Современная экологическая обстановка в отдельных странах и регионах оставляет желать лучшего. Миссия нашего сайте — обеспечить русскоязычных жителей планеты Земля актуальной информацией о защите окружающей среды, экологической безопасности и экологии в целом.

Полезные ресурсы и публикации:
-

С.В. Комонов, Е.Н. Комонова
Ветровая эрозия и пылеподавление

Курс лекций. - Красноярск: Изд-во СФУ, 2008. - 192 с.

Предыдущая

Глава 1. Ветровая эрозия

1.6. Теоретические основы процесса ветровой эрозии

1.6.1. Механика отложения, переноса и отделения материала (грунта)

Процесс ветровой эрозии является актуальным, т.к. ветровая эрозия – второй после водной фильтрации фактор распространения загрязнений. Подверженность почв ветровой эрозии определяется ветровым  воздействием, а также совокупностью таких факторов как режим атмосферных осадков, температура, рельеф, гранулометрический, агрегатный состав и другие.

Сегодня существует много различных моделей ветровой эрозии. Но все они сходятся в одном, необходимо как можно более точно решить проблему, связанную с прогнозированием ветровой эрозии и разработать надежные и экономически выгодные методы защиты от эрозии. Для решения этих вопросов необходимо глубокое понимание этого на первый взгляд  простого процесса.

Изучение ветровой эрозии осложняется разномасштабностью составляющих ее процессов, в основе которых лежат разные механизмы. Ученые разных стран по разному пытаются решить эту проблему, стремясь отыскать наиболее правильный подход. Разрабатываются все новые и новые модели ветровой эрозии, которые имеют дальнейшее применение на практике в противоэрозионных мероприятиях. И от того, насколько модель точна и проста в расчетах, можно судить об ее пригодности к применению на практике.

Модель, разработанная российскими учеными из МГУ Г.П. Глазуновым и В.М. Гендуговым и их “Механизмы ветровой эрозии”, являются достижением в том плане, что в ее разработке успешно используются методы, ранее не применявшиеся. В результате исследований установлено:

·          тормозящий эффект поверхности,

·          скорость ветра.

Чем ниже ветер дует над поверхностью грунта, тем выше тормозящий эффект.На высоте 3 см над поверхностью скорость ветра над шероховатой поверхностью больше, чем над гладкой.

Для расчета скорости на небольшой высоте используют уравнение Кармана, определяемое по формулы:

                                  (5)

где     – скорость над средней аэродинамической поверхностью (на высоте Z), м/с;

 – высота над средней аэродинамической поверхностью, м;

  – высота средней аэродинамической поверхности (изменяется по уравнению 2), м;

 – скорость волочения частиц (скорость сдвига), м/с уравнение 7;

 – универсальная постоянная Кармана (для турбулентного потока 0,4).

                                   (6)

где     – диаметр частицы грунта (песка ), при минимальной скорости ветра 2 м/с.

В закрытом канале, используемом для экспериментального определения удельной сдуваемости грунтовых частиц, динамическую скорость потока определяют через величину сдвигового напряжения на стенке канала по формуле:

                                           (7)

где     – сдвиговое напряжение у поверхности, находится по зависимости;

                          (8)

где     – массовая плотность потока среды (воздуха),

 – скорость воздуха на оси канала, м/с;

 – число Рейнольдса определяемое по формуле;

                                                (9)

где     – кинематическая вязкость воздуха, (при температуре 15oC и нормальном давлении воздуха равна 0,145 10-4 м2/с;

 – гидравлический радиус канала, м.

                                          (10)

где     и – сторона прямоугольного канала, м;

При определение различных параметров ветровой эрозии иногда расчеты производится в пересчете на песок. Для гидродинамических неровных границ, когда число Рейнольдса больше 90, формула принимает следующий вид:

                                             (11)

где     – эквивалент песчаной поверхности;

При  меньше 3,5 – 4 граница поверхности является гладкой, и элементы неровности остаются в пределе ламинарного не турбулентного слоя. Величина турбулентности характеризует интенсивность и масштаб турбулентности. Ее определяют в аэродинамической установке или в полевых условиях при помощи ветрометра, флюгера, а так же по формуле:

                                               (12)

где     – средняя скорость сдвига, м/с;

 – стандартное отклонение колебания скорости.

                                                    (13)

где     и  – соответственно начальная и максимальная скорость ветра, м/с.

Масштаб турбулентности, характеризующий размер вихрей определяют из соотношения:

                                            (14)

где    – средняя положительная скорость ветра или скорость скольжения над эродируемой поверхностью,

 – число циклов колебаний скорости в секунду.

Численное значение этого отношения увеличивается с увеличением высоты над поверхностью грунта. При этом происходит импульсное движение частиц:

                                          (15)

где     – среднее давление;

– стандартное отклонение давления.

                                                 (16)

где     – агрегатная плотность пылевых частиц, 2,4 – 2,6 кг/м3;

 – плотность воздуха, 1,0 кг/м3.

В аэродинамической установке отношение максимального давления к среднему является наибольшим и поэтому возникает турбулентность.

Предыдущая