Modeling of river bed deformation composed of frozen sediments with increasing environmental temperature

Abstract

Береговые деформации, водный поток, лабораторный эксперимент, математическое моделирование, многолетнемёрзлые породы, таяние льда. Coast deformation, ice melting, laboratory experiment, mathematical modeling, permafrost, water flow. Работа посвящена исследованию влияния речного потока и повышения температуры воды на деформации береговых склонов, сложенных многолетнемёрзлыми породами с включением пластов льда. Методы исследования-лабораторное и математическое моделирование. Лабораторные эксперименты показали, что при повышении температуры воды и воздуха изменения в структуре лабораторного аналога многолетнемёрзлого грунта вызывают деформации русла даже без волнового воздействия, т.е. при стационарном режиме течения и неразмывающих скоростях водного потока. В связи с этим возникла необходимость усовершенствования разработанной ранее модели деформации русла с целью учёта долгопериодных изменений структуры грунта при повышении температуры воды. В основу трёхмерной математической модели термо эрозии береговых склонов рек, протекающих в районах развития многолетней мерзлоты, и её верификации положены результаты лабораторных экспериментов в гидравлическом лотке. Анализ результатов математического и лабораторного моделирования показал, что русловые деформации рек, протекающих в криолитозоне, значительно отличаются от деформаций русел, сложенных грунтами, не подверженными влиянию фазового перехода «вода-лёд», и могут наблюдаться даже при неразмывающих скоростях водного потока.

Application of Graphics Processing Units for Self-Consistent Modelling of Shallow Water Dynamics and Sediment Transport

“…where v is the average lateral flow velocity above the bottom, coinciding with the fluid velocity in the shallow water model, A J , m are the constant coefficients, for example, A G = 0.001, m = 2 for fine sand. The value of A J in the ratio (3) which depends on the characteristics of the moving substance and it can be introduced as follows [28]:…”