Учебное пособие 1039

а)

б)

Рис. 4. Динамика накопления снега на подветренных откосах и в кюветах нераскрытых выемок в течение зимнего периода: а) динамика снегнакопления

- полная снегоемкость нераскрытой выемки, определенной глубины, м3/м;

- суммарный объем снега от метелей и снегопадов, м3/м;

- объем снега от метелей, м3/м; б) объемы снега от снегопадов и метелей - объем снега при снегопаде, м3/м;

- объем снега, принесенного во время метели м3/м

Исследовано влияние термического и ветрового воздействия на объемы снежных отложений в зимний период. Потери снега определялись с учетом изменения плотности и объема отложений в периоды между метелями и снегопадами.

Результаты расчетов для одного из зимних периодов представлены на рис. 5, объемы снегонакоплений совмещены с данными по скорости ветра и температуре воздуха. Разница между объемами снега, рассчитанными с учетом и без учета потерь от термического и ветрового воздействия с течением времени возрастает и достигает максимума к концу зимнего сезона.

В табл. 3 приведены результаты расчетов объемов снега на подветренных откосах и в кюветах нераскрытой выемки в конце каждого из шести зимних периодов наблюдения. В отдельные годы потери снега, рассчитанные на конец зимнего периода, превышают 60% от общего объема снегонакоплений.

11

Рассчитано уравнение регрессии, описывающее зависимость потерь снега на откосах и в кюветах нераскрытых выемок от превышения температуры воздуха над климатической нормой ( Тв ):

Влияние факториального признака на результативный 0,95, что говорит о тесной корреляционной зависимости. Коэффициент детерминации составляет: 2 0,906 , следовательно превышение температуры воздуха над климатической нормой является доминирующим фактором (90,6 % потерь снега обусловливается температурным фактором, остальные 9,4 % - влиянием ветра). Проверка адекватности регрессионной модели проведена по критерию Фишера.

Проведено исследование влияния объемов снегоуборочных работ на процессы накопления снега на откосах и в кюветах нераскрытых выемок.

При расчетах учтен объем снега, выпавший на покрытие во время снегопадов при условии его размещения на откосах и в кювете выемки. К концу зимнего периода объем снега от снегоуборки не превышает 3,3 % от общего объема. Однако, при интенсивных и продолжительных снегопадах их доля в общем объеме отложений может иметь значительную величину. Это может привести к тому, что снегоемкость откосов и кюветов выемок с учетом и без учета объемов снега от патрульной снегоочистки будут исчерпаны в разные сроки.

Результатов численных экспериментов по расчету даты достижения полной снегоемкости с учетом всех факторов приведены в табл. 4.

Таблица 4 Даты достижения полной снегоемкости нераскрытых выемок,

рассчитанные с учетом всех факторов

Примечание: * нд - полная снегоемкость не достигнута

Разработанная динамическая модель для оценки объемов снегоотложений в нераскрытых выемках и обработка данных метеостанции позволили рассчитать количество снега, откладывающегося на дорожном покрытии для двух случаев:

13

-для снегонезаносимого участка,

-для участка дороги, проходящего в нераскрытой выемке.

Результаты расчетов для нераскрытой выемки глубиной 5 м представлены на рис. 6.

Анализ результатов расчета показывает, что объемы снега и частота его отложений на проезжей части снегозаносимого участка в выемке значительно превышают те же показатели для снегонезаносимого участка дороги.

а)

б)

Рис. 6. Динамика отложения снега на проезжей части и обочинах дороги а - на снегонезаносимом участке, б - на участке, проходящем в нераскрытой выемке

глубиной 5 м ; - объем снега на дорожном покрытии, м3/м; - максимально допустимая толщина снега, согласно требованиям к уровню со-

держания, м

До момента достижения полной снегоемкости нераскрытой выемки объемы сопоставимы для двух участков. После достижения полной снегоемкости откосов и кюветов выемок количество случаев отложения снега на проезжей части выемки и объемы снега значительно превышают эти же параметры по сравнению со снегонезаносимым участком. При этом объемы от снегопадов на участках совпадают, а во время метелей в нераскрытой выемке принесенный к дороге снег выходит на покрытие. Таким образом, цикличность работ по снегоочистке на участках нераскрытых выемок значительно превышает цикличность работ на снегонезаносимых участках.

В четвертой главе приведены практические рекомендации по мониторингу снегозаносимости нераскрытых выемок.

Представлены информационные ресурсы, необходимые для мониторинга, даны рекомендации по пополнению существующих баз данных для решения задач мониторинга и выбора технологии работ по снегоочистке. Разработана

14

схема информационного обмена при мониторинге снегозаносимости нераскрытых выемок.

Разработан алгоритм обработки погодной и дорожной информации для расчета остаточной снегоемкости нераскрытой выемки в течение зимнего сезона, прогнозирования объема снега на дорожном покрытии и выбора технологии работ по снегоочистке.

Рассчитана экономическая эффективность от внедрения презлагаемых решений в практику зимнего содержания дорог. Экономический эффект достигается за счет:

-повышения скорости движения при правильном выборе технологии работ по снегоочистке,

-исключения перерывов в движении при снежных заносах за счет своевременного прогноза снегозаноимости при мониторинге нераскрытых выемок.

Экономический эффект зависит от интенсивности движения и временного фактора и может быть определен по номограммам, приведенным на рис. 8.

Рис. 8. Экономический эффект предлагаемых решений

а- за счет повышения скорости движения при своевременной снегоочистке,

б- за счет предотвращения перерывов движения.

- 50 авт/ч; - 150 авт/ч; - 300 авт/ч; - 650 авт/ч

ВЫВОДЫ

1.Впервые предложена система мониторинга снегозаносимых участков дорог, включающая математическую модель и алгоритм определения текущего

ипрогнозируемого эксплуатационного состояния участков дорог в выемках, блоки принятия решений по выбору технологии работ по снегоочистке и их реализации. Предложенная система позволяет организовать работы по зимнему содержанию участков дорог, проходящих в выемках.

2.Установлен перечень приоритетных природных факторов, погодных и дорожных параметров - геометрические параметры выемки, направление участка дороги, температурный и ветровой режим зимнего периода, для мониторинга снегозаносимости участков автомобильных дорог в выемках.

3.Впервые предложена математическая модель баланса для расчета накопления снега на откосах и в кюветах выемок от метелей, снегопадов, снегоочистки и его потери от воздействия погодных факторов (температуры воз-

15

духа и скорости ветра), позволяющая оценивать остаточную снегоемкость выемки в течение зимнего периода и прогнозировать объемы работ по снегоочистке. Экспериментально подтверждена адекватность предложенной модели, сходимость результатов расчета и фактически измеренных объемов снега составляет от 82 до 90 %.

4. В результате статистической обработки данных метеостанций, получены показательные законы распределения основных погодных величин, определяющих процессы снегонакоплений в выемках – температуры воздуха при выпадении твердых осадков, объемов снегопереноса при метелях, интенсивности и количества выпавших осадков при снегопадах, подтверждающие случайный характер указанных параметров и необходимость мониторинга участков дорог в выемках;

5.По результатам вычислительных экспериментов выявлена динамика снегонакопления в выемках различной глубины, на основании которой возможен прогноз даты достижения полной снегоемкости и объемов снега на дорожном покрытии, что позволяет принимать решения по выбору технологии работ по снегоочистке.

6.Результаты исследований могут быть внедрены в практику зимнего содержания дорог в виде информационной подсистемы мониторинга, которая включает в себя погодные и дорожные информационные ресурсы, алгоритмы расчета и прогноза снегозаносимости выемок. Внедрение результатов исследований позволит получить эффект в экономике государства за счет повышения скорости движения и исключении перерывов в движении при снежных заносах. Количественное значение экономического эффекта зависит от интенсивности движения и может быть определено по номограммам.

Публикации. Основные положения диссертации опубликованы в следующих работах:

Статьи в изданиях, входящих в Перечень ВАК

1.Алимова, Н. Ю. Динамика накопления снега на откосах и в кюветах нераскрытых выемок [Текст] / Т. В. Самодурова, О. В. Гладышева, Н. Ю. Алимова // Научный вестник ВГАСУ. Строительство и архитектура. - 2011. - № 3 (23). – С. 109–116. (Количество страниц, выполненных лично соискателем - 3)

2.Алимова, Н. Ю. Учет воздействия погодных факторов на динамику снегонакоплений в нераскрытых выемках [Текст] / Т. В. Самодурова, О. В. Гладышева, Н.Ю.Алимова//Вестник ТГАСУ.– 2011. № 4 (33). – С. 198–208. (Количество страниц, выполненных лично соискателем - 5.)

3.Алимова, Н. Ю. Мониторинг накопления снега на снегозаносимых участках автомобильных дорог [Текст] / Т. В. Самодурова, О. В. Гладышева, Н. Ю. Алимова // Сборник «Дороги и мосты». – 2012. – Вып. 27. – С. 87–101. (Количество страниц, выполненных лично соискателем - 7)

4.Алимова, Н. Ю. Проверка адекватности моделей для оценки снегозаносимости автомобильных дорог [Текст] / Т. В. Самодурова, О. В. Гладышева, Н. Ю. Алимова, С.М. Ширяева // Научный вестник Воронежского ГАСУ.

16

Строительство и архитектура. – 2013. – № 1 (29). – С. 66–74. (Количество страниц, выполненных лично соискателем - 3.)

Статьи в других изданиях

1.Козлова, Н. Ю. Базы данных метеорологической информации при оценке безопасности движения в зимний период [Текст] / Т. В. Самодурова, П. А. Наумов, Козлова Н. Ю. // Математика. Компьютер. Образование: тезисы 11-

ймеждунар. конф. - Дубна, 2004, - С. 65. .(Количество страниц, выполненных лично соискателем – 0,5 стр.)

2.Козлова, Н. Ю. Использование программного комплекса КРЕДО для построения дорожных климатических моделей [Текст] / Т. В. Самодурова, О. В. Гладышева, П. А. Наумов, Козлова Н. Ю. // Автоматизированные технологии изысканий и проектирования. – 2004. - № 15. - С. 41-43. (Количество страниц, выполненных лично соискателем -1 стр.)

3.Козлова, Н. Ю. Климатические модели для решения задач зимнего содержания автомобильных дорог [Текст] / Т. В. Самодурова, Н. Ю. Козлова // Актуальные проблемы современной науки: труды 5-й междунар. конф. молодых ученых и студентов, Самара, 7-9 сентября 2004 г. - Самара, 2004. - С. 34-37. (Количество страниц, выполненных лично соискателем – 2 стр.)

4.Козлова, Н. Ю. Картографирование климатической информации о параметрах метелевой деятельности [Текст] / О. В. Гладышева, Н. Ю. Козлова // Современные технологии, машины и материалы для зимнего содержания автомобильных дорог: материалы междунар. науч.-техн. конф., Могилев, 17–18 февраля 2005 г. – Могилев, 2005. – С. 32-33. (Количество страниц, выполненных лично соискателем – 1 стр.)

5.Алимова, Н. Ю. Модели распределения параметров метелевой деятельности по территории [Текст] / Т. В. Самодурова, О. В. Гладышева, Н. Ю. Алимова // Математика. Экономика. Образование: тезисы 12-й междунар. конф.

– Ростов-на-Дону, 2005, - С. 184-185. (Количество страниц, выполненных лично соискателем – 1 стр.)

6.Алимова, Н. Ю. Динамика снегоотложений на дорожных покрытиях [Текст] / Т. В. Самодурова, О. В. Гладышева, Н. Ю. Алимова // Математика. Компьютер. Образование: тезисы 13-й междунар. конф. – Дубна, 2006, - С. 111112 (Количество страниц, выполненных лично соискателем – 1 стр.)

7.Алимова, Н. Ю. Модели для оценки адаптивности технологий снегоочистки к погодным воздействиям [Текст] / Т. В. Самодурова, О. В. Гладышева, Н. Ю. Алимова // Математика. Экономика. Образование: тезисы XIV междунар. конф. – Ростов-на-Дону, 2006, - С. 178-179. (Количество страниц, выполненных лично соискателем – 1 стр.)

8.Алимова, Н. Ю. Моделирование динамики снегоотложений на дорожном покрытии [Текст] / Т. В. Самодурова, О. В. Гладышева, Н. Ю. Алимова //: тезисы науч.-техн. конф. 3-и Луканинские чтения «Решение энергоэкологических проблем в автотранспортном комплексе», Москва, 30-31 января 2007г. /

17

МАДИ. – Москва, 2007. – С. 104-107. (Количество страниц, выполненных лично соискателем – 1 стр.)

9.Алимова, Н. Ю. Снегозаносимость участков автомобильных дорог с различным типом поперечного профиля [Текст] / О. В. Гладышева, Н. Ю. Алимова // Современные технологии, машины и материалы для зимнего содержания автомобильных дорог: материалы междунар. науч.-техн. конф., Могилев, 18–19 февраля 2010 г. – Могилев, 2010. – С. 23-24. (Количество страниц, выполненных лично соискателем – 1 стр.)

10.Алимова, Н. Ю. Инженерный мониторинг в системе управления работами по зимнему содержанию автомагистралей [Электронный ресурс] / Т.В. Самодурова, Н.Ю. Алимова, И.В. Черней // Электронный сборник тезисов на- учно-образовательного форума "Инновации в сфере науки, образования и высоких технологий. Малое инновационное предпринимательство (INNOV-2012)"

–Электрон. дан. – Воронеж, 2012. – 1 электрон. опт. диск (CD-ROM); 12 см. (Количество страниц, выполненных лично соискателем – 1,5 стр.)

11.Alimova, N. Y. 2D and 3D road climatic models [Текст] / T. V. Samodurova, O. V. Gladisheva, N. Y. Alimova, S. M. Shiryaeva //16th International road weather conference SIRWEC, Proceedings, 23-25 May 2012. - Helsinki, Finland, 2012. - 7 pp. (Количество страниц, выполненных лично соискателем – 2 стр.)

12.Alimova, N. Y. Snowdrifts formation on road embankments [Текст] / T. V. Samodurova, O. V. Gladisheva, N. Y. Alimova, S. M. Shiryaeva // Proceedings of the

7th International conference «Snow engineering VII», 6-8 June 2012. - Fukui, Japan, 2012. - P. 442-449. (Количество страниц, выполненных лично соискателем – 2 стр.)

13.Alimova, N. Y. Snow accumulation dynamics on slopes and ditches for unsolved groove [Текст] / T. V. Samodurova, O. V. Gladisheva, N. Y. Alimova // Scientific Herald of the Voronezh State University of Architecture and Civil Engineering. Construction and Architecture. – 2012. - № 4(16). – P. 58-68. (Количество страниц, выполненных лично соискателем – 5 стр.)

АЛИМОВА НАТАЛЬЯ ЮРЬЕВНА

МОНИТОРИНГ СНЕГОЗАНОСИМОСТИ ВЫЕМОК НА АВТОМОБИЛЬНЫХ ДОРОГАХ

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Подписано в печать 14.05.2013. Формат 60×84 1/16. Бумага писчая. Усл. печ. л. 1,0. Тираж 100 экз. Заказ № 234.

________________________________________________________________________

Отпечатано: отдел оперативной полиграфии Издательства учебной литературы и учебно-методических пособий

Воронежского государственного архитектурно-строительного университета 394006 г. Воронеж, ул. 20-летия Октября, 84

18