ISSN 2304-6600 (Online)
ISSN 1997-0935 (Print)



ГИДРАВЛИКА. ИНЖЕНЕРНАЯ ГИДРОЛОГИЯ. ГИДРОТЕХНИЧЕСКОЕ СТРОИТЕЛЬСТВО

Оценка скорости потока при ледоходе и прорыве затора в устьях рек криолитозоны

  • Долгополова Долгополова Елена - Институт водных проблем Российской академии наук (ИВП РАН)
DOI: 10.22227/1997-0935.2018.8.984-991
Страницы: 984-991
Предмет исследования: изучен метод расчета увеличения расхода воды при весеннем вскрытии водотоков в криолитозоне. Рассмотрены особенности вскрытия водотоков устьевых областей рек в криолитозоне: ледоход, регулярное образование и прорыв заторов, катастрофические наводнения и ямы размыва. Описаны методы прогноза затора, связанные с оценкой расхода воды выше потенциального створа скопления льда. Цели: теоретическое исследование распределения скорости течения по глубине потока во время ледохода, и его применение для оценки скорости потока при ледоходе. Материалы и методы: проанализированы результаты работ, описывающих дистанционные методы оценки скорости льда на поверхности воды. Методы аэрофотосъемки и космического мониторинга позволяют рассчитать скорость потока и расход воды при ледоходе. Исследуются возможности описания распределения скорости потока по глубине с помощью логарифмического и степенного закона. Отмечаются преимущества оценки сопротивления потока с помощью коэффициента Дарси-Вейсбаха по сравнению с коэффициентом шероховатости Маннинга. Результаты: приводится описание применения степенного профиля скорости течения для определения удельного расхода потока воды с льдинами на поверхности. Интегрирование значений удельного расхода по поперечному сечению с использованием независимо измеренных глубины и уровней воды позволяет получить расход воды в потоке. Метод предполагает, что сплоченность льдин невелика, и профиль скорости практически не отличается от профиля открытого потока за счет быстрого движения льда по поверхности воды. Расчетная величина удельного расхода воды включает в себя расход воды, увлекаемой льдом, внутри проницаемого слоя льда. Приводятся величины пористости проницаемого слоя льда при ледоходе в реках. Выводы: применение степенного профиля скорости течения для оценки расхода воды во время ледохода имеет ряд преимуществ по сравнения с логарифмическим. Отпадает необходимость определения коэффициента шероховатости русла во время ледохода, что не менее трудно, чем оценка расхода воды. Усовершенствованный метод позволяет уменьшить ошибку по сравнению с методом, использующим логарифмический профиль скорости потока.
  • устья рек;
  • многолетнемерзлые породы (ММП);
  • половодье;
  • ледоход;
  • ледяные заторы;
  • расход воды;
Литература
  1. Долгополова Е.Н. Влияние мерзлых грунтов на сток наносов в устьях рек в криолитозоне // Актуальные вопросы развития науки в мире : мат. XXVI Междунар. конф. Евразийского Научного Объединения (г. Москва, апрель 2017 г.) / гл. ред. М.Ю. Орлов. М. : ЕНО. 2017. 194 с.
  2. Walvoord M.A., Kurylyk B.L. Hydrologic impacts of thawing permafrost - a review // Vadose Zone Journal. 2016. No. 6 (15). 20 p. DOI: 10.2136/vzj2016.01.0010.
  3. Morse P.D., Burn C.R., Kokelj S.V. Influence of snow on near-surface ground temperatures in upland and alluvial environments of the outer Mackenzie Delta, Northwest Territories // Canadian Journal of Earth Sciences. 2012. No. 8 (49). Pp. 895-913. DOI: 10.1139/e2012-012.
  4. Coleman K.A., Palmer M.J., Korosi J.B., Kokelj S.V., Jackson K., Hargan K.E. et al. Tracking the impacts of recent warming and thaw of permafrost peatlands on aquatic ecosystems: A multi-proxy approach using remote sensing and lake sediments // Boreal Environment Research. 2015. Vol. 20. Pp. 363-377. URL: http://hdl.handle.net/10138/228213.
  5. Ekici A., Beer C., Hagemann S., Boike J., Langer M., Hauc C. Simulating high-latitude permafrost regions by the JSBACH terrestrial ecosystem model // Geoscientific Model Development. 2014. Vol. 7. Pp. 631-647. DOI: 10.5194/gmd-7-631-2014.
  6. Wendler G., Gordon T., Stuefer M. On the precipitation and precipitation change in Alaska // Atmosphere. 2017. No. 8 (253). Pp. 1-10. DOI: 10.3390/atmos8120253.
  7. Rood S.B., Kaluthota S., Philipsen L.J., Rood N.J., Zanewich K.P. Increasing discharge from the Mackenzie River system to the Arctic Ocean // Hydrological Processes. 2017. Vol. 31. Pp. 150-160. DOI: 10.1002/hyp.10986.
  8. Déry S.J., Stadnyk T.A., MacDonald M.K., Gauli-Sharma B. Recent trends and variability in river discharge across northern Canada // Hydrology and Earth System Science. 2016. Vol. 20. Pp. 4801-4818. DOI: 10.5194/hess-20-4801-2016.
  9. Масликова О.Я. Исследование связи скорости протаивания подводного склона и темпов береговой эрозии в условиях криолитозоны // Ледовые и термические процессы на водных объектах России : тр. V Всерос. конф. (Владимир, 11-14 октября 2016 г.). М. : Изд-во РГАУ-МСХА, 2016. С. 302-307.
  10. Wilson N.J., Walter M.T., Waterhouse J. Indigenous knowledge of hydrologic change in the Yukon River basin: a case study of Ruby, Alaska // ARCTIC. 2015. No. 1 (68). Pp. 93-106. DOI:org/10.14430/arctic4459.
  11. Rennie C.D., Ahsan M.R., Laurent M.St. Sediment transport in a northern regulated semi-alluvial river // Balance and Uncertainty : Proc. 34th IAHR World Congress, Brisbane, Australia, 26 June - 1 July 2011. Pp. 3737-3744.
  12. Vonk J.E., Tank S.E., Bowden W.B., Laurion I., Vincent W.F., Alekseychik P. et al. Reviews and syntheses: Effects of permafrost thaw on Arctic aquatic ecosystems // Biogeosciences. 2015. Vol. 12. Pp. 7129-7167. DOI: 10.5194/bg-12-7129-2015.
  13. Rokaya P., Budhathoki S., Lindenschmidt K.-E. Trends in the timing and magnitude of ice-jam floods in Canada // Scientific Reports. 2018. No. 8. Pp. 1-9. DOI: 10.1038/s41598-018-24057-z.
  14. Beltaos S., Carter T., Prowse T. Morphology and genesis of deep scour holes in the Mackenzie Delta // Canadian Journal of Civil Engineering. 2011. Vol. 38. Pp. 638-649. DOI: 10.1139/l11-034.
  15. Brabets T.P., Wang B., Meade R.H. Environmental and hydrologic overview of the Yukon River Basin, Alaska and Canada // US Geological Survey, Water-resources Investigations Report 99-4204. 2000. 106 p.
  16. Опасные ледовые явления на реках и водохранилищах России / под ред. Д.В. Козлова. М. : РГАУ-МСХА. 2015. 348 с.
  17. Daly S.F., Vuyovich C. Overview of Ice Jams in Three Major US Rivers: Proceedings of 14th Workshop on the Hydraulics of Ice Covered Rivers (June 19-22, 2007) // Quebec City : CGU HS Committee. 2007. Pp. 1-14.
  18. Lucie C., Nowroozpour A., Ettema R. Ice jams in straight and sinuous channels: insights from small flumes // Journal of Cold Regions Engineering. 2017. No. 1 (1). P. 04017006-1-04017006-18. DOI: 10.1061/(ASCE)CR.1943-5495.0000123.
  19. Долгополова Е.Н., Исупова М.В. Влияние многолетнемерзлых грунтов на гидролого-морфологические процессы в устьях рек Лена и Маккензи // Инженерная экология. 2014. № 4 (118). C. 10-26.
  20. Савичев О.Г., Льготин В.А. Методика оценки уровней вод реки Томь при ледовых заторах и зажорах у г. Томска // Известия Томского политехнического университета. 2011. № 1 (318). С. 135-140.
  21. Лупачев Ю.В., Скрипник Е.Н., Кучейко А.А. Опыт космического мониторинга развития весеннего половодья на реке Северная Двина в 2010 г. // Земля из Космоса. 2010. № 6. С. 57-68.
  22. Beltaos S., Kääb A. Estimating river discharge during ice breakup from near-simultaneous satellite imagery // Cold Regions Science and Technology. 2013. Vol. 98. Pp. 35-46. DOI: 10.1016/j.coldregions.2013.10.01.
  23. Muhammad P., Duguay C., Kang K.-K. Monitoring ice break-up on the Mackenzie River using MODIS data // The Cryosphere. 2016. No. 10. Pp. 569-584. DOI: 10.5194/tc-10-569-2016.
  24. Долгополова Е.Н. Коэффициент трения в открытых потоках // Водные ресурсы. 2000. № 6 (27). С. 672-677.
  25. Jasek M., Muste M., Ettema R. Estimation of Yukon River discharge during an ice jam near Dawson City // Canadian Journal of Civil Engineering. 2001. No. 28 (5). Pp. 856-864. DOI: 10.1139/cjce-28-5-856.
  26. Справочник по гидравлическим расчетам / под ред. П.Г. Киселева. 4-е. изд. М. : Энергия, 1972. 312 с.
  27. СНиП 2.06.03-85. Мелиоративные системы и сооружения.
СКАЧАТЬ (RUS)