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

1.6.4. Основы процесса пыления

Для исследований процесс пыления поверхности применяются различные методы – экспериментальные, расчетные и комплексные. Наиболее полная и достоверная оценка пылящих свойств массива может быть получена полевыми методами при методически правильной их организации и использовании специальной аппаратуры.

Оценку пылевых выбросов необходимо проводить с учетом природы подъемной силы. Перед взлетом частицы колеблются, причем частота этих колебаний близка к частоте пульсационной скорости ветра и связана с происхождением вихрей. Средняя частота колебаний частиц перед отрывом составляет 1,8 Гц, а для наиболее энергоемких частиц пульсации продольно составляющей скорости равны 2,3 Гц.

Механизм подъемной силы объясняет:

·              причины отрыва частицы от поверхности

·              причины выдувания мелких частиц из под слоя крупных

·              причины возврата части взлетевших частиц

·              причины безвозвратного хаотического полета другой части частиц.

При решении проблемы математического описания процесса ветровой эрозии использован метод перехода от микроуровня (движение отдельной частицы) к макроуровню (многофазная среда). Плотность энергии  (Дж/кг), необходимая для выдувания, может быть выражена через кинетическую энергию ветра:

                                             (24)

где     – пороговая скорость ветра, м/с, называемая критической.

                                                 (25)

где     – параметр массообмена;

 – интенсивное выдувание грунта кг·с/м2;

 – скорость ветра на границе слоя грунта–воздух;

 – касательное напряжение трения, Н/м2.

                                                    (26)

Существует некоторая пороговая скорость ветра  (м/с), называемая критической, при превышении которой начинается интенсивное выдувание грунта  (кг·с/м2). Интенсивность выдувания при данной скорости  на границе слоя зависит от касательного напряжения трения  (Н/м2).

Для того, чтобы рассматривать процесс выдувания, имеющий определенное значение ВЭ, необходимо перейти от микроуровня, на котором анализируется движение отдельных частиц к макроуровню, на котором процесс описывается в рамках законов механики многофазных сред.

Процесс выдувания основан на существовании некоторой критической скорости ветра, при превышении которой начинается интенсивное выдувание, которое зависит от касательного напряжения, трения и плотности энергии ветра.

Согласно π-теореме Седова, физически процесс ветровой эрозии почв может быть определен с помощью функции, связывающей эти параметры:

                                              (27)

Эта зависимость выполняется при скоростях потока, превышающих , поэтому ее преобразовывают к виду, содержащему параметр . В итоге получается уравнение выдувания грунта:

                                       (28)

где     – параметр массообмена, характеризующий реакцию грунта на силовое воздействие со стороны воздушного потока при его скорости, равной критической ;

 – скорость ветра за пределами пылящей поверхности;

 – эмпирический коэффициент, характеризующий свойства грунта и определяющий его устойчивость к выдуванию ( увеличивается с увеличением размера частиц).

Параметр массообмена  представляет собой концентрацию частиц на поверхности грунта, потерявших межагрегатное сцепление под действием ветра. Фактически это частицы принадлежат уже не поверхностному слою грунта, а грунтово-воздушному потоку.

При превышении критической скорости ветра начинается выдувание грунта, которое можно прогнозировать уравнением (28), описывающим поток грунтовых частиц, направленных от поверхности в атмосферу. В этом уравнении коэффициенты  и параметр  определяются экспериментально.

Для случая монофракций уравнение имеет вид:

                                             (29)

где     - эмпирические коэффициенты.

При превышении критической скорости начинается процесс выдувания, который можно спрогнозировать.

Предыдущая