Физика вод суши by Винников С.Д., Викторова Н.В. (z-lib.org)

п р е д е л е н и и э п ю р ы ск о р о с т и в е тр а . Т а к , н а п р и м е р , н а а к в а то р и и

в о с т о ч н о й ч а с т и Ф и н с к о го з а л и в а п р и н а т у р н ы х и ссл е д о в а н и я х

В .П . Б е р д е н н и к о в ы м и А .Г . Д е р ю ги н ы м б ы л а за ф и к си р о в а н а а б со ­

л ю тн а я ш е р о х о в а то сть н а п о в е р х н о сти л ед ян о го п о к р о в а до 0 ,2 м .

У ч и т ы в а я э т о т ф а к т , р а сс м о т р и м з н а ч е н и я в о з м о ж н ы х к о л е б а н и й к о э ф ф и ц и е н та а э р о д и н а м и ч е ск о й н а г р у з к и а 2 .

С о гл а с н о м о д е л и т у р б у л е н т н ы х п о то к о в И .К . Н и к и т и н а , о б ­

и т у р б у л е н т н ы м я д р о м . Х о т я т о л щ и н а п о д сл о я м а л а п о ср а в н е н и ю с о б щ е й гл у б и н о й п о то к а , о д н а ко э т о т сл о й и гр а е т ч р е зв ы ч а й н о в а ж н о е зн а ч е н и е в п ер е д ач е к о л и ч е с т в а д в и ж е н и я .

И .К . Н и к и т и н п о л у ч и л сл е д у ю щ и е в ы р а ж е н и я , о п и с ы в а ю ­

301

е м ся в ы р а ж е н и е м д л я о п р е д е л е н и я к а са те л ь н о го н а п р я ж е н и я н а

ф о р м ул е (8 .5 0 ). С р а в н е н и е п о л у ч е н н ы х зн а ч е н и й м е ж д у со б о й п о ­ к а зы в а е т, ч т о к а са те л ь н о е н а п р я ж е н и е , о п р ед е л е н н о е п о ф о р м ул е

(8 .5 0 ), п о ч т и в 6 р а з б о л ь ш е зн а ч е н и я , о п р е д е л е н н о го п о ф о р м ул е

Т а к и м о б р а зо м , и з п о сл е д н е й с т р о к и та б л и ц ы сл е д у е т , ч т о к о э ф ф и ц и е н т а э р о д и н а м и ч е ск о й н а гр у з к и (в н е я в н о м в и д е ) н а л е ­

302

8.9.3. Расчёт размеров навала льда на береговой откос

П р е ж д е в се го о б р а ти м ся к си л о в о м у м е то д у р а сч е та н ав ал о в

льд а , р а зр а б о т а н н о м у В с е с о ю з н ы м н а у ч н о -и ссл е д о в а т е л ь ск и м и н ­

а д л и н а о д н о сл о й н о го н а д в и га сп л о ш н о го л ьд а н а о т к о с п о ф о р м ул е

е н т тр е н и я л ь д а п о п о в е р х н о с т и о т к о са ; р - п л о т н о с т ь л ьд а ; h -

то л щ и н а л е д я н о го п о к р о в а ; С - си л а сц е п л е н и я л ь д а с о сн о в а н и е м . П о ф о р м ул е (8 .1 1 6 ) в ы с о т а л ь д а в н ав ал е Нр о т сч и т ы в а е тс я

о т у р о в н я в о д ы , со о тв е т ств у ю щ е го п е р и о д у в с к р ы т и я в о д о е м а ото л ьд а. Р а с ч е т ы п о к а з ы в а ю т , ч т о ч е м то л щ е л е д я н о й п о к р о в , те м су щ е с тв е н н о м е н ь ш е в ы с о т а н а в а л о в л ь д а н а о т к о с ы со о р у ж е н и й

п р и о д н и х и т е х ж е у с л о в и я х н а в а л о о б р а зо в а н и я . П р и э то м в ы с о т а н а в а л о в н е з а в и с и т о т у г л а о т к о с а со о р у ж е н и я а . С л е д о в а те л ь н о ,

р е зу л ь та ты р а сч е то в п о э то й ф о р м у л е д о л ж н ы в ы зы в а ть со м н е н и е .

А н а л и з ф о р м у л ы (8 .1 1 7 ) и о б р а щ е н и е к п е р в о и с то ч н и к у п о к а ­

зал и , ч т о ее а в то р ы п о д м е н и л и те р м и н « н а д в и г льд а» н а б ерега и

о т к о сы со о р у ж е н и й те р м и н о м « н а в а л льд а » и о ш и б о ч н о р е ко м ен д о ­ в ал и ф о р м у л у В .К . Т р о й н и н а , п о л у ч е н н у ю и м д ля р а сч е та в ы с о ты н ад в и га , п р и м е н я ть д л я р а сч е та в ы с о т ы н ав ал о в л ьд а н а ги д р о те х ­ н и ч е ск и е со о р уж е н и я . П р и э то м о н и в н е сл и и зм е н е н и я в ф о р м ул у Т р о й н и н а , зам е н и в у го л о т к о са б ерега и л и со о р у ж е н и я а н а у го л е сте ств е н н о го о т к о са л ьд а в н ав ал е ф 0 .

303

Н ал е д ь - м н о го с т р у к т у р н о е о б р а зо в а н и е . О н а с о с т о и т и з

л ь д а , л и н з в о д ы , п у з ы р ь к о в в о з д у х а и со л е й , в ы п а д а ю щ и х в о са д о к п р и за м е р за н и и м и н е р а л и зо в а н н о й в о д ы (к а к п р а в и л о , п о д зе м н о й

о р у ж е н и я , о б р а зо в а в ш и й ся п р и за м е р за н и и п е р и о д и ч е ск и и зл и ­ в а ю щ е й ся (и л и о са ж д а ю щ е й ся ) п р и р о д н о й и л и т е х н о ге н н о й во д ы .

8.10.1. Формирование наледи

л я ю щ и х в ы х о д в о д ы к п о в е р х н о с т и н а м о р а ж и в а н и я В .Р . А л е к с е е в

[3 ], н а п р и м е р , в ы д е л я е т 15 т и п о в н а л е д н о го л ьд а, о б ъ е д и н е н н о го в т р и к л а сса . Р а ссм о тр и м и х к а к н аи б о л е е р а ск р ы в а ю щ и е у сл о в и я

К л а с с II . Наледи поверхностных вод. О н и п о д р азд е л яю тся н а

в п о д л е д н о м п о то к е , з а к у п о р к а ж и в о го се ч е н и я в н у т р и в о д н ы м л ьд о м , ш у го й , п о д тя ж е ст ь ю сн е га , в ы п а в ш е го н а л е д я н о й п о к р о в ,

3 0 5

п е р е м е р за н и е в о д о то ка , в о зв р а т н о -п о ст у п а т е л ь н о е д в и ж е н и е во д ­ н ы х м а сс п р и в е тр о в о м н а го н е , п р и л и в а х , в о л н е н и и , в о зв р а тн о ­

п о сту п а те л ь н о е д в и ж е н и е э л е м е н то в ги д р о т е х н и ч е с к и х со о р у ж е ­

н и й , сб р о с п р о м ы ш л е н н ы х и б ы т о в ы х в о д , п о с т у п л е н и е та л о й в о ­ д ы и т .п .

о са ж д а ю щ а я ся ) во д а м о ж е т и м е ть к а к т о л щ и н у п л е н к и , т а к и г л у ­

л и я н и я н а н е е , н а м и р а сс м о т р е н ы в ы ш е в гл а в е 6. А са м а за д ач а о т

т у р у . П р и э то м в н е к о т о р ы х с л у ч а я х м а те р и а л , ее сл а га ю щ и й , м е ­ н я е т св о е агр е га тн о е со с то я н и е (н а п р и м е р , л е д ).

С та д и я I. О хл а ж д е н и е р а ст е к а ю щ е й ся п о п о в е р х н о сти н а м о ­

н и и в о д ы э н та л ь п и я ее б у д е т у м е н ь ш а т ь с я к а к за с ч е т те п л о о тд а ч и

в а тм о сф е р у , т а к и за с ч е т з а тр а ты э н е р ги и н а та я н и е льд а. П р и

э то м п о л о ж е н и е гр а н и ц ы в о д а -л е д б у д е т м е н я ть ся . Е е м е ст о п о л о ­ ж е н и е н ай д е м и з сл е д у ю щ е го у р а в н е н и я те п л о в о го б а л а н са (см .

за д а ч у С те ф а н а , п .5 .4 ):

306

гд е Е, - сл о й в о д ы ; Хл и Хт- со о тв е т ств е н н о к о э ф ф и ц и е н ты т е п ­

л о п р о в о д н о с ти л ь д а и т у р б у л е н т н о й те п л о п р о в о д н о сти во д ы .

С ц ел ь ю о п р е д е л е н и я те м п е р а ту р ы в о д ы и л ь д а в у р а в н е н и и

о б у сл о в л е н н ы е со л н е ч н о й р ад и ац и е й .

Ч т о б ы р е ш и т ь п о с т а в л е н н у ю за д а ч у с п о м о щ ь ю у р а в н е н и й

(8 .1 2 1 ) - (8 .1 2 3 ), н е о б хо д и м о зад ать н а ч а л ь н ы е и гр а н и ч н ы е у с л о ­

ви я . Ф о р м у л и р о в к а э т и х у с л о в и й у ж е и зл о ж е н а в п . 3 .1 0 , 5 .4 : с и с ­ те м а р е ш а е тс я п р и за д а н и и н а п о в е р х н о с т и в о д ы г р а н и ч н ы х у с л о ­

льд а. П о сл е то го к а к в о д а н а п о в е р х н о с т и н а м е р за н и я о х л а д и тся до

0 ° С (с х е м а о хл а ж д е н и я в о д ы с ее п о в е р х н о с т и и зо б р а ж е н а н а р и с. 7 .7 ) б у д е т п р о и сх о д и ть п р о ц е сс ее п е р е о хл а ж д е н и я . Г л у б и н а п е р е ­

о х л а ж д е н и я з а в и си т о т со с то я н и я , п р и к о то р о м о н а н а х о д и тся , и

307

п о в ы ш е н н о й т у р б у л е н т н о с т и н а л е д н о го п о то к а , о б у сл о в л е н н о й

те ч е н и е м и в е тр о в ы м в о л н е н и е м , в н у т р и в о д н ы й л е д р а сп р е д е л я е т­

ся р ав н о м е р н о п о в се й гл у б и н е . Н а м и зв е с тн о , ч т о лед л е гч е в о д ы .

б о й к о р к у л ьд а. П р и сп о к о й н о м о х л а ж д е н и и в о д ы с ее п о в е р х н о ­

ст и без в н у т р е н н е го п е р е м е ш и в а н и я к о р к а л ьд а о б р а зу е тся в р е ­

зу л ь та те за м е р за н и я п р и п о в е р х н о стн о го сл о я то л щ и н о й 5 « 10 м м .

П р о ц е с с за м е р за н и я э то го сл о я о п и с ы в а е тс я у р а в н е н и е м т е ­

гд е А т - п ер и о д в р е м е н и за м е р за н и я к о р к и л ь д а то л щ и н о й 8.

В у р а в н е н и и (8 .1 2 4 ) у ч и т ы в а е т с я то л ь к о к о н в е к т и в н ы й т е п ­ л о о б м е н в о д н о й п о в е р х н о сти с а тм о сф е р о й QK. П р а к т и к а р а сч е то в

о хл а ж д е н и я в о д ы д ля зи м н е го п е р и о д а п о к а зы в а е т , ч т о д р у ги м и

за м е р зш а я л и н за во д ы . П р и п о с т у п л е н и и в о л н ы хо л о д а э т а л и н за

в а ть ся у р а в н е н и е м (8 .4 ) и е го р е ш е н и е м (8 .2 3 ). Э т а за д ач а н а м у ж е

зн ако м а .

В за к л ю ч е н и е о тм е ти м , ч т о м н о го к р а тн о е и зл и я н и е во д ы п р и в о д и т к м н о го с л о й н о сти н а л е д и , в н у т р и к о то р о й м о гу т б ы ть з а к л ю ч е н ы л и н зы в о д ы (р а сс о л а ).

В сл у ч а е в ы п а д е н и я н а п о в е р х н о с т ь ка п е л ь д о ж д я , в е т р о в ы х б р ы зг , м о р о си и ко н д е н са ц и и в о д я н о го п а р а п р о и сх о д и т о б р а зо в а ­ н и е н а н е й б е л о го зе р н и сто го н ал е та . П р и э то м е сл и в ы п а д а ю т

3 0 8

к р у п н ы е к а п л и , и м е ю щ и е б о л ь ш о й за п а с т е п л о т ы , то о н и , п ре ж д е ч е м за м е р зн у ть , р а ст е к а ю тс я , о б р а зу я т о н к и й сл о й в о д ы . П о сл е

И сп а р е н и е н ал ед н о го л ьд а о б у сл о в л е н о со л н е ч н о й р ад и ац и ей ,

в е р х н о сти п о я в л я ю тся ч а ш е о б р а зн ы е у гл у б л е н и я , а в ц ело м о б р а зу ­ е тся в о л н и сты й р ельеф . Э т о о б ъ я сн я е тся п о в ы ш е н н о й в о зго н ко й

и зв е стн о , ч то и сп а р е н и е те м б о л ь ш е , ч е м в ы ш е те м п е р а ту р а в о зд уха

и н и ж е его в л а ж н о сть . С у в е л и ч е н и е м ск о р о сти в е тр а и сп а р ен и е с

н ал ед и та к ж е у в е л и ч и в а е тся . М е то д ы и э м п и р и ч е ск и е ф о р м ул ы для оп р ед елен и я и сп а р е н и я с п о в е р х н о сти л ьд а р а ссм о тр е н ы в п . 9.

И зм е р е н и я м и у с т а н о в л е н о , ч т о д л я у с л о в и й С и б и р и сл о й и с п а р и в ш е й с я н а л е д и за з и м н и й п е р и о д (в п е р е сч е т е н а сл о й в о ­ д ы ) с у ч е т о м к о н д е н са ц и и в л а ги со с т а в л я е т п о р я д к а 5 - 10 см .

В з а с у ш л и в ы х р а й о н а х З а б а й к а л ь я и М о н го л и и за з и м у л ь д а м о ­

с о л н е ч н о й р ад и ац и и , ад в е кц и и т е п л ы х м а сс в о зд у х а и те п л о ты ,

п о с т у п и в ш е й с н и з у ). С л о й ст а и в а н и я л ьд а с п о в е р х н о сти н ал ед и о п р е д е л и м , е сл и за п и ш е м д ля н ее у р а в н е н и е те п л о в о го б ал а н са :

(8Л25>

309

гд е т - в р е м я в се к у н д а х , за ко то р о е р а с с ч и т ы в а е т с я та я н и е льд а.

Ф о р м у л а (8 .1 2 6 ) з а п и са н а д ля с л у ч а я , к о гд а во д а, о б р а зо ­

н а м н о го у сл о ж н я е т ся . Д л я н ее п о к а н а й д е н ы то л ь к о п р и б л и ж е н ­ н ы е р е ш е н и я , п о э то м у зд есь о н и н е р а ссм а тр и в а ю тся .

В сл у ч а е о т с у т с т в и я м е т е о р о л о ги ч е ск и х д а н н ы х , н а п р и м е р ,

а к ти н о м е тр и ч е ск и х н а б л ю д е н и й и д р ., н е о б х о д и м ы х д ля в ы п о л н е ­ н и я р а сч е то в п о ф о р м ул е (8 .1 2 6 ), р а сч е т hn п р о и зв о д я т п о э м п и ­

р и ч е ск о й ф о р м ул е (с м . « Р а с ч е т п о д зе м н о го п и та н и я р е к к р и о л и то ­

н ал ед и . П р и э то м в зн а ч и те л ь н о й ст е п е н и н а е го зн а ч е н и и с к а з ы ­ в а ю тс я н о ч н ы е за м о р о зки . И з э то го сл е д у е т , ч т о к о э ф ф и ц и е н т а т

- х а р а к т е р и сти к а м е н я ю щ а я ся с те ч е н и е м в р е м е н и .

310