. 246-257.

41. Ионов, Д.Н. , Грицук, И.И. Исследование деформаций берегов, сложенных многолетнемерзлыми грунтами, на лабораторной модели / Д.Н. Ионов, И.И. Грицук // Динамика и термика рек, водохранилищ и прибрежной зоны морей. — 2014. — С. 403-411.

42. Кальянов, В.П. Геоморфологические и гидрологические наблюдения на экспедиционном судне «Альбатрос» летом 1932 г. в Обь- Енисейской губе и прилегающей части Карского моря / В.П. Кальяно // Землеведение. — 1934.

43. Караушев, А.В. Гидравлика рек и водохранилищ / А.В. Караушев. — Л.: Изд-во Гидрометеоиздат. — 1965. — 418 с.

44. Караушев, А.В. Речная гидравлика / А.В. Караушев. — Л.: Гидрометеоиздат, 1967. — 418 с.

45. Кизяков, А.И., Лейбман, М.О., Передняя, Д.Д. Деструктивные рельефообразующие процессы побережий арктических равнин с пластовыми подземными льдами / А.И. Кизяков, М.О. Лейбман, Д.Д. Передняя // Криосфера Земли. — 2006. — С. 79-89.

46. Котляков, А.В., Грицук, И.И., Масликова, О.Я., Пономарёв, Н.К. Экспериментальное исследование влияния льдистости грунтов, слагающих русло рек, на динамику берегового склона / А.В. Котляков, И.И. Грицук, О.Я. Масликова, Н.К. Пономарёв // Лед и Снег. — 2011. — С. 92-98.

47. Кучмент, Л.С., Демидов, В.Н., Мотовилов, Ю.Г. Формирование речного стока. Физико-математические модели /Л.С. Кучмент, В.Н. Демидов, Ю.Г. Мотовилов. — М.: Изд-во, Наука, 1983. — 216 с.

48. Масликова, О.Я., Дебольский, В.К., Грицук, И.И., Ионов, Д.Н. Зависимость интенсивности береговых деформаций от угла уклона в условиях криолитозоны / О.Я. Масликова, В.К. Дебольский, И.И. Грицук, Д.Н. Ионов // Динамика и термика рек, водохранилищ и прибрежной зоны морей. — 2014. — С. 488-496.

49. Малик, Л.К., Факторы риска повреждения гидротехнических сооружений. Проблемы безопасности / Л.К.Малик // — М.: Изд-во, Наука, 2005. — 354 с.

50. Макаренко, Ф.А. Некоторые общие закономерности формирования термальных вод и их распределение на территории СССР / Ф.А. Макаренко // Проблемы геотермии и практического использования тепла Земли. — 1961. — С. 48-56.

51. Михайлов, В.М Пойменные талики Северо-Востока России: диссертация д-ра геогр. наук: 25.00.08 / Михайлов Владимир Матвеевич. — Якутск, 2005. — 244 с.

52. Молкин, Г.С. О прогнозировании переформирования берегов водохранилищ в районах многолетней мерзлоты / Г.С. Молкин // Исследования берегов водохранилищ. — 1972. — С. 83-85.

53. Некрасов, И.А. Талики речных долин и закономерности их распространения / И.А. Некрасов. — М.: Изд-во Наука, 1967. — 136 с.

54. О федеральной целевой программе «Мировой океан»[Электронный ресурс]. постановление Правительства Российской Федерации от 10 августа 1998 г. № 919 ред. от 18.12.2012 г.— Режим доступа: КонсультантПлюс.

55. Ободовский, А.Г., Цайтц, Е.С., Поплевич, Г.И., Федченко, О.С. Оценка руслоформирующей деятельности рек Украины под влиянием зарегулированности стока / А.Г. Ободовский, Е.С. Цайтц, Г.И. Поплевич, О.С. Федченко // Тезисы докладов V Всесоюзного гидрологического съезда. Секция русловых процессов и наносов. — 1986. — С. 232-242.

56. Петров, А. Г., Петров, П. Г. Вектор расхода наносов в турбулентном потоке над размываемым дном / А. Г. Петров, П. Г. Петров // Прикладная механика и техническая физика. — 2000. — С. 102-112.

57. Потапов, И.И. Уравнение русловых деформаций для несвязного грунта / И.И. Потапов // Вестник ТОГУ. — 2008. — С. 87-96.

58. Разумов, С.О. Проблемы гидротехнического строительства в криолитозоне / С.О. Разумов. — Якутск, 2009. — 29 с.

59. Разумов, С.О. Реакция криогенных комплексов арктического побережья на техногенные воздействия в нестационарных климатических условиях / С.О. Разумов // Материалы международной конференции «Теория и практика оценки состояния криосферы земли и прогноз ее изменений». — 2006. — С. 275-277.

60. Рекомендации по оценке и прогнозу размыва берегов равнинных рек и водохранилищ для строительства. — М.: Стройиздат, 1987. — 72 с.

61. Романовский, Н.Н. Талики в области многолетнемерзлых пород и схема их подразделения / Н.Н. Романовский // Вестник Московского университета. — 1972. — С. 23-34.

62. Сафьянов, Г.А. Динамика береговой зоны морей / Г.А. Сафьянов. — М.: Изд-во МГУ, 1973. — 175 с.

63. Соколов, А.А. Гидрография СССР / А.А. Соколов. — Л.: Гидрометеоиздат, 1952. — 287 с.

64. Смолина, С. Г. Прогноз изменений морфодинамики гидросети Западной Сибири вследствие глобального потепления для оценки проблем газовой отрасли / С. Г. Смолина // Труды ИСА РАН. — 2009. — С. 198-219.

65. Серебряков, А.В. Русловые процессы на судоходных реках с зарегулированным стоком / А.В. Серебряков. — М.: Изд-во Транспорт, 1970. — 126 с.

66. СП 38.13330.2012 Свод правил. Нагрузки и воздействия на гидротехнические сооружения (волновые, ледовые и от судов). Актуализированная редакция СНиП 2.06.04-82*. — М.: ФАУ «ФЦС». — 2012. — 116 с.

67. СП 39.13330.2012 Свод правил. Плотины из грунтовых материалов. Актуализированная редакция СНиП 2.06.05-84*. — М.: ФАУ «ФЦС». — 2012. — 94 с.

68. Сумгин, М.И. Общее мерзлотоведение / М.И. Сумгин, С.П. Качурин, Н.И. Толстихин, В.Ф. Тумель — М.: Изд-во АН СССР, 1940. — 340 с.

69. Суходольский С.Е. К вопросу о классификации таликов европейского Северо- Востока / С.Е. Суходольский // Мерзлотные исследования. — 1969. — С. 28-40.

70. Толстихин, Н.И. Подземные воды мерзлой зоны литосферы / Н.И. Толстихин. — М.: Изд-во Госгеолтехиздат, 1941. — 204 с.

71. Томирдиаро, С.В., Рябчун, В.К. Термоабразия и общая динамика берегов озер и водохранилищ на равнинах Крайнего Севера / С.В.Томирдиаро, В.К. Рябчун // Тезисы докладов Всесоюзного совещания по мерзлотоведению. — 1970. — С. 107-109.

72. Томирдиаро, С.В., Рябчун, В.К., Голодовкина, А.Д. Переработка льдонасыщенных берегов водоемов и водохранилищ на арктических и субарктических равнинах Северо-Востока СССР / С.В. Томирдиаро, В.К. Рябчун, А.Д. Голодовкина // Труды совещания по изучению берегов водохранилищ и вопросов дренажа в условиях Сибири. — 1969. — С. 244-260.

73. Федоров, В.В. Теория оптимального эксперимента / В.В. Федоров. — М.: Изд-во, Наука, 1971. — 312 с.

74. Фотиев, С.М. Особенности формирования и развития сквозных одопоглощающих и водовыводящих таликов в области многолетнемерзлых пород / С.М. Фотиев // Материалы пятого совещания по подземным водам Сибири и Дальнего Востока. — 1967. — С. 12-19.

75. Чалов, Р.С., Лю Шугуан, Алексеевский, Н.И. Сток наносов и русловые процессы на больших реках России и Китая (Северная Двина, Обь, Лена, Хуанхэ, Янцзы). / Р.С. Чалов, и др. — М.: Изд-во МГУ, 1999. — 212 с.

76. Швецов, П.Ф. Подземные воды Верхояно-Колымской горной складчатой области и особенности их проявления связанные с низкотемпературной вечной мерзлотой / П.Ф. Швецов. — М.: Изд-во АН СССР, 1951. — 279 с.

77. Шур, Ю.Л., Васильев, А.А., Вейсман, Л.И. и др. Новые результаты наблюдений за разрушением берегов в криолитозоне / Ю.Л. Шур, А.А. Васильев, Л.И. Вейсман, и др. // Береговые процессы в криолитозоне. — 1984. — С. 12-19.

78. Юрьев, И.В. Проблемы эксплуатации объектов газового комплекса в береговой зоне Западного Ямала / И.В. Юрьев // Криосфера Земли. — 2009. — С. 46-54.

79. Church, M. Hydrology and permafrost with reference to North America. /M. Church// Proceedings of Workshop Seminar. — 1974. — P. 119-129.

80. Clark, M.J. Advances in periglacial geomorphology. /M.J. Clark// Physical Geography. — 1988. — P. 299-322.

81. Coastard, F., Gautier, E., Brunstein, D., Hammadi, J., Fedorov, A., Yang, D. Impact of the global warming on the fluvial thermal erosion over the Lena River in Central Siberia / F. Coastard , E. Gautier, D. Brunstein, J. Hammadi, A. Fedorov, D. Yang, // Geophysical Research letters. — 2007. — P. 1-4.

82. Cooper, R.H., Hollingshead, A.B. River banks erosion in regions of permafrost. /R.H. Cooper, A.B. Hollingshead// Hydrology Symposium no. 9, University of Alberta, Edmonton. — 1973. — P. 407-454.

83. Debolskaya, E.A. Model of river bank deformations under simultaneous effect of the waves from hydropower plant and warming / E.A. Debolskaya // Evolving Water Resources Systems: Understanding, Predicting and Managing WaterSociety Interactions. — 2014. — P. 32-37.

84. Debolskaya, E.A. Mathematical model of reservoir and river bank deformations in permafrost regions under simultaneous effect of the waves and warming / E.A. Debolskaya // Engineering Geology for Society and Territory. — 2014. — P. 10-26.

85. Dupeyrat, L., Coastard, F., Randriamazaoro, R., Gailhardis, E., Gauter, E., Fedorov, A. Effects of Ice Content on the Thermal Erosion of Permafrost: Implications for Coastal and Fluvial Erosion / L. Dupeyrat, F. Coastard, R. Randriamazaoro, E. Gailhardis, E. Gauter, A. Fedorov // Permafrost and Periglacial Processes. — 2011. — P. 179-187.

86. Randriamazaoro, R., Dupeyrat, L., Costard, F., Carey, E. Gailhardis Fluvial thermal erosion: heat balance integral method / R. Randriamazaoro, L. Dupeyrat, F. Costard, E. Carey // Earth Surface Processes and Landforms. — 2007. — P. 1828-1840.

87. Reimnitz, E., Graves, S.M., Barnes, P.W. Map showing Beaufort Sea coastal erosion, sediment flux, shoreline evolution and erosional shelf

profile / E. Reimnitz, S.M. Graves, P.W. Barnes // USGS Miscellaneous. — 1988. — P. 69-80.

88. Scott, K.M. Effects of permafrost on stream channel behaviour in Arctic Alaska. /K.M. Scott// U.S. Geological Survey Professional Paper. — 1978. — P. 93-101.

89. Slaughter, C.W., Collins, C.M. Sediment load and channel characteristics in subarctic upland catchments. /C.W. Slaughter, C.M. Collins// Journal of Hydrology 20. — 1981. — P. 39-48.

90. Smith, M.W. Factors affecting the distribution of permafrost Mackenzie Delta: A thesis for the degree of Dc.of Ph. / M.W. Smith. — University of British Columbia, 1973. — P. 37-49.

91. Walker, J., Arnborg, L., Peippo, J. Riverbank erosion in the Colville Delta, Alaska / J. Walker, L. Arnborg, J. Peippo // Physical Geography. — 1987. — P. 61-70.

92. Yang, C.T. Erosion and sedimentation manual / C.T. Yang. — U.S. Department of the Interior Bureau of Reclamation, Technical Service Center Sedimentation and River Hydraulics Group. - Denver, Colorado. — 2006. — P. 39-48. — P. 42-53.

СПИСОК ИЛЛЮСТРАТИВНОГО МАТЕРИАЛА

Рисунок 1 - Зоны островного (1), прерывистого (2) исплошного (3)

распространения многолетнемерзлых пород на территории России......................14

Рисунок 2 - Схема существования сплошной мерзлоты с основными

принятыми обозначениями..........................................................................................15

Рисунок 3 - Схема существования слоистой мерзлоты с основными принятыми

обозначениями ............................................................................................................... 15

Рисунок 4 - Схема существования островной мерзлоты на фоне талого

грунта .............................................................................................................................. 16

Рисунок 5 - Схема существования линзовой мерзлоты на фоне талого грунта [2] 17

Рисунок 6 - Фото из Музея вечной мерзлоты в Игарке [61]....................................18

Рисунок 7 - Лед-цемент и сегрегационный лед

(Музей вечной мерзлоты в Игарке) [61].....................................................................19

Рисунок 8 - Туруханский район..................................................................................24

Рисунок 9 - Пример изменения во времени глубины многолетнего протаивания ММП (2^), м) под ложем водохранилища при температуре дна в полосе изобат: а - 6 °С, 2-5 м; Ь - 5,3 °С, 5-10 м; d - 4.7 °С, 10-20 м; g - 4 °С, >20 м. Средняя

температура ММП = - 1°С............................................................................................33

Рисунок 10 - Экспериментальная установка АгтйеШ S2-MK II.............................37

Рисунок 11 - Рабочий лоток (1); шпитценмасштаб (2); водослив (3); блок управления (4); бак отстойник (5); циркуляционный насос (6); расходометр (7);

задвижка (8); бак успокоитель (9) ............................................................................... 37

Рисунок 12 - Склон через 1 час проведения лабораторного эксперимента...........39

Рисунок 13 - Схема поперечного сечения с двумя пластинами льда до начала

таяния (а) и в процессе таяния (б)...............................................................................40

Рисунок 14 - Изменения ширины русла по глубине через 25 и 60 минут после

начала эксперимента.....................................................................................................46

Рисунок 15 - Эпюры продольных скоростей на разных вертикалях при и =0,1м/с

(а) и при и =0,22 м/с (б), рассчитанные разными способами....................................46

Рисунок 16 - Эпюры поперечных скоростей на разных вертикалях.......................47

Рисунок 17 - Рельеф берегового склона в начале таяния.........................................47

Рисунок 18 - Рельеф берегового склона через 60 минут после начала

эксперимента в двух проекциях без учета размыва.................................................48

Рисунок 19 - Рельеф берегового склона через 60 минут после начала

эксперимента в двух проекциях с учетом размыва..................................................49

Рисунок 20 - Распределения по вертикалям турбулентных касательных

напряжений....................................................................................................................50

Рисунок 21 - Распределения по вертикалям удельных поперечных расходов

наносов на единицу плотности....................................................................................50

Рисунок 22 - Рельеф берега в поперечно-вертикальной проекции через 1 час модельного времени при различных коэффициентах шероховатости в протаявших

областях..........................................................................................................................51

Рисунок 23 - Моделирование волны попуска в лабораторном лотке.....................53

Рисунок 24 - Зависимость смещения границы фазового перехода от времени (1),

ее линейная аппроксимация (2)...................................................................................55

Рисунок 25 - Рельеф берегового склона через 60 минут после начала численного

эксперимента, и лабораторного эксперимента соответственно...............................58

Рисунок 26 - Изменения положения берегового откоса (зависимость ширины русла от вертикальной отметки) через 30 минут после начала численного эксперимента при начальной температуре воды 7°С -2 и 9°С -3 (1- начальное

положение берегового откоса).....................................................................................59

Рисунок 27 - Распределения суммарных по времени отклонений отметок подстилающей поверхности от первоначального состояния по всем расчетным

створам для случая с наличием пластин в береговом откосе и без них..................60

Рисунок 28 - Рельеф берегового склона для случая с наличием пластин в береговом откосе и без них через 40 мин модельного времени после начала

эксперимента..................................................................................................................61

Рисунок 29 - Зависимость суммы отклонений отметок дна от параметра попуска...........................................................................................................................62

Рисунок 30 - Рельеф берегового склона в случае стационарного потока (без попуска), с параметром попуска к=1,2 и 1,5 через 40 мин модельного времени

после начала эксперимента..........................................................................................62

Рисунок 31 - Зависимость суммы отклонений отметок дна от продолжительности

попуска...........................................................................................................................63

Рисунок 32 - Рельеф берегового склона при попусках разной продолжительности

через 40 мин модельного времени после начала эксперимента...............................64

Рисунок 33 - Зависимость суммы отклонений отметок дна от параметра

связности........................................................................................................................65

Рисунок 34 - Рельеф берегового склона при различных параметрах связности

грунта через 40 мин модельного времени после начала эксперимента..................65

Рисунок 35 - Зависимость суммы отклонений отметок дна от времени................66

Рисунок 36 - Динамика рельефов при К попуска =1.2, Т попуска =2 сек..............66

Рисунок 37 - Результаты расчетов русловых деформаций, развивающихся при одновременном воздействии таяния грунта берегового склона и нестационарного водного потока: а - рельеф до начала волнового воздействия и нагревания, Ь -после волнового воздействия без нагревания, с - после волнового воздействия и нагревания, d - поперечные сечения (коричневым цветом обозначено сечение до

воздействия, зеленым - без таяния, синим - с таянием)...........................................70

Рисунок 38 - Результаты расчетов русловых деформаций, развившихся через 90 мин. таяния грунта берегового склона с пористостью е=0,25 и 0,7 и воздействия волны с двухкратным превышением начальной глубины потока

длительностью 2с..........................................................................................................71

Рисунок 39 - Изменение во времени суммарных деформаций после прохождения

кратковременной волны при условии таяния берегового склона...........................71

Рисунок 40 - Изменение деформаций по поперечному сечению для различных

модельных сценариев....................................................................................................72

Рисунок 41 - Зависимости деформаций, расходов, нормированные на их значения для базового сценария от различных параметров потока, отнесенных к параметрам базового сценария....................................................................................74

Рисунок 42 - Зависимость деформаций, нормированных на деформации базового сценария, от различных параметров модели и расхода потока, нормированных на

параметры и расход базового сценария......................................................................75

Рисунок 43 - Схема гидравлической модели.............................................................76

Рисунок 44 - Основные элементы экспериментальной установки:

волонопродуктор (а); пульт управления волнопродуктором (б)..............................77

Рисунок 45 - Общий вид экспериментальной установки.........................................77

Рисунок 46 - Процесс деформации модели в ходе эксперимента: верхняя часть модели выдержана в морозильной камере при температуре - 18°С (а); температура

грунта модели 24°С (б).................................................................................................79

Рисунок 47 - Общий вид модели: модель, подготовленная для проведения эксперимента (верхняя часть выдержана в морозильной камере при температуре -18°С) (а); модель, подготовленная для проведения эксперимента (температура

грунта модели 24°С) (б)................................................................................................80

Рисунок 48 - График зависимости объема деформации мерзлого и немерзлого

грунтов моделируемого склона при волновом воздействии....................................81

Рисунок 49 - График зависимости объема фильтрации от волновых параметров 82

Рисунок 50 - Поперечное сечение потока..................................................................87

Рисунок 51 - Фотография потока (а) и результат расчета концентраций примеси

(б) в момент достижения волной источника загрязнения.........................................90

Рисунок 52 - Фотография потока (а) и результат расчета концентраций примеси

(б) через 1 секунды после достижения волной источника.......................................91

Рисунок 53 - Фотография потока (а) и результат расчета концентраций примеси

(б) через 2 сек. после достижения волной источника...............................................92

Рисунок 54 - Зависимость момента начала таяния берегового склона в лотке от температуры грунта при разных температурах воды в потоке по данным

численного эксперимента.............................................................................................93

Рисунок 55 - Снимок, сделанный через 14 секунд после начала распространения примеси...........................................................................................................................94

Рисунок 56 - Распределения осредненной по глубине концентрации примеси в различные моменты времени и фото потока с примесью в лабораторном

лотке................................................................................................................................95

Рисунок 57 - Отметки дна в поперечном сечении (а) и их отклонения от

начального положения (б) в различные моменты времени......................................96

Рисунок 58 - Деформируемый рельеф русла через 720 секунд после начала таяния

(модельный расчет).......................................................................................................96

Рисунок 59 - Распределение поперечных скоростей в плоскости z - у через 720

сек. после начала таяния грунта по данным численного эксперимента.................97

Рисунок 60 - Распределения глубин по ширине поперечного сечения в потоках с

различными углами берегового откоса.......................................................................98

Рисунок 61 - Изменения во времени разницы между средними по всему объему рассматриваемого участка концентрациями примеси в деформируемом С^ и

недеформируемом русле С^, нормированной на С8мз............................................98

Рисунок 62 - Изменение отметок дна через 120 сек после начала таяния в потоках

с различными поперечными сечениями...................................................................100

Рисунок 63 - Изменение отметок дна через 820 сек после начала таяния в потоках

с различными поперечными сечениями...................................................................100

Рисунок 64 - Поперечные сечения потоков с разными углами берегового откоса через 120 (а) и 820 (б) секунд соответственно. Тонкими линиями обозначены

начальные недеформируемые сечения.....................................................................101

Рисунок 65 - Распределение поперечных скоростей в плоскости z - у в потоках с разными углами берегового откоса через 820 сек. после начала таяния грунта............................................................................................................................102