Hydrosphere. Hazard processes and phenomena
Not a member yet
170 research outputs found
Sort by
ИССЛЕДОВАНИЕ ДИНАМИКИ СЕЛЕЙ НА ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОМ СТЕНДЕ
Get PDFDesigned and manufactured a test stand for the dynamic characteristics of debris-flows and for physical modelling of debris-flows. The stand is a rectangular cross-section tray with a length of 3.0 m, a width of 0.25 m, a depth of 0.25 m. The slopes of the tray vary from 10o to 45o. Rods are installed in the tray to accommodate load cells for measuring pressure, speed and temperature. The process of moving the debris-flow through the transparent wall of the debris-flow tray is filmed by a high-speed video camera. During the experiment, the velocity and high- velocity pressure of water flow and artificial debris-flow were measured. The tray was installed with a slope of 12o. Water flow was started up on the tray (to measure the flow rate and the value of the velocity head, which were then used as reference values). Then the tray was put into the flow of the prepared debris-flow mixture. The debris-flow mixture was prepared from a dredged-crushed proluvial-deluvial deposits of Holocene age with a loamy aggregate with a density of 2210 kg/m3. The density of the prepared debris-flow mixture was 1756 kg/m3. Dynamic viscosity of the debris-flow mass measured by the Stokes method was 0.0498 Poise, kinematic viscosity of the debris-flow mass was 0.0928 Stokes. Data on the debris-flow velocity measured directly during its movement of the debris-flow is not enough. Therefore, methods for calculating the speed of a debris-flow slide in its are important. One of these methods is the method of calculating the debris-flow velocity by the magnitude of the speed head (on the traces of the debris-flow on the trunks of trees). That method is based on the formula of E. Torricelli. The results of the experiment showed that the measured debris-flow velocity, calculated from the magnitude of the velocity head, was lower than the measured velocity before the obstacle and higher than the measured velocity after the obstacle. The measured velocity of the debris-flow passage of the entire tray was close to the calculated one.Разработан и изготовлен стенд для исследования динамических характеристик селей и физического моделирования селей. Стенд представляет собой прямоугольный в поперечном сечении лоток длиной 3,0 м, шириной 0,25 м, глубиной 0,25 м. Уклоны лотка изменяются от 10о до 45о. Выше лотка устанавливается ёмкость, заполняемая водой или приготовленной селевой смесью. Для наблюдения за внутренней структурой селевого потока обе стенки селевого лотка выполнены прозрачными. В лотке могут быть установлены металлические штанги для размещения тензодатчиков для измерения давления, скорости и температуры. Процесс движения селя через прозрачную стенку селевого лотка снимается скоростной видеокамерой. В ноябре 2019 г. был проведён эксперимент по измерению скорости селя. Измерялись скорость и скоростной напор водного потока и искусственного грязекаменного селя. Лоток был установлен с уклоном 12о. По лотку был пущен водный поток (для измерения скорости потока и величины скоростного напора, которые затем использовались как эталонные значения). Затем по лотку был пущен поток из подготовленной селевой смеси. Селевая смесь была приготовлена из дресвяно-щебенистого элювиально-делювиального грунта возрастом QIV с суглинистым заполнителем (лёгкий и средний суглинок, до 30%) плотностью в естественном залегании 2210 кг/м3. Плотность суглинка – 1910 кг/м3. Дресва и щебень представлены алевролитом средней прочности плотностью 2210 кг/м3. Измеренная по методу Стокса динамическая вязкость селевой массы составила 0,0498 Пуаз. Рассчитанная кинематическая вязкость селевой массы составила 0,0928 Стокс. Поскольку данных о скорости селей, измеренных непосредственно во время его движения, недостаточно, особую важность приобретают методы расчёта скорости селя по его следам, определённые при полевых исследованиях после схода селя. Одной из таких методик является методика определения скорости селя по величине скоростного напора: по следам селя (обмазкам) на стволах деревьев и т.д. Эта методика основана на формуле Э. Торричелли. Результаты эксперимента показали: скорость грязекаменного селя, рассчитанная по величине скоростного напора, оказалась ниже измеренной скорости до препятствия и выше измеренной скорости после препятствия. Измеренная скорость прохождения селем всего лотка оказалась близка к рассчитанной.
Литература
Виноградов Ю.Б. Искусственное воспроизведение селевых потоков на экспериментальном полигоне в бассейне р. Чемолган // Селевые потоки: сборник. М.: Гидрометеоиздат, 1976. С. 3-7.
Виноградов Ю.Б. Этюды о селевых потоках. Л.: Гидрометеоиздат, 1980. 144 с.
Казаков Н.А., Генсиоровский Ю.В., Боброва Д.А., Окопный В.И., Казакова Е.Н., Рыбальченко С.В. Условия формирования связных селей при слабых осадках и распределение динамических характеристик в селевом потоке // Геориск. 2015. № 4. С. 12-16.
Степанов Б.С., Степанова Т.С. Механика селей: эксперимент, теория, методы расчета. М.: Гидрометеоиздат, 1991. 379 с.
Vinogradova T.A., Vinogradov A.Yu. The experimental debris flows in the Chemolgan river basin. Natural Hazards. 2017. Vol. 88. Iss. 1. Supplement. P. 189-198. DOI: 10.1007/s11069-017-2853-z
Wei F., Yang H., Hu K., Hong Y., Li X. Two methods for measuring internal velocity of debris flows in laboratory // WIT Transactions on Engineering Sciences. 2012. Vol 73. р. 61-71. DOI: 10.2495/DEB12006
ИСТОРИЯ ФОРМИРОВАНИЯ РЕК ЮЖНОГО ПРИИЛЬМЕНЬЯ В ГОЛОЦЕНЕ
Get PDFThe riverbed in the course of its evolution is subject to deformations, manifested in the form of erosion of the channel and floodplain, sediment transport and accumulation. Knowledge of the history of the development of river channels in the conditions characteristic of a given territory allows us to assess their future evolution. The aim of the study was to identify the features of the formation and evolution of the hydrographic network of Southern Priilmenye in the Holocene. These features are mainly associated with the last Valdai glaciation. Firstly, rivers arose only after the retreat of the glacier and are about 11 to 14 thousand years old. Secondly, their development was controlled by a changing erosion basis, depending on the level of the subglacial lake, which formed on the southern periphery of the glacier during its retreat. Thirdly, the evolution of watercourses occurred in conditions of compensatory deformational elevation of the territory.
As a result, rivers formed on the territory of Southern Priilmen\u27e, in the initial stage of their development, meandering freely along a wide and almost flat plain composed of fluvioglacial deposits. Then, as the erosion basis decreased, the channels incised into the water-resistant glacial deposits of the Valdai horizon. In the last millennium, vertical erosion sharply increased, which is associated with overcoming difficult to wash out fluvioglacial Quaternary loamy rocks and the direct impact of the flow on the underlying Devonian sediments, and at present, according to our estimates, it reaches 1-3 cm per year. As the riverbeds cut in, the planned deformations slowed significantly. The channels develop, although not to the full extent, by the type of forced meandering.Речное русло в процессе своей эволюции подвержено деформациям, проявляющимся в виде размыва русла и поймы, переноса и аккумуляции наносов. Знание истории развития речных русел в условиях, характерных для данной территории, позволяет дать оценку их эволюции в будущем. Целью исследования являлось выявление особенностей формировании и эволюции гидрографической сети Южного Приильменья в голоцене. Эти особенности преимущественно связаны с последним Валдайским оледенением. Во-первых, реки возникли только после отступления ледника и имеют возраст примерно от 11 до 14 тыс. лет назад. Во-вторых, их развитие контролировалось меняющимся базисом эрозии, зависящим от уровня приледникового озера, сформировавшегося на южной периферии ледника при его отступлении. В-третьих, эволюция водотоков происходила в условиях компенсационного деформационного поднятия территории.
В результате на территории Южного Приильменья сформировались реки, в начальной стадии своего развития свободно меандрирующие по широкой и почти плоской равнине, сложенной флювиогляциальными отложениями. Затем, по мере понижения базиса эрозии, происходило врезание русел в водоупорные ледниковые отложения Валдайского горизонта. В последнее тысячелетие вертикальный размыв резко усилился, что связано с преодолением трудноразмываемых флювиогляциальных четвертичных суглинистых пород и непосредственным воздействием потока на нижележащие девонские отложения, и в настоящее время по нашей оценке достигает 1-3 см в год. По мере врезания русел рек плановые деформации существенно замедлились. Русла развиваются, хотя и не полной мере, по типу вынужденного меандрирования
Литература
Амантов А.В., Амантова М.Г., Рябчук Д.В., Сергеев А.Ю., Гусенцова Т.М., Жамойда В.А., Фьелдскар В. Проблемы голоценового развития Южного Приладожья // Региональная геология и металлогения. 2016. № 65. С. 37-49
Барац Н.И. Механика грунтов: учебное пособие. Омск: Изд-во СибАДИ, 2008. 106 с.
Васильева Н.В., Субетто Д.А., Вербицкий В.Р., Кротова-Путинцева А.Е. История формирования Ильмень-Волховского бассейна // Известия Российского государственного педагогического университета им. А.И. Герцена. 2012. №153(2). С. 141-147.
Виноградов А.Ю., Обязов В.А. Гляциоизостатическое поднятие Приильменской низменности в голоцене // Сборник научных трудов XXIV Международной научно-практической конференции «Научные исследования: ключевые проблемы III тысячелетия» (Москва, 01-02 апреля 2018 г.). М.: Проблемы науки, 2018. С. 99-102.
Геология СССР. В 48 томах. Том I. Ленинградская, Псковская и Новгородская области. Геологическое описание. Северо-Западное территориальное / Гл. ред. А.В. Сидоренко. М.: Недра, 1971. 504 с.
Гроссвальд М.Г. Оледенение Русского Севера и Северо-Востока в эпоху последнего великого похолодания. М.: Наука, 2009. 152 с.
Динамическая геоморфология: Учебное пособие / под ред. Г.С. Ананьева, Ю.Н. Симонова, А.И. Спиридонова. М.: Изд-во МГУ, 1992. 448 с.
Елфимов В.И. Изменение устьевых участков рек в период прохождения волны половодья: Учеб. пособие. М.: РУДН, 2008. 222 с.
Кузнецов В.В. Физика земных катастрофических явлений. Новосибирск: Наука. Сибирское отделениение, 1992. 95 с.
Квасов Д.Д. Позднечетвертичная история крупных озер и внутренних морей Восточной Европы. Л.: Изд-во Наука. Лен. отд-ние, 1975. 279 с.
Марков К.К. Поздне- и послеледниковая история окрестностей Ленинграда на фоне поздне- и послеледниковой истории Балтики // Труды комиссии по изучению четвертичного периода. 1934. Т. IV. Вып. 1. С. 5-70
Марков К.К. Послеледниковая история юго-восточного побережья Ладожского озера // Вопросы географии. 1949. Выпуск 12. С. 213-220
Мернер Н.А. Обмеление моря. Засухи и вымирание млекопитающих // Катастрофы и история Земли: Новый униформизм / Под ред. У. Берггрена, Дж. Ван Кауверинга; Перевод с англ. Б.А. Борисова и др., под ред. В.Т. Фролова. М.: Мир, 1986а, с. 388-393.
Мернер Н.А. Эвстазия, изменения геоида и взаимодействия многих геофизических факторов // Катастрофы и история Земли: Новый униформизм / Под ред. У. Берггрена, Дж. Ван Кауверинга. Перевод с англ. Б.А. Борисова и др., под ред. В.Т. Фролова. М.: Мир, 1986б, с. 394-412.
Николаев Н.И. О новейшем этапе развития Фенноскандии, Кольского полуострова и Карелии // Бюллетень Московского общества испытателей природы. Отделение геологии. 1967. Т.42. № 1. С. 49–68
Никонов А.А. Голоценовые и современные движения земной коры (Геолого-геоморфологические и сейсмотектонические вопросы). М.: Наука, 1977. 240 с.
Никонов А.А., Энман С.В., Флейфель Л.Д. Голоценовые и современные движения земной коры в переходной зоне от Фенноскандинавского щита к Восточно-Европейской платформе в районе Ладожского грабена // Материалы XIV Международной конференции «Связь поверхностных структур земной коры с глубинными» (г. Петрозаводск,27-31 октября 2018 года). Петрозаводск: Карельский научный центр РАН, 2008. Часть 2. С. 79–81.
Субетто Д.А. История формирования Ладожского озера и его соединения с Балтийским морем // Общество. Среда. Развитие (Terra Humana). 2007. № 1 (2). С. 111-120.
Цытович Н.А. Механика грунтов (краткий курс): Учебник для строит. Вузов / 4-е изд., перераб. и доп. М.: Высш. шк., 1983. 288 с.
Чистяков А.А., Макарова Н.В., Макаров В.И. Четвертичная геология: учебник. М.: ГЕОС, 2000. 303 с.
Шельфы Евразии в мезозое и кайнозое: Атлас палеогеографических карт: в 2 т. Т.2 / Гл. ред. М.Н. Алексеев. М.: Геологический институт АН СССР, 1991. 106 с.
Шитов М.В. Голоценовые трансгрессии Ладожского озера. Автореф. дисс. … канд. г.-м. наук. СПб., 2007. 17 с.
Шуйский Ю.Д., Симеонова Г.А. О влиянии геологического строения морских берегов на процессы абразии // Доклады Болгарской академии наук. 1976. Т. 29. № 2. С. 57-79.
Gorlach A., Hang T., Kalm V. GIS-based reconstruction of Late Weichselian proglacial lakes in northwestern Russia and Belarus // Boreas. 2017. Vol.46. Iss. 3. pp. 486-502, DOI: 10.1111/bor.12223.
Hughes A.L.C., Gyllencreutz R., Lohne Ø.S., Mangerud J., Svendsen J.I. The last Eurasian ice sheets – a chronological database and time-slice reconstruction, DATED-1 // Boreas. 2016. Vol. 45. Iss. 1. pp. 1-45. DOI: 10.1111/bor.12142.
Johansson P. Laser scanning technology in mapping and classifying of meltwater erosional forms in fell areas of Finnish Lapland // Excursion guide and Abstracts of INQUA Peribaltic Working Group Meeting and Excursion 2018 International Scientific Conference and School for Young Scientists «Lateglacial-Interglacial transition: glaciotectonic, seismoactivity, catastrophic hydrographic and landscape changes» (Petrozavodsk, August 19-25, 2018) / edited by Subetto D. A. et al. Petrozavodsk: Karelian Research Centre of Russian Academy of Science, 2018. pp. 71-72.
Ramsay W. Changes of sea-level, resulting from the increase and decrease of glaciacion. Fennia. 1931. 52(5). P. 1-62
Rinterknecht V., Hang T., Gorlach A., Kohv M., Kalla K., Kalm V., Subetto D., Bourlès D., Léanni L., Guillou V. The Last Glacial Maximum extent of the Scandinavian Ice Sheet in the Valday Heights, western Russia: Evidence from cosmogenic surface exposure dating using 10Be // Quaternary Science Reviews. 2018. Vol. 200. P. 106-113 DOI: 10.1016/j.quascirev.2018.09.032
Stokes C.R. Deglaciation of the Laurentide Ice Sheet from the Last Glacial Maximum // Cuadernos de Investigación Geográfica = Geographical Reseach Letters. 2017. Vol 43. No 2. P.377-428 DOI: 10.18172/cig.3237.
Subetto D.A., Shvarev S.V., Nikonov A.A., Zaretskaya N.E., Poleshchuk A.V., Potakhin M.S. New evidence of the Vuoksi River origin by geodynamic cataclysm // Bulletin of the Geological Society of Finland. 2018. Vol. 90. P. 275-289. DOI: 10.17741/bgsf/90.2.010
ФАЗОВЫЕ ПЕРЕХОДЫ В СЕЛЕВОЙ ГЕОСИСТЕМЕ
Get PDFThe evolution of a debris-flow geosystem can be described as a continuous process. Stages of geosystems evolution: the formation of a massif of loose rocks in a debris-flow site, its transformation to potential debris-flow massifs due to diagenesis and morphogenesis, the occurrence and movement of a debris flow, unloading of large-block and then – fine-dispersed material and the passage of a debris-flow. Each stage of the debris-flow geosystem evolution can be described as a transition from one subsystem level to another and the change of states of the system – as phase transitions of first kind. Physical processes occurring within the system cause it. The most important transition is from a solid state (potential debris-flows massif-conditionally homogeneous solid having an internal structure) to a debris-flow and mudflow (quasi-liquid state). The transition of a potential debris-flow massif to another phase state is due not only to external factors (the inflow of free water into the debris-flow site), but also internal: the mineralogical composition of rocks of the potential debris-flow massif (the content of hydrophilic minerals). The most important parameter that determines both the connectivity of the soils of the potential debris-flow massif and the conditions of its transition to the liquid phase are the electric forces at the contacts between the elements of the mineral skeleton (soil particles). Electrical forces provide a connection between the ground particles. The liquid component of the mudflow is traditionally described as a "debris-flow suspension", but a coherent debris-flow and mudflow is not a suspension. A suspension is a dispersed system consisting of a solid dispersed phase and a liquid dispersion medium in which the solid is uniformly distributed as minute particles in a liquid substance in suspension. Such a medium is not able to carry over long distances block-boulder material having a higher density than the suspension. Nevertheless, a coherent debris-flow and mudflow is a conditionally single-phase system in which water is predominantly in a molecular bound state. The physical analogue of a coherent debris-flow and mudflow is a colloidal system, since in a connected village fine-earth particles are distributed in a continuous dispersion medium and do not precipitate. This circumstance is key in the physical modeling of connected debris-flows and mudflows.Рассматривая эволюцию селевой геосистемы как непрерывный процесс, включающий в себя последовательность стадий её эволюции (формирование массива рыхлообломочных пород в селевом очаге в результате геологических процессов, трансформация его в потенциальный селевой массив вследствие диагенеза и морфогенеза, возникновение и движение селя, разгрузка крупнообломочного и затем – тонкодисперсного материала и прохождение селевого паводка), можно описать каждую стадию эволюции селевой геосистемы как переход с одного подсистемного уровня на другой, а смену состояний системы, обусловленную физическими процессами, происходящими внутри системы - как фазовые переходы первого рода. Наиболее важен переход из твёрдого состояния (потенциальный селевой массив как условно однородное твёрдое тело, обладающее внутренней структурой) в селевой поток (квазижидкое состояние). Эволюция потенциального селевого массива и обеспечение его перехода в другое фазовое состояние обусловлена не только внешними факторами (поступление в селевой очаг свободной воды), но и внутренними: прежде всего, минералогическим составом горных пород потенциального селевого массива (содержанием гидрофильных минералов). С этой точки зрения, важнейшим параметром, обуславливающим как связность грунтов потенциального селевого массива, так и условия его перехода в жидкую фазу, и позволяющим построить физическую модель, являются электрические силы на контактах между элементами минерального скелета (глинистыми частицами), обеспечивающие энергию связи между ними. Жидкая составляющая селя традиционно описывается как «селевая суспензия», однако с точки зрения физики суспензией связный сель не является, поскольку суспензия – это взвесь, грубодисперсная система, состоящая из твёрдой дисперсной фазы и жидкой дисперсионной среды, в которой твёрдое вещество равномерно распределено в виде мельчайших частиц в жидком веществе во взвешенном состоянии. Такая среда не способна переносить на большие расстояния глыбово-валунный материал, имеющий более высокую плотность, чем суспензия. Но связный сель представляет собой условно однофазную систему, в которой вода находится преимущественно в молекулярно связанном состоянии. Наиболее близкий физический аналог связного селя – коллоидная система, поскольку в связном селе частицы мелкозёма распределены в непрерывной дисперсионной среде и в осадок не выпадают. Это обстоятельство является ключевым при физическом моделировании связных селей.
Литература
Арнольд В.И. Теория катастроф. М.: Наука, 1990. 128 с.
Виноградов Ю.Б. Этюды о селевых потоках. Л.: Гидрометеоиздат, 1980. 144 с.
Казаков Н.А. Селевой процесс как цепь фазовых переходов // Тезисы докладов III Всероссийской конференции с международным участием «Геодинамические процессы и природные катастрофы» (г. Южно-Сахалинск, 27-31 мая 2019 г.). Южно-Сахалинск: ИМГиГ ДВО РАН, 2019. С. 140.
Казаков Н.А. Эволюция селевой геосистемы как процесс самоорганизации упорядоченных структур // Геориск. 2015. № 2. С. 28-30.
Казаков Н.А., Рященко Т.М., Генсиоровский Ю.В., Ухова Н.Н. Состав пород потенциальных селевых массивов как фактор, определяющий структурно-реологический тип селевого потока // Труды Второй конференции «Селевые потоки: катастрофы, риск, прогноз, защита», посвященной100-летию С.М. Флейшмана (г. Москва, 17-19 октября 2012 года) / Отв. ред. С.С. Черноморец. М.: Географический факультет МГУ, 2012. С. 45-46
Осипов В.И. Физико-химическая теория эффективных напряжений в грунтах. М.: ИФЗ РАН, 2012. 72 с.
Осипов В.И., Соколов В.Н. Глины и их свойства: состав, строение и формирование свойств. М.: ГЕОС, 2013. 575 с.
Охотин В.В. Грунтоведение. СПб: Центр генетического грунтоведения, 2013. 231 с.
Перов В.Ф. Селеведение: учебное пособие. М.: Географический факультет МГУ, 2012. 272 с.
Перов В.Ф. Селевые явления: терминологический словарь. М.: Издательство Московского университета, 1996. 45 с.
Руководящий документ РД 52.30.238-90. Руководство селестоковым станциям и гидрографическим партиям. Выпуск 1. Организация и проведение работ по изучению селей. М.: Гидрометеоиздат, 1990. 200 с.
Сочава В.Б. Введение в учение о геосистемах. Новосибирск: Наука, 1978. 319 с.
Степанов Б.С., Степанова Т.С. Механика селей: эксперимент, теория, методы расчета. М.: Гидрометеоиздат, 1991. 379 с.
Физический энциклопедический словарь / Гл. ред. А.М. Прохоров. М.: Советская энциклопедия, 1983. 928 с.
Флейшман С.М. Сели. Л.: Гидрометеоиздат, 1978. 312 с.
Хакен Г. Информация и самоорганизация. Макроскопический подход к сложным системам / Пер. с англ. Ю.А. Данилова. М.: Мир, 1991. 240 с.
Химический энциклопедический словарь / Гл. ред. И.Л. Кнунянц. М.: Советская энциклопедия, 1983. 791 с.
Цытович Н.А. Механика грунтов (краткий курс): учебник для строит. вузов. М.: Высшая школа, 1983. 288 с.
Эбелинг В. Образование структур при необратимых процессах. Введение в теорию диссипативных структур / Пер. с нем. А.С. Доброславского; под ред. Ю.Л. Климонтовича М.: Мир, 1979. 280 с
ТЕОРЕТИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ ЗНАЧЕНИЯ ПАРАМЕТРА Т. КАРМАНА
Get PDFThe article considers various approaches to assessing the physical essence of the von Karman constant characterizing the vertical distribution of the flow velocity. On the one hand, the von Karman constant is a proportionality coefficient between the length of the mixing length and the depth; on the other hand, it characterizes the tilt angle of the vertical velocity profile. It is considered that this parameter is universal, that means it is constant as long as the averaged velocity distribution is constant. However, depending on estimation way of this constant, its values under the same conditions may differ to 2 orders.
Two methods for estimating the von Karman constant are considered. In the first case, determination of the von Karman constant is on the grounds of direct measurements of the maximum and average flow velocities, depth and slope of the water surface in a particular area. Propagation of the obtained value to other objects will lead to errors.
In the second case, the parameter is defined as a function of the coefficient of hydraulic friction. The authors showed that the von Karman constant is a function of the coefficient of turbulent exchange (viscosity) and indirectly is a function of the depth. As a result of the calculations, it was shown that the maximum values of the von Karman constant observed on the bottom.
Additionally, the authors propose a new version of the calculation of the von Karman constant through the tension shift for a turbulent flow.
It is concluded that since for velocities <1 meter per second the changes in the von Karman constant values from 0.27 to 0.38 the maximum velocity with variation do not exceed 3%, which fits into the accuracy of the velocity measurements, it is practically impossible to estimate the value of von Karman constant by first method for flat rivers even with multiple measurements with standard hydrometric equipment.
Keywords: the von Karman constant; coefficient of turbulent exchange (viscosity); Reynolds number; coefficient of hydraulic friction; velocity distribution diagram; turbulent modeВ статье рассмотрены различные подходы к оценке физической сущности параметра Т. Кармана, характеризующего распределение скорости потока по вертикали. С одной стороны, параметр Т. Кармана является коэффициентом пропорциональности между длиной пути перемешивания и глубиной, с другой – характеризует угол наклона вертикального профиля скорости. Считается, что данный параметр является универсальным, то есть константой при условии, что осредненное распределение скоростей является постоянным. Однако, в зависимости от того, каким образом мы определяем величину данного параметра, различие в его значениях доходят до 2 порядков.
Рассмотрены два способа оценки параметра Т. Кармана. В первом случае параметр определяется на основе прямых измерений максимальной и средней скоростей движения потока, глубины и уклона водной поверхности на конкретном участке. Распространение полученного значения на другие створы приведет к ошибкам.
Во втором случае параметр определяется как функция коэффициента гидравлического трения. Авторами показано, что параметр Т. Кармана является функцией коэффициента турбулентного обмена (вязкости) и опосредованно является функцией глубины потока. В результате расчетов показано, что в придонной части значения параметра Т. Кармана максимальны.
Дополнительно в статье предложен новый вариант расчета параметра Т. Кармана через величину касательного напряжения для турбулентного потока.
Сделан вывод, что поскольку для скоростей <1 м/с при изменении значений параметра Т. Кармана от 0,27 до 0,38 изменения максимальной скорости не превышают 3%, что укладывается в погрешность измерений скорости вертушкой, то практически оценить величину параметра Т. Кармана на основании измеренных скоростей для равнинных рек даже при множественных измерениях стандартным гидрометрическим оборудованием невозможно.
Литература
Барышников Н.Б., Попов И.В. Динамика русловых потоков и русловые процессы. Л.: Гидрометеоиздат, 1988. 454 с.
Большаков В.А., Константинов Ю.М., Попов В.Н. Справочник по гидравлике. К.: Вища школа, 1977. 280 с.
Виноградов А.Ю., Кадацкая М.М., Бирман А.Р., Виноградова Т.А., Обязов В.А., Кацадзе В.А., Угрюмов С.А., Бачериков И.В., Коваленко Т.В., Хвалев С.В., Парфенов Е.А. Расчёт неразмывающих скоростей водного потока на высоте верхней границы пограничного слоя // Resources and Technology. 2019. Т. 16. № 3. С. 44-61. DOI: 10.15393/j2.art.2019.4782
Гольдштик М.А., Кутателадзе С.С. Вычисление константы пристенной турбулентности // Доклады академии наук СССР. 1969. Т. 185. № 3. С. 535-537.
Гришанин К.В. Динамика русловых потоков. Л.: Гидрометеоиздат, 1969. 428 с.
Дейли Дж., Харлеман Д. Механика жидкости / Пер. с англ. под ред. О.Ф. Васильева. М.: Энергия, 1971. 480 с.
Железняков Г.В. Пропускная способность русел каналов и рек. Л.: Гидрометеоиздат, 1981. 308 с.
Железняков Г.В. Теория гидрометрии / 2-е изд. Л.: Гидрометеоиздат, 1976. 344 с.
Лаптев А.Г., Фарахов Т.М. Математические модели и расчет гидродинамических характеристик пограничного слоя [Электронный ресурс] // Научный журнал КубГАУ. 2012. №82(08). URL: http://ej.kubagro.ru/2012/08/pdf/52.pdf (дата обращения: 13.04.2019)
Монин А.С., Яглом А.М. Статистическая гидромеханика: в 2 т. Т. 1. Механика турбулентности. М.: Наука, 1965. 639 с.
Гидротехнические сооружения / Под общ. ред. В.П. Недрига. М.: Стройиздат, 1983. 543 с.
Одишария Г.Э., Точигин А.А. Прикладная гидродинамика газожидкостных смесей. М.: Всерос. НИИ природ. газов и газовых технологий; Иваново: Иванов. гос. энергет. ун-т, 1998. 397 с.
Скребков Г.П., Федоров Н.А. Интегральная и локальная величины коэффициентов турбулентного профиля скорости // Вестник МГСУ. 2013. №4. С. 201-208. DOI: 10.22227/1997-0935.2013.4.201-208
Шлихтинг Г. Теория пограничного слоя / Пер. с нем. Г.А. Вольперта; под ред. Л.Г. Лойцянского. М.: Наука, 1974. 713 с.
Штеренлихт Д.В. Гидравлика: учебник для вузов. М.: Энергоатомиздат, 1984. 640 с.
Akinlade O.G., Bergstrom D.J. Effect of surface roughness on the coefficients of a power law for the mean velocity in a turbulent boundary layer // Journal of Turbulence. 2007. V. 8. Art. N18. DOI: 10.1080/14685240701317245
Hall C.W. Laws and Models: Science, Engineering and Technology. Boca Raton: CRC Press LLC, 2000. 535 p.
Jiménez J., Hoyas S., Simens M.P., Mizuno Y. Turbulent boundary layers and channels at moderate Reynolds numbers // Journal of Fluid Mechanics. 2010. V. 657. P. 335-360. DOI: 10.1017/S002211201000137
ИЗМЕНЕНИЯ СКОРОСТИ ВЕРТИКАЛЬНЫХ РУСЛОВЫХ ДЕФОРМАЦИЙ РАВНИННЫХ РЕК В УСЛОВИЯХ ПРИИЛЬМЕНСКОЙ НИЗМЕННОСТИ (НА ПРИМЕРЕ РЕКИ ПОРУСЬЯ)
Get PDFThe well-known patterns of regressive erosion from the mouth to the sources of watercourses on the rivers of Priilmen\u27ya are performed discretely, since the basis of erosion (first the level of Sredne-Lovatsy (Privaldaysky) glacial lake, and then Lake Ilmen) is decreased over 12.5 thousand years from elevations of about 85 m to modern 18 m, stabilizing for a long time at elevations of 60, 40, 30 m. Comparison of the longitudinal profile of the Porusia River constructed from cartographic materials with supreme erosion cut profile calculated according to the formula N.I. Makkaveev showed that the profile of this river has not yet been sufficiently developed, although the excess of the edge of the valley above the bottom of the river in its middle course is 10-15 m. The correctness of the calculation of the erosion curve is confirmed by its coincidence with the longitudinal profile of the river Lovat\u27, which exists for a longer time and has the greatest water content among the rivers of the Priilmen lowland. According to topographic maps of 1932 and 1984, as well as our own measurements of 2016-2019 it was found that the total lowering of the river bottom near the village of Mintsevo (71 km from the source) over 90 years (1930-2019) reached 3.5 m. Using other assessment methods, including surveys of local residents, the depth of the erosion cut in this locality is approximately the same period of time ranged from 1 to 1.6-1.8 m. On a different locality of the river (53 km from the source) for a comparable period, similar rates of vertical channel deformations were obtained from cartographic materials. Studying of additional let make a hypothesis according to which over 300 years the bottom marks could decrease by 10 m. An analysis of the soil section data allowed us to conclude that the rate of vertical erosion had strongly marked discrete character. On hard washable areas, vertical erosion slowed sharply and was some thousands years, but for thick layers of sandy loam eroded for centuries.Известные закономерности регрессивной эрозии от устья к истокам водотоков на реках Приильменья выполняются дискретно, поскольку базис эрозии – вначале уровень Средне-Ловацого (Привалдайского) приледникового озера, а затем озера Ильмень – снижался в течение 12,5 тыс. лет с отметок около 85 м до современных 18 м, стабилизируясь на продолжительное время на отметках 60, 40, 30 м. Сравнение построенного по картографическим материалам продольного профиля реки Порусьи с рассчитанным по формуле Н.И. Маккавеева предельным профилем эрозионного вреза показало, что профиль исследуемой реки еще не достаточно выработан, хотя превышение бровок долины над дном реки в ее среднем течении составляет 10-15 м. Корректность расчета эрозионной кривой подтверждается ее совпадением с продольным профилем реки Ловать, существующую значительно более долгое время и имеющую наибольшую водность среди рек Приильменской низменности. По данным топографических карт 1932 и 1984 годов, а также собственных измерений 2016-2019 годов установлено, что общее понижение дна реки в районе деревни Минцево (71 км от истока) за 90 лет (1930-2019 годы) достигало 3,5 м. По другим способам оценки, включая опросы местных жителей, глубина эрозионного вреза на этом участке примерно за такой же промежуток времени составила от 1 до 1,6-1,8 м. На другом участке реки (53 км от истока) за сопоставимый период по картографическим материалам были получены аналогичные скорости вертикальных русловых деформаций. Изучение дополнительного материала позволило выдвинуть гипотезу, согласно которой за 300 лет отметки дна могли снизиться на 10 м. На основании анализа данных почвенного разреза сделан вывод, что скорость вертикального размыва имела ярко выраженный дискретный характер. На трудноразмываемых участках вертикальная эрозия резко замедлялась и составляла тысячи лет, а мощные слои супесей размывались в течение столетий.
Литература
Беркович К.М. Русловые процессы на реках в сфере влияния водохранилищ. М.: Геогр. фак. МГУ, 2012. 163 с.
Виноградов А.Ю., Обязов В.А., Кадацкая М.М. История формирования рек южного Приильменья в голоцене // Гидросфера. Опасные процессы и явления. 2019. Т. 1. Вып. 1. С. 90-113. DOI: 10.34753/HS.2019.1.1.001
Геология СССР. В 48 томах. Том I. Ленинградская, Псковская и Новгородская области. Геологическое описание. / Гл. ред. А.В. Сидоренко. М.: Недра, 1971. 504 с.
Земцов А.А. Основные этапы развития речных долин Западно-Сибирской равнины // История развития речных долин и проблемы мелиорации земель: в 3 кн. Книга 2. Западная Сибирь и Средняя Азия / Отв. ред. Н.А. Флоренсови, В.А. Николаев. Новосибирск: Наука, 1979. С. 82-85.
Квасов Д.Д. Позднечетвертичная история крупных озер и внутренних морей Восточной Европы. Л.: Наука, 1975. 279 с.
Короновский Н.В. Общая геология: учебник. М.: КДУ, 2006. 528 с.
Маккавеев Н.И. Русло реки и эрозия в ее бассейне. М.: Геогр. фак. МГУ, 2003. 353 с.
Никонов А.А. С какой скоростью врезаются реки? // Природа. 1971. № 11. С. 79-82.
Субетто Д.А. История формирования Ладожского озера и его соединения с Балтийским морем // Общество. Среда. Развитие (Terra Humana). 2007. № 1 (2). С. 111-120.
Hughes A.L.C., Gyllencreutz R., Lohne Ø.S., Mangerud J., Svendsen J.I. The last Eurasian ice sheets – a chronological database and time-slice reconstruction, DATED-1 // Boreas. 2016. Vol. 45. Iss. 1. P. 1-45. DOI: 10.1111/bor.12142.
Gorlach A., Hang T., Kalm V. GIS-based reconstruction of Late Weichselian proglacial lakes in northwestern Russia and Belarus // Boreas. 2017. Vol. 46. Iss. 3. P. 486-502. DOI: 10.1111/bor.12223.
Rinterknecht V., Hang T., Gorlach A., Kohv M., Kalla K., Kalm V., Subetto D., Bourlès D., Léanni L., Guillou V. The Last Glacial Maximum extent of the Scandinavian Ice Sheet in the Valday Heights, western Russia: Evidence from cosmogenic surface exposure dating using 10Be // Quaternary Science Reviews. 2018. Vol. 200. P. 106-113. DOI: 10.1016/j.quascirev.2018.09.03
ПРИРОДНЫЕ РИСКИ И СТРАТЕГИЯ ИССЛЕДОВАНИЙ ВОДООБЕСПЕЧЕННОСТИ ТЕРРИТОРИЙ
Get PDFAccording to the “Water strategy” accepted by the Government of Russian Federation in 2009, risks of the negative influence of natural water on the environment mostly are related with the peak flood runoff. The water deficit is not in the list of risks.
The water deficit has begun to increase during the past decades even in humid zones mainly due to the climate change. Therefore, there is a necessity to assess reasons and trends of water regimes and water resources changes for different territories.
The twofold of the runoff distribution in the different chains of the river network displayed for the modern decades. The low flows in the lower river chains (so-called “the large rivers”) increased substantially since 1987-1990. The same situation was in “the small rivers” until 2000’s, but low flows there became decrease later (however, it is still more than it was during 1950-1970’s). The favorable conditions of the water leakage keeping for the long period had led to the disturbance of the water balance components, when water leakage in rivers became exceed their feeding, and water has “outflow” from the basins of small rivers.
Nonsynchronous changes of the water regimes of river net chains of different order can’t be explained by “global approaches” to the climate changes. Therefore, there is a different suggested way to solve this problem, related to nonlinear reaction of the river basins water system to the climate long-term variations, when one quasi-stationary conditions (definite relative stable period of climate conditions) change to another.
It is useful to add to “The water strategy” more detailed hydrological basis. It should include all aspects of the standard and special hydrological network development, problems of the scientific study hydrological processes, spatial-temporary nonuniformity of the different order river basins water turnover reaction on the climate change.Объектом настоящего исследования являются разномасштабные эффекты влияния изменения климата на гидрологический режим. Существующие подходы к оценке влияния климата на водные ресурсы и гидрологический режим основаны на глобальных данных или данных гидрометеорологического мониторинга регионального уровня. В соответствии с таким сложившимся подходом разрабатываются и адаптационные стратегии как на секторальном (в секторах экономики), так и на региональном уровне. Вместе с тем, реакция водного режима территорий на происходящее изменение климата, и, в первую очередь, температуры воздуха, неоднозначна для водных объектов различных масштабов. Например, на малых реках северо-запада Российской Федерации и в бассейне верхней Волги начиная с 1995-2000 г. наблюдается снижение минимального стока, в том числе зимой. Пересыхают родники, снижаются уровни грунтовых вод, деградирует первичная гидрографическая сеть. Одновременно с этим наблюдаются значительный сток в межень на крупных реках, идет активизация процессов подтоплений территорий, экзогенных процессов. Такое несинхронное изменение водности в разных звеньях гидрографической сети речных бассейнов не может быть объяснено на основе общих соображений влияния климата на сток. Соответственно, не могут быть разработаны и оптимальные адаптивные мероприятия к происходящим изменениям в водном режиме территорий. Нестационарность и нелинейность процессов формирования стока в переходный климатический период вносят большую неопределенность в гидрологическое обоснование проектирования и эксплуатации объектов водохозяйственного комплекса, сельского хозяйства, гидроэнергетики и так далее Поэтому нужен более дифференцированный подход к оценке изменений в водном режиме территорий, связанных с нелинейной реакцией водной системы речных бассейнов на климатические изменения при переходе от одного квазистационарного состояния к другому.
Литература
Арефьева Е.В., Мухин В.И., Мирмович Э.Г. Подтопление, как потенциальный источник чрезвычайных ситуаций // Технологии гражданской безопасности. 2007. Том 4. № 4. С. 69-72.
Жигунов A.B, Семакова Т.А., Шабунин Д.А. Массовое усыхание лесов на Северо-Западе России // Материалы научной конференции «Лесобиологические исследования на Северо-Западе таежной зоны России: итоги и перспективы», посвященной 50-летию Института леса Карельского научного центра РАН (г. Петрозаводск, 3-5 октября 2007 года). Петрозаводск: КарНЦ РАН, 2007. C. 42-52
Иванова Н.Н., Ларионов Г.А. Динамика протяженности малых рек: факторы и количественные оценки // Причины и механизмы пересыхания малых рек / Под ред. А.П. Дедкова, Г.П. Бутакова. Казань: изд-во Казан.ун-та, 1996. С. 37-42
Разумов В.В., Разумова Н.В., Молчанов Э.Н. Подтопление земель в Сибирском регионе России // Геориск. 2015. № 4. С. 22-36.
Рожков А.А., Козак В.Т. Устойчивость лесов. М.: Агропромиздат, 1988. 232 с.
Сурина Е.А. К вопросу об усыхании ельников в междуречье Северной Двины и Пинеги в условиях глобального потепления климата // Материалы Всероссийской конференции: IV Мелеховские научные чтения, посвященные 105-летию со дня рождения Мелехова И.С. «Проблемы лесоведения и лесоводства» (г. Архангельск, 10-12 ноября 2010 г.). Архангельск: Северный (Арктический) федеральный университет, 2010. С. 188-191.
Grigoriev V.Yu., Frolova N.L. Terrestrial water storage change of European Russia and its impact on water balance. // Geography, Environment, Sustainability. 2018. Vol. 11. No. 1. P. 38-50. DOI: 10.24057/2071-9388-2018-11-1-38-50
Zhuravin S.A., Markov M.L. Development of studies in small research basins in Russia and the most recent tasks. // Proceedings of the Workshop «Status and Perspectives of Hydrology in Small Basins» (Goslar-Hahnenklee, Germany, 30 March–2 April 2009). / eds. by A. Herrmann, S. Schumann. IAHS Publ. 336. 2010. P. 219-224
ВОЗМОЖНОСТИ ДОЛГОСРОЧНОГО ПРОГНОЗА ПРИТОКА ВОДЫ В БУРЕЙСКОЕ ВОДОХРАНИЛИЩЕ
Get PDFDevelopment of the long-range inflow forecast system to the Bureyskaya reservoir, carried out in 2008-2010 at the request of the RusHydro Company, is presented. Estimations were performed based on terms of statistical probabilities with about month-quarter lead-time. Considering features of extreme flow formation processes and wetness of territory, the focus was warm period (June-September), which is known for its heavy rainfall events.
During the investigations there were examined the dynamic-stochastic approach, based on the deterministic hydrological model with using of meteorological characteristics ensemble by weather generator as input, and inflow forecast to the reservoir in terms of probability curve based on multidimensional stochastic modeling. The project included two main stages: development of precipitation and temperature forecast method with month-six months lead-time; development of inflow probabilistic forecast method with month-quarter lead-time based on expected values of precipitation and temperature.
Methods pretesting demonstrated reasonable inflow forecast reliability (about 90%), mean absolute deviation of expected inflow volume from observed is 23-28% relative to mean value. Driven by the developed framework, it was forecasted precipitation sums and reservoir inflow at the individual seasons. By comparing of measured and forecasted values, it was made a conclusion, that accuracy of the forecast scheme is satisfactory. The mean values of the precipitation forecast reliability is 75-80%. Forecasted reservoir inflow in 2009 and 2010 is assessed as close to a measured one.Представлены основные результаты разработки метода долгосрочного прогноза притока в Бурейское водохранилище, направленного на получение прогнозов в вероятностной форме с заблаговременностью порядка месяц-квартал.
Учитывая особенности увлажнения и экстремального стокоформирования территории как в пространственном, так и временном масштабе, в работе преимущественное внимание уделяется теплому периоду года (июнь-сентябрь). В процессе исследования рассматривалась как схема динамико-стохастического моделирования, основанная на работе детерминированной гидрологической модели с ансамблем метеорологических характеристик на входе, генерируемым стохастической моделью погоды, так и прогноз притока к водохранилищу в виде кривой обеспеченности, основанный на многомерном вероятностном моделировании. Работа включала два этапа: разработка метода статистического прогноза осадков и температуры заблаговременностью от 1 до 6 месяцев, а также разработка метода вероятностного прогноза притока за месяц-квартал на основе ожидаемых значений атмосферных осадков и температуры воздуха.
Предварительное тестирование метода на основе многолетних данных показало, что оправдываемость прогноза притока к водохранилищу составила порядка 90%, а среднее абсолютное отклонение ожидаемого значения притока от фактического 23-28% от нормы.
На основе предложенного метода, в отдельные годы был дан прогноз сумм осадков и притока воды к водохранилищу в оперативном режиме. При сравнении фактических данных и спрогнозированных, был сделан вывод, что качество работы прогностической схемы удовлетворительное. Оправдываемость средних по бассейну осадков составила 75-80%. Спрогнозированный приток за отдельные периоды в 2009 и 2010 гг. оценен как достаточно близкий к фактическому.
Литература
Виноградов Ю.Б. Математическое моделирование процессов формирования стока: опыт критического анализа. Л.: Гидрометеоиздат, 1988. 312 с.
Гарцман Б.И., Губарева Т.С. Прогноз гидрографа дождевых паводков на реках Дальнего Востока // Метеорология и гидрология. 2007. № 5. С. 70-80.
Гарцман Б.И., Губарева Т.С., Бугаец А.Н., Макагонова М.А. Краткосрочный прогноз притока воды в водохранилище Бурейской ГЭС // Гидротехническое строительство. 2009. № 1. С. 11-20
Груза Г.В. Опыт применения статистических главных компонент (естественных ортогональных составляющих) в технике корреляционного прогноза // Труды Среднеазиатского научно-исследовательского гидрометеорологического института. 1969. Вып. 40(55). С. 19-36.
Груза Г.В. Прогностические модели в метеорологии и статистические прогнозы // Труды ВНИИГМИ-МЦД. 1977. Вып. 35. С. 3-10.
Дрейпер Н., Смит Г. Прикладной регрессионный анализ: в 2-х кн. Кн. 1 / Пер. с англ. Ю.П. Адлера и В.Г. Горского. М.: Финансы и статистика, 1986. 366 с.
Картвелишвили Н.А. Стохастическая гидрология. Л.: Гидрометеоиздат, 1975. 163 с.
Медведев В.С., Потемкин В.Г. Нейронные сети. Matlab 6. М.: Диалог-МИФИ, 2002. 496 с.
Мещерская А.В., Руховец Л.В., Юдин М.И., Яковлева Н.И. Естественные составляющие метеорологических полей. Л.: Гидрометеоиздат, 1970. 199 с.
Свинухов Г.В. Синоптико-статистические методы долгосрочных прогнозов погоды на Дальнем Востоке. Л.: Гидрометеоиздат, 1977. 168 с.
Соколов О.В., Друзь Н.И. Автоматизированный исследовательский программный комплекс для целей прогноза элементов погоды // Проблемы транспорта Дальнего Востока. 2005. С. 211-213.
Barnston A.G., Livezey R.E. Classification, Seasonality and Persistence of Low-Frequency Atmospheric Circulation Patterns // Monthly Weather Review. 1987. Vol. 115. No. 6. P. 1083-1126. DOI: 10.1175/1520-0493(1987)115<1083:CSAPOL>2.0.CO;2
Ishii M., Shouji A., Sugimoto S., Matsumoto T. Objective analyses of sea‐surface temperature and marine meteorological variables for the 20th century using ICOADS and the Kobe Collection // The International Journal of Climatology. 2005. Vol. 25. Iss. 7. P. 865-879. DOI: 10.1002/joc.1169
Kalnay E., Kanamitsu M., Kistler R., Collins W., Deaven D., Gandin L., Iredell M., Saha S., White G., Woollen J., Zhu Y., Chelliah M., Ebisuzaki W., Higgins W., Janowiak J., Mo K.C., Ropelewski C., Wang J., Leetmaa A., Reynolds R., Jenne R., Joseph D. The NCEP/NCAR 40-Year Reanalysis Project // Bulletin of the American Meteorological Society. 1996. Vol. 77. No. 3. P. 437-472. DOI: 10.1175/1520-0477(1996)077<0437:TNYRP>2.0.CO;
ЛАВИННЫЕ ГЕОСИСТЕМЫ ОСТРОВА САХАЛИН И КУРИЛЬСКИХ ОСТРОВОВ
Get PDFThe taxonomic scale of classification of avalanche geosystems and algorithm of calculation of quantitative characteristics of avalanche processes and their mode on the basis of geomorphological, geological, landscape, nival and climatic characteristics of the territory are developed. The intensity of avalanche processes and their characteristics are determined by the main groups of factors of avalanche processes. Geological, geomorphological, landscape and lithological (snow pack) factors are dominant, and hydrometeorological factors is initiating: including the trigger mechanism of the avalanche process. Methodological principles of construction of the map «Avalanche geosystems of Sakhalin Island and Kuril Islands» are based on the logical sequence of analysis of natural and climatic conditions of formation and evolution of snow pack in space and time, assessment of the intensity of avalanche processes and the nature of avalanche processes in the study area. The methodological basis of the algorithm for analyzing the factors of avalanche processes and determining their characteristics is a hierarchical scale of factors of avalanche processes developing in an avalanche geosystem. The hierarchy of taxonomic levels of avalanche geosystems classification meets this goal: class-subclass-type-subtype-species. Sakhalin Island and the Kuril Islands have 3 classes (mountain, coastal, plain), 16 subclasses, 76 types, 99 subtypes, 114 species of avalanche geosystems. On the basis of the developed technique, a map of avalanche geosystems of Sakhalin Island and Kuril Islands on a scale of 1:1 000 000 was created. The map contains the most complete to date information about avalanche processes and their regime in the study area. Methodological principles of construction of small - and medium-scale maps of avalanche geosystems for unexplored and poorly studied areas allow to develop the content of such maps for the assessment of avalanche danger both for solving scientific problems and at the early stages of design and survey work.Разработана таксономическая шкала классификации лавинных геосистем и алгоритм расчёта количественных характеристик лавинных процессов и их режима на основе геоморфологической, геологической, ландшафтной, нивальной и климатической характеристики территории. Интенсивность проявления лавинных процессов и их характеристики определяются основными группами факторов, из которых геологические, геоморфологические, ландшафтные и литологические (снежная толща) факторы – доминирующие, а гидрометеорологические – инициирующие: включающие триггерный механизм лавинного процесса. Методологические принципы построения карты «Лавинные геосистемы о. Сахалин и Курильских островов» основаны на логической последовательности анализа природно-климатических условий формирования и эволюции снежного покрова в пространстве и во времени, оценке интенсивности проявления лавинных процессов и характера лавинных процессов на исследуемой территории. Методологической основой алгоритма анализа факторов лавинных процессов и определения их характеристик является иерархическая шкала факторов лавинных процессов, развивающихся в лавинной геосистеме. Этой цели отвечает иерархия таксономических уровней классификации лавинных геосистем: класс – подкласс – тип – подтип – вид. На острове Сахалине и Курильских островах выделены 3 класса (горный, береговой, равнинный), 16 подклассов, 76 типов, 99 подтипов, 114 видов лавинных геосистем. Построенная на основе разработанной методики карта лавинных геосистем острова Сахалине и Курильских островов в масштабе 1:1 000 000 содержит наиболее полные на сегодняшний день сведения о лавинных процессах и об их режиме на исследуемой территории. Предлагаемые методологические принципы построения мелко- и среднемасштабных карт лавинных геосистем для неизученных и малоизученных территорий позволяют разрабатывать содержание карт для оценки лавинной опасности как для решения научных задач, так и для использования на ранних стадиях проектно-изыскательских работ. Карта позволяет оценить вероятную степень воздействия лавинных процессов на объекты и сооружения в зависимости от их категории и режима эксплуатации. Полученные оценки дают возможность уже на ранних стадиях проектирования определять необходимость проведения и объём изыскательских работ и объём необходимых затрат на изыскания и на разработку и проведение защитных мероприятий.
Литература
Александров С.М. Остров Сахалин. М.: Наука, 1973. 183 с.
Атлас Сахалинской области / Гл. ред. Г.В. Комсомольский и И.М. Сирык. М.: ГУГК, 1967. 135 с.
Атлас снежно-ледовых ресурсов мира в 2-х т. Том 2: в 2-х кн. Книга 1. / Гл. ред. В.М. Котляков. М.: ГУГК, 1998. 264 с.
Боброва Д.А. Зависимость дальности выброса лавин на о. Сахалин от морфологии и морфометрии лавиносбора в условиях Сахалина // Геориск. 2009. № 4. С. 14-17
Боброва Д.А. Построение карт лавинной опасности территорий населённых пунктов Сахалинской области // Геориск. 2010. №4. С. 38-41
Боброва Д.А. Лавинная опасность равнинных территорий о. Сахалин // Лёд и снег. 2013. Том 53. № 4. С. 60-66. DOI: 10.15356/2076-6734-2013-4-60-66
Боброва Д.А. Оценка лавинной опасности на равнинных территориях о. Сахалин: Автореф. дисс. … канд. геогр. наук. Хабаровск, 2014, 24 с.
Боброва Д.А. Построение карты природных лавинных комплексов для равнинных территорий (на примере острова Сахалин) // Вестник Дальневосточного отделения Российской академии наук. 2017. № 4. С. 141-146.
Володичева Н.А. Характеристика лавинной опасности Курильских островов // Лавины Сахалина и Курильских островов / Под ред. К.Ф. Войтковского, В.Е. Барабаша. Л.: Гидрометеоиздат, 1971. С. 26-39.
География лавин / Под ред. С.М. Мягкова, Л.А. Канаева. М.: МГУ, 1992. 330 с.
Геология СССР: в 48 т. Т. 33. Остров Сахалин: геологическое описание / Гл. ред. А.В. Сидоренко. М.: Недра, 1970. 432 с.
Гиг Дж., ван Прикладная общая теория систем. Книги 1-2 / Пер. с англ. под ред. Б.Г. Сушкова, В.С. Тюхтина. М.: Мир, 1981.
Дзюба В.В. Географические принципы разработки методик прогноза лавиноопасных периодов для малоисследованных районов: Автореф. дисс. … канд. геогр. наук. М.: Изд-во МГУ, 1983. 23 с.
Древило М.С. О классификациях отложенного снега. Южно-Сахалинск: Изд-во Сахалинского УГМС, 1981. 24 с.
Древило М.С. Структура снежного покрова о. Сахалин (подзона средней светлохвойной тайги) // Труды Гидрометцентра Сахалинского УГМС. Региональные исследования. Южно-Сахалинск, 1988. С. 124-127.
Древило (Варганова) М.С. Структура снежного покрова в зонах лавинообразования о. Сахалин // Материалы гляциологических исследований. 2000. Вып. 88. С. 107-112
Древило М.С. Геоэкологические исследования снежного покрова на основе его ландшафтно-индикационных свойств: На примере о. Сахалин: Автореф. дисс. … канд. геогр. наук. Барнаул, ИВиЭП СО РАН, 2001. 27 с.
Древило (Варганова) М.С., Жируев С.П., Окопный В.И., Казаков Н.А., Генсиоровский Ю.В. Мониторинг снежного покрова о. Сахалин // Материалы гляциологических исследований. 2000. Вып. 89. С. 89-94.
Древило М.С., Казаков Н.А. К вопросу о современном состоянии оценки степени лавинной опасности Курильских островов // Тезисы докладов научно-практической конференции, посвящённой 300-летию освоения Курильских островов русскими людьми «Курильские острова: история, современность, перспективы» (г. Южно-Сахалинск, 16-17 декабря 1997 г.). Южно-Сахалинск, 1997. Т.2. С. 91-92.
Жируев С.П., Окопный В.И., Казаков Н.А., Генсиоровский Ю.В. Лавинная опасность на автомобильных и железных дорогах Сахалина и Курил //Геориск. 2010. № 4. С. 50-57
Земцова А.И. Климат Сахалина. Л.: Гидрометеоиздат, 1968. 197 с.
Иванов А.В. Общий обзор лавинного режима острова Сахалин // Лавины Сахалина и Курильских островов / Под ред. К.Ф. Войтковского, В.Е. Барабаша. Л.: Гидрометеоиздат, 1971. С. 4-25.
Иванов А.В., Васильев А.Б. Некоторые результаты натурных исследований лавинного режима в условиях муссонного климата // Снег и лавины Сахалина / Под ред. В.Е. Барабаша, А.К. Дюнина. Л.: Гидрометеоиздат, 1975. С. 34-55.
Кадастр лавин СССР. Том 18. Дальний Восток / Под ред. Л.А. Канаева. Л.: Гидрометеоиздат, 1988. 122 с.
Казаков Н.А. Геологические и ландшафтные критерии оценки лавинной и селевой опасности при строительстве линейных сооружений (на примере о. Сахалин): Автореф. дисс. … канд. геол.-мин. наук. Южно-Сахалинск, 2000. 36 с.
Казаков Н.А. Природный лавинный комплекс как триггерная геосистема: предпосылки управления лавинным процессом // Материалы Всероссийской конференции «Риск-2003» (г. Москва, 26-28 марта 2003 г.). М.: АНКИЛ, 2003. Т. 2. С. 344-348.
Казаков Н.А. О формировании лавин в лесу // Материалы гляциологических исследований. 2007. Вып. 102. С. 192-196.
Казаков Н.А. Перекристаллизация снега и особенности лавинообразования на Сахалине и Курильских островах // Материалы Международной научной конференции, посвящённой 100-летию со дня рождения профессора географического факультета МГУ Георгия Казимировича Тушинского «Гляциология в начале XXI века» (г. Москва, 15-16 октября 2009 г.). М.: Изд-во Университетская книга, 2009а. С. 70-77.
Казаков Н.А. Природный лавинный комплекс как триггерная геосистема // Материалы Международной научной конференции, посвящённой 100-летию со дня рождения профессора географического факультета МГУ Георгия Казимировича Тушинского «Гляциология в начале XXI века» (г. Москва, 15-16 октября 2009 г.). М.: Изд-во Университетская книга, 2009б. С. 110-115.
Казаков Н.А. Литолого-стратиграфические комплексы снежного покрова: эволюция снежного покрова в Арктике и прогноз изменения физико-механических характеристик снежной толщи // Материалы Всероссийской конференции с международным участием «Комплексные научные исследования и сотрудничество в Арктике: взаимодействие вузов с академическими и отраслевыми научными организациями» (г. Архангельск, 26-27 февраля 2015 г.). Архангельск: ИД САФУ, 2015. С. 126-131.
Казаков Н.А., Генсиоровский Ю.В., Казакова Е.Н. Большие лавины небольших склонов // Геориск. 2008. № 2. С. 56-58.
Казаков Н.А., Окопный В.И., Жируев С.П., Генсиоровский Ю.В., Аникин В.А. Лавинный режим Восточно-Сахалинских гор // Материалы гляциологических исследований. 1999. Вып. 87. С. 211-215.
Казакова Е.Н. Зависимость динамических характеристик лавин на Сахалине от их генетических типов // Геориск. 2009. № 4. С. 10-13.
Казакова Е.Н. Лавинная опасность населённых пунктов Сахалинской области // Геориск. 2010. № 4. С. 58-60.
Казакова Е.Н. Снежные карнизы на морских террасах Южного Сахалина // Криосфера Земли. 2013. Т. 17. № 3. С. 94-99.
Казакова Е.Н. Природные и антропогенные лавинные комплексы морских берегов (на примере о. Сахалин): Автореф. дисс. … канд. геогр. наук. Хабаровск, 2014. 24 с.
Казакова Е.Н. Классификация береговых лавинных комплексов острова Сахалин // География и природные ресурсы. 2016. № 3. С. 152-159. DOI: 10.21782/GiPR0206-1619-2016-3(152-159)
Казакова Е.Н., Лобкина В.А. Лавинные катастрофы в Сахалинской области // Материалы гляциологических исследований. 2007. № 103. С.185-190.
Карта лавиноопасных районов Советского Союза. М.: МГУ, 1971.
Карта литологических комплексов и проявлений экзогенных процессов о. Сахалин: масштаб 1:500 000 / Под ред. И.И. Тютрина, К.Ф. Сергеева. М.: ГУГК, 1984
Каталог лавин о. Сахалин и Курильских островов за период 1935-1989 гг. Южно-Сахалинск: Сахалинское УГМС, 1990.
Козик С.М. Расчёт движения снежных лавин. Л.: Гидрометиздат, 1962. 74 с.
Коломыц Э.Г. Структура снега и ландшафтная индикация. М.: Наука, 1976. 206 с.
Коломыц Э.Г. Теория эволюции в структурном снеговедении. М.: ГЕОС, 2013. 482 с.
Лавиноопасные районы Советского Союза / Под ред. Г.К. Тушинского. М.: Изд-во МГУ, 1970. 200 с.
Литенко Н.Л. Типы фаций, гидроморфная структура и функционирование ландшафтов Сахалина // Вопросы географии и геоморфологии Советского Дальнего Востока: сб. науч. тр. / Отв. ред. Ю.Б. Зонов. Владивосток: Изд. Дальневост. ун-та, 1992. С. 17-26.
Материалы наблюдений за осадками и снежным покровом в горах 1959-1993 гг. Южно-Сахалинск: Сахалинское УГКС, 1994.
Научно-прикладной справочник по климату СССР: 4 серии. Серия 3. Многолетние данные: в 35 выпусках. Выпуск 34. Сахалинская область / Под ред. Г.П. Ивановой. Л.: Гидрометеоиздат, 1990. 351 с.
Окопный В.И. Особенности лавинообразования на южных Курильских островах // Лёд и снег. 2011. № 1 (113). С. 58-63.
Рыбальченко С.В. Зависимость толщины лавинных отложений от морфологии и морфометрии лавиносбора (на примере Восточно-Сахалинских гор и Хибин) // Геориск. 2009. №4. С. 18-21.
Рыбальченко С.В. Лавинные комплексы территорий населённых пунктов Сахалинской области // Геориск. 2010. № 4. С. 42-49.
Северский И.В., Благовещенский В.П. Оценка лавинной опасности горной территории. Алма-Ата: Наука, 1983. 220 с.
Сочава В.Б. Введение в учение о геосистемах. Новосибирск: Наука, 1978. 319 с.
Справочник по климату СССР. Особо опасные гидрометеорологические явления. Вып. 34. Южно-Сахалинск: СахУГКС, 1985.
Трошкина Е.С. Лавинный режим горных территорий СССР. М.: ВИНИТИ, 1992. 188 с.
Тушинский Г.К. Эволюция снежной толщи // Вопросы географии. 1951. № 24. С. 350-380.
Хакен Г. Синергетика. Иерархии неустойчивостей в самоорганизующихся системах и устройствах. М.: Мир, 1985. 424 с.
Черешкин Д.С., Кононов А.А., Тищенко Д.В. Принципы таксономии угроз безопасности информационных систем // Вестник РФФИ. 1999. № 3(17). C. 68-72.
Щукин И.С. Общая геоморфология. Т. 1-3. М.: Изд-во Московского университета, 1960-1974.
Эбелинг В. Образование структур при необратимых процессах. Введение в теорию диссипативных структур / Пер. с нем. А.С. Доброславского; под ред. Ю.Л. Климонтовича. М.: Мир, 1979. 280 с.
Kazakov N. A, Gensiorovskiy J.V., Zhiruev S. P., Drevilo M.S. The stratigraphic complexes of a snowpack // Annals of Glaciology. 2012. Vol. 53. Iss. 61. P. 39-44. DOI: 10.3189/2012AoG61A025.
Podolskiy E.A., Izumi K., Suchkov V.E., Eckert N. Physical and societal statistics for a century of snow-avalanche hazards on Sakhalin and the Kuril Islands (1910–2010) // Journal of Glaciology. 2014. Vol. 60. Iss. 221. P. 409-430. DOI: 10.3189/2014JoG13J143.
Sokratov S., Kazakov N. Dry-snow metamorphism expressed by crystal shape //Annals of Glaciology. 2012. Vol. 53. Iss. 61. P. 51-56. DOI: 10.3189/2012AoG61A029
АНАЛОГИЧНОСТЬ В ОБРАЗОВАНИИ МЕТЕЛЕВЫХ ЛАВИН В ХИБИНАХ
Get PDFIn practice, forecasting of avalanche occurrences in a single avalanche path is usually subjective based on background avalanche and weather forecasts, data on the location and topography of the avalanche starting zone, as well as available data on the snowpack in it. Moreover, forecasters sometimes identify avalanche starting zones, in which, according to their opinion, avalanche formation is similar. It is generally believed that avalanche formation occurs similarly in avalanche starting zones similar in morphology and morphometry, as well as having similar exposure. The aim of the work was to establish a quantitative relationship in the avalanche formation of snowstorm avalanches in 22 avalanche starting zones located in an area of about 25 km2 located in the southern part of the Khibiny Mountains. The study was based on long-term observations of avalanches in this area. As a measure of the proximity of avalanche formation in two avalanche starting zones P (i / j), we used the conditional probability of avalanche formation in avalanche starting zone i, if an avalanche formed in avalanche starting zone j. As the study showed, correlations between avalanche formation in various avalanche starting zones are statistically significant, but, as a rule, rather weak. The most similar formation of snow avalanches occurs in the starting zones having a similar exposure. In addition, the deformations of the air flow in the mountain system and the size of the snow drift zones, as well as the spatial variability of the physical and mechanical characteristics of snowpack in avalanche starting zones, also affect. A methodology for probabilistic diagnosis and forecasting of snowstorm avalanches using avalanche starting zones-indicators is proposed.На практике прогнозирование возникновения лавин в отдельно взятом лавинном очаге осуществляется, как правило, субъективно на основе фоновых лавинных прогнозов, прогнозов погоды, данных о местоположении и рельефе лавинного очага, а также имеющихся данных о снежном покрове в этом очаге. При этом прогнозистами иногда выделяются лавинные очаги, в которых, по их мнению, лавинообразование происходит сходно. Обычно считают, что лавинообразование происходит сходно в лавинных очагах близких по морфологии и морфометрии, а также имеющих близкие экспозиции. Целью работы было установление количественной связи в лавинообразовании метелевых лавин в 22-х лавинных очагах, расположенных на территории площадью около 25 км2, находящейся в южной части Хибин. Исследование проведено на основе многолетних наблюдений за лавинами в данном регионе. В качестве меры близости лавинообразования в двух лавинных очагах P(i/j) была использована условная вероятность образования лавины в лавинном очаге i, если лавина образовалась в лавинном очаге j. Как показало исследование, статистические связи лавинообразования в различных лавинных очагах являются значимыми, но, как правило, довольно слабыми. Наиболее сходно образование метелевых лавин происходит в очагах имеющих сходную экспозицию. Помимо этого, влияют деформации воздушного потока в горной системе и размеры зон метелевого сноса снега, а также пространственная изменчивость физико-механических характеристик метелевого снега в лавинных очагах. Предложена методика вероятностной диагностики и прогнозирования метелевых лавин с использованием лавинных очагов-индикаторов.
Литература
Аккуратов В.Н. Генетическая классификация лавин // Труды Эльбрусской высокогорной комплексной экспедиции. Т. 1 (4): Снег, лавины и применение снега в народном хозяйстве: Материалы II Всесоюз. межвед. конференции, посвящ. вопросам снежного покрова / Под ред. Г.К. Сулаквелидзе и Г.К. Тушинского. Нальчик: Кабард.-Балкар. кн. изд-во, 1959. С. 215-232.
Черноус П.А., Перликов А.М., Мокров Е.Г. Автоматизированное рабочее место прогнозиста лавин // Материалы гляциологических исследований. 1998. № 84. С. 72-75
Черноус П.А. Применение многомерного дискриминантного анализа для распознавания лавиноопасных ситуаций // Исследования снега и лавин в Хибинах: материалы Хибинской гляциологической конференции (г. Кировск, 25-26 декабря 1972 г) / Отв. ред. Б.Н. Ржевский. Ленинград, Гидрометеоиздат, 1975. С. 64-70
Judson A. On the potential use of index path for avalanche assessment. // Journal of Glaciology. 1983. Vol. 29. No. 101. P. 178-184. DOI: 10.1017/S002214300000523
МИНИМАЛЬНЫЙ СТОК РЕК ЧЕРНОМОРСКОГО ПОБЕРЕЖЬЯ РОССИИ
Get PDFThere are currently only 8 hydrological posts on the rivers of the Black Sea coast of Russia. Dozens of rivers in the region are not covered by observational data, making it difficult to calculate the minimum flow of rivers to address the protection and use of water resources. The aim of the work is to determine the characteristics of the minimum flow of unexplored rivers of the Black Sea coast and to identify its spatial heterogeneity.
The studies use observation data at 24 posts of Roshydromet (active and closed in the period 1926-2011) and results of summer intergenerational hydrometric surveys carried out in 2007 and 2008 by the State Hydrological Institute on 44 rivers.
A minimum of 10 daily and daily water consumption per year has been adopted as the main design characteristics for the area. The calculation of the minimum drain of unexplored rivers is made on the basis of the data of occasional measurements and the results of observations at the posts of Roshydromet.
It has been found that up to an average catchment height of about 700 m, the minimum average 10-daily water flow rates vary in a small range (up to 3 l/s·km2). With the elevation of the terrain rising above 700 m, there is a marked increase in minimal river runoff in river basins. Geographical and hydrological zoning of the territory by the minimum 10-day river flow was performed. During zoning 4 main areas and 2 sub-districts with different physical-geographical and hydrogeological conditions of formation of minimum river flow have been identified.
The repeatability of shallow years - numbers of cases of the minimum drain of the rivers the probability of excess of ≥80% is estimated. The most often repeating category of shallow years – "single year" (≈78% of cases). An unfavourable hydrological situation occurs when low-water summer periods are repeated after 1-2 years or two-three years in a row. These years tend to see low winter intergenerational and spring floorage.На реках Черноморского побережья России в настоящее время функционирует всего 8 гидрологических постов. Десятки рек региона не освещены данными наблюдений, что осложняет расчеты минимального стока рек для решения вопросов охраны и использования водных ресурсов. Цель работы заключается в определение характеристик минимального стока неизученных рек Черноморского побережья и выявлении его пространственной неоднородности.
В исследованиях использованы данные наблюдений на 24 постах Росгидромета (действующих и закрытых за период 1926-2011 гг.) и результаты летних меженных гидрометрических съемок, выполненных в 2007 и 2008 гг. Государственным гидрологическим институтом на 44 реках.
В качестве основных расчетных характеристик для района приняты минимальный в году 10-ти суточный и суточный расходы воды. Расчет минимального стока неизученных рек выполнен на основе данных эпизодических измерений и результатов наблюдений на постах Росгидромета.
Установлено, что до средней высоты водосбора около 700 м минимальные средние 10-ти суточные расходы воды изменяются в небольшом диапазоне (до 3 л/с·км2). С повышением высоты местности выше 700 м в речных бассейнах наблюдается заметный рост минимального речного стока. Выполнено географо-гидрологическое районирование территории по минимальному 10-ти суточному стоку рек. При районировании выделены 4 основных района и 2 подрайона с разными физико-географическими и гидрогеологическими условиями формирования минимального стока рек.
Оценена повторяемость маловодных лет – числа случаев минимального стока рек вероятностью превышения ≥80 %. Наиболее часто повторяющаяся категория маловодных лет – «одиночный год» (≈78% случаев). Неблагоприятная гидрологическая ситуация складывается, когда маловодные летние периоды повторяются через 1-2 года или два-три года подряд. В эти годы, как правило, наблюдаются низкие зимняя межень и весеннее половодье.
Литература
Владимиров А.М. Минимальный сток рек СССР. Л.: Гидрометеоиздат, 1970. 214 с.
Гидрогеология СССР: в 46 т. Том 9: Северный Кавказ / Под ред. Н.А. Григорьева. М.: Недра, 1968. 488 с.
Гуревич Е.В., Виноградов А.Ю. Анализ минимального стока рек Черноморского побережья Кавказа в связи с возрастающей антропогенной нагрузкой // Естественные и технические науки. 2009. №4(42). С. 175-178.
Клименко В.И, Куканов В.М., Прокофьев С.С. Подземные воды Черноморского побережья Кавказа и их охрана. М: Наука, 1979. 100 с.
Пособие по определению расчетных гидрологических характеристик. Л.: Гидрометеоиздат, 1984. 448 с.
Топчилов М.А., Ромашова Л.А., Николаева О.Н. Картография: учебно-метод. пособие. Новосибирск: СГГА, 2009. 109 с.
Шикломанов И.А. Исследование водных ресурсов суши: итоги, проблемы, перспективы. Л.: Гидрометеоиздат, 1988. 152 с.
Medeiros, G.C.S. de, Maia, A.G., Medeiros, J.D.F. de Assessment of Two Different Methods in Predicting Hydrological Drought from the Perspective of Water Demand. Water Resources Management. 2019. Vol. 33. Iss. 5. P. 1851-1865. DOI: 10.1007/s11269-019-02218-7
Wrzesiński D. Stability of high and low flow periods on European rivers. Badania Fizjograficzne. Seria A. Geografia Fizyczna. 2015. Vol. 66. P. 183-194. DOI: 10.14746/bfg.2015.6.1