Моделирование битого льда. При возникновении явления без участия твердого ледяного поля, а с участием только ледяных полей, основные силы, принимаемые во внимание, это сила тяжести, включая силу плавучести, внутренние силы, вероятность сдвигающей силы, относящейся к стационарным полям (например, лед образовывается на ледозащитных бонах). Если трение льда об лед не является критичным, то искусственные льдины могут использоваться вместо природного льда при моделировании, при условии что плотность материала соответствует плотности льда (например, полиэтилен). Изучение модели может проводиться в неохлаждаемых помещениях, что значительно снижает стоимость исследований.
9-6
Было использовано несколько типов моделей ледяной каши, обычно выполненных с использованием кусков дробленого пластмассового материала с плотностью, эквивалентной или довольно близкой к настоящему льду (Зуфельт и Эттэма, 1996). Пример моделирования с использованием этого типа материалов найден у Ларсена и коллег (1994), показанного на рисунке 9-1.
Моделирование реки Ниагара с использованием дробленого полиэтилена как модели льда.
b. Моделирование ледового покрова. Когда изучаемое явление включает разрушение ледяного покрова от первоначального столкновения (например нагрузка на сооружение), и последующего разрушения больших льдин, механический свойства (прочность на изгиб, прочность на раздавливание и дробление, прочность на сдвиг, трение льда) становятся важными и требуют надлежащего моделирования в лаборатории. Для достижения правильных механических свойств, большинство ледовых моделей выращено из раствора соли, мочевины, этиленгликоля или некоторых других добавок в воду. Хотя для достижения моделируемых свойств, необходимо установить минимальный лимит шкалы масштабирования. Это ограничение будет зависеть от характера разрушений ледового покрова (например, ограничение масштаба примерно до 1:40 для разрушения льда при изгибе). Замораживаемое помещение необходимо для этого типа моделирования, и рассмотрение такой модели приводится в работе Гуча и Дека (1990). Рисунок 9-2 показывает модель с использованием настоящего льда в Инженерной лаборатории Армии США по исследованию районов севера. Были разработаны некоторые искусственные материалы, которые, как заявляют, воспроизводят свойства настоящего льда, но их состав является защищенным правом собственности, их использование не всегда удобно, хотя они могут применяться в теплых условиях, стоимость экспериментов будет такой же, как в охлаждаемых помещениях.
9-7
Моделирование сооружений по регулированию ледовых заторов, Казеновия Крик, Нью-Йорк
Эталонирование модели
Когда методика моделирования выбрана, и физическая модель воспроизведена, необходимо откалибровать и верифицировать модель. Этот процесс обычно состоит из следующих шагов: Подгонка неровностей поверхностей русла для воспроизводства профиля поверхности без льда (это нормальная верификация модели для условных гидравлических моделей); верификация потерь давления с воспроизведенным ледовым покровом для известных ледовых условий, как вскрытие льда, характер дрейфа льда, скорость. Даже если последняя поверка носит всего лишь качественный характер, необходимо удостовериться в том, что модель воспроизводит рассматриваемые природные явления. Цель такой калибровки гидравлической модели – воспроизвести более-менее обычные ледовые полевые условия, так чтобы модель могла быть использована с предотвращением действия необычных условий, или условий с техногенными изменениями с большой степенью достоверности. В ледово-гидравлических моделях недостаточно воспроизвести уровень воды при различных расходах, как в условных гидравлических моделях. Ледовые явления должны быть правильно воспроизведены. Множество ледовых явлений еще не вполне объяснимы. Если их наблюдали и документировали недостаточно на определенном участке, который необходимо смоделировать, то есть вероятность их недостоверного воспроизведения при моделировании.
9-8