Задание 3. Расчет глубины промерзания-протаивания под дном мелкого водоема

Предлагаемый расчет производится с целью прогнозирования динамики температурного режима под неглубокими озерами термокарстового происхождения. В случае прогрессирующего термокарста возникает опасность глубокой деградации ММП, в случае затухания - ситуация стабилизируется.

Местоположение озер и их глубины показаны на каждом разрезе-варианте (приложения 1, 2). Состав и свойства пород, слагающих дно озера, определяются по разрезам.

Характер промерзания-протаивания донных отложений зависит от температурного режима воды, в том числе – мощности ледового покрова. В летнее время температура в мелком водоеме, с учетом влияния конвективного перемешивания, может считаться неизменной по глубине, т.е. t_w,max. В зимнее время температура возрастает с глубиной, а на поверхности льда (под снегом) является минимальной, т.е. t_w,min. Способом, изложенным в задании 2, по формулам (3) и (4) определяют среднегодовую температуру на поверхности льда (t_0,i) и амплитуду годовых колебаний температур А _{0, i}. По ним рассчитывают минимальную и максимальную температуры на поверхности озера:

t_w,min = А _{0, i} - t _{0, i} , (12)

t_w,max = А _0,i + t _{0, i} . (13)

Температурный режим донных отложений зависит от глубины залегания нулевой среднегодовой изотермы Н ₁ под слоем воды и (или) донных осадков. Её рассчитывают по формуле:

(14)

где Н_i – мощность льда; в исследуемом районе она составляет 1,4 м.

В зависимости от глубины водоема Н возможны 3 варианта:

1. Глубина водоема меньше Н ₁, т.е. H < H ₁. Донные отложения находятся в многолетнемерзлом состоянии и оттаивают летом на глубину x_сез.

2. Глубина водоема больше Н ₁, но меньше мощности льда Н_i (H ₁< H < H_i). Имеет место сезонное промерзание донных отложений, а кровля ММП залегает ниже, образуя несквозной талик. Возможен затухающий термокарст.

3. Глубина водоема больше Н_i, т.е. H > H_i. Под водоемом развивается активный термокарст.

Для вычисления глубины сезонного промерзания или протаивания под дном водоема необходимо определить среднегодовую температуру на поверхности дна t_H и амплитуду колебаний температур А_H на дне водоема по формулам:

(15)

(16)

Имея эти данные, а также теплофизические характеристики пород под дном озера, рассчитывают x_сез по методике В.А. Кудрявцева (см. задание 2, формулы 5-11). Понятно, что роль t ₀ играет в данном случае t_Н, а А ₀ – есть А_H.