34. Химический и электрический осмос. Явление мерзлотного выпучивания свай на водомерных постах.

Мерзлотное пучение почвогрунтов (МППГ)связано с образованием в нём линз чистого льда, «сегрегационного льда». Плановые размеры и толщина линз опр грунтами, слагающими промерзаюущую толщу, их влажностью, глубиной промерзания. Обр линз и пучение нужно учиывать, тк МППГ приносит ущерб хоз деят-ти чела. Например, вспуч дороги. Весной, при оттаивании, грунт дороги сползает на стороны, после расстаивания самой линзы-образуется провалина. ТО, уменьшается прочность и надёжность дорог. Борьба-пропитка дорог хим растворами в целях упрочнения или засыпка под полотно дороги щебёнки или песка на глубину промерзаниц грунта (в них вода не зад-ся). Причина перемещения вды из обл с малым давлением в обл с высоким (P=ρ_м.г. h_м.г.+ρ_лh_{л. )}– осмос.Хим.осмос– проникновение молекул раст-ля через полупроницаемую мембрану, разделяющую чистый раст-ль и раствор или 2 раствора различной концентрации. Развивающеемя в рез-те осмоса избыточное гидростатич давление измеряется столбом раствора высотойh, при кот устанавливается осмотич равновесие. Это осмотич давление. Оно мб вычислено по закону Вант-Гоффа:π=CRT,C=n/V(молярная конц р-ра),n-число молей неэлектролита,V-объём р-ра,R-универ газ пост,T-абсt. Если рассм почвогрунт как полупроницаемую мембрану с большой концентрацией солей в р-ре у его пов-ти в сравнении с нижерасположенными слоями, то можно обнаружить подъём воды к пов-ти и образование некоторого давления. \\\\ Вода в ест водоёмах содержит ионы и различн взвешенные частицы, несущие заряд. Распределение их по акватории мб неодинаковым=>эл хар-ки могут значительно изменяться от места к месту.Электросмос. –движение жидкости через пористые материалы, обусловленное внешним эл.полем. проф Рейс. Эксперимент:U-образная трубка. Помещается пористый материал, напр, промытый песок, заливается водой. Слева Анод, справа Катод. После подачи напряжения к электродам, опущ в трубки, вода придёт в движение в направлении отрицат полюса (К). Справа уровень воды повысится. Электроосмос наблюд-ся при прохождении воды не только через песок, но и глину, грунт и др. Электрокинетический потенциал при электроосмосе ξ =4πμv₁/(hD).μ-коэф вязкости,v-скорость,h=разность уровней воды,D-диэлектрич пост.

Весной, после оттаивания грунта, часто бывает, что сваи на гидро постах изменили отметки-«подросли», а телеграфные столбы наклонены. Это бывает, когда при их сооружении не была учтена глубина промерзания почвогрунтов. Под сваей/столбом при замерзании ргунта может образоваться линза льда, кот выдавит их на некот-ю высоту. Весной при оттаивании происх-т осыпание грунта в зону оттаивания линзы=>свая/столб опуститься на прежнее место не смогут.

.

35. Наледи, их форм(с?)ирование и разрушение.Наледь – многоструктурное образование на поверхности земли, льда или сооружения. Состоит из льда, линз воды, пузырьков воздуха и солей, выпадающих в осадок при замерзании. Толщина от мм до 2-3 м и более. Образуются от периодически изливаемой природной или техногенной воды. Условие образования:tпов-ти намерзания и воздуха<0, периодически поступающая вода на пов-ть.Классы: 1. Наледи подземных вод. Изливание воды, находящейся в почве под давлением (скважины, колодцы, шахты); свободная гравитационная разгрузка; воздействие криогенного (связ с низкимиt) напора;2.Н поверхностных вод.Поверхн-я вода изливается из-за: закупорки русла шугой, обильного снегопада (лёд прогибается), промерзания реки до дна, наводнений, приливов/отливов, ветрового нагона, периодического погружение ГС, сброс техногенной воды, поступление талой воды. 3. Н при растекании атмосферных вод. Выпадение жидких осадков (дождь, морось), конденсация водяных паров (?иней).Стадии замерзания: 1. Охлаждение воды до 0С.Для определенияtводы и льда уравнение теплопроводности:-для воды; для слоя льда вместо «в» «л».W-источник теплоты в толще воды (льда). Ещё условие Стефана.2. Переохлаждения воды и зарождение кристаллов льда.После охлаждения до 0 будет процесс переохлаждения. Глубина зависит от состояния, в кот вода нах-ся и тепловой нагрузки. Образуется внутридонный лёд, кот всплывает на пов-ть и образует слой шуги 8-10 мм. Он, смерзаясь, предст собой корку льда. Процесс замерзания описывается уравнением:dQ=∑Qdτ;d(Lкрρhл) = (Qс+Qк+Qис+…)dτ=>hл=1/(Lкр ρ) *(Qк+Qис)dτ(остальнымиQпренебрегаем).3. Рост толщины льда наледи.Дальнейший рост корки льда снизу из-за замерзания воды приводит к образованию наледи. Тк пов-ть имеетt<0, то замерзание и сверху и снизу. Мб ситуация, когда внутри останется незамёрзшая линза воды. При поступлении волны холода она замёрзнет. При этом произойдёт её расширение=> взрывное разрушение наледи.hл = -А+корень((A+h_л0)²-(2θ₂λ_л/(Lкрρ))(τ-τ₀)). \\\ А=λ_л/α_сн+h_снλ_л/ λ_сн.Разрушение наледи. Обусловлено испарением наледи в рез-те вознонки (тв-газ), таянием, мех и хим воздействием на неё. Испарение происх под действ солнечной радиации, поступлением теплоты от подстил пов-ти. На пов-ти появляются чашеообразные углубления, образуется волнистый рельеф. Испарение неравномерно. Таяние начинается, когда верхний слой прогреется до 0С. Слой стаивания льда с пов-ти надели:hл=1/(Lпл ρ) ∑Qdτ\\\\ (Q-сумма тепловых потоков через пов-ть наледи).

36. Снежный покров и его таяние.Снежный покров – слой снега, лежащий на поверхности земли и образовавшийся при снегопадах. Велико влияние снежного покрова (СП) на ход деят-ть чела. Например, накопление снегозапасов в осенне-зимний период важно для сохранности от вымерзания корневой системы растений. Весной интенсивность таяния СП определяет характер половодья, формированиеmaxрасходов воды и заторообразование. Эти факторы важны для строительства ГС, мостов, дорог, заполнения воды в водохранилищах. Таяние зависит от теплоты, поступающей в СП из атмосферы, и от подстилающей пов-ти. СП хар-ся значительной пространственной неоднородностью Структура меняется во времени. Неоднородность толщины, плотности, строения СП обусловливает изменчивость пористости, воздухопроницаемости, кот тоже важны при таянии. Т.к. снег явл средой, меняющей агрегатное сост при измененииt, то процесс таяния делится 1)период нагревания до 0С 2) период собственного таяния снега.

37. Влага в почвогрунтах и её передвижение.Почвогрунт (ПГ)– трёхфазная система, сост из почты, воды и воздуха, содержащего водяной пар. ПГ и снег-дисперсная система. Они отличаются от тв тел тем, что содержат поры. Оч мелкие поры-капиляры. Если поры ПГ полность заполнены водой-водонасыщение. Если нет-водоненасыщение. Зона ниже уровня грунтовых вод постоянно водонасыщенна. Слой почвы, непоср-но прилегающий к пов-ти грунтовых вод-капилярная зона (КЗ). Влажность почвы тут зависит от её высоты над пов-ю грунтовых вод. Выше КЗ-промежуточная зона, дальше-зона подвешенной (почвенной) влаги. Для описания передвижения влаги в водонасыщ почве применяют формулу Дарси:v=-k_фɗH/ɗx,k_ф– коэф фильтрации; Н-напор (градиент гидростатич давления (напора)),v-скорость фильтрационного потока. Коэф зависит от механич состава и структуры ПГ, вязкости жидкости.Водоненасыщение: влага передвигается при наличии градиентов влажности,t, плотности ПГ, концентрации хим р-ра и др, т.е. в одинаковых почвах наиболее интенсивное вижение влаги происходит из областей с более высокой влажностью илиtв области с низкой вл-ю илиt. Движение обусловлено климатическими условиями: осадками,tвоздуха, Ра, солнечной радиацией и гидрологич факторами: глубиной залегания грунтовых вод, влагопроводностью и др.Массовая влажность(Wм)-массовая доля воды в 1 кг ПГ.Объёмная влажность(Wоб)-отношение объёма воды, нах-ся в порах, к объёма всего ПГ, в %.Объёмная пористость– объём пор в 1 м3 ПГ. Уравнение неразрывности влагопереноса: ɗWоб/ɗτ + ɗq/ɗn=0,

ɗɗ-время, n-нормаль, вдоль кот проис-т движение влаги. Ф-потенциал почвенной влаги(работа, кот нужно совершить для удаления из почвы 1 кг воды). Ф=z+φ_к+φ_с+φ_осм+…, (z,φ_к..гравитац, капиллярный, сорбционный и осмотич потенциалы).Закон передвижения почвенной влаги:q=-kɗФ/ɗn,k-коэф влагопроводности,q-поток влаги через ед сечения за ед времени; градиент общего потенциала. Решая совместно:уравнение влагопереноса в ПГ: ɗW/ɗτ=ɗ/ɗz(D_WɗW/ɗz)± ɗk_z/ɗz,D_W- коэф диффузии почв влаги,W=Wоб. \\\Аэрация – обмен почвенного поздуха с атмосферным, вентиляция почвы.

Р

38. Проблемы, возникающие в устье реки после воздвижения плотины ГЭС.ГЭС - электростанция, в качестве источника энергии использующая энергию водного потока. 1. Каховская (Днепр, Украина). Солёная вода стала проникать из Ч.моря дальше в русло, поэтому население по берегам осталось без пресной воды, пропала пресноводная рыба. Решение:а) прокопать канал из другой реки, и пустить доп пресную воду. Отказались, тк долго копать б)построить плотину ниже Каховской СЭС, чтобы солёная вода не поступала. СССР распался, и идею не воплотили. 2. Красноярская. (Енисей, Карское море). а)При строительстве лес не вырубили, а затопили=> погибли животные, пропала древесина; б)животные не могут перебраться на др берег, звериные тропы перерезаны в)повысилась солёность и мутность воды (стала поступать вода из грунтов вечной мерзлоты, появились родники). г)решётки в ГЭС, защищающие от попадания крупного мусора, начали зарастать из-за бактерий д) в нижнем бьефе изменился t режим е) в Красноярске ув t воздуха в зимнее время, ум t в летнее ж) повысился уровень заболевания населения (бонхит, орви) из-за изменения климата. (После постройки ГЭС появилась незамерзающая полынья. Чтобы её уменьшить пытались, например, охлаждать искусственным снегом, но нужно слишком много снега; установить аэродинамические трубы, чтобы охлаждать воздух; пустить рядом приток через трубы чтобы охладить воду. Предполагалось, что полынья будет 20 км, оказалось 200 км. Климат стал более влажным из-за большего кол-ва незамерзающ воды зимой=> обмерзают провода, троллейбусы не ходят). Енисей в районе Красноярска перестал замерзать. Для решения можно построить контррегулятор, который обеспечит выравнивание расходов и уровней воды ниже створа контррегулятора, что позволит значительно уменьшить длину полыньи и создаст условия для образования ледяного покрова в нижнем бьефе и его сохранения на весь зимний период.

Р