Теоретическое исследование процессов термоэрозии и термокарста многолетнемерзлых пород

• Автор: Хусаинова, Зиля Ринатовна
• Шифр специальности: 01.04.14
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2007
• Место защиты: Уфа
• Количество страниц: 148 с. : ил.

ГЛАВА 1. СОСТОЯНИЕ ПРОБЛЕМЫ ИССЛЕДОВАНИЯ ПРОЦЕССОВ ТЕРМОЭРОЗИИ И ТЕРМОКАРСТА ГРУНТОВ КРИОЛИТОЗОНЫ

1.1. Физические основы моделирования процесса термоэрозии

МНОГОЛЕТНЕМЕРЗЛЫХ ПОРОД

1.1.1. Развитие основных представлений о процессе термоэрозии

1.1.2. Условия возникновения термоэрозии и ее механизм

1.2. Физические основы моделирования процесса термокарста

1.2.1 Эволюция понятийной модели термокарста как физического процесса23

1.2.2. Условия возникновения термокарста и его механизм

1.2.3. Тепловые осадки при оттаивании мерзлых грунтов

1.2.4. Температурный режим термокарстовых озер

Выводы К ГЛАВЕ

ГЛАВА 2. ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОЦЕССОВ ТЕРМОЭРОЗИИ
2.1. Физико-математическая модель термоэрозии многолетнемерзлых грунтов
2.2. Аналитическое исследование процесса термоэрозии
2.2.1. Модель термоэрозии при переменной температуре водотока
2.2.2. Модель термоэрозии при постоянной температуре водотока
2.2.3. Исследование зависимости фронта протаивания от фронта эрозии
2.2.4. Исследование зависимости скорости фронта протаивания от теплофизических параметров грунтов
2.3. Численное моделирование процесса термоэрозии
2.3.1. Постановка термогидродинамической задачи моделирования процесса термоэрозии
2.3.2. Метод численного решения задачи
2.3.3 Анализ результатов численного моделирования
Выводы к Главе

ГЛАВА 3. ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОЦЕССОВ ТЕРМОКАРСТА
3.1. Физико-математическая модель термокарста
3.2. Моделирование процесса термокарста с учетом консолидации талого грунта
3.2.1. Физико-математическая модель фильтрационной консолидации при оттаивании грунта
3.3. Моделирование температурного режима в системе «термокарстовое озеро - мерзлый грунт»
3.3.1. Исследование температурного режима с учетом солнечной радиации97
3.3.3. Численное моделирование процесса термокарста
3.3.2. Исследование температурного режима при неоднородном поглощении солнечной радиации
Выводы к главе
ГЛАВА 4. МЕТОДИКА ПРОГНОЗА ТЕРМОЭРОЗИИ
4.1. Обзор направлений и методов прогнозирования процесса термоэрозии
4.2. Разработка методики прогноза процесса термоэрозии
4.2.1. Классификация термоэрозионного процесса в зависимости от влияния физических факторов
4.2.2. Разработка методики прогноза термоэрозии
4.2.3. Пример расчета прогнозных характеристик по данным полевых исследований
Выводы к главе
ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

Актуальность темы. Освоение Субарктической зоны России сопровождается интенсивным техногенным воздействием на природную среду. При этом значительными по своим масштабам являются геокриологические процессы на поверхностном слое криолитозоны (зона распространения многолетнемерзлых пород), такие как термокарст, термоэрозия, термоабразия, солифлюкция и т.д., которые приводят к нарушению ландшафтов. Наиболее распространенными и опасными геокриологическими процессами являются термоэрозия и термокарст многолетнемерзлых пород. Следствием термоэрозии являются деградация мерзлоты, подтопление и заболачивание территорий, возникновение развитой сети промоин и оврагов. При явлениях термокарста образуются преимущественно отрицательные формы рельефа, нередко превращающиеся в озера, провалы, подземные полости и другие формы. Активное развитие этих процессов усиливает геоэкологический риск и способствует возникновению проблем по безопасности технологических объектов.
Прогнозирование развития геокриологических процессов служит основой создания методов управления мерзлотными процессами с целью обеспечения охраны ландшафтов и безопасности сооружений. Научной основой прогноза являются количественные методы, основанные на физико-математическом моделировании термоэрозионных и термокарстовых процессов с учетом определяющих их теплофизических и гидромеханических факторов.
В связи с вышеизложенным является актуальным моделирование и исследование на основе предложенных моделей основных закономерностей процессов термоэрозии и термокарста многолетнемерзлых пород.
Целью работы является исследование термоэрозионных и термокарстовых процессов многолетнемерзлых пород путем создания физико-математических моделей с учетом гидромеханических и теплофизических факторов и разработка на этой основе методик расчета и прогноза основных характеристик этих процессов. В соответствии с поставленной целью решались следующие задачи:

склона и т.д. В общем случае функция F(x,/,/г) может быть локальной или распределенной как по координате х, так и по времени /.
Объединяя это уравнение с выражением (2.1) получаем квазилинейное гиперболическое уравнение относительно И{х,{):
— + аткт~1
& дх К ’
Очевидны соотношения для скорости и глубины потока жидкости:
у = *(<) = £(')-£,(<) (2-3)

здесь £(/) - граница свободной поверхности водного потока, £,(/) - фронт размыва талого грунта (рис.2.1).
Закон движения поверхности размыва талого грунта (эрозии) определяется через уравнение неразрывности для частиц грунта (аналог используемого в гидрологии уравнения деформации подвижного дна водотока) [14,24]:
— + (1 - дх 5л
Здесь - расход твердых частиц на единицу ширины склона, С -льдистость мёрзлого грунта. Уравнение (2.4) написано в приближении движения влекомых наносов. Величина qs в основном зависит от двух факторов: скорости движения жидкости и размеров частиц грунта. Тогда в качестве замыкающего соотношения можно использовать зависимость
Я,=чФ)- (2.5)
Обычно используется степенная зависимость (р{и) = А17к , где Л и К -эмпирические параметры.
Из (2.1) и (2.2) исключим д, используя первое уравнение (2.3):
V = аЬт-1;
дк дШ
— + = 0.
Э/ дх
Конкретизируем параметры ант для различных режимов течения [36,56].
При ламинарном движении а - —, т = 3. Тогда
2 V