Исследование лавин различного типа и расчёт основных характеристик лавин
В дипломной работе представлен расчет динамических характеристик схода лавин двух генетических типов по одномерной модели неустановившегося движения. Смоделированы скорости движения и расходы лавин, сошедших в лавиносборах на северо-востоке Италии в Доломитовых Альпах и на горнолыжном курорте в Аргентинских Андах. Рассчитанные скорости движения лавин были сопоставлены с данными, полученными с использованием видеоматериалов. Получены значения расходов лавин в створах и вычислены их дальности выброса. Сделан вывод о том, что одномерная модель неустановившегося движения воды позволяет рассчитывать динамические характеристики движения лавин.
Введение ………………………………………………………………………………………………………………….. 3
Глава 1. Классификации лавин. ……………………………………………………………………………… 4
Глава 2. Математические модели движения лавин. …………………………………………….. 10
Глава 3. Краткое описание исследуемых объектов. ……………………………………………… 12
Глава 4. Методы расчета неустановившегося движения с помощью одномерной
модели. …………………………………………………………………………………………………………………… 15
4.1. Методы расчета неустановившегося движения. …………………………………………….. 15
4.2. Уравнение Сен-Венана. Основные допущения. ……………………………………………… 16
4.3. Численная схема Института гидродинамики СО АН СССР. …………………………. 18
4.4. Исходная информация для расчета неустановившегося движения воды. …….. 19
Глава 5. Создание информационной базы для моделирования и расчета. …………… 21
5.1. Методика определения динамических характеристик по видеоматериалам. .. 21
5.2. Выбор расчетных участков и интервалов по времени и длине. …………………….. 23
5.3. Гидравлико-морфометрические характеристики. …………………………………………. 25
5.4. Задание начальных и граничных условий. …………………………………………………….. 28
5.5. Задание коэффициентов сопротивления. ……………………………………………………….. 29
5.6. Внесение данных в оболочку модели. ……………………………………………………………… 31
5.7. Вывод результатов. …………………………………………………………………………………………. 32
Глава 6. Результаты моделирования …………………………………………………………………….. 33
Заключение ……………………………………………………………………………………………………………. 36
Список литературы ……………………………………………………………………………………………….. 37
Снежные лавины – опасное гидрометеорологическое явление, которое уносит человеческие жизни и наносит материальный ущерб не только в горах, но и на равнинах при небольших уклонах местности. Так как натурные методы получения динамических характеристик лавин имеют ряд проблем из-за мощного и стремительного развития лавинного процесса, то часто используют косвенные методы расчета и математические модели схода лавин, которые позволяют получить характеристики, необходимые для прогнозирования лавин и инженерной защиты в зоне лавинной опасности.
Целью выпускной квалификационной работы является расчет основных динамических характеристик лавин различного типа при помощи одномерной модели, основанной на численной схеме Института гидродинамики. Данная модель часто используется для расчета речных объектов, а также наносоводных селей и позволяет получить такие характеристики как скорости движения потока, расходы, уровни, площади поперечного сечения, числа Рейнольдса и Фруда. Чтобы рассчитывать движение лавинного тела по этой модели, необходимо рассмотреть лавину как непрерывный поток, состоящий из ледяных кристаллов, связанной и свободной воды и подчиняющийся законам гидравлики (Аджиев А.Х., Беккиев М.Ю., Болгов Ю.В., 2017). Благодаря одномерной модели можно получить значительный объем характеристик движения лавины в каждый расчетный момент времени при сравнительно небольшом объеме исходных данных.
Для достижения цели были поставлены такие задачи, как:
1. Аналитический обзор классификаций лавин и основных математических
моделей расчета.
2. Создание информационной базы для расчета: определение гидравлико- морфометрических характеристик, задание граничных и начальных условий, получение параметров модели.
3. Проведение расчетов, используя заданные параметры.
4. Анализ полученных результатов и их сравнение с наблюденными данными.
В ходе данной работы были выполнены все поставленные задачи и достигнута
основная цель: рассчитать с помощью одномерной модели, на основе численной схемы
Института гидродинамики, основные динамические характеристики исследуемых
лавин различного типа.
Был представлен аналитический обзор классификаций лавин, методов расчета
лавин с помощью математического моделирования. Рассмотрена используемая в
расчетах одномерная модель неустановившегося движения, ее численная схема, а также
основные требования и допущения к исходной информации для модели.
Создание информационной базы для моделирования осуществлялось с помощью
материалов видеосъемки схода лавин и программы Google Earth. Были определены все
морфометрические характеристики исследуемых объектов, заданы начальные и
граничные условия. Рассчитаны коэффициенты сопротивления для каждого лавинного
тела и выяснено, что этот параметр для лавины мокрого снега составляет 0,32, а для
лавины перекристаллизованного снега в 3 раза меньше – 0,09. Происходит это из-за
того, что во-первых, сухой снег менее связный и сильнее насыщен воздухом, во-
вторых, лавина перекристаллизованного снега имеет меньшую площадь контакта с
подстилающей поверхностью.
Представленные результаты моделирования сравнивались с натурными данными
по таким характеристикам как скорость и дальность выброса. Смоделированные
значения оказались удовлетворительными. Также, благодаря моделированию, удалось
получить такую динамическую характеристику как объемный расход лавины,
максимальное значение которого для лавины мокрого снега составило 240 м3/с, а для
лавины перекристаллизованного снега – 7190 м3/с.
В результате работы было выявлено следующее: одномерную модель
неустановившегося движения можно использовать как для водных объектов, так и для
лавин, причем разного генетического происхождения.
Монографии:
1. Виноградов Ю.Б. , Виноградова Т.А. «Современные методы в гидрологии»,
издательство Академия, Москва, 2008 г.
2. Войтковский К.Ф. «Лавиноведение», 1989.
3. Грушевский М.С. «Неустановившееся движение воды в реках и каналах». –
Л.: Гидрометеоиздат, 1982.
4. Козик С.М. «Расчет движения снежных лавин», Гидрометеорологическое
издательство, Ленинград, 1962.
5. Лосев К.С., Божинский А.Н. «Основы лавиноведения» Гидрометиздат,
Ленинград, 1987.
6. Mair R., Naitz P. «Lawine», 2013.
7. Москалев Ю.Д. «Динамика снежных лавин и снеголавинные расчеты» – Л.,
1977.
8. Осташов А.А, Выпускная квалификационная работа на тему: «Динамические
характеристики лавин разных генетических типов», 2019.
Статьи в сборниках:
1. Аджиев А.Х., Беккиев М.Ю., Болгов Ю.В. Математическое моделирование
динамики снежных лавин. Сборник научных трудов Высокогорного
геофизического института, Выпуск 100, Уфа, 2017, с. 97-106.
2. Виноградова Т.А., Никифоровская В.С. О математическом моделировании
формирования процессов тепломассопереноса в речных и озерно-речных
системах. Тр. IV Всесоюз. науч. конф. Фундаментальные проблемы воды и
водных ресурсов. Москва, 15-18 сент. 2015, с.102-106.
Хочешь уникальную работу?
Больше 3 000 экспертов уже готовы начать работу над твоим проектом!
5 (44 отзыва)
4.4 (59 отзывов)
4 (15 отзывов)
5 (145 отзывов)
4.8 (40 отзывов)
5 (174 отзыва)
4.8 (17 отзывов)
5 (9 отзывов)
5 (49 отзывов)
