Вестник МГТУ. 2016, №1.1.

Маслобоев В. А. и др. Результаты оценки интенсивности пыления… 14 анализа сделан предварительный вывод, что наиболее приемлемыми для последующих исследований загрязнения приземного слоя атмосферы вниз по ветровому потоку могут быть признаны зависимость Westphal D. L. et al. [10] и схема DEAD [11]. Именно эти зависимости дают минимальное расхождение результатов на всем рассмотренном диапазоне скорости ветрового потока. Отметим, что оба подхода базируются на функциональной зависимости потока массы от динамической скорости на высоте пыления в 4-й и 3-й степенях соответственно. Схема DEAD (Dust Entrainment And Deposition) [11] описывает мобилизацию пыли через скорость трения (ветровое напряжение на границе раздела) на высоте пылящей поверхности, которая является функцией скорости ветра, размера шероховатости и устойчивости атмосферы. Поток массы сальтирующих частиц (горизонтальный поток массы) зависит от превышения ветровой скорости трения над пороговой скоростью трения ветра (критическая скорость начала переноса). Горизонтальный поток массы G может быть вычислен по формуле 2 3 * * * * * 1 1 tp tp a p u u G c u g u u       ρ   = − +             , (1) где c – константа; ρ a – плотность воздуха; u * – скорость трения ветра (динамическая скорость); g –ускорение свободного падения. В работе [11] значение константы c рекомендовано выбрать равной 2,61. Указывается, что это значение получено по результатам ветровых туннельных экспериментов. В выражении (1) динамическая скорость имеет размерность м/с. Значение динамической скорости предлагается вычислять с помощью известного соотношения * 10 10 0 ln( / ) u u H z κ = , (2) где нижний индекс 10 отнесем к высоте +10 м ( H 10 ) над поверхностью пыления, т. е. u 10 ; z 0 – параметр шероховатости, м; κ – постоянная Кармана. Напомним, что согласно терминологии в вопросах измерения процессов пыления различают горизонтальный ( G ) и вертикальный ( F ) потоки массы (ГПМ и ВПМ). Они имеют разные размерности: горизонтальный – [кг/(м . с)] и вертикальный – [кг/(м 2. с)]. Для решаемой задачи интересен именно вертикальный поток массы, который в уравнениях конвективно-диффузионного переноса примеси на границе моделируемой области называют интенсивностью пыления. Обычно ВПМ и ГПМ связывают линейным соотношением F = α · G 1 , где коэффициент пропорциональности имеет размерность [см –1 ], а его значение зависит от содержания глины в пылящей почве (при нулевом содержании глины α = 10 –6 [см –1 ]). В диссертационной работе 2 коэффициент α определяют как массовую эффективность обдуваемости потоком. Обсуждаемый коэффициент является мерой того, насколько эффективно сальтирующие частицы способны бомбардировать поверхность с высвобождением большого количества мелкодисперсного материала. Авторами статьи [10] предложена модель для исследования мобилизации и переноса пыли в пустыне Сахара. Указанная модель при условии выполнения двух критериев эмиссии (влажность не более 0,3, динамическая скорость не менее 0,6 м/с) для частиц песка размером от 0,2 до 160 мкм предлагает для вычисления ВПМ (это следует из приведенной размерности) использовать выражение 14 4 * 2,9 10 F u − = ⋅ [г/(см 2 ⋅ с)]. (3) В выражении (3) используется динамическая скорость с размерностью см/с. Следуя авторам работ 3 , представляется возможным при рассмотрении турбулентного переноса пыли с хвостохранилища АНОФ-2 ограничиться частицами, размер которых не превышает 70 мкм. Авторский подход и обсуждение результатов расчетов Для практической реализации оценок использована следующая последовательность действий. На рис. 1 представлена схема модели, которая принимается для обоснования величины скорости, необходимой для оценки вертикального потока массы частиц (интенсивности пыления): динамическая скорость на высоте 1 Dust modeling and forecasting in the BSC. 2012. [Electrical resource] / S. Basart, J. M. Baldasano, E. Terradellas, F. Benincasa, O. Jorba URL: http://bobcat.aero.und.edu/jzhang/ICAP/AERP/MeetingPDFs/Overviews/Basart_ES-BSC_Dust_ modelling.pdf. 2 Shannon S. R. Modelling the atmospheric mineral dust cycle using a dynamic global vegetation model. 2009. [Electrical resource]. URL: http://www.paleo.bris.ac.uk/~ggsrs/website/thesis/thesis.pdf. 3 Tegen I. Atmospheric dust sources. 2005. [Electrical resource]. URL: http://www.solas-int.org/summerschool/ lectures/2005lectures/Tegen.pdf19 ; Dust sources and atmospheric dust process. 2015. [Electrical resource]. URL: https://www.wmo.int/pages/prog/arep//wwrp/new/source.html.