Начальная толщина льда

Начальная толщина ледяного покрова на водоемах В ледотехнических и гидравлических расчетах водоемов и водотоков важное значение имеет величина начальной толщины льда, в которую входит весь погруженный в воду ледовый материал в момент установления ледостава. Величина hн отражает то количество ледового материала, которое требуется для формирования ледяного покрова в данных морфометрических, гидравлических и метеорологических условиях. Под hн понимается толщина льда, слоя подледной шуги и торосов, приведенных к плотности льда.

Как показывают натурные наблюдения и исследования, ледообразование в водоемах развивается после того, как температура поверхности воды достигает 0? С, а появление устойчивого ледяного покрова на акватории озер и водохранилищ зависит от температурного режима в водном объекте, условий теплообмена поверхности воды с воздухом, и, как было отмечено выше, интенсивности ветрового перемешивания, которое в значительной мере определяет состояние свободной поверхности воды. Ветровое перемешивание препятствует ледоставу на водоемах. Поэтому на водохранилищах России в предледоставный сезон слой плывущей по акватории шуголедяной массы может составлять 20…80см, а скопления подо льдом остановившейся шуги в осенне-зимний период доходят до 5…10 м. Такой режим установления ледостава на водохранилищах с малыми скоростями течения вызван, в первую очередь, влиянием ветра.

В первом приближении начальную толщину hн ледяного покрова на водоемах (водохранилищах и озерах) можно принимать по рекомендациям Я. Л. Готлиба [10] соответственно условиям замерзания:

при скорости течения 0,05 м/с и скорости ветра W?5,0 м/с hн 2…3 см;

при скорости течения =0,10 м/с и скорости ветра W =10,0 м/с hн ?5…8 см;

при скоростях ветра выше 10 м/с необходимо учитывать слой шуги и его физические характеристики.

Г. А.Трегуб [45] на основании теоретического анализа условий взаимодействия смерзшихся шуговых образований при наличии ветрового волнения на акватории разработан расчетный метод определения начальной толщины льда на водоемах и водохранилищах. Исходя из состояния равновесия двух шуголедяных образований, имеющих форму параллелепипедов и контактирующих между собой, максимальную длину ледяных образований lл и минимальную их толщину hн.л., необходимые для создания устойчивого ледостава при определенной интенсивности волнового перемешивания и смерзании можно определять из выражений:

(8.1).

hн.л.= lлЧ (1-hr)Чtgq ,

Параметры ветровых волн в глубокой части водоема (длина ?в, высота hв, крутизна волн и др.) в зависимости от скорости ветра W, его направления и разгона волн рассчитываются согласно СНиП [44].

По формулам (8.1…8.2) построен график (рис. 8.1) для определения минимальной толщины льда в зависимости от интенсивности ветрового волнения, из которого видно, что при углах «откоса» волн меньше 3? (т.е. в штилевую и маловетренную погоду) ледостав наступает практически сразу после того, как температура поверхности воды станет равной 0? С.

Этот метод определения начальной толщины льда на водохранилищах и водоемах может использоваться в решении практических ледотермических задач, в том числе на тех объектах, где не ведутся натурные наблюдения их ледового режима.

Рис. 8.1. Начальная толщина льда на водохранилище в зависимости от угла наклона боковой поверхности ветровых волн (глубокая вода)