Роль физико-механических процессов в изменчивости свойств снежного покрова.

3. Физико-механические и тепловые процессы, протекающие в снежном покрове, и их роль в образовании лавин.Снежный покров – слой снега, лежащий на поверхности земли и образовавшийся при снегопадах. К физ факторам отн-ся режеляция, рекристаллизация, возгонка и сублимация, гелио- и гео- тепловые воздействия. К меха-м факторам относятся сила тяжести и ветер. 1.Режеляция (повторное смерзание) заключ-ся в плавлении и повторном смерзании ледяных кристаллов, образующих снежинки, под влиянием удельного давления. Протекает с заметной интенсивностью лишь при t, близкой к О °С, т. е. при t, при кот не требуется большого уд-го давления, чтобы вызвать плавление льда. Уд.давление мб обусловлено высотой снежн покр, возник-ем добавочного давления при острых углах и лучах снежинок. Образова-ся вода выдавливается в соседние места и снова замерзает. 2. Рекристаллизация –физ процесс, при кот атомы молекул перескакивают с кристаллической решетки 1 кристалла на решетку др, и обусловливают срастание отдельных кристаллов (снежинок). Хаар-р и v процесса зависят от ориентации пространственных решеток и тенденции перехода системы из менее в более уст-е сост. Большое зерно устойчивее малого. 3.Возгонка-процесс перехода вещ-ва из твердой фазы в газообразную, минуя жидкую. 4.Сублимация- процесс кристаллизации вещ-ва из пара. 5.Фирнизация снега -процесс округления кристалликов льда и увеличения их объема, т.е. процесс превращения свёжевыпавшего снега, состоящего из отд-х снежинок с их своеобразной формой, в бесформенную массу ледяных зерен, сначала мелких, а затем все более и более крупных. Он наблюдается при изотермии и активизируется при наличии температурной стратификации. 6.Повторное таяние кристаллов льда и замерзание воды способствует фирнизации снега. Таяние кристаллов начинается с их выступающих частей: углов, лучей, ребер. При повторном таянии кристаллические зерна увеличиваются в размерах за счет попадания на них капелек воды с соседних кристалликов. При этом в снежном покрове увеличиваются поры и на их стенках осаждается иней, обусловленный сублимацией. Процесс ускоряется за счёт гравитационной воды, проникаю сверху в ре-те таяния верхнего слоя СП.

 

Роль. Мокрый СП представляет собой трехфазную систему, состоящую из ледяных кристаллов, воды и воздуха, содержащего водяной пар. Соотношение фаз для снега является неустойчивым и все время меняется в связи с изменением его плотности под воздействием физико-мех-х процессов, протекающих в СП, и особенно в период снеготаяния. Как раз в этот период водные свойства снежного покрова имеют особенно большое значение для прогноза схода лавин. Из общих физ процессов, происходящих в СП, большое значение имеет фирнизация снега. В горных условиях фирнизация снега обусловливает образование лавин, льда ледников. В наст. время считается установленным, что снежные лавины(СЛ) образуются чаще всего на склонах гор крутизной порядка 20- 40°. Лавина образуется при нарушении устойчивости СП из-за уменьшения сил сцепления с подстилающей поверхностью и коэф внутреннего трения в нижних его горизонтах. В процессе метаморфизма кристаллов льда образуются глубинный иней (изморозь) и рыхлый крупнозернистый плотно слежавшийся снег. Процесс разрыхления в нижнем горизонте сопровождается оседанием СП, при котором теряется его связь с подстилающей поверхностью и, следовательно, происходит сползание по склону снежного пласта.

Лавины возникают также при резких суточных колебаниях t воздуха. В этом случае причиной нарушения устойчивости снежного покрова являются образовавшиеся в нем трещины при темп-ом сокращении сплошной снежной доски (плотного снега). Другой вид лавины образуется из свежевыпавшего сухого снега после обильного снегопада. Не успев уплотниться, свежевыпавший снег соскальзывает по старому, набрав скорость, вовлекает в движение нижележащие слои. Другим видом сухой лавины является лавина, образующаяся из метелевого снега при скорости ветра 5 - 1 0 м/с. Когда тем-ра воздуха переходит через 0 °С со склонов сходят так называемые мокрые лавины. Они образуются при выпадении мокрого снега либо в период снеготаяния (или дождя), когда талью воды просачиваются до грунта и затем выступают в роли смазочного материала между грунтом склона и снегом.

 

4. Формирование, рост и разрушение ледяного покрова.ЛП образуется в рез-те процессов теплообмена водоёмов с окр средой в осеннее-зимний период. При достижении 4С вода охлаждается с пов-ти без перемешивания на глубине. Дальнейшее охлаждение воды на пов-ти пр-дит до 0С, и даже до -1С (переохлаждённая). Чем спокойнее вода, тем на меньшую глубину проникает переохл-е. Там, где турбулентное перемешивание, мб по всей толщине воды. Переход в тв сост-е пр-дит при наличии в вое центров кристаллизации (взвешенные частицы в воде, кристаллы льда или снега из воздуха). Образует-ся сало. Чтобы кристаллы смёрзлись в монолитный ЛП, достаточно безветренной, ясной, морозной ночи. Бывает, что из-за небольшой глубины и отсутствия течений по берегам, установление ледостава начинается с берегов. (переохлаждение происх быстрее). В реках течения не позволяют в короткий срок образовать ЛП по всей пов-ти. Также ЛП может сформир-ся при замерзании шуги (рыхлые скопления льда, обр-ся из всплывшего на пов-ть внутриводного и донного льда, сала). Внутриводный лёд-кристаллы льда, нах-ся по всей толщине переохл-й воды, донный-скопление (примерзание) внутриводного на дне или предметах в воде. Продолжительность формирования ЛП определяется соотношением между теплоотдачей с водной поверхности и интенсивностью турбулентного перемешивания водных масс. Разновидности льда: 1. Водный (кристаллический) лед, образовавшийся из чистой воды при спокойном ее состоянии с ориентацией оси кристалла к поверхности воды. В весенний период от проникающей в лед солнечной радиации таяние льда начнется прежде всего на гранях кристаллов между этих прослоек, т.е. температура плавления льда здесь ниже. 2. Шуговой лед, образовавшийся при замерзании всплывшей на поверхность шуги, представляющей собой кристаллы льда с различной ориентацией осей. Он может быть не сплошным и включенным в водный лед, а также многослойным. Он обычно содержит пузырьки воздуха и взвешенные наносы, менее прозрачен, чем водный лед. По этой причине внутриледное таяние его в весенний период более интенсивное, чем кристаллического льда. 3. Снеговой лед, образовавшийся в результате замерзания пропитанного водой снега на льду. Такой лед, как и шуговой, непрозрачен из-за большого количества пузырьков воздуха, он подвержен по этой причине интенсивному внутрикристаллическому таянию в весенний период. 4. Наледный лед, образовавшийся в результате замерзания воды растекающейся по ледяному покрову, представляет собой слоистую структуру, непрозрачен.

Разрушение Процесс вскрытия водоемов и водотоков различен по прод-ти и опр-ся тепловыми (солнечная радиация (СР), приход тёплых воздушных масс, поступление по реке тёплых водных масс) и механическими факторами (течение воды под ЛП, ветер, подъем уровня воды). 1.Тепловые факторы. Процессу таяния льда ЛП предшествует таяние снега, его покрывающего. После его стаивания происходит таяние льда как с верхней поверхности ЛП (обусл-ое СР и турбулентным теплообменом с атмосферой), так и с нижней поверхности (обусл-ое теплыми водами, прогретыми проникающей СР через лед, или водами, пришедшими из других районов). Одновременно происходит прогревание и таяние льда по всей его толще, обусловленное поглощением СР. Наличие во льду примесей увеличивает его поглощат-ю способность по отнош к СР, что сказывается на интенсивности его таяния и ослаблении связей между кристаллами льда. В результате сплошность ледяной массы нарушается и распадается на ряд зерен и столбчатых кристаллов. 2.Механические факторы. Таяние снега, лежащего на водосборе и на льду реки, приводит к повышению уровня воды в реке и отрыву ледяного покрова от берегов. На оторвавшийся от берегов ЛП по нижней его поверхности действует касательная сила, обусловленная течением водного потока. Она вызывает в нем напряжения, которые могут превзойти напряжения, опр-е прочность льда, произойдет его разрушение на отдельные поля. Эти поля при столкновении с берегами и друг с другом разламываются на льдины и начинается ледоход. Если разрушение ЛП происходит и в начале его таяния, то фактором является интенсивный подъем уровня воды, вызванный приходом паводочной волны. Действие ветра при разрушении ЛП аналогично действию водного потока на него: оно сказывается на озерах и водохранилищах. Важно также волнение воды, вызванное ветром. Прод-ть ледохода на реках зависит от толщины льда, его степени раздробленности, размеров реки и климатических условий.

\\\ При разрушении ЛП на озерах и водохранилищ ах доминирующими факторами являются тепловые, мех только довершают этот процесс. В речных потоках, наоборот, мех факторы, воздействующие на него, превалируют над тепловыми. P=ɑv2 -течение с нижней пов-ти льда.

 

 

5. Ледяной покров рек, озёр и водохранилищ и расчёт его толщины. Важность знания этой характеристики. ЛП образуется в рез-те процессов теплообмена водоёмов с окр средой в осеннее-зимний период. При достижении 4С вода охлаждается с пов-ти без перемешивания на глубине. Дальнейшее охлаждение воды на пов-ти пр-дит до 0С, и даже до -1С (переохлаждённая). Чем спокойнее вода, тем на меньшую глубину проникает переохл-е. Там, где турбулентное перемешивание, мб по всей толщине воды. Переход в тв сост-е пр-дит при наличии в вое центров кристаллизации (взвешенные частицы в воде, кристаллы льда или снега из воздуха). Образует-ся сало. Чтобы кристаллы смёрзлись в монолитный ЛП, достаточно безветренной, ясной, морозной ночи. Бывает, что из-за небольшой глубины и отсутствия течений по берегам, установление ледостава начинается с берегов. (переохлаждение происх быстрее). В реках течения не позволяют в короткий срок образовать ЛП по всей пов-ти. Также ЛП может сформир-ся при замерзании шуги (рыхлые скопления льда, обр-ся из всплывшего на пов-ть внутриводного и донного льда, сала). Внутриводный лёд-кристаллы льда, нах-ся по всей толщине переохл-й воды, донный-скопление (примерзание) внутриводного на дне или предметах в воде (примерзает, т.к. у металла др теплопроводность, происх-т передача тепла и примерзание). hл=φ(∑θ2)n , в скобках-сумма (от 0 до τ -за период образования ледостава) среднесуточных t воздуха, φ,n-эмпирич коэф. Дата начала ледостава-первый день образования неподвижного ЛП. Эта формула не учит мощность плотность СП, погодные условия, потока солнечного тепла и др. Lкр ρ dhл/dτ=∑Q, ∑Q=QR+QK+…, слагаемыми пренебрегают, т.к. они взаимно компенсируют друг друга, и в итоге Lкр ρ dhл/dτ=Qк=ɑ(tп2), ɑ-коэф теплоотдачи от пов-ти снега к воздуху=>hл = -А+корень((A+hл0)2-(2 θ2 λл/(Lкр ρ))(τ-τ0)). \\\ А=λлсн+hсн λл/ λсн. \\\ Значение толщины льда важно для расчёта нагрузки (статистич и динамич давления) на ГС, мосты, причалы, для расчёта количества льда в заторе, размеров навалов льда и др.

 

 








Дата добавления: 2016-05-05; просмотров: 1326;


Поиск по сайту:

При помощи поиска вы сможете найти нужную вам информацию.

Поделитесь с друзьями:

Если вам перенёс пользу информационный материал, или помог в учебе – поделитесь этим сайтом с друзьями и знакомыми.
helpiks.org - Хелпикс.Орг - 2014-2024 год. Материал сайта представляется для ознакомительного и учебного использования. | Поддержка
Генерация страницы за: 0.008 сек.