Изменение термического сопротивления снежного покрова при мелиорации земель в криолитозоне

Приведен краткий обзор исследований по изучению вариативности термического сопротивления снежного покрова и расчетных формул по определению коэффициента теплопроводности снега. Цель работы – установление закономерностей изменения термического сопротивления снежного покрова при снежной мелиорации путем трамбования. Для достижения цели введен критерий, представляющий собой отношение начального теплового сопротивления к тепловому сопротивлению после трамбования снежного покрова. Рассмотрено два практически интересных случая (полного и частичного трамбования), когда плотность снега после трамбования является постоянной и переменной величиной по глубине. Показано, что область допущения о постоянной плотности при трамбовании имеет достаточно узкий диапазон доверия и в практических расчетах необходимо учитывать, что под нагрузкой снежный покров уплотняется не полностью. Расчетные значения представлены в обобщенной безразмерной форме, учитывающей произвольный показатель степени в аппроксимирующей формуле определения коэффициента теплопроводности от плотности снега. Установлено, что вид функциональной зависимости коэффициента теплопроводности от плотности снега существенно влияет на результаты расчетов термического сопротивления снежного покрова. Определены предельные значения коэффициента уплотнения снежного покрова, которые позволяют в расчетах термического сопротивления не превысить допустимой в инженерной практике ошибки (10,0 %). Например, для случая линейной зависимости коэффициента теплопроводности от плотности допустимое значение коэффициента уплотнения не должно превышать значения, равного 1,25, для квадратичной зависимости – 1,11. Результаты вариантных расчетов по формулам представлены в виде 2D- и 3D-графиков, что позволяет наглядно убедиться в обоснованности принятых допущений и сделанных выводов.

1. Шульгин А. М. Снежная мелиорация и климат почвы. Л.: Гидрометеоиздат, 1986. 70 с.

2. Шульгин А. М. Снежный покров и его использование в сельском хозяйстве. Л.: Гидрометеоиздат, 1962. 84 с.

3. Железняк И. И., Сакисян Р. М. Методы управления сезонным промерзанием грунтов в Забайкалье. Новосибирск: Наука, 1987. 128 с.

4. Котляков В. М., Сосновский. А. В. Оценка термического сопротивления снежного покрова по температуре грунта. Лёд и Cнег. 2021;61(2):195–205. DOI: https://doi.org/10.31857/S2076673421020081 EDN: XPBXXL

5. Новоприезжая В. А., Федоров А. Н. Реконструкция палеотемператур грунтов ледового комплекса Центральной Якутии в голоцене. Природные ресурсы Арктики и Субарктики. 2024;29(2):224–234. DOI: https://doi.org/10.31242/2618-9712-2024-29-2-224-234 EDN: PIEXUU

6. Fedorov A. N., Novopriezzhaya V. A., Fedorov N. A., Konstantinov P. Y., Samsonova V. V. Retrospective Analysis of Permafrost Landscape Evolution in Yakutia during the Holocene Warm Intervals. Land. 2020;9(11):463. DOI: https://doi.org/10.3390/land9110463

7. Жирков А. Ф., Сивцев М. А. Оценка возможности восстановления защитного слоя в условиях Центральной Якутии. Мониторинг в криолитозоне: сб. докл. Шестой конф. геокриологов России с участ. российских и зарубежных ученых, инженеров и специалистов. М.: изд-во "КДУ", "Добросвет", 2022. С. 444–450.

8. Zhirkov A., Sivtsev M., Lytkin V., Séjourné A., Wen Z. An Assessment of the Possibility of Restoration and Protection of Territories Disturbed by Thermokarst in Central Yakutia, Eastern Siberia. Land. 2023;12(1):197. DOI: https://doi.org/10.3390/land12010197

9. Осокин Н. И., Сосновский А. В., Чернов Р. А. Влияние стратиграфии снежного покрова на его термическое сопротивление. Лёд и Снег. 2013;53(3):63–70. DOI: https://doi.org/10.15356/2076-6734-2013-3-63-70 EDN: RFLXDZ

10. Кириллин А. Р., Железняк М. Н., Жирков А. Ф., Мисайлов И. Е., Верхотуров А. Г., Сивцев М. А. Особенности снегонакопления и параметры снежного покрова на Эльконском горном массиве. Вестник Забайкальского государственного университета. 2020;26(7):62–76. DOI: https://doi.org/10.21209/2227-9245-2020-26-7-62-76 EDN: FOCISC

11. Галкин А. Ф. Эквивалентное термическое сопротивление дорожной одежды. Арктика и Антарктика. 2022;(3):129–138. Режим доступа: https://www.nbpublish.com/library_read_article.php?id=38777

12. Галкин А. Ф., Панков В. Ю., Васильева М. Р. Коэффициент теплопроводности снежного покрова. Строительные материалы. 2024;(10):62–67. DOI: https://doi.org/10.31659/0585-430X-2024-829-10-62-67 EDN: QLQRFF

13. Fierz C., Armstrong R. L., Durand Y., Etchevers P., Green E., McClung D. M. et al. The International Classification for Seasonal Snow on the Ground. IHP-VII Technical Documents in Hydrology no. 83. IACS Contribution no. 1. Paris: UNESCO–IHP, 2009. 80 p. URL: https://www.geobotany.org/library/pubs/FierzeC2009_snow_classif_UNESCO.pdf

14. Fukusako S. Thermophysical properties of ice, snow, and sea ice. International Journal of Thermophysics.1990;11(2):353–372. URL: https://link.springer.com/article/10.1007/BF01133567

15. Calonne N., Milliancourt L., Burr A., Philip A., Martin C. L., Flin F., Geindreau C. Thermal conductivity of snow, firn, and porous ice from 3-D image-based computations. Geophysical Research Letters. 2019;46(22):13079–13089. DOI: https://doi.org/10.1029/2019GL085228

16. Sturm M., Holmgren J., König M., Morris K. The thermal conductivity of seasonal snow. Journal of Glaciology. 1997;43(143):26–41. DOI: https://doi.org/10.3189/S0022143000002781

17. Yen Y.-C. Review of the thermal properties of snow, ice and sea ice. NH: Cold Regions Research and Engineering Laboratory, 1981. 27 p. URL: https://books.google.com.au/books?id=fh8xryamPxIC

18. Shapiro L. H., Johnson J. B., Sturm M., Blaisdell G. L. Snow Mechanics Review of the State of Knowledge and Applications. Cold Regions Research and Engineering Laboratory, CRREL, 1997. 126 p. URL: https://www.inscc.utah.edu/~campbell/snowdynamics/reading/Shapiro.pdf

19. Борисов В. А., Акинин Д. В., Паюл А. Д. Изменения плотности снега при сжимающей нагрузке. Resources and Technology. 2021;18(3):77–91. DOI: https://doi.org/10.15393/j2.art.2021.5843 EDN: LMQJYF

20. Кручинин И. Н. Формирование снежного наката с заданными свойствами на лесовозных автомобильных дорогах. Известия высших учебных заведений. Лесной журнал. 2012;(1(325)):38–41. Режим доступа: https://lesnoizhurnal.ru/issuesarchive/?ELEMENT_ID=34565