Методические рекомендации по зимнему содержанию автомобильных дорог в Казахстане


Для сплошного леса Xп и У равна нулю, а для открытой местности равно нулю Xд. На открытой местности также могут оказаться равными нулю Xп и Xо, если весь выпавший и принесенный на данную элементарную единицу площади снег будет снесен ветром. Такое явление часто имеет место на небольших возвышениях и даже на ровном месте. Наоборот, в пониженных местах или у небольших местных препятствий (трава, стерня, отдельные кущи кустарника, кочки и т.п.) до полного заполнения впадины или препятствия У может оказаться равным нулю, а Xп и Xо значительно возрастут. При отсутствии зимних дождей и сильных оттепелей W будет равно нулю.

Если количество выпавших, конденсирующихся и принесенных осадков обозначить через X, т.е.

Xв + Xк + Хп = X,

то                                             (2)

т.е. остающиеся на месте и на деревьях, испаряющиеся, стекающие в виде воды или просачивающиеся в почву и сносимые доли осадков составляют в сумме единицу.

Остающиеся на месте доли осадков  назовем коэффициентом снегоостатка. Этот коэффициент характеризует ту долго от общего количества осадков за данный отрезок зимнего периода, которая осталась на месте. Аналогично предыдущему долю  называют коэффициентом испарения, а долю  - коэффициентом снегосноса (коэффициентом сдувания).

Стекающую в виде воды и просачивающуюся в почву долю  можно отнести к величине снегосноса, но мы разделили эти доли сносимых осадков только потому, что нас интересуют осадки, идущие на образование снегозаносов, а в этом деле участвуют только осадки в твердом виде, сносимые и переносимые в виде снега, а не в виде воды, образовавшейся от таяния снега.

5.6. Условия и принципы сноса и переноса снега

Снос снега происходит не со всякой поверхности: его не бывает в достаточно густом лесу или высоком, густом кустарнике, при температуре 0° и выше и при наличии достаточно мощной ледяной корки на поверхности снежного покрова.

Перенос снега происходит небесконечно. Этот перенос прерывается различными препятствиями, имеющимися на пути переноса и задерживающими переносимый снег. Такие препятствия, как показали наблюдения, следует подразделять на две основные группы: граничные и местные.

К числу граничных препятствий относятся такие, которые в течение всего зимнего периода задерживают приносимый к ним снег и не пропускают его дальше. К числу местных - такие, которые задерживают приносимый к ним снег только временно, до полной заработки самого препятствия, после чего переносимый снег свободно обтекает эти препятствия и уносится дальше.

Естественными граничными препятствиями являются: полоса леса или кустарника достаточной ширины, овраги или балки достаточной ширины и глубины, местные возвышенности в виде гряд или цепи холмов достаточной высоты и обрывистости, русла рек и озера достаточной ширины и с достаточно высокими берегами, населенные пункты с достаточной плотностью застройки и т.п.

Естественными местными препятствиями являются: отдельные деревья или кустарники или небольшие кущи из них; небольшие местные понижения местности, канавы, рвы, траншеи; небольшие местные возвышения, кочки, холмики, валики; небольшие речки и ручьи с малой шириной русла и с низкими берегами; стерня, пашня, озимые и оставшаяся неубранной трава; отдельные постройки и т.п.

Граничные и местные препятствия могут быть созданы и искусственно. Граничные препятствия являются границами переноса снега, местные - только лишь снижают объем переносимого снега. Поэтому участок местности между двумя граничными препятствиями будем называть «участком снегопереноса», а расстояние от одного граничного препятствия до другого, считая по направлению господствующих ветров, - «длиной полосы снегопереноса». Длина этой полосы, в зависимости от района проложения дороги и расстояния от дороги до естественных граничных препятствий, может быть и в несколько десятков метров, и в несколько десятков километров (степи, полупустыни и пустыни Кустанайской, Целиноградской, Павлодарской, Актюбинской, Гурьевской и др. областей).

Следовательно, к дороге может быть принесен снег только с этой полосы. В уравнении снежного баланса эта величина обозначена индексом У. Поэтому, если рассматривать открытый и ровный участок местности, то, казалось бы, что снесенная с некоторой площади часть твердых осадков У должна затем подвергаться переносу и в результате этого достичь некоторого рубежа, например, дороги. Таким образом, весь снесенный снег при отсутствии на пути его движения препятствий должен переноситься без изменения объема независимо от расстояния переноса. Заметим, что до недавнего прошлого многие исследователи так именно и представляли себе явление сноса и переноса снега.

Однако действительность показывает, что это не так. К дороге всегда приносится снега меньше, чем его снесло со всего прилегающего к ней участка местности. И это правильно даже в том случае, если местность перед дорогой безусловно ровная (например, большое озеро) и на пути переноса нет никаких препятствий.

Конечно, исходной величиной для определения объема снега, приносимого к дороге (объема снегоприноса), должна быть та часть твердых осадков У, которая сносится с каждой площади. Но к дороге эта часть осадков никогда полностью не приносится.

Прежде всего часть осадков у1 во время переноса вообще теряется за счет интенсивного испарения (возгонки), а также измельчения и превращения в «алмазную пыль», как установлено А.К. Дюниным (1958 г.), которая переносится на сравнительно большой высоте и на большие расстояния, не попадая к дороге.

Другая часть у2 откладывается при переносе даже на ровном месте. Третья часть у3 идет на заполнение местных углублений и откладывается у местных, возвышающихся препятствий, к которым относятся трава, стерня, небольшие взбугрения, кочки и т.п. Достигает дороги только

у4 = У - (у1 + у2 + у3).                                                        (3)

Рассмотрим схему переноса снега, снесенного с некоторой единицы площади, при условии, что переносится только эта часть и ее пополнение при проносе через все последующие подобные единицы площади исключено (перенос изолированной массы снега). В этом случае снесенная масса снега У непрерывно будет убывать во время переноса и через некоторое расстояние l (рис. 8) останется только часть

у4 = У - (у1 + у2 + у3),

но пока еще у4 > 0.

Рис. 8. Схема переноса изолированной массы снега

С дальнейшим увеличением расстояния переноса при некотором предельном значении этого расстояния (см. рис. 8) потери снега при переносе окажутся равными первоначально снесенной массе снега, т.е. у1 + у2 + у3 = У. Тогда у4 = 0, т.е. весь снесенный с единицы площади снег как бы растеряется во время переноса.

Действительно, если расстояние переноса L разобьем на n одинаковых частей и примем, что потери снега при переносе у1 + у2 + у3 возрастают по прямой линии,

то на 1-й части                                                     

на 2-ой части                                                        

на n-й части                                                          

Предельное расстояние переноса L, при превышении которого у4 оказывается равным нулю, назовем дальностью переноса снега. Очевидно, что это расстояние зависит от конкретных местных условий и метеорологических факторов. На ровных открытых участках степей и тундр при низких температурах, больших скоростях ветра и малых дефицитах влажности воздуха дальность переноса снега будет наибольшей, а при сильно изрезанной местности и сравнительно небольших отрицательных температурах, небольших скоростях ветра и больших дефицитах влажности воздуха дальность переноса снега будет наименьшей (А.К. Дюпин, 1958 г.).

В реальной обстановке переноса изолированной массы снега никогда не бывает - в действительной обстановке снос снега происходит с полосы большой длины, представляющей собой большое множество расположенных друг за другом единиц площадей. В этом случае потеря снега с одной единицы площади будет непрерывно пополняться за счет сноса с другой, причем это пополнение до достижения предельного расстояния L (дальности переноса) будет превышать потери, а у4 непрерывно возрастать (рис. 9). Когда же расстояние переноса превысит L, то пополнение уравновесится с потерями, и количество переносимого снега у4 (как это видно из рис. 9) становится постоянным. Нарастание у4 в пределах дальности переноса L должно происходить по выпуклой кривой.

Рис. 9. Зависимость количества переносимого снега от дальности переноса

Действительно, если расстояние переноса L разобьем на n одинаковых частей и примем, что сносимая величина с каждой такой части одинакова и равна У, а потери при переносе у1 + у2 + у3 линейно возрастают пропорционально расстоянию, то

на 1-й части                                                          

на 2-й части                                                          

на 3-й части                                                          

на n-й части                                                          

В общем виде на любой К-й части, находящейся в промежутке от 1-й до n-й части,

                                                      (4)

Правая половина этого уравнения ясно показывает, что ее точки располагаются по выпуклой кривой. Это наглядно видно из графического построения величины у4 в зависимости от длины полосы снегопереноса l на рис. 9. На этом рисунке видно, что до расстояния L у4 возрастает по выпуклой кривой, а при превышении L у4 становится постоянной величиной.

Нами на это явление было указано в работе 1961 года. Предельное расстояние переноса снега L, при превышении которого у4 оказывается равным нулю, было названо «дальностью переноса снега».

А.К. Дюниным в 1963 г. также было указано на данное явление. Та часть снегосборного бассейна, которая принимает участие в приносе снега к дороге, была названа им «эффективная снегосборная зона».

Установлением дальности переноса снега занимался ряд исследователей. Принятые ими дальности переноса снега приведены в таблице 13.

Таблица 13

Исследователь

Год

Район исследований

Дальность переноса снега, км

Е. Шуберт

1888

Германия

до 2,0

А.С. Чернявский

1894

Европейская часть СССР

до 20,0

Н.X. Платонов

1944

То же

до 1,0

П.И. Сарсатских

1950

То же

до 1,0

А.А. Комаров

1954

Западная Сибирь

1,2 - 2,9

А.А. Кунгурцев

1956

Европейская часть СССР

0,3 - 2,0

А.К. Дюнин

1961

Сибирь

1,2 - 4,8

Б.В. Княжецкий

1962

Юго-восток европейской части СССР и Западная Сибирь

до 8,1

»

1962

Европейская часть СССР, за исключением юго-востока

до 10,6

А.К. Дюнин

1963

Европейская часть СССР

0,5 - 1,0

»

1963

Западная Сибирь

1,0 - 3,0

»

1963

Арктика

5,0 - 10,0

»

1963

Антарктика

10,0 - 20,0

А.А. Комаров

1965

Западная Сибирь

1,0 - 3,0

»

1965

Заполярье

3,0 - 5,0

Из предыдущего вытекает еще одно важное положение. Во время снегопереноса с любой площади, при любых условиях, весь снесенный с нее снег У никогда не может быть полностью принесен к какому-либо участку дороги. Потери снега при переносе у1, у2 и у3 всегда имеют место и потому количество принесенного снега у4 всегда будет меньше У, т.е.

у4 < У.

Теперь еще об одном важном факторе - насыщенности ветроснегового потока.

Интенсивность снегопереноса (твердый расход ветроснегового потока), как указано выше, зависит от того участка полосы снегопереноса, по которому происходит перенос снега. Однако это хотя и немаловажный, но все же далеко не существенный фактор, влияющий на интенсивность снегопереноса. На последнюю также оказывают влияние наличие снега, его плотность, температура снега, температура воздуха, наличие твердой настовой корки, шероховатости поверхности снежного покрова, скорости ветра, изменчивости в его скоростях и направлениях, наличие местных препятствий, степени загрязнения снега и ряда других.

Все эти факторы вместе и в отдельности могут привести, чаще всего и приводят к тому, что при определенной, скорости ветра, при которой возможен снос и перенос снега, последний может иметь величину или равную единице от возможной интенсивности снегопереноса, быть меньше ее или даже быть равной нулю.

Во многих равнинных районах Казахстана, Алтайского края, юго-востока европейской части СССР можно видеть голые от снега поля не только в начале зимы, по даже и в более позднее время. Конечно, с такого участка не может быть сноса, а отсюда и переноса снега.

Или взять такие районы, как Бурятская АССР, Читинская область, Дальний Восток, Зайсанская равнина Восточно-Казахстанской области и ряд других, где выпадает малое количество снега. Конечно, в этих районах интенсивность снегопереноса очень часто может быть много меньше единицы и даже может быть равной нулю.

Все это говорит о том, что интенсивность снегопереноса весьма изменчива даже при некоторой определенной скорости ветра, и не учитывать этого фактора при определении объема снегоприноса нельзя.