Лабораторное исследование влияния процесса снеготаяния на динамику берегового склона Сезонное влияние атмосферных осадков на деформации берегов, сложенных ММП Лабораторная проверка. И. И. Грицук В. К. Дебольский О. Я. Масликова Н. А. Судакова ИВП РАН, Москва

Транспортирующая способность потока в условиях ММП Скорость потока на склоне (из Дарси-Вейсбаха) Где λ - коэффициент сопротивления; α – береговой уклон; q с – удельный расход склонового потока где S – транспортирующая способность потока; U –средняя скорость потока; h – толщина потока; w – гидравлическая крупность незамерзшего материала; i – льдистость за счёт ледяных включений, д. е.

Формирование склонового стока На первой стадии поступающая на поверхность сухой почвы влага увеличивает влажность верхнего слоя почвы до наименьшей влагоемкости. На этой стадии образуются « прямые потери » - часть осадков испаряется, не проникая в почву и не образуя стока (поверхностное задержание, смачивание растительного покрова). На второй стадии впитываемая влага продолжает повышать влагоемкость почвы до полного влагонасыщения, при котором происходит нисходящее движение гравитационной воды – инфильтрация. Объем инфильтрации зависит от многих факторов, главные из которых – количество осадков, наибольшая влагоемкость и влагозапасы почвы. Коэффициент снижения инфильтрации К определяется по формуле: где WР – предельная полевая влагоемкость; WП – влагозапасы почвы; WG – гигроскопическая влагоемкость; Р – показатель степени, учитывающий ландшафт. На третьей стадии, когда влажность почвы достигает полной влагоемкости, а на поверхность продолжает поступать влага, дальнейшее ее распространение зависит от интенсивности поступления. При превышении скорости впитывания возникает поверхностный сток, который определяется разностью стокообразующей части и инфильтрации в грунтовые воды.

Основные составляющие единого гидродинамического процесса Атмосферные осадки Поверхност- ный сток Поверхност- ный сток Инфильтра- ция в грунт Предельный объем влаги в почве Талые потоки Талые потоки Схема распределения потоков жидкости

Образование поверхностного стока 1) интенсивность таяния превышает скорость инфильтрации q скл =(q т -q инф )*l, где l – расстояние от вершины склона до рассматриваемой точки.

Размыв на склоне Зависимость величины размыва склона от расстояния l от вершины (при прочих равных параметрах):

Определение коэффициента Дарси на склоне,

Образование поверхностного стока 2) интенсивность таяния не превышает скорость инфильтрации Длина размываемой части склона: Где I – интенсивность дождя или талых потоков, t – время.

Образование поверхностного стока 3) нижняя граница снежного покрова является мерзлой породой q скл =(q т -q инф )*l, где l – расстояние от вершины склона до рассматриваемой точки.

Экспериментальное определение коэффициента шероховатости на склоне

Лабораторные эксперименты Экспериментальная проверка зависимости процессов инфильтрации и снеготаяния при а) различных углах склона; б) различных термических состояниях склона при прочих равных параметрах. Для сравнительного анализа был проведен эксперимент в русле с одновременным созданием разных характеристик склона (уклона и температуры): с одной стороны уклон русла 20 град., с другой – 30 град.; на ближнем участке (1 м.) – замороженный грунт, на след. участке – грунт комнатной температуры.

Лабораторные эксперименты Через 2,5 часа началось сползание с более крутого склона, причем, с замороженной части интенсивнее.

Лабораторные эксперименты Через 5 часов

Лабораторные эксперименты Через 7 часов

ВЫВОДЫ В условиях оттаивания породы изменяется возможная инфильтрация в грунт и, как следствие, изменяется во времени доля склоновых потоков. По окончании оттаивания грунта процесс движения влаги внутри склона стабилизируется, и доля склоновых потоков будет зависеть только от атмосферных осадков. В случае не мерзлого грунта влияние атмосферных осадков происходит наиболее интенсивно у подножия склона, ближе к урезу воды – где наиболее мощные склоновые потоки и наибольшая длительность их воздействия. В случае мерзлого грунта будет происходить запаздывание оттаивания склона в зависимости от толщины и плотности снега. Смыв грунта с откоса берега русла изменяется во времени и по длине откоса. Объем смываемого грунта определяется интенсивностью осадков (или интенсивностью оттаивания снега), характеристиками материала откоса, состоянием материала (льдистость), а также углом наклона откоса к горизонту водной поверхности.