Моделирование снежных лавин и селей

GitHub

Цель работ

Разработка трёхмерных математических и численных моделей плотных геофизических потоков на склонах гор, учитывающих сложные реологические свойства материала потока, турбулентный режим движения, сложный реальный рельеф склона, а также возможное вовлечение потоком в движение донного материала.

Справка

Работа посвящена разработке трёхмерных математических моделей катастрофических потоков на склонах гор. Примерами таких потоков являются снежные лавины, сели, оползни, лавовые потоки и т. д. Эти потоки могут представлять большую опасность для жизни и деятельности людей в горах.
В России горами занято 30% территории [В.М. Котляков гл. ред. Атлас снежно-ледовых ресурсов мира. Москва : Институт географии РАН, НПП «Картография», 1997]. Защита существующих и проектируемых в горных районах железных и автомобильных дорог, линий электропередач, трубопроводов и других объектов от лавин, селей, оползней необходима, а в ближайшем будущем несомненно станет еще более актуальной, особенно в восточных регионах.

Для организации защиты от катастрофических течений в горах необходима информация о скоростях и размерах, границах распространения, о величинах сил, действующих при их ударе о препятствие, а также о количестве сносимого со склона материала. Одним из способов получения этой информации является математическое моделирование.

В работе впервые построены трехмерные математические и численные модели склоновых потоков, учитывающие сложную реологию материала потока, турбулентность, реальный рельеф склона и вовлечение в движение подстилающего донного материала. Практическая значимость таких моделей велика, так как с их использованием можно вычислить важные параметры: границы части склона, по которой будет двигаться поток, величины скоростей и других динамических параметров потока, в частности, их распределение вдоль нормали к склону, изменение массы при захвате подстилающего материала, форму отложений при остановке. Все эти данные важны для организации защиты от катастрофических склоновых потоков.

Результаты работ

Часть 1:

В результате расчёта были получены распределения полей давления, скорости и объёмной и массовых долей в водокольцевом насосе (рис. 1).
Сделана оценка подачи при скорости вала 200 рад/с, перепаде давлений 40 кПа — 5 м3/ч. Сравнивая данную оценку с экспериментальной величиной для перепада 40 кПа — 16м3/ч при скорости вращения вала 298 рад/с (см [25]).

Рис. 1. Карта лавинных очагов
Рис. 2. Фото 22-ого лавнного очага горы Юкспор
Рис. 3. Расчёт динамики снежной лавины в 22-ом лавинном очаге горы Юкспор (Хибины). Показаны рассчитанные границы потока и величины скоростей на его поверхности в разные моменты времени.
Часть 2:

Группа озёр, расположенная около ледника Малый Азау на южном склоне Эльбруса, широко известна и ежегодно посещается туристами и альпинистами. В период 1957–2021 гг. зафиксировано два случая прорывов озёр: озеро западное в 1978 г. и озеро восточное в 2011 г. Первый прорыв связан с процессами оползневых деформаций моренного массива, слагающего часть озёрной котловины, второй — с деградацией ледяной плотины озера и переливом воды поверх неё. Моделирование проводилось при поддержке лавинной ассоциации России.

Рис. 4. Карта рельефа исследуемой местности 2016 года схематически обозначенным зелёным цветом контуром расчётной области
Рис. 5. Снимок исследуемых озёр 1975 года (слева); следы прорыва западного озера, обозначенные белым цветом (справа)
Рис. 6. Карта эрозии слоя снега водо-снежным потоком при прорыве ледникового озера Малый Азау

Заказчики

Московский государственный университет имени М.В. Ломоносова
Служба лавинной безопасности МКУ ГО и ЧС г. Кировск

Связанные новости

25.08.2023

XIII Всероссийский съезд по теоретической и прикладной механике

Крупнейшее в России мероприятие, посвященное актуальным задачам современной механики, которое объединяет на своей площадке ведущих ученых страны в области механики, математики, физики и смежных наук.
https://ruscongrmech2023.ru
29.11.2022

Международная научно-практическая конференция «Лавины и смежные вопросы»

Конференция охватила широкий круг проблем лавиноведения и снеговедения, защиты от лавин, и ориентирована на представление результатов исследований последних лет.
http://avalancheassociation.ru/avalanche_conference
30.03.2021

Участие в школе-конференции «Проблемы механики: теория, эксперимент и новые технологии»