Процессы тепло-влагопереноса в почвенно-грунтовой толще и снежном покрове

• Автор: Лавров, Сергей Алексеевич
• Шифр специальности: 11.00.07
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 2000
• Место защиты: Санкт-Петербург
• Количество страниц: 259 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
ГЛАВА1. ФИЗИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ПРОЦЕССОВ МИГРАЦИИ, МОРОЗНОГО ПУЧЕНИЯ И ИНФИЛЬТРАЦИИ ВЛАГИ В ПРОМЕРЗАЮЩИХ И ОПАИВАЮЩИХ ПОЧВАХ И ГРУНТАХ.
1.1. Современное состояние вопросов тепловлагопереноса в промерзающих почвах и фунтах.
1.2 Установки для экспериментального исследования процессов тепловлагопереноса в почвах
1.3 Теоретические основы и выбор оптимальных условий измерения плотности и влажности почв методом гаммаскопии.
1.4. Результаты экспериментов по физическому моделированию процессов миграции и инфильтрации влаги в промерзающих и оттаивающих почвах.
1.5. Результаты экспериментов по исследованию морозного пучения водонасыщенных грунтов

ГЛАВА2. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ВОДНОИ ТЕПЛОФИЗИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК ТАЛЫХ И МЕРЗЛЫХ ПОЧВ.

2.1. Определение основной гидрофизической характеристики талых и

мерзлых почв

2.2. Определение коэффициентов влагопроводности талых и мерзлых
2.3. Использование преобразований подобия для определения воднофизических характеристик почв.
2.4. Определение коэффициентов теплопроводности талых и мерзлых
почв по данным об их воднофизических свойствах
3.4. Определение содержания незамерзшей влаги в мерзлых почвах.
ГЛАВА 3. МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ПРОЦЕССОВ ТЕПЛОМАССОПЕРЕНОСА В ПРОМЕРЗАЮЩИХ И ОТТАИВАЮЩИХ ПОЧВАХ
3.1. Исходные уравнения и параметры математической модели мифации и инфильтрации в талых и мрзлых почвах.
3.2. Алгоритм численной реализации модели
3.3. Результаты численных экспериментов по моделированию процесса миграции влаги в промерзающих почвах.
3.4. Результаты численных экспериментов по моделированию процесса инфильтрации в талых и мрзлых почвах
3.5. Математическое моделирование процессов тепло и массопереноса в мрзлых почвах при их взаимодействии с растворами солей
3.5.1 Основные характеристики тепло и массопереноса в засоленных
почвах.
3.5.2. Результаты расчта процессов взаимодействия мрзлого грунта с
раствором соли.
ГЛАВА 4. МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ СУММАРНОГО ИСПАРЕНИЯ
4.1.Радиационный баланс растительного покрова и поверхности почвы.
4.2. Характеристики турбулентного тепломассообмена в системе почварастительный покроватмосфера
4.3. Характеристики теплои влагообмена почвенного покрова
4.4. Водные свойства растений
4.5. Алгоритм реализации модели испарения
4.6. Тестирование модели испарения.
4.7. Численные эксперименты по оценке влияния различных факторов на
величину испарения.
ГЛАВА 5. МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ФОРМИРОВНИЯ И ТАЯНИЯ СНЕЖНОГО ПОКРОВА
5.1 Исходные уравнения модели
5.2 Физические свойства снежного покрова.
5.3. Алгоритм численной реализации модели
5.4 Результаты численных экспериментов
ЗАКЛЮЧЕНИЕ.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ


ГПф , гПк соответственно вклад фотоэффекта и комптонэффекта в коэффициент поглощения гаммаквантов веществом. К, К2 коэффициенты пропорциональности. Подставляя 1. При анализе выражения 1. Со и Сэ7 не дадут положительного результата. Это следует из того, что в поглощение водой и почвой гаммаквантов, испускаемых этими изотопами, основной вклад вносит комптонэффект. При этом выражение 1. Выбрав в качестве источников изотопы Сб1 и америция 1 Ат1 , получим выполнение неравенства 1. Ат1 лежит в области фотоэффекта, а Сб7 комптонэффекта. При использовании метода гаммапросвечивания важно оценить оптимальные условия проведения экспериментов, то есть определить толщину исследуемого слоя почвы, при которой погрешность измерения влажности была бы минимальной. Точность измерения влажности, без учета аппаратурной погрешности, определяется среднеквадратической погрешностью измерения скорости счета , которая равна V. Эта формула определяет точность измерения влажности при заданной погрешности измерения скорости счета и толщине образца почвы. Как следует из ее анализа, увеличение толщины образца почвы способствует уменьшению погрешности измерения влажности. Таким образом, существует оптимальное значение Хпо , при котором 6Л будет минимальной. В работе 5 на основе соотношения 1. Хпо Для этой цели выражение 1. Хп и приравнивается 0. Однако, выражение 1. В этом случае в формуле 1. Величина а определяется условиями эксперимента, например, необходимой толщиной теплоизоляции при проведении опытов по промораживанию почвы. Подставляя 1. Хпо находим более точное выражение для определения оптимальной толщины почвенной колонки. Используя массовые коэффициенты ослабления 7п , Шв, а также средние значения рп, Кинг 5 нашел, что в диапазоне изменения влажности от 0 до полного насыщения величина Хпо , рассчитанная по формуле 1. Сэ7 и 4. Ат1. Вычисляя Хпо по нашей формуле 1. Хпо составляет 7. Сэ7 и см для Ат1, то есть существенно меньше. Аналогично 1. Используя первое уравнение системы 2. ХП0Ьх 2Ь2 ехрХГ,0Ь2 2
. Ьг тпхр ттрв1У Ь2 тН2р тВ2рIV . Уравнение 1. Для изотопов Сэ7 и Ат1 с активностью А мкюри Сз7 и А2 0 мкюри Ат1, при а см, Хпо см. На рис. Хпо к погрешности измерения при других значениях Хп от величины Хпо При этом величина а принималась равной см. Например, как следует из рис. Сэ7, в 5 раз. Это можно компенсировать согласно выражению 1, увеличением времени экспозиции регистрации гаммаквантов или мощности источника в раз, что не всегда возможно. Так при использовании непрерывной регистрации вертикального профиля влажности на двухкоординатный самописец, время экспозиции лимитируется скоростью движения установки гаммапросвечивания вдоль монолита. Поэтому непрерывная запись использовалась нами лишь в экспериментах с монолитами почвы толщиной см, то есть близкой к оптимальной. Используя выражения 1. Для этой цели воспользуемся следующими исходными данными ГПв1 0. Сз7 П1в2 0. Ш 0. Хп см. Величина V определяет относительную среднеквадратическую погрешность регистрации гаммаизлучения. Реальная величина этой погрешности равна 0 Подставляя эти данные в формулы 1. Сэ7 4 0. V 0. Практика использования метода гаммапросвечивания показала, что реальная погрешность измерения влажности лежит в пределах 0 долей объема, тот есть близка к теоретической. Оценка реальной погрешности производилась нами двумя способами. Вопервых, путем сопоставления результатов определения влажности методом гаммапросвечивания с весовым. Вовторых, использовались данные по моделированию процесса миграции при постоянном уровне грунтовых вод. При этом сравнивалось количество влаги мигрирующей к фронту промерзания, измеряемое с помощью подпитывающего устройства, с изменением влагозапаса в почвенной колонке, получаемым методом гаммаскопии. Такие сопоставления позволили, наряду с оценкой погрешности измерения, получить более реальные, чем табличные значения коэффициентов поглощения ГПв и ГПп . Результаты экспериментов по физическому моделированию процессов миграции и инфильтрации влаги в промерзающих и оттаивающих почвах.