Hydrosphere. Hazard processes and phenomena
Not a member yet
170 research outputs found
Sort by
Оценка значений прочностных характеристик грунта при нелинейной зависимости его сопротивления сдвигу от нормального давления
Get PDFWhen studying the transport-shear mudflow, riverbed washouts, the stability of landslide slopes, when designing buildings and structures, including hydraulic engineering, it is important to assess the parameters of the strength properties of soils. To determine these parameters according to the requirements of all the main regulatory documents, it is necessary to use the linear Coulomb equation , characterizing the relationship between the normal pressure on the soil σ and its shear resistance τ. However, as numerous experimental studies show, this dependence is nonlinear, especially in the region of low pressures (< 0.1 MРa), and can be approximated by a power function of the form . In the case of using a linear relationship between shear resistance and normal pressure, the angle of internal friction φ and the specific soil adhesion c are simply determined and are constants under any load. In the case of using a power dependence, difficulties arise with their assessment. In order to match the approximation of the results of the soil shear study by a nonlinear function to the existing regulatory framework, we assume that the state of the soil at a given normal pressure σ0 is sufficiently described by the tangent equation at points with a certain normal pressure σ0. The derivative of the function at the point σi is equal to the tangent of the angle of inclination of the tangent drawn to the graph of the function at this point. Therefore, the tangent of the angle of internal friction at the point σi will be equal to the first derivative of the power function at this point.При исследованиях транспортно-сдвигового селевого потока, размывов русел рек, устойчивости оползневых склонов, при проектировании зданий и сооружений, в том числе гидротехнических, важное значение имеет оценка параметров прочностных свойств грунтов – угла внутреннего трения φ и удельного сцепления с. Для определения этих параметров согласно требованиям всех основных регламентирующих документов необходимо использовать линейное уравнение Кулона , характеризующее зависимость между нормальным давлением на грунт и его сопротивлением сдвигу . Однако, как показывают многочисленные экспериментальные исследования, данная зависимость нелинейна, особенно в области малых давлений (< 0,1 Мпа), и может быть аппроксимирована степенной функцией вида . В случае использования линейной зависимости между сопротивлением сдвига и нормальным давлением, угол внутреннего трения φ и удельное сцепление с определяются просто и при любой нагрузке являются константами. В случае использования степенной зависимости возникают затруднения с их оценкой. В целях соответствия аппроксимации результатов исследования грунтов на сдвиг нелинейной функцией существующей нормативной базе, предполагаем, что состояние грунта при заданном нормальном давлении в достаточной степени описывается уравнением касательной в точках с определенным нормальным давлением . Производная функции в точке равна тангенсу угла наклона касательной, проведённой к графику функции в этой точке. Следовательно, тангенс угла внутреннего трения в точке будет равен первой производной степенной функции в этой точке. Оценку значения свободного члена уравнения , получаемого расчетным путем, а не прямым измерением, предлагается выполнять методом интерполяции между двумя соседними парами измерений . Сравнительный анализ результатов показал, что в области стандартных значений нормальной нагрузки (0,1 0,3 МПа) степенная функция соответствует измеренным значениям не хуже, чем линейная, а в области меньших по величине значений нагрузки – аппроксимирует их значительно лучше
Динамика врезания и аккумуляции в речных долинах бассейна Волги в поздневалдайскую эпоху
Get PDFLarge paleochannels are ancient river channels preserved in the landscape of river floodplains, the dimensions of which significantly exceed the proportions of modern channels of the same rivers. Their parameters and morphology indicate that they were formed during periods of heightened water runoff. The large paleochannels of the Volga basin may have significant implications for the dynamics of the Caspian shoreline in past. This paper presents results of the drilling, dating, and study of the large paleochannels in different parts within the Volga basin. The channel alluvium of large paleochannels is underlain by thick units of sediments filling deep incisions. Dating of these deposits showed that in the Middle Weichselian time, river valleys were deep-incisioned, and at the end of this epoch and in the first half of the Late Weichselian time, these deep incisions were filled. According to geodetic survey data, the true altitude of modern and ancient alluvium tops was established. Although during the formation of large paleochannels, the rivers of the Volga basin must have incised due to increased runoff, often the top of the channel alluvium of large paleochannels is located above the top of the modern channel alluvium, which formed at the lower runoff volume. This is explained by the fact that modern rivers inherited the grade lines from the late Weichselian ones; at the end of the epoch with high fluvial activity, only a part of the rivers adapted their grade to decreased runoff.Большие палеорусла – сохранившиеся в рельефе речных пойм древние речные русла, размеры которых значительно превышают размеры современных русел тех же рек. Их параметры и морфология указывают на то, что они формировались при увеличенном речном стоке. Большие палеорусла бассейна Волги могли играть ключевую роль в динамике береговой линии Каспийского моря. Произведено бурение и изучение строения больших палеорусел в разных частях бассейна Волги. Русловую фацию аллювия больших палеорусел подстилают мощные пачки отложений, заполняющих глубокие врезы. Датирование этих отложений показало, что в средневалдайскую эпоху реки были врезаны на значительную глубину, а в её конце и в первую половину поздневалдайского времени в речных долинах происходило заполнение этих врезов. По данным геодезической съёмки установлены отметки высоты кровли современного и поздневалдайского руслового аллювия. Хотя в течение эпохи формирования больших палеорусел реки бассейна должны были испытывать врезание вследствие роста стока воды, часто кровля руслового аллювия больших палеорусел расположена выше кровли современного руслового аллювия, формирующегося при более низком речном стоке. Это объясняется тем, что современные реки унаследовали профили дна долин от поздневалдайских; по окончании эпохи обильного стока лишь у части рек произошла адаптация продольных профилей к уменьшившимся величинам стока
Палеогидрология рек бассейна реки Дон
Get PDFThe hydrological regime of large meandering rivers that existed in the Don River basin 18-14 thousand years ago was reconstructed using paleochannel hydraulic geometry, in particular, bankfull width. For paleohydrological reconstructions, the method of regime equations was used. The relationship between the channel bankfull width and the average maximum discharge is derived from the data on the modern channels. This equation is applied for calculating the maximum discharges of the paleorivers using bankfull width of paleochannels. Then, relationships are constructed between the calculated maximum paleodischarges and catchment areas for the territories within the Don River basin with homogeneous paleolandscapes. On this basis, specific discharges are calculated for elementary catchments. They do not depend on the catchment area and therefore can be mapped. The reconstructed maximum daily specific discharges during the snowthaw period were up to 120 mm/day in the north of the Don basin, in the periglacial forest steppe, and 20–30 mm/day in the central part of the basin, in the periglacial steppe. The average daily maximum runoff depth for the basin was about 50 mm, which is more than six times higher than the current value. The annual river runoff was calculated from the ratio of the average flood and the average maximum runoff depth using a simplified snowthaw model, taking into account air temperatures within the modern region-analogues. The total annual runoff from the territory of the Don basin was about 113 km3, which is four times the modern runoff from the same basin. From these estimates of the annual and especially maximum discharges, it follows that there was abundant winter precipitation with short and rapid snowmelt during the formation of large paleochannels.На основе морфометрии палеорусел реконструирован гидрологический режим крупных меандрирующих рек, существовавших в бассейне реки Дон 18-14 тысяч лет назад. Для палеогидрологических реконструкций применялся метод морфометрических зависимостей, полученных на основе гидравлической геометрии речных русел – связи между шириной русла и средним максимальным расходом воды и отношения между максимальным расходом половодья и площадью водосбора. Реконструированные палеовеличины максимального суточного слоя поверхностного стока в период снеготаяния составили на севере бассейна Дона, в перигляциальной лесостепи, до 120 мм/сут и в центральной части бассейна, в перигляциальной степи, 20–30 мм/сут. Средний по бассейну суточный максимальный слой стока составил около 50 мм, что более чем в шесть раз превышает современное значение. Годовой сток рек был рассчитан по соотношению среднего за половодье и среднего максимального слоя стока с помощью упрощенной модели снеготаяния с учетом температур воздуха на территориях современных аналогов климата и ландшафтов бассейна р. Дон в древности. Общий годовой сток с территории бассейна Дона составлял около 113 км3, что в четыре раза больше современного стока из того же бассейна. Из этих оценок годового и особенно максимального стока следует наличие обильных зимних осадков при коротком и быстром снеготаянии в период формирования больших палеорусел
Оценка обоснованности применения метода «косого среза» к диаграмме зависимости сопротивления грунта
Get PDFWhen determining the shear resistance of soils, conventional approach relies on Coulomb\u27s equation, typically represented as a linear function. However, experiments, particularly in the field of small normal loads, demonstate deviations in the shear modulus values from the linear function. Cytovich proposed the "oblique slice" method, which considers the slice area in non-horizontal circular form. An attempt was made to take into account the height of the deformable sample. The experiments conducted by the authors of the study confirmed the non-linear dependence of shear resistance on normal loads and revealed contradictions in the "oblique slice" hypothesis. The purpose of the study is to assess the validity of the hypothesis to substantiate the possibility of using Coulomb\u27s equation in practical calculations. Tests were conducted on various soil types using the consolidated-drained method. For the same samples, calculations were performed using the Cytovich "oblique cut" method, as well as calculations using a method that takes into account both an increase and a decrease in the height of the sample during the cut. A comparative analysis of the results revealed significant difference in the values of tgφ and c obtained during testing according to the GOST method and calculated using the Cytovich method. An increase in sample height occurs at low normal loads due to loosening of the soil during cutting. In this case, the cut surface is not flat but spherical, as the loosening in uneven of the soil, with the greatest loosing occurring in the central part of the sample. At high normal loads, the height of the sample decreases. The best "straightening" of the dependence between the empirical values of tangential and normal stresses occurs when taking into account an increase in the height of the sample at low normal loads, and a decrease in height at high normal loads. The use of the "oblique slice" method does not "straighten" the shear diagram. Its use in practice is not justified.При определении сопротивления грунтов сдвигу принято опираться на закон Кулона, имеющий вид линейного уравнения. Однако экспериментальные исследования, особенно в области малых нормальных нагрузок показывают отклонения значений модуля сдвига от линейной функции. Н.А. Цытовичем предложен метод «косого среза», учитывающий площадь среза, отличную от горизонтальной окружности. Таким образом, была предпринята попытка учета высоты деформируемого образца. Опыты, проводимые авторами статьи, во-первых, подтвердили нелинейность зависимости сопротивления сдвигу от нормальных нагрузок, а, во-вторых, выявляют противоречия в гипотезе «косого среза». Целью исследования является оценка применимости вышеуказанной гипотезы для обоснования возможности использования закона Кулона в практических расчетах. Для проведения оценки были проведены испытания разных видов грунтов по консолидированно-дренированному способу с использованием компрессионного полевого прибора Литвинова. Для тех же образцов были проведены расчеты по методике «косого среза» Цытовича, а также расчеты по методике, учитывающей как увеличение, так и уменьшение высоты образца в процессе среза (отрицательный «косой срез»), которое может наблюдаться при больших нормальных нагрузках. В результате сравнительного анализа полученных результатов определены существенные различия значений tgφ и с, полученных при испытании по методике ГОСТ и рассчитанных по методу Цытовича. Увеличение высоты образца, на котором основана гипотеза «косого среза», происходит при малых нормальных нагрузках за счет разрыхления грунта при срезе. При этом поверхность среза не плоская, а сферическая, т.к. разрыхление неравномерно, наибольшим оно является в центральной части образца. При больших нормальных нагрузках происходит уменьшение высоты образца. Наилучшее «спрямление» зависимости между эмпирическими значениями тангенциальных и нормальных напряжений происходит при учете и увеличения высоты образца при малых, и уменьшении высоты при больших нормальных нагрузках. Применение метода «косого среза» не дает заявленного «спрямления» диаграммы сдвига, и его использование в практической деятельности не обосновано
Разработка стенда для определения потребной толщины многослойных дорожных одежд лесных дорог
Get PDFThe main mechanical characteristics that determine the operational performance of forest road are the modulus of deformation, which characterizes the stiffness of the soil at the base and its resistance to deformation, as well as the modulus of elasticity, which characterizes both the deformation and the strength of the soil. One of the main parameters determining the values of these modules is the amount of soil deformation transmitted through the thickness of the pavement. Currently used methods for calculating non-rigid road structures, both analytical and experimental, are quite complex and do not have the required reliability. The error is especially high when designing multilayer road structures (three layers or more). The authors propose a stand design for observing elastic and residual deformations under dynamic loading of multilayer road structures with the possibility of determining the required thickness of each layer experimentally so that only the evenly distributed weight of the upper layers is transmitted to the ground of the roadbed. The proposed stand allows for the visual determination the values of deformation (precipitation) of each layer under load and after removing the load, as well as experimentally determine the real values of the deformation modules of both each layer of the road structure and the underlying soil of the roadbed. The stand makes it possible to determine the discrete degree of deformation of each layer of the road structure and the underlying soil. That allows, based on the test results, to evaluate the effectiveness of deformation resistance in each layer and vary the thicknesses and types of materials of each layer so that each of them provides the greatest resistance to external load. Using the stand, theoretical studies can be carried out on the interaction of various materials in the composition of the road structure, the possibilities of their restoration when removing the load, and the distribution of deformations beyond the wheel imprint. The use of this stand expands the potential for studying the structures of forest roads, which allows to save road construction materials and to increase the efficiency of forest road construction.Основными механическими характеристиками, определяющими эксплуатационные показатели лесной дороги, являются модуль деформации, характеризующий жесткость грунта в основании и его сопротивляемость деформации, а также модуль упругости, характеризующий как деформационные, так и прочностные свойства грунтов. Одним из главных параметров, определяющих величины указанных модулей, является величина деформации грунта, передаваемая через толщу дорожной одежды. Применяемые в настоящее время методики расчета нежестких дорожных одежд, как аналитические, так и экспериментальные, являются достаточно сложными и не обладают должной достоверностью. Особенно высока погрешность при конструировании многослойных дорожных одежд (три слоя и более). Авторами предлагается конструкция стенда для наблюдения упругих и остаточных деформаций при динамическим нагружении многослойных дорожных конструкций с возможностью определения потребной толщины каждого слоя экспериментальным путем так, чтобы на грунт земляного полотна передавался только равномерно распределенный вес вышележащих слоев. Предлагаемый стенд позволяет визуально определять величины деформации (осадки) каждого слоя под нагрузкой и после снятия нагрузки, а также экспериментально определять реальные величины модулей деформации как каждого слоя дорожной одежды, так и подстилающего грунта земляного полотна. Стенд дает возможность определения дискретной величины осадки каждого слоя дорожной одежды и подстилающего грунта, что позволяет по результатам испытаний оценить эффективность сопротивления деформациям в каждом слое и варьировать толщины и виды материалов каждого слоя таким образом, чтобы каждый из них обеспечивал наибольшее сопротивление внешней нагрузке. С использованием стенда можно проводить теоретические исследования по взаимодействию различных материалов в толще дорожной одежды, возможностям их восстановления при снятии нагрузки, распределению деформаций за пределами отпечатка колеса. Применение данного стенда расширяет потенциал для изучения конструкций лесных дорог, что позволяет экономить дорожно-строительные материалы и повысить эффективность строительства лесных дорог
Об аппроксимации зависимости сопротивления грунта сдвигу от нормального давления
Get PDFSoil shear resistance, depending on their physical and stressed state, is characterized by basic strength characteristics. These characteristics determine measures to protect against such dangerous processes as mudflows, erosion and destruction of indigenous and alluvial rocks of the shores under the influence of surf and channel flow, landslides, as well as during the construction of any buildings and structures. In this regard, obtaining calculated values of the strength properties of soils is crucial. The determination of limit loads is based on the experimental relationship between pressure and soil shear resistance. According to the regulatory documentation, this dependence is assumed to be linear, and the determination of the shear resistance of soils used in laboratory studies is performed at normal pressure, most often assumed to be 0.1, 0.2 and 0.3 MPa. Considering that most existing and projected buildings and structures, including engineering protection structures, have a low load on the base (less than 0.1 MPa), the study of soil samples was carried out not only in the recommended range of normal pressure of 0.1-0.3 MPa, but also at lower values. In the case of standard loads recommended by GOST, the dependence of soil shear resistance on normal pressure can be approximated by a straight line. But in the area of relatively low pressures, this dependence is nonlinear. This pattern was confirmed in all numerous laboratory tests on samples of both cohesive and non-cohesive soils prepared in accordance with the relevant regulatory documentation, as well as on samples of monoliths of cohesive soil taken directly from coastal outcrops. Similar results were previously obtained by one of the founders of Russian soil science N.A. Cytovich. However, in later works, he shifted the focus specifically to the linear component of the dependence under study. The selection of the most suitable function for its approximation, performed in this paper, showed that it is a power function.Сопротивление грунтов сдвигу, зависит от их физического и напряженного состояния, и относится к основным прочностным характеристикам, определяющим мероприятия по защите от таких опасных процессов, как сели, размыв и разрушение коренных и аллювиальных пород берегов под воздействием прибоя и руслового потока, оползней и обвалов, а также используется при проектировании любых зданий и сооружений. В связи с этим получение расчетных величин прочностных свойств грунтов имеет весьма важное значение. Определение предельных нагрузок базируется на экспериментальной зависимости между давлением и сопротивлением грунтов сдвигу. Согласно нормативной документации, эта зависимость принята линейной, а определение касательного сопротивления сдвигу используемых при лабораторных исследованиях грунтов выполняется при нормальном давлении, чаще всего принимаемом равным 0,1, 0,2 и 0,3 МПа. Учитывая, что большинство существующих и проектируемых зданий и сооружений, в том числе сооружений инженерной защиты, имеют невысокую нагрузку на основание (менее 0,1 МПа), исследование образцов грунта было проведено не только в рекомендованном диапазоне нормального давления 0,1-0,3 МПа, но и при меньших его значениях. В случае стандартных, рекомендованных ГОСТ, нагрузок зависимость сопротивления грунта сдвигу от нормального давления вполне можно аппроксимировать прямой линией. Но в области относительно малых давлений эта зависимость является нелинейной. Указанная закономерность подтвердилась при всех многочисленных лабораторных испытаниях на образцах как связных, так и несвязных грунтов, подготовленных согласно соответствующей нормативной документации, а также на пробах монолитов связного грунта, отобранного непосредственно из береговых обнажений. Подобные результаты ранее получал и один из основоположников отечественного грунтоведения Н.А. Цытович. Однако в более поздних работах он перевел акцент именно на линейную составляющую исследуемой зависимости. Подбор наиболее подходящей функции для ее аппроксимации, выполненный в данной работе, показал, что она является степенной
Оценка экологического состояния восточной части Финского залива по гидробиологическим показателям в летний период 2022 года
Get PDFThe eastern part of the Gulf of Finland represents a transitional area from freshwater to brackish water. The hydrological characteristics of the Gulf of Finland largely determine the distribution of representatives of different ecological complexes of hydrobionts in the gulf – freshwater, brackish water, and marine forms. The eastern part of the Gulf of Finland is of exceptional importance for the city of Saint-Petersburg, as it is one of the most important transportation arteries in the northwest of Russia. The gulf is subjected to significant anthropogenic pressure, driven by high population density and concentration of economic activities in the watershed. The most common responses of ecosystems to anthropogenic influences are pollution or changes in their typological status, primarily towards its elevation. Therefore, monitoring the state of the aquatic environment is of great importance for the assessment of the state of aquatic ecosystems and the prevention of negative ecosystem changes. This article presents the results of hydrobiological studies conducted in the eastern part of the Gulf of Finland during the summer period of 2022 (June−July). To assess the ecological state of the gulf, hydrobiological indicators such as chlorophyll-a, phytoplankton, and zooplankton were used, which are reliable indicators of the state of aquatic ecosystems. During the study period, the salinity of the water in the gulf increased in the surface horizon from east to west, from 0.18 to 3.91 ‰, and in the near-bottom horizon from 3.91 to 6.73 ‰. The distribution characteristics of chlorophyll “a”, phytoplankton, and zooplankton in the eastern part of the Gulf of Finland were identified taking into account the hydrological conditions prevailing in different parts of the water body. It was established that during the study period, the shallow-water area of the eastern part of the Gulf of Finland corresponded to eutrophic conditions, the transitional area corresponded to the boundary between mesotrophic and eutrophic conditions, and the deep-water area corresponded to mesotrophic conditions. For the eastern part of the Gulf of Finland, especially for its shallow-water area, eutrophication is a serious environmental problem. The main cause of eutrophication of the gulf is excessive biogenic loading from terrestrial sources.Восточная часть Финского залива представляет собой переходный район от пресноводного к солоноватоводному. Гидрологические особенности вершины Финского залива в значительной степени определяют особенности распространения в заливе представителей различных экологических комплексов гидробионтов – пресноводных, солоноватоводных и морских форм. Восточная часть Финского залива имеет исключительно важное значение для г. Санкт-Петербурга, являясь одной из важнейших транспортных магистралей на cеверо-западе России. Залив подвержен значительной антропогенной нагрузке, которую обусловливает высокая плотность населения и концентрация хозяйственной деятельности на водосборном бассейне. Наиболее распространенными видами реакции экосистем на антропогенное воздействие является их загрязнение или изменение их типологического статуса, главным образом, в сторону его повышения. При этом контроль за состоянием водной среды приобретает важное значение для оценки состояния водных экосистем и предупреждения развития негативных изменений в экосистеме. В данной статье представлены результаты гидробиологических исследований, выполненных в восточной части Финского залива в летний период 2022 года (июнь−июль). Для оценки экологического состояния залива были использованы такие гидробиологические показатели как хлорофилл «а», фитопланктон и зоопланктон, которые являются надежными показателями состояния водных экосистем. В период исследований соленость воды в заливе возрастала в поверхностном горизонте с востока на запад с 0,18 до 3,91 ‰, в придонном горизонте – от 3,91 до 6,73 ‰. Выявлены особенности распределения хлорофилла, фитопланктона и зоопланктона по акватории восточной части Финского залива с учетом гидрологических условий, складывающихся на различных участках акватории. Установлено, что в период исследования мелководный район восточной части Финского залива по уровню трофности соответствовал эвтрофному состоянию, переходный район – границе между мезотрофным и эвтрофным состоянием, глубоководный район – мезотрофному состоянию. Для восточной части Финского залива, особенно для его мелководного района, эвтрофирование является серьезной экологической проблемой. Главной причиной эвтрофирования залива является чрезмерная биогенная нагрузка от наземных источников
Обобщение опыта оценивания составляющих речного стока на основе ЕММА-моделирования
Get PDFThe challenges of identification and assessing the river runoff components are becoming increasingly relevant due to the need to develop in-depth understanding of runoff generation mechanisms. Their solution would contribute to the understanding of many related issues concerning the formation of the chemical composition of river waters, the nature of the interaction of surface and groundwater, and enhancement of resource estimates of river runoff components. The structure of water masses in river catchments is multiplicity and is not fully reflected in the classical classifications - river runoff water sources dividing by genesis, classification of groundwater flow types to rivers, which make it necessary their addition and detail. The aim of this work is to summarize the accumulated experience in Russian for testing diagnostic procedures of EMMA-modeling in identifying sources of river runoff components and their assessment with using data of hydrological and hydrochemical measurements. The objects under study are experimental watersheds of small and medium-sized rivers, which are located in different physical and geographical conditions and have fundamental distinctive feature in the nature of water sources. The geographic scope of testing and adaptation of the model includes watersheds located in the Far East (the Ussuri River basin), in the permafrost zone in the far north (the Yanranaivaam River basin, Chukotka), on its southern border – the Mogot hydrological test site (the Gilyuy River basin, zone of Baikal-Amur Mainline Railway), on the territory of the Sarma geoecological test site in the Baikal region (the Sarma river basin), in the zone of mixed forests of the East European Plain (the Zapadnay Dvina river basin), in the area of the distribution of karst in the Crimean Mountains (the Belbek and the Biyuk-Karasu river basins). The discussed approach of diagnostic modeling of runoff formation based on EMMA includes the integration of two types of models: 1) a physical mixing model in the form of a system of balance equations for water and chemical tracers and 2) the projection method of principal component analysis from the class of formal mathematical models. This work systematizes the final results of EMMA modeling previously obtained by the authors: sets of chemical tracers used in adapting the mixing model, and identified types of river runoff components in experimental catchments. Chemical tracers which most often exhibit conservative hypothesis: water mineralization (or specific electrical conductivity), bicarbonate ion, sulfate ion. Calcium, magnesium, sodium, and dissolved silicon ions exhibited conservative properties a smaller number of times. Dissolved organic carbon exhibits high indicative properties in the separation of subsurface soil-slope runoff into runoff components from organic soil and mineral horizons. The identified various types of subsurface flow show the effectiveness of diagnostic EMMA-modeling in research the structure of river flow, establishing its regional specificity, due to different landscape situations in the basins. The demonstrated possibilities of assessing the components of river flow of any time dynamics (daily, seasonal, flood) opens up prospects for an in-depth understanding of the mechanisms of runoff formation.Задачи установления и оценивания составляющих речного стока приобретают большую актуальность в связи с необходимостью развития углубленных представлений о механизмах стокоформирования. Их решение способствовало бы пониманию многих связанных вопросов, касающихся условий формирования химического состава речных вод, характера взаимодействия поверхностных и подземных вод, уточнения ресурсных оценок источников питания речного стока. Структура водных масс в речных бассейнах более разнообразна и не полностью отражена в классических классификациях источников питания по генезису, подземного питания рек, что вызывает необходимость их дополнения и детализации. Целью данной работы является обобщение накопленного российского опыта тестирования диагностических процедур ЕММА-моделирования в идентификации источников питания речного стока и их оценке по данным гидрологических измерений и гидрохимических съемок. Исследуемые объекты – экспериментальные водосборы малых и средних рек, которые располагаются в различных физико-географических условиях и имеют принципиальные различия в характере источников питания. Географический охват тестирования и адаптации модели включает водосборы, расположенные на территории Дальнего Востока, в криолитозоне, в Прибайкалье, в Восточно-Европейской части России, в Горном Крыму. Обсуждаемый подход диагностического моделирования стокоформирования на основе ЕММА включает интеграцию двух типов моделей: 1) физической модели смешения в виде системы балансовых уравнений для воды и трассеров и 2) проекционного метода главных компонент из класса формально-математических моделей. В работе систематизируются полученные ранее итоговые результаты ЕММА-моделирования: наборы химических трассеров, используемые при адаптации модели смешения по каждому водосбору, и выделенные типы речного стока. Наиболее часто свойства консервативности проявляют химические трассеры: минерализация воды (или удельная электропроводность), гидрокарбонат-ион, сульфат-ион. Меньшее число раз провляют консервативные свойства ионы кальция, магния, натрия, растворенного кремния. Высокие индикативные свойства в разделении подверхностного почвенно-склонового стока на компоненты стока с органогенных почвенных и минеральных горизонтов проявляет растворенный органический углерод. Выявленные разнообразные типы подповерхностного стока показывают эффективность диагностического ЕММА-моделирования при исследовании структуры речного стока, установления ее региональной специфики, обусловленной различными ландшафтным обстановкам в бассейнах. Продемонстрированные возможности оценки составляющих речного стока любой временной динамики (суточной, сезонной, паводковой) открывают перспективы углубленного понимания механизмов стокообразования
ОПЫТ ВЫПУСКА СНЕГОЛАВИННОГО БЮЛЛЕТЕНЯ ДЛЯ ГОРНОГО РЕГИОНА ЗАИЛИЙСКИЙ АЛАТАУ
Get PDFThe most common method of communicating avalanche forecasts to the public is the avalanche bulletin. They are compiled at most major avalanche forecasting and research centers. Bulletins provide up-to-date information on snow cover stability, avalanche danger level, main avalanche problems and weather forecast. Consumers of information are tourists, skiers, administrations of tourist facilities. On their basis, they can plan the work of ski resorts and other recreational activities. In the Republic of Kazakhstan, a reference-recommendation on avalanche danger in the mountains is compiled only for government apparatus, and the population is deprived of information about avalanches. For several years, an experiment has been carried out in the laboratory of natural hazards of the Institute of Geography to issue an avalanche bulletin. For this, current avalanche and meteorological information is collected at three mountain meteorological stations – Lake Ulken Almaty, Mynzhylki and Shymbulak. The level of avalanche danger is assessed weekly according to the Kazakhstan version of the European five-point danger scale. Classification of avalanche danger levels is carried out using a specially created neural network. Information about the level of avalanche danger, the state of the snow cover and the weather forecast is indicated in the weekly avalanche bulletin. The accuracy of the classification of avalanche situations using artificial intelligence was 84–90%. The final accuracy of forecasts of the level of avalanche danger, taking into account the weather forecast, was 73–82%. The bulletin is published on the Internet and telegram channel before every weekend. In the future, it is planned to introduce the experience gained into the work of the official avalanche service of the Republic of Kazakhstan.Самым распространенным методом доведения снеголавинных прогнозов до населения является снеголавинный бюллетень. Они составляются в большинстве крупных центров прогнозирования и изучения снежных лавин. В бюллетенях указывается актуальная информация о стабильности снежного покрова, уровне лавинной опасности, основных лавинных проблемах и прогнозе погоды. Потребителями информации являются туристы, горнолыжники, администрации туристических объектов. На их основе они могут планировать работу горнолыжных баз и другую рекреационную деятельность. В Республике Казахстан справка-рекомендация о лавинной опасности в горах составляется только для государственных органов, а население лишено информации о лавинах. В течение нескольких лет в лаборатории природных опасностей Института географии и водной безопасности Министерства науки и высшего образования Республики Казахстан проводится эксперимент по выпуску снеголавинного бюллетеня. Для этого собирается текущая снеголавинная и метеорологическая информация на трех горных метеорологических станциях – Большое Алматинское озеро, Мынжилки и Чимбулак. Еженедельно проводится оценка уровня лавинной опасности по Казахстанскому варианту Европейской пятибалльной шкалы опасности. Классификация уровней лавинной опасности проводится с помощью специально обученной нейронной сети. Информация об уровне лавинной опасности, состоянии снежного покрова и прогноз погоды указывается в еженедельном снеголавинном бюллетене. Бюллетень публикуется в сети интернет и телеграмм-канале перед каждыми выходными. Точность классификации лавиноопасной обстановки с помощью искусственного интеллекта составила 84–90%. Итоговая точность прогнозов уровня лавинной опасности с учетом прогноза погоды составила 73–82%. В дальнейшем планируется внедрить полученный опыт в работу официальной снеголавинной службы Республики Казахстан
ОЦЕНКА ЛИНЕЙНЫХ РАЗМЕРОВ АГРЕГАТОВ СВЯЗНОГО ГРУНТА ПРИ РАЗМЫВЕ
Get PDFFor cohesive soils, which include clay, clayey and sandy loam soils, a structure is characteristic in which aggregates occupy an significant place. Since the aggregates are presumably completely washed away by the water flow, a correct assessment of their strength and linear dimensions will make it possible to make physically based calculations of bottom erosion, including culverts, drainage engineering structures of forest roads and meliorative channels. An approach developed by the authors to assess the value of soil adhesion based on measuring the linear dimensions and density of aggregates of cohesive soil is presented. As an example, calculations of the sizes of aggregates of sandy loam of various cohesive soils of quaternary ground horizons of the Priilmenskaya lowland, such as red-brown, spotted, burgundy and blue-gray dense sandy loams are presented. The simplest of the densest packages of aggregates in the soil body – hexagonal and cubic – are considered. As a working hypothesis, the assumption was made that the mutual arrangement of the aggregates is in a hexagonal close-packed lattice. A comparative analysis of the results of averaged measurements and the calculated values of the linear dimensions of the aggregates according to the proposed method and the method set out in SP 32-102-95, showed that the direct linear relationship between the value of soil cohesion and the dimensions of the aggregates given in the current regulatory document does not correspond to empirical data. With a decrease in the density of the soil, its cohesion decreases, the sizes of aggregates for most cohesive soils increase, while their strength decreases, in the future, they are destroyed into smaller and more stable ones.Для связных грунтов, к которым относятся глинистые, суглинистые и супесчаные грунты, характерна структура, в которой важное место занимают агрегаты – конгломерат «слипшихся» элементарных почвенных высокодисперсных частиц, характеризующихся большими удельной поверхностью и поверхностной энергией. Поскольку агрегаты как первичная устойчивая к размачиванию единица связного грунта предположительно целиком смываются потоком воды, правильная оценка их прочности и линейных размеров позволит делать физически обоснованные расчеты размывов дна, в том числе водопропускных, водоотводных инженерных сооружений лесных дорог и мелиоративных каналов. В статье приведен разработанный авторами подход к оценке значения сцепления грунта, основанный на измерении линейных размеров и плотности агрегатов связного грунта. В качестве примера представлены расчеты размеров агрегатов супесей различных связных пород четвертичных грунтовых горизонтов Приильменской низменности (разрез и лабораторное апробирование выполнены авторами в 2020 году на правом коренном берегу старицы реки Порусья, Приильменская низменность, Поддорский район, Новгородская область), таких как супесь красно-коричневая, пятнистая супесь, бордовая супесь, серо-голубая плотная супесь. Рассмотрены простейшие из плотнейших упаковок агрегатов в теле грунта – гексагональная и кубическая. В качестве рабочей гипотезы сделано предположение, что взаимное расположение агрегатов находится в гексагональной плотноупакованной решетке. Сравнительный анализ результатов усредненных измерений и рассчитанных значений линейных размеров агрегатов по предложенной методике и методике, изложенной в СП 32-102-95, показал, что прямая линейная зависимость между значением сцепления грунта и размерами агрегатов, приведенная в указанном нормативном документе, не отвечает эмпирическим данным. С падением плотности грунта его сцепление уменьшается, размеры агрегатов для большинства связных грунтов увеличиваются, при этом их прочность падает, в дальнейшем они разрушаются на более мелкие и устойчивые