С.В. Комонов, Е.Н. Комонова
Ветровая эрозия и пылеподавление
Курс лекций. — Красноярск: Изд-во СФУ, 2008. — 192 с.

Глава 1. Ветровая эрозия

1.6. Теоретические основы процесса ветровой эрозии

1.6.8. Выдувание двухкомпонентных образцов

В случае выдувания или разрушения двух компонентных образцов модель рассматривают и оценивают как поток грунтовых частиц с двух поверхностей направленных в атмосферу.

Структура пылевого облака над поверхностью грунта подверженной выдуванию достаточно сложна, т.к. даже в самом простом случае двух компонентный грунтовый поток расслаивается и образует три основных области с характерными для каждой концентрациями твердой фазы.

·          вертикальные профили концентрации – показывает изменение структуры пылевого облака в пределах участка длиной L.

·          убывающие концентрации грунтовых частиц – зависят от ВЭ данной территории и характеризуются переменными противодефляционной стойкостью.

На участке, прилегающем с подветренной стороны, вертикальный профиль концентраций испытывает некую деформацию. Она происходит за счет концентрации грунта в потоке, которая начинает неограниченно возрастать с высотой. Данная модель выявляет вертикальные профили за пределами участка пыления. Возрастание концентраций твердой фазы с высотой объясняется расслаиванием потока в отсутствии поступления грунтовых частиц в поток за пределами участка L. Распределение концентраций твердой фазы грунтово-воздушного потока и массовый поток грунтовых частиц на любой высоте зависит от средней скорости ветра и плотности частиц. На достаточно большой высоте концентрация пыли в потоке может испытывать периодичные изменения вдоль этого потока. Это объясняется тем, что поток состоит из многокомпонентных грунтовых частиц твердой фазы.

Поток почвенных частиц, покидающих поверхность, состоит из двух потоков: потока частиц, уносимых безвозвратно, и потока частиц, которые переносятся скачками. Зная концентрации частиц в этих двух потоках, можно рассчитать потери грунта от эрозии. Общее уравнение имеет вид

                          (62)

где     – потеря грунта от ветровой эрозии, кг;

 и  – концентрации почвенных частиц (кг/кг);

 – площадь с которой происходит выдувание, м²;

 – время выдувания, с;

 – касательное напряжение на грунтовой поверхности, Н/м², возникающее вследствие воздействия на нее ветра, имеющего скорость ;

 – скорость ветра за пределами слоя шероховатости, м/с,

 – параметр массообмена (кг/кг), характеризующий данный грунт при ;

                                                  (63)

где     – основание натурального логарифма;

 – безразмерная грунтовая константа;

 – критическая скорость ветра для данного грунта (м/с), взятая на той же высоте над поверхностью, что и .

Модель распределения концентрации твердой фазы грунтово-воздушного потока и массовый поток грунтовых частиц на произвольной отличной от нуля высоте , равный

                                                  (64)

также закономерно изменяется вдоль потока. Он возрастает от нуля (на ветреном краю эродируемого участка L) до некоторой максимальной величины, характерной для данного участка грунта при данной скорости ветра, а затем начинает убывать и достигает нуля на некотором удалении от участка L. Такой характер изменения вдоль потока концентрации и связанного с ней потока твердой фазы.

На достаточно большой высоте выше точки, концентрация пыли в потоке может испытывать периодические изменения вдоль потока, что объясняется многокомпонентностью твердой фазы потока (в данном случае двухкомпонентной).

Суммарный вынос определяется по формуле:

                                                (65)

                                                    (66)

где     – участка, длиной единичной ширины, м;

 – время выдувания c;

 – интенсивность разрушения и выдувания грунта;

 – касательное напряжение на поверхности грунта.

Реальный грунтово-воздушный поток, возникающий вследствие ветровой эрозии над пылящей поверхностью, имеет слоистую структуру, что обеспечивается различными типами движения частиц. Концентрация грунтовой фазы при переходе от грунтовой поверхности к потоку ветра резко убывает от единицы до некоторой величины. Затем в непосредственной близости от поверхности концентрация так же скачкообразно увеличивается вследствие сальтации, после чего, вплоть до границы слоя сальтации, убывает с высотой. Выше этого слоя концентрация частиц остается постоянной. Чем больше частиц с радиусом  вовлечено в скачкообразное движение, тем плавнее убывает концентрация с высотой.