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.
|