Расчетная глубина промерзания: Расчет нормативной глубины промерзания грунта.

Расчетная и нормативная глубина

Существует понятие глубины сезонного промерзания грунта. Его показатели отличаются между собой в разных районах. Например, глубина промерзания грунта в Московской области не одинакова с показателями в более северных или южных регионах. Среднюю величину вывели на протяжении длительных наблюдений.

Показатель определяла нормативная глубина промерзания грунта – техническая документация, регламентирующая архитектурно-строительное проектирование. Нормативной считается глубина, указанная в документах. Сначала применялся СНиП 2.01.01-82 («Строительная климатология и геофизика»). Сейчас используется современный СНиП 2.02.01-83* («Основания зданий и сооружений»). К этим документам прилагается карта глубин, которой удобно пользоваться. Особого внимания к себе требуют глинистые почвы – они чаще подвергаются негативному влиянию перепадов температур.

Еще одним примером может служить отапливаемое здание. При этом реальный показатель может отклоняться от нормативного до 30%. Глубина промерзания грунта для фундамента определяется по формуле: Нp = Нн * k, где:

• Нн — нормативный показатель согласно карте глубин промерзания грунтов;
• K — коэффициент, формирующийся от режима эксплуатационных мероприятий и расположения фундамента k = 0,5:1,2.

Глубина промерзания грунта для водопровода также определяется нормативными документами. Согласно существующим нормам трубы необходимо закладывать примерно на 1,6 м.

Влияние типа почвы

Важное значение играет тип грунта. Скальный является самым прочным, не подверженным размыванию и промерзанию. Фундамент можно закладывать практически на поверхности. На хрящевых почвах закладку следует производить на глубину 0,5 метров. Песчаные хорошо пропускают воду, теряют прочность и проседают. Фундамент закладывается на глубину до 0,7 метров. На торфяной почве не стоит возводить, так как из-за различных органических примесей формируется неравномерная нагрузка.

Как уменьшить показатель промерзания грунта?

Устройство фундамента предусматривает защиту основания. Все необходимые меры нужно предпринять до наступления первых холодов и после дождей. Предохранению грунта от промерзания помогут следующие меры:

• рыхление;
• теплоизоляция с использованием определенных материалов;
• химическая обработка почвы.

Вспахивание делает верхний слой рыхлым, благодаря чему образуются воздушные пустоты, что значительно отдаляет промерзание.

Хорошо предохраняет грунт от промерзания обработка химическими реагентами. Такой способ применим для небольших котлованов с песчаной и глинистой почвой. Растительность ликвидируется, и наносится необходимое количество веществ: хлористого кальция и хлористого натрия. Это увеличивает продолжительность строительного периода до 15 суток.

Утепление с использованием теплоизоляторов ¬– основной метод уменьшения глубины промерзания сезонного и другого типа грунта. При этом сопротивление теплового потока ощутимо повышается, и холод с поверхности не замораживает слои под теплоизоляционным материалом. Выбор утеплителя зависит от воспринимаемой им нагрузки.

Глубина промерзания грунта, промерзания грунта нормативная, реальная, фактическая, расчётная, грунт под фундамент дома, нормативные глубины СНиП, типов грунтов, нормативы, неравномерность, уменьшить глубину сезонного промерзания, рассчитать, расчёт глубин, почва, земля, в разных регионах, областях, городах.

На грунт значительно влияет уровень подземных вод. Глубина промерзания должна быть меньше глубины залегания грунтовых вод, но когда показатель глубины промерзания превышает показатель глубины залегания грунтовых, происходит их промерзание из за чего и происходит вспучивание грунта

Говоря простым языком, каждую зиму вода в грунте замерзает, превращается в лёд и расширяется, а значит увеличивает первоначальный объём грунта, что может негативно сказаться на фундаменте и на возведённом на нём доме это и называется пучение грунта. Увеличенный в объёме грунт может воздействовать на фундамент с большой силой, порой в десятки тонн.

То есть промерзания грунта вызывает его пучение и тем самым негативно влияет на фундамент дома,а значит и на эксплуатацию дома для того чтобы этого избежать нужно его закладывать на глубину ниже глубины промерзания.

Глубина промерзания грунта зависит от двух главных факторов:
1.от типа грунта
2.от климатических условий, а именно от среднегодовых температур ( чем ниже температура, тем больше глубина промерзания грунта)

Нормативные глубины промерзания СНиП (таблица) в см. разных городов и типов грунта

Глубину промерзания грунта также можно разделить на фактическую и реальную глубину промерзания
Фактические или реальная глубина промерзания грунта может отличатся от нормативных, так нормативы составлены для самых худших вариантов, то есть без снежного покрова
Снег и лед – хорошие теплоизоляторы, то есть снежного покрова уменьшает глубину промерзания.

Суровость зимы и глубина заморозков в условиях потепления

Эти карты показывают величину и географическое распределение изменений значений индекса замерзания воздуха за 1981–2010 гг. По сравнению с 1951–1980 гг. Для холодных сезонов с двухлетним (вверху) и 100-летним (внизу) периодами повторяемости.

Во многих районах страны правильное проектирование и строительство здания зависит от точных ожиданий того, насколько глубоко земля промерзнет зимой. Глубина промерзания почвы также имеет важное значение для гидрологии, сельского хозяйства и даже захоронений.Поскольку глубина промерзания определяется как интенсивностью, так и продолжительностью морозной погоды, наблюдаемое в последние несколько десятилетий потепление, вероятно, изменяет характер промерзания почвы.

В новой статье журнала Journal of Applied Meteorology and Climatology , озаглавленной «Расчет и оценка индекса замерзания воздуха для периода климатических норм 1981–2010 гг. В прилегающих к территории Соединенных Штатах Америки», наши ученые работали со своими коллегами из Кооперативного института. для Climate and Satellites — North Carolina, чтобы представить новую версию индекса замерзания воздуха NOAA (AFI), который можно использовать для оценки максимальной глубины промерзания почвы.Они также обнаружили значительное сокращение AFI за 1981–2010 годы по сравнению с 1951–1980 годами, что согласуется с тенденциями изменения климата, наблюдавшимися за этот период.

Оценить глубину промерзания почвы сложно, потому что прямые измерения глубины промерзания широко не доступны, а те, которые доступны, датируются не очень давно. Но поскольку глубина промерзания тесно связана с температурой воздуха, индекс, который измеряет, насколько часто и насколько температура воздуха остается ниже нуля в течение зимы, может служить полезным косвенным измерением глубины промерзания.

AFI, представленный в документе, основан на «градусах замерзания в днях» (FDD) — количестве градусов, на которое средняя температура в данный день выше точки замерзания (положительные значения FDD) или ниже точки замерзания (отрицательные значения FDD). Например, если средняя температура в месте составляет 42 ° F (10 ° F выше точки замерзания), значение FDD для этого дня равно 10. Для среднесуточного значения, которое достигает только 20 ° F, значение равно –12 FDD.

AFI для данного года рассчитывается как текущая сумма FDD за этот год, начиная с 1 августа по 31 июля следующего года — период, сосредоточенный вокруг одного холодного сезона.Для большинства регионов страны AFI неуклонно увеличивается в течение первых нескольких месяцев этого периода, поскольку среднесуточные значения температуры обычно выше нуля, а соответствующие положительные значения FDD увеличивают значение текущей суммы AFI.

С наступлением холодного сезона дни ниже нуля создают отрицательные значения FDD, которые снижают значение текущей суммы AFI. Затем AFI снова начинает увеличиваться, когда возвращается теплая погода, и значения FDD снова становятся положительными.

Разрыв между пиком AFI в начале холодного сезона и самым низким значением AFI, наблюдаемым в конце холодного сезона, позволяет измерить интенсивность этого холодного сезона — чем больше разрыв, тем сильнее замерзание для этого. зима.В теплых районах страны, где средние температуры почти всегда выше нуля, AFI будет очень низким или нулевым. В более холодных районах страны длительная суровая зима приводит к значению AFI в 1000 и более.

Сравнивая средние значения за 1981–2010 годы и 1951–1980 годы, ученые обнаружили, что AFI значительно снизился для большей части страны. Изучая зимы с «двухлетним возвращением», то есть зимы с суровостью, обычно наблюдаемой каждые два года, AFI снизился более чем на 10% для более чем 80% станций, в то время как только 2% станций показали увеличение на 10%. или больше.Для более редких, более суровых зим со 100-летним периодом повторяемости 59% станций показали снижение AFI на 10% или более, а 21% станций показали увеличение на 10% или более.

Холодные, неопровержимые факты о спуске под землю

С наступлением весны многие из нас приступают к проектам, требующим закладывания бетонных оснований в землю. Независимо от того, строите ли вы пристройку к своему дому, добавляя крыльцо, крыльцо или террасу, вам нужно будет знать об их правильном дизайне и размещении.

Опоры, по сути, представляют собой большие блоки из монолитного бетона, установленные под землей, которые соединяют конструкцию здания с землей внизу. Перед тем, как что-либо залить, необходимо учитывать линию промерзания. Определенная местными строительными нормами, это глубина ниже поверхности земли, на которую исторически не проникает иней.

Линия замерзания отличается от статистики по средней глубине проникновения мороза Министерства торговли США тем, что это не средний, а консервативный предел того, где возможно проникновение мороза.

Если средняя глубина промерзания для нашего региона составляет от 15 до 20 дюймов, то установленная линия глубины промерзания колеблется от 36 до 48 дюймов. Таким образом, линия промерзания — это «безопасное» расстояние под поверхностью земли, где почва и все, что на ней лежит, не будут подвергаться воздействию отрицательных температур.

РАЗЛИЧНЫЕ ГЛУБИНЫ

Глубина линии замерзания варьируется от региона к региону и теоретически может меняться со временем из-за климатических региональных сдвигов средней температуры.Промерзание на всей территории наших южных штатов незначительно, иногда достигая глубины одного дюйма, в то время как в Мэне и по всей Канаде средние промерзания достигают значительно ниже шести футов. В полярных регионах Канады и Аляски существует состояние, известное как «вечная мерзлота», когда иней простирается примерно на 2000 футов ниже поверхности.

Почему важно строить с учетом последствий мороза в качестве нашего ориентира? Лед — одна из самых мощных сил во Вселенной. Как известно большинству школьников, изучающих науку о Земле, лед действительно сдвинулся и создал горы.Фактически, лед под фундаментом здания может легко сдвинуть его, вызывая состояние, которое мы называем в строительстве тепловым пучением — движение конструкции из-за замерзания.

ОПЫТ ПЕРЕМЕЩЕНИЯ

Постоянное ежегодное движение такой конструкции, как фундамент, является нежелательным по многим причинам. Со временем пучение от мороза и последующее его оттепель могут привести к появлению трещин и неравномерной осадке конструкции. Поскольку мы, как правило, не проектируем дома, небольшие здания и сооружения с допусками на такое чрезмерное перемещение, компоненты зданий — i.например, бетон, дерево, штукатурка и гипс — подвергнутые этим нагрузкам, в конечном итоге трескаются и / или выходят из строя.

Специалисты часто спорят, что лучше всего разместить под линией промерзания целиком или только его основанием. Хотя окончательным арбитром в выборе места размещения является ваш муниципальный строительный кодекс — в частности, ваш строительный инспектор — я всегда находил аргумент в пользу размещения всего фундамента ниже линии замерзания, поскольку мы можем разумно предположить вся каркасная конструкция не подвержена воздействию мороза.

НЕ ИСПОЛЬЗУЙТЕ ШАНС

Напротив, если часть расположена сверху, а часть ниже, и лед в конечном итоге давит на нее, можно с уверенностью предположить, что, будучи монолитным, вся основа будет толкаться лед. Причина подсказывает, что безопаснее всего разместить всю опору ниже линии промерзания. Зачем рисковать?

Здесь необходимо отметить, что другие детерминанты также влияют на воздействие инея на подконструкции; Состав почвы и фактическая геологическая местность и ориентация также влияют на то, на какой глубине ставить опоры.

На самом деле, всегда лучше всего проконсультироваться с зарегистрированным архитектором или инженером, прежде чем начинать проект, требующий опор. Не забудьте также, что перед тем, как начать копать, необходимо связаться с соответствующими коммунальными предприятиями, чтобы определить, есть ли на вашей территории заглубленные трубы и / или линии электропередач.

(PDF) Проверка индекса замерзания воздуха (AFI) для определения глубины промерзания в типичных засушливых и полузасушливых зонах Ирана

BIABAN

BIABAN (Desert Journal)

Онлайн по адресу http: // jbiaban.ut.ac.ir

BIABAN

12

(

2007

)

23

—

31

Проверка индекса замерзания воздуха (AFI) для определения типичной глубины промерзания

засушливые и полузасушливые

—

засушливые зоны Ирана

А.Халили

a *

, Х.Рахими

a

, Z. Agha Sh

ариатмадари

b

Irrigation Eng.Кафедра, Почва и вода Eng. Факультет Тегеранского университета, Иран

b

Бывший аспирант, ирригация, инж. Кафедра, Почва и вода Eng. Факультет Тегеранского университета, Иран

Поступила 21

января 2006 г.

;

получено в доработке

форма 10

июнь

2007

;

принято 11

июль

2007

Реферат

Глубина промерзания — один из основных показателей в сельском хозяйстве, гражданском и транспортном машиностроении.Температура почвы

является функцией нескольких факторов, включая топографию, солнечное излучение, температуру воздуха, влажность

и другие физические свойства почвы, такие как теплоемкость, коэффициент теплопроводности и удельная теплоемкость. Основная цель данной статьи

— определение глубины промерзания грунтов на основе температуры воздуха

е. В

в этом исследовании были собраны и проанализированы суточные и часовые температуры воздуха и почвы на разных глубинах трех климатологических станций, расположенных в

Шахр

-e-

Корд

,

в городах Йезд и Урмия в Иране. период 11

лет с 1992

по 2003

.

На первом этапе были рассчитаны индексы замерзания воздуха (AFI) трех названных станций с использованием трех методов, известных

как: американский, норвежский и финский, а затем результаты сравнивались с наблюдаемыми значениями соответственно.

Исследования показали, что корреляция между результатами значима на уровне одного процента, но три метода

дали разные цифры. На основании других источников показано, что американский метод больше подходит для

регионов, расположенных на средних широтах.Таким образом, корреляция между глубиной проникновения инея (FPD) и AFI на основе

по американскому методу была рассчитана и составила

0,88

и

0,82

для станций Шахр-э-Корд и Урмия соответственно.

Однако

,

корреляция для станции Йезд была намного ниже (

0,65

)

,

и значима (P <

0,05

).

Как правило,

,

было

пришли к выводу, что применение этого метода более актуально для полузасушливых, а не засушливых зон, но в отсутствие лучшего метода

тот же индекс можно было бы использовать для определение FDP также в засушливых зонах.

Ключевые слова:

S

замораживание масла; Индекс замерзания воздуха; Отделение морозостойкости; Засушливые и полузасушливые

—

засушливые зоны; Иран

1

.

Введение

*

Индексы глубины промерзания грунта

имеют множество применений в сельском хозяйстве, гражданском и

транспортном машиностроении. Глубина промерзания

(FDP) была определена как глубина

слоя почвы

,

, где температура опускается ниже 0

C0.Температура почвы обычно связана с

несколькими факторами, включая топографию, солнечное излучение

, температуру воздуха, влажность, текстуру

и некоторые термические свойства почвы, такие как

, такие как: теплоемкость, удельная теплоемкость и коэффициент термического проводимость. Начиная с

наиболее важный фактор в определении мороза

*

Cor

отвечающий автор

.

Тел.

.: +

98

261

2221119

;

факс

: +

98

261

2221119

E-

почтовый адрес:

[email protected]

глубина почвы — это температура воздуха, поэтому многие исследователи имеют

попытался сопоставить FPD и температуру воздуха

. Штойер (

1995, 1996

)

был пионером

в этом вопросе.Глубина промерзания

— фактор, который меняется из года в год. В сельском хозяйстве

обычно важно количество периодов замораживания и

период его повторяемости, в то время как в гражданском строительстве

максимальная глубина требуется

для многих проектных приложений. Один из предложенных методов

для определения FPD — это

Индекс замерзания воздуха, AFI, является основным определяющим фактором

, который был предложен Агнешкой

(

1996

)

и Steuer (

2003

).

Фактически

,

AFI является основным фактором

, который определяет промерзание почвы на глубине

. Поскольку этот индекс исключительно связан с температурой воздуха

, его достоверность должна быть оценена как

для любого данного региона. Основная цель

этой статьи — проверить достоверность

Архив SID

www.SID.ir

Моделирование промерзания почвы: Исходная модель

Первоначальная модель промерзания почвы была модифицированной версией разработанной модели. Джумакиса (van Rooij, 1987) был включен в CropSyst. Суточный кумулятивный индекс замораживания (CFI) для дня d (C-дней) рассчитывается как:

D (0.-1) — коэффициент уменьшения снегопада.

0,8	if T avg < 0 (периоды замораживания)
0,5	если T ср > 0 (периоды оттаивания)

Dsd (см) — высота снежного покрова на земле в день d.

CFI — это мера доступной «способности к замораживанию климата». CFI_d — это инициализируется определенным отрицательным значением в начале зимы, чтобы представляют собой отставание между климатическими условиями замерзания и началом фактическое промерзание почвы.Поскольку преобладает температура замерзания, CFI_d становится меньше сначала отрицательный, а положительный, что указывает на возможность промерзания почвы.

Чтобы рассчитать глубину промерзания, индекс промерзания, необходимый для замораживания каждого слоев почвы (RFIl) необходимо рассчитать и сравнить с CFI_d. Так как наличие снежного покрова на почве снижает скорость проникновения мороз, необходимо определить теплопроводность снега. Это делается в соответствии со следующим уравнением:

k_sn (кал / (см. С. C)) — теплопроводность снега.

rho_sn (0,1 г / см3) — плотность снега или одна десятая плотности снега. вода.

Термическое сопротивление снега определяется по формуле:

r_sn ((см. С. C) / кал) — термическое сопротивление снега.

Ds (см) — высота снежного покрова на земле.

SEDF — это уменьшение эффекта снега с коэффициентом глубины, который рассчитывается ежедневно и умножается на термическое сопротивление снега и значение добавляется к общему сопротивлению всех слоев вместе. Этот коэффициент уменьшения определяется как: где

SIF (1 / см) — входной параметр коэффициента изоляции снега (раздел 7.6.1).

F_d см — глубина промерзания.

Тепловое сопротивление каждого слоя почвы составляет выдает:

r_l ((см. С. C) / кал) — термическое сопротивление слоя почвы.

Zl (см) — толщина слоя почвы.

Кл (кал / (см. С. С)) — коэффициент теплопроводности почвенного слоя.

Чтобы заморозить l-й слой, тепловое сопротивление всех предыдущих слоев должен быть превышен, прежде чем фронт заморозки достигнет это, где снег рассматривается как слой с собственным снежным термическим сопротивление.Тогда требуемый индекс замораживания определяется по формуле:

RFIl (C-days) — индекс замерзания, необходимый для замораживания слоя l.

Ll (кал / см3) — это скрытое тепло, выделяющееся при замерзании слоя l рассчитывается из объемного содержания воды в слое (WCl) и скрытого теплота плавления (80 кал / см3) как: L _л = 80 · туалет _л

C (кал / (см3.C)) — теплоемкость.

CFI (C-days) — это совокупный индекс замораживания.

fd (days) — количество морозных дней.

Zl (м) — толщина l-го слоя почвы.

Rtot ((см. С. C) / кал) — это полное термическое сопротивление, определяемое по формуле: R _tot = r _sn + r ₁ + r ₂ · · · [r _nl /2]

r_sn — термическое сопротивление снежного покрова.

р_1, р_2… r_nl — сопротивления каждого слоя почвы.

Особый случай необходимого индекса промерзания для промерзания первого слоя почвы. рассчитывается по следующей формуле:

RFI1 (C-days) — это требуемый индекс замерзания для замораживания слоя 1.

L1 (кал / см3) — скрытая теплота, выделяемая при замерзании слоя 1 (см. уравнение 14.4.1).

WC1 — объемная влажность первого слоя почвы.

r_1 ((см. С. C) / кал) — термическое сопротивление первого грунта. слой.

Определяется необходимый индекс промерзания для всего профиля почвы (RFIt). как сумма необходимого индекса промерзания для каждого слоя почвы:

14.4.2 Теплоемкость почвы

Теплоемкость в уравнении 14.4.1 должна учитывать индивидуальную компоненты в почве и, таким образом, могут быть рассчитаны путем добавления взвешенного тепла способность каждого из различных компонентов почвы к общему количеству тепла вместимость:

C (кал / (см3.C)) — объемная теплоемкость.

Xi (-) — объемная доля компонента i.

Ки (кал / (см3. C)) — объемная теплоемкость компонента i.

с — твердый компонент.

a — воздушная составляющая.

w — водная составляющая.

Значения объемной удельной теплоемкости 0,46, 0,45, 0,0003, 1.0 для твердых минеральных материалов, льда, воздуха и воды соответственно.Воздух составляющая не учитывалась в расчетах из-за ее малого вклада к общей теплоемкости.

Теплопроводность почвы

K (кал / (см.с. C)) — коэффициент теплопроводности.

i — компонент почвы.

Xi — объемная доля компонента i.

Ki (кал / (см · с. C)) — удельная теплопроводность компонент i.

M_i — отношение среднего температурного градиента каждого второстепенного компонент и соответствующее количество в среде, через которое больше всего тепла переносится.

Значение M_i может быть вычислено в зависимости от формы и размера частицы и их взаимное расположение.В условиях, когда гранулы имеют эллипсоидальную форму и расположены так далеко друг от друга, что не влияют друг на друга, следующее выражение можно использовать для расчета этот параметр:

Ga — коэффициент деполяризации эллипсоида в направлении ось а.

Ko (кал / (см · с. С)) — удельная теплопроводность сплошная среда в почве (чаще всего вода или лед).

Mia — вклад в множитель M_i направления

а .

Когда содержание воздуха в почве составляет от 0,0 до 0,337, тогда значение для Ga может быть рассчитано от:

Xa — объемное содержание воздуха в почве.

Были взяты следующие значения удельной теплопроводности: 20,4, 7,0, 5,2, 1,3. (мккал / (см. с. С)) для кварца, минералов, льда и воды. Ценность Фактор Ga также действителен для Gb. Значение Gc рассчитывается по формуле:

Оценка восходящего потока подземных вод к промерзающим почвам и рациональной глубины грунтовых вод на промерзание в сельскохозяйственных районах

Основные моменты

•

Разработана трехуровневая итерационная схема для решения модели гидротермальной связи.

•

Модель может точно определить глубину зеркала грунтовых вод, вызванную процессами замораживания-оттаивания.

•

Оценивается восходящий поток подземных вод к промерзающим грунтам.

•

Наибольшая глубина воздействия промерзшего грунта составляет 180 см.

•

Уровень замерзания грунтовых вод 100 см может обеспечить требуемые гидротермальные условия почвы.

Реферат

В засушливых сельскохозяйственных районах с небольшой глубиной водного зеркала водообмен между вадозной зоной и грунтовыми водами интенсивен в период замерзания-оттаивания и, таким образом, оказывает значительное влияние на рост сельскохозяйственных культур.Это исследование направлено на разработку одномерной модели, которая сочетает тепло и воду с переменным насыщением в сельскохозяйственных районах, подверженных сезонным замораживания-оттаивания. Чтобы уменьшить числовые колебания, возникающие во время фазового перехода при нулевой температуре, была разработана трехуровневая итерационная схема для решения модели взаимодействия воды и тепла, которая улучшает численную стабильность для моделирования воды и тепла с переменным насыщением. Точность модели оценивалась путем сравнения результатов моделирования с результатами моделирования SHAW при различном составе почвы и условиях дна.Квадрат коэффициента корреляции ( R ² ) профилей глубины промерзания и оттаивания и температуры почвы выше 0,95, а значения среднеквадратичной ошибки ( RMSE ) от общего содержания влаги в почве ниже 0,05 см ³ / см ³ , что предполагает точность модели. В дальнейшем модель была применена для моделирования гидротермальных условий на ирригационном поле Юнлянь ирригационного района Хетао во Внутренней Монголии, Китай. Были проведены калибровка и валидация модели, и валидированная модель использовалась для прогнозирования гидротермальных изменений в соответствии со сценариями с различными температурами поверхности почвы и глубиной предварительного замерзания грунтовых вод.Результаты показывают, что процесс промерзания почвы оказывает большое влияние на колебания глубины грунтовых вод, когда глубина грунтовых вод до замерзания меньше 180 см. Максимальная глубина промерзания имеет отрицательную связь с глубиной предварительного замерзания грунтовых вод, если она меньше 180 см. Была установлена ​​эмпирическая формула для оценки восходящего потока подземных вод к промерзающим грунтам. Влажность почвы и термические условия были проанализированы на стадиях прорастания и прорастания рассады после периода замораживания-оттаивания, и в результате анализа была получена рекомендуемая глубина грунтовых вод перед предварительным замораживанием 100 см, что обеспечивает подходящую влажность почвы и тепловые условия для роста сельскохозяйственных культур. .

Ключевые слова

Модель водо- и теплового сопряжения

Глубина грунтовых вод с предварительным замерзанием

Область глубины залегания неглубоких вод

Восходящий поток грунтовых вод

Температура поверхности почвы

Рекомендуемые статьи Цитирующие статьи (0)

© 2020 Elsevier BV Все права защищены.

Рекомендуемые статьи

Ссылки на статьи

Лед озера — рост льда

Рост льда: от тонкого до толстого

Резюме:

Есть несколько довольно хороших методов прогнозирования роста льда.Один был разработан Джорджем Эштоном в 1989 году и основан на градусах холода. Это хороший метод общего назначения, когда вы плохо чувствуете условия, кроме температуры. Второй метод — шведский метод был разработан Мартином Айне (и другими?). В нем используется комбинация температуры воздуха, скорости ветра и радиационного охлаждения. Он наиболее точен для тонкого льда (до пары дюймов). Удобно угадывать, сколько льда образуется за ночь или в ближайшие день или два.Это описано в конце этой страницы.

Метод прогнозирования роста льда Ashton

Как только первый слой льда накапливается на озере, он становится толще со скоростью, которая зависит от температуры воздуха, ветрености, радиационного охлаждения, толщины ледяного покрова и любого скопления снега или инея на ледяном щите. Легче всего оценить температуру. Дни с градусами замерзания (FDD) — это среднее количество градусов ниже нуля за 24 часа. Например, средняя дневная температура составляет 17 градусов, в этот день было пятнадцать FDD.Теоретически ледяной щит будет расти со скоростью примерно один дюйм на пятнадцать FDD, начиная со льда толщиной от 1/2 до 3 дюймов (по мере того, как лед становится толще, скорость роста уменьшается в результате теплового сопротивления льда. более толстый лед). Это основано на небольшом ветре, достаточно чистом небе и отсутствии снега / инея на льду. Если нет ветра или облачно, рост льда может быть значительно медленнее.

Например, начиная с 2-дюймового льда, если максимальная температура вчера составляла 22 градуса, а минимальная за ночь — 12 градусов, среднее значение составляет 17 градусов, что дает 15 FDD за 24-часовой период.Этот метод предполагает типичную облачность и температурный профиль день-ночь. Лед должен быть примерно на дюйм толще, чем вчера. Как объясняется ниже, существует ряд причин, по которым «ваши результаты могут отличаться». Даже тонкий слой снега или толстый мороз резко замедлит скорость роста. Как всегда, проверьте лед, чтобы узнать правду.

Лед 27 мм (1,06 дюйма): недостаточно, чтобы оставаться сверху. Ему требуется еще 1 мм, чтобы с трудом выдерживать 175 фунтов.Чтобы иметь разумный коэффициент безопасности, ему нужно еще 20 или 30 дней с градусом замерзания, чтобы он стал достаточно густым.

Чтобы ледяной покров стал толще, он должен рассеять 80 калорий на грамм воды, которая превращается в лед. Тепло должно выходить из ледяного покрова либо за счет теплопроводности и конвекции в вышележащий воздух, либо за счет радиационного охлаждения с поверхности льда. Обычно, когда лед тоньше 3 дюймов, скорость охлаждения ограничивается способностью воздуха над льдом передавать тепло.Тонкий лед при температурах, близких к нулю, густеет быстрее всего при наилучших условиях радиационного охлаждения (ясное небо, низкая влажность).

Примечание. Толщина льда — не единственное, что имеет значение для несущей способности. Толщина холодного (полностью замороженного) льда убедительно рассказывает историю. Талый лед может быть от немного более слабого до более слабого, чем холодный.

Отлов:

Прежде чем лед станет толстым, он должен «схватиться», образуя первичный слой льда, который превращается во что-то, что мы можем кататься на коньках, ловить рыбу, плыть под парусом и двигаться.Есть несколько условий, поддерживающих ловлю льда:

Основная вода должна быть достаточно прохладной (обычно в диапазоне 35–37 градусов). Охлаждение воды в объеме коррелирует с глубиной воды. Ветры с небольшими одиночными числами в течение нескольких часов часто являются причиной образования и выживания нового ледяного покрова. См .: Физика льда для любителей льда , чтобы узнать больше об этом и многих других аспектах роста льда.

Как только температура в объеме достигает 39 градусов или ниже (максимальная плотность), она становится конвективно стабильной, если нет ветра для перемешивания воды.Поверхность воды охлаждается от радиационного охлаждения, холодный воздух — при слабом ветре. Озеро, скорее всего, образует лед при слабом ветре, а также при более низкой температуре воздуха и ясном небе. В этом случае на радиационное охлаждение приходится большая часть роста льда. Чистое небо позволяет излучению отводить энергию от поверхности со скоростью около 70 Вт / квадратный метр. Это помогает создать тонкий переохлажденный слой, который обычно начинает образовывать лед примерно при половине градуса (F) переохлаждения.

Чтобы первые кристаллы образовались на переохлажденном поверхностном слое, необходимо их зародить. Лучшим зародышевым агентом для этого является лед. Примеры включают снег и ледяной туман. Вода в озере также полна мелкого осадка, бактерий и других веществ, которые могут действовать как зародышеобразователи. Если будет умеренно холодно, спокойно и без снега, образуются крупные кристаллы (несколько мест зарождения). Это называется льдом без семян. Центры зародышеобразования, скорее всего, представляют собой частицы в воде. Если идет снег, на поверхности воды образуются мелкие кристаллы льда (много мест зарождения).Это называется затравленным льдом, и размер кристаллов первичного и вторичного льда невелик (обычно менее 1/2 дюйма).

Следующие ниже графики основаны на формуле, предложенной Джорджем Эштоном в 1989 году. Она охватывает как тонкий, так и толстый лед. Раствор Стефана, которому уже более 100 лет, хорошо работает с поправочным коэффициентом от 0,5 до 0,8 для более толстого льда или очень холодных условий, но резко переоценивает скорость роста тонкого льда и менее суровых температур. В решении Стефана не учитывается теплопередача воздуха над ледяным покровом, а в формуле Эштона учитывается.Ни один из них напрямую не влияет на радиационное охлаждение, солнечное отопление, ветер, снежный покров и другие факторы, которые могут повлиять на скорость роста льда, однако, используя поправочные коэффициенты, они аппроксимируют влияние некоторых из этих факторов. На следующих графиках показаны рассчитанные темпы роста для разных периодов времени. Это может быть удобно, чтобы сделать приблизительное предположение о росте с течением времени при постоянной температуре. Как всегда, фактические измерения толщины берут верх над расчетными цифрами.

Реальность сложнее.Температура редко бывает постоянной более нескольких часов. Радиационное охлаждение в ясную ночь может быть основной частью охлаждающего эффекта (в этой ситуации тонкий лед вырастает при температурах выше нуля). Угол наклона солнца является важным фактором, так же как наличие или отсутствие солнца, особенно в конце сезона. Холодный ветер увеличивает отвод тепла от поверхности льда. Снег — очень эффективный изолятор, который резко замедляет рост. Слякоть на поверхности или как слой внутри ледяного покрова (многослойный лед) останавливает рост на дне ледяного покрова до тех пор, пока слой слякоти полностью не замерзнет.

Эти графики наиболее полезны для практического использования, чтобы определить, насколько ледяной щит может вырасти за день или два при довольно постоянных температурах. Например, если у вас голый лед толщиной 2 дюйма, и в следующие два полных дня он будет в среднем 10 градусов, лед, вероятно, вырастет примерно до 5 дюймов за это время. Как и во всем остальном, что касается льда, убедитесь, что вы правильно оценили ситуацию (и не используйте свой грузовик в качестве инструмента для тестирования). Есть множество причин, по которым он мог бы вырасти меньше, чем ожидалось, и не так много причин, по которым он мог бы позволить ему вырасти больше.

В связи с этим, данные о температуре для нескольких смертельных случаев в сезоне 2013 года показывают, что им предшествовали несколько дней с температурой, близкой к нулю. Многие важные подробности происшествий неизвестны, но вполне вероятно, что лед в этих обстоятельствах может медленно таять. Оттаивание в среднем происходит примерно на 30% быстрее, чем рост, что, вероятно, является частью этой истории.

Следующий график из статьи Эштона «Рост тонкого льда» показывает реальность в сравнении с расчетной оценкой.Три верхние строки — это решение Стефана с поправочными коэффициентами 0,5, 0,7 и 1,0. Три нижние линии относятся к подходу Эштона, при этом линии представляют различные значения коэффициента объемной теплоотдачи от верхней поверхности льда к воздуху над льдом (Hia). Я использовал значение Hia, равное 20, при построении графиков, показанных выше, поскольку они лучше всего представляют эмпирические данные. Это основано на условиях, аналогичных условиям реки Святого Лаврентия. Если интересующий вас район менее ветреный, ожидайте более медленного роста льда.(Ветры на реке Святого Лаврентия с декабря по январь в среднем дуют около 9 миль в час со средней скоростью 22 порыва).

Большая часть данных попадает в 2 раза по сравнению с прогнозируемым значением при Hia = 20. Крайние случаи при малых толщинах (толщина 1/4 дюйма, красная стрелка), которые замерзают быстрее, чем в среднем почти в 10 раз. Это вполне может быть ситуация, когда температура немного ниже точки замерзания и радиационное охлаждение является основным механизмом охлаждения. синие стрелки указывают на темпы роста медленнее, чем обычно.Возможно, этому способствуют солнечная погода, тихий ветер, пасмурное небо или снег.

Шведский метод прогнозирования роста льда:

Для более детального взгляда на рост тонкого льда (менее пары дюймов) взгляните на книгу Мартена Айне Физика льда для любителей льда . Он дает следующие практические правила для роста тонкого льда в бесснежных условиях:

Сумма:

• 0,05 мм / ч на каждый отрицательный градус (C) температуры воздуха
• 0.02 мм / час — произведение скорости ветра (м / с) на отрицательную температуру воздуха
• 0,7 мм / час для 100% чистого неба и ничего для полного затмения.

Например, если температура 32 градуса по Фаренгейту, ветра нет и небо чистое, примерно 1/3 дюйма образуется за ночь (12 часов) только в результате радиационного охлаждения. Если небо пасмурное и спокойное, температура должна быть около 7 градусов (F), чтобы вырасти 1/3 дюйма льда за 12 часов. Если облачно и дует ветер со скоростью 10 миль в час, температура должна быть 27 градусов. F, чтобы вырастить 1/3 дюйма льда за 12 часов.Это предполагает, что на воде есть слой льда, достаточно толстый, чтобы отразить ветер со скоростью 10 миль в час. Если у вас ясное небо, низкие температуры (15 градусов F) и ветер (15 миль в час), этот метод предсказывает, что за 12 часов вырастет лед толщиной 1,8 дюйма.

Оба подхода — Эштон и Эйн — проще всего использовать, если вы поместите алгоритмы в электронную таблицу. Щелкните здесь, чтобы настроить электронную таблицу для подхода Ajne (в формате ODS — OpenOffice).

Щелкните здесь, чтобы увидеть версию Excel (.xls)

Дополнительная информация

Для более обстоятельного обсуждения этого и других динамических процессов на льду я настоятельно рекомендую копию Физика льда для любителей льда Мартена Айне.Если вы дочитали до этого места в этой статье, у вас должен быть экземпляр его книги.

Щелкните здесь, чтобы подробнее узнать о роли различных факторов в росте тонкого льда от Marten Ajne.

Щелкните здесь, чтобы просмотреть статью Джорджа Эштона: Thin Ice Growth . Он был опубликован в WATER RESOURCES RESEARCH, VOL. 25, № 3, страницы 564-566, март 1989 г.

Чтобы посмотреть метод прогнозирования катания на коньках Яна-Эрика Густафссона, см. Запись в блоге от 24 января 2012 г. или перейдите непосредственно на его Североамериканский сайт прогнозов.

Ссылка на статью о толщине радиолокационного льда в Канаде

Щелкните здесь, чтобы получить дополнительную информацию о несущей способности.

Боб

Формула замораживания — Образ жизни — Columbia Daily Tribune

Winter открывает новые возможности для активного отдыха. Обратите внимание на то, чем вы занимаетесь в холодный снежный день.

Многие дети и даже некоторые энергичные взрослые выходят на улицу, чтобы покататься на санках, слепить снеговиков и бросить снежки.Еще одно интересное занятие — прогулка по поверхности того местного озера, которое сейчас замерзло.

Однако прогулка по замерзшему озеру может быть очень опасной, если вы не разбираетесь в науке о льду. Прежде чем выходить на улицу, важно знать, как образуется озерный лед, какой толщины он должен быть, чтобы по нему можно было ходить, и другие особенности льда.

Требуется много энергии

Для изменения температуры воды требуется много энергии. Точно так же, как кипячение большой кастрюли с водой на плите занимает довольно много времени, вода также долго остывает.Наверняка вы заметили очень холодный снежный день в начале зимы, когда близлежащее озеро еще не замерзло. Земля остывает быстрее, чем вода, и чем больше воды в озере, тем больше времени потребуется, чтобы температура воды опустилась ниже нуля.

Сколько времени это займет?

Теперь вернемся к прогулке по замерзшему озеру. Когда холодный воздух находится на месте, верхний слой воды начинает охлаждаться, так как вступает в контакт с холодным воздухом. Если холодный воздух длится достаточно долго, верхний слой воды в озере будет понижать температуру до тех пор, пока не замерзнет.Лед менее плотный, чем вода, поэтому лед будет плавать над водой.

Если холодный воздух остается на месте, лед становится все толще и толще. Но этот верхний слой льда изолирует тепло от дна озера, поэтому это не быстрый процесс.

Ученые разработали формулу для расчета замерзания припая на озере. Вот как:

1. Вычислите среднюю дневную температуру, сложив низкую и высокую температуру и разделив на 2. Используйте градусы Фаренгейта.Теперь вычтите это среднее из 32 градусов, температуры, при которой вода замерзает. Вы только что подсчитали то, что они называют «морозными днями».

Пример: если низкая температура сегодня была 24 градуса, а высокая — 30 градусов, средняя дневная температура составляла 27 градусов. Вычтите это из 32, и вы получите 5 морозных дней на этот день.

2. Основываясь на исследованиях, когда на озере образуется тонкий слой ледяной пленки, он будет добавлять 1 дюйм льда на каждые 15 дней с градусом мороза в течение 24 часов.

Пример: Если бы у нас был день с 5 градусами замерзания, вы использовали бы формулу 5/15 = 0,33. В этот день вы должны добавить 0,33 дюйма льда или 1/3 дюйма. Но помните, это после образования первого слоя льда.

Это показывает, сколько времени может понадобиться озеру, чтобы замерзнуть, даже после холодного дня.

Правило четырех дюймов

Большинство согласны, что на озере должен быть слой льда толщиной не менее 4 дюймов, чтобы на нем было безопасно играть. Вы можете использовать расчеты дня градуса замерзания, чтобы оценить, когда это произойдет, но это только приблизительные оценки.Количество солнечного света или ветра на озере, глубина озера и источник воды в озере — все это может повлиять на скорость утолщения льда.