Коэффициент теплопроводности снежного покрова

Важными параметрами при использовании снега в качестве строительного материала и исследовании взаимодействия инженерных сооружений различного назначения со снегом являются плотность и коэффициент теплопроводности снежного покрова. Целью работы была оценка точности расчета коэффициента теплопроводности двухслойного снежного покрова в зависимости от степени уплотнения одного из слоев. Рассмотрены два подхода в определении коэффициента теплопроводности: как слоистой структуры и как эквивалентной однородной структуры, имеющей постоянную среднюю плотность. Для расчетов использовались классические формулы определения коэффициента теплопроводности от плотности (формула Абельса) и плотности от глубины снежного покрова (формула Абэ). В результате анализа и комплексных вариантных расчетов, представленных в виде графиков, сделаны следующие выводы. При линейной зависимости коэффициента теплопроводности от плотности снега выбор того или иного способа расчета коэффициента теплопроводности двухслойного снежного покрова значения не имеет: ошибка в расчетах всегда будет рана нулю. При нелинейной зависимости коэффициента теплопроводности от плотности снега ошибка возрастает с увеличением коэффициента уплотнения одного из слоев. Например, при коэффициенте уплотнения 1,5 относительная ошибка расчета не превышает 4%. А при увеличении коэффициента уплотнения до 3,5 ошибка возрастает до 31%, т. е. увеличивается почти в восемь раз. Анализ результатов позволил сделать вывод, что при уплотнении одного из слоев менее чем в два раза (коэффициент уплотнения k<2) применение понятия средней плотности снежного покрова в тепловых расчетах по определению термического сопротивления снежного покрова является вполне допустимым. При увеличении степени уплотнения одного из слоев более чем в два раза необходимо определять коэффициент теплопроводности каждого слоя и рассчитывать общее термическое снежного покрова как сумму термических сопротивлений отдельных слоев.

А.Ф. ГАЛКИН¹, д-р техн. наук, профессор (Адрес электронной почты защищен от спам-ботов. Для просмотра адреса в вашем браузере должен быть включен Javascript.);
В.Ю. ПАНКОВ², канд. геол.-минерал. наук, доцент (Адрес электронной почты защищен от спам-ботов. Для просмотра адреса в вашем браузере должен быть включен Javascript.),
М.Р. ВАСИЛЬЕВА², инженер (Адрес электронной почты защищен от спам-ботов. Для просмотра адреса в вашем браузере должен быть включен Javascript.)

¹ Институт мерзлотоведения им. П.И. Мельникова СО РАН (677010, г. Якутск, ул. Мерзлотная, 36)
² Северо-Восточный федеральный университет им. М.К. Аммосова (677027, г. Якутск, ул. Белинского, 58)

1. Войтковский К.Ф. Расчет сооружений из льда и снега. М.: Изд-во АН СССР, 1954. 136 с.
2. Шульгин А.М. Снежный покров и его использование в сельском хозяйстве. Л.: Гидрометеоиздат, 1962. 84 с.
3. Рихтер Г.Д. Снежный покров, его формирование и свойства. М.: Изд-во АН СССР, 1945. 120 с.
4. Павлов А.В. Мониторинг криолитозоны. Новосибирск: ГЕО, 2008. 230 с.
5. Дюнин А.К. В царстве снега. М.: URSS, 2021. 168 с.
6. Кузьмин П.П. Физические свойства снежного покрова. Л.: Гидрометеоиздат, 1957. 179 с.
7. Осокин Н.И., Сосновский А.В., Чернов Р.А. Влияние стратиграфии снежного покрова на его термическое сопротивление // Лед и снег. 2013. № 3 (123). С. 63–70. EDN: THBIWU
8. Кириллин А.Р., Железняк М.Н., Жирков А.Ф., Мисайлов И.Е., Верхотуров А.Г., Сивцев М.А. Особенности снегонакопления и параметры снежного покрова на Эльконском горном массиве // Вестник Забайкальского государственного университета. 2020. Т. 26. № 7. С. 62–76. https://doi.org/10.21209/2227-9245-2020-26-7-62-76
9. Казакова Е.Н., Лобкина В.А. Зависимость плотности отложенного снега от его структуры и текстуры // Криосфера Земли. 2018. Т. 22. № 6. С. 64–71. EDN: YPXLNJ
10. Павлов А.В. Теплофизика ландшафтов. Новосибирск: Наука, 1979. 286 с.
11. Котляков В.М., Сосновский А.В. Оценка термического сопротивления снежного покрова по температуре грунта // Лед и снег. 2021. Т. 61. № 2. С. 195–205. EDN: XPBXXL
https://doi.org/10.31857/S2076673421020081
12. Осокин Н.И., Сосновский А.В., Чернов Р.А. Термическое сопротивление снежного покрова и его изменчивость // Криосфера Земли. 2017. Т. 21. № 3. С. 60–68. EDN: YPTHAJ
13. Осокин Н.И., Сосновский А.В., Чернов Р.А., Накалов П.Р. Термическое сопротивление снежного покрова и его изменчивость // Криосфера Земли. 2014. Т. 18. № 4. С. 70–77. EDN: YPTHAJ
14. Галкин А.Ф., Плотников Н.А. Расчет коэффициента теплопроводности снежного покрова // Арктика и Антарктика. 2023. № 3. С. 16–23. EDN: VMDOVA. https://doi.org/10.7256/2453-8922.2023.3.43733
15. Menard C., Essery R., Turkov D. et al. Scientific and human errors in a snow model intercomparison // Bulletin of the American Meteorological Society. 2021. Vol. 201 (1). E61-E79.
https://doi.org/10.1175/BAMS-D-19-0329.1
16. Осокин Н.И., Сосновский А.В. Влияние термического сопротивления снежного покрова на устойчивость многолетнемерзлых пород // Криосфера Земли. 2016. Т. 20. № 3. С. 105–112. EDN: WTHOLB
17. Поздняков С.П., Гриневский С.О., Дедюлина Е.А., Кореко Е.С. Чувствительность результатов моделирования сезонного промерзания к выбору параметризации теплопроводности снежного покрова // Лед и снег. 2019. Т. 59. № 1. С. 67–80. EDN: ZAGNET
18. Перльштейн Г.З. Теплообмен деятельного слоя с атмосферой: теоретические и прикладные аспекты // Криосфера Земли. 2002. Т. 6. № 1. С. 25–29.
19. Zhirkov A., Sivtsev M., Lytkin V., Séjourné A., Wen Z. An assessment of the possibility of restoration and protection of territories disturbed by thermokarst in Central Yakutia, Eastern Siberia // Land. 2023. Vol. 12 (1), 197. https://doi.org/10.3390/land12010197
20. Патент РФ 2813665. Способ мелиорации земель в криолитозоне / Галкин А.Ф., Жирков А.Ф., Железняк М.Н., Сивцев М.А., Плотников Н.А. Заявл. 22.04.2023. Опубл. 14.02.2024. Бюл. № 5.
21. Олейников А.И., Скачков М.Н. Модель уплотняемых сыпучих тел и некоторые ее приложения // Информатика и системы управления. 2011. № 4 (30). С. 48–57. EDN: OJOJCL
22. Винников С.Д., Викторова Н.В. Физика вод суши. СПб.: РГГМУ, 2009. 430 с.
23. Борисов В.А., Акинин Д.В., Паюл А.Д. Изменения плотности снега при сжимающей нагрузке // Resources and Technology. 2021. Т. 18 (3). С. 77–91. https://doi.org/10.15393/j2.art.2021.5843
24. Галкин А.Ф., Панков В.Ю., Жиркова Е.О. Расчет термического сопротивления дорожной одежды // Строительные материалы. 2022. № 11. С. 70–75. https://doi.org/10.31659/0585-430X-2022-808-11-70-75