Тепловлагоперенос в грунтовом основании газопровода при наледи

Магистральные трубопроводы с большой протяженностью в районах многолетней мерзлоты подвергаются различным экзогенным процессам. Газопровод, особенно в горных местностях, пересекает водную преграду, которая в зимнее время покрывается льдом. Недостаточно изучено взаимодействие трубопроводов с наледью. Цель данной работы - численное моделирование тепловлажностного режима грунтового основания газопровода при образовании наледи. Приводится математическая модель тепловлагопереноса с учетом реального процесса промерзания-протаивания порового раствора грунта в спектре температур. Численный эксперимент произведен восстановленным тепловым потоком наледной долины с использованием метода решения граничных обратных задач теплопроводности. В результате численного эксперимента установлено, что образование наледи происходит во второй половине зимы и имеет отепляющее влияние. В первой половине летнего периода наблюдается интенсивное протаивание наледи и динамика глубины сезонного протаивания идет с некоторым опозданием, но в начале зимнего периода восстанавливается, как в обычном грунте. Надмерзлотная грунтовая вода повышает среднегодовую температуру грунта вокруг газопровода и имеет отепляющее влияние. При этом газопровод, который расположен поперек течения, загораживая движение грунтовой воды, изменяет процесс формирования мерзлого массива в грунте. Таким образом, в летний период процесс протаивания на наледной поляне идет с некоторым опозданием, а в конце летнего периода глубина протаивания совпадает с обычным грунтом. Надмерзлотная вода действует отепляюще, тем самым повышает среднегодовую температуру грунта вокруг газопровода.

мерзлые грунты, наледь, газопровод, тепловлагоперенос, надмерзлотная грунтовая вода, восстановление теплового потока

1. Alekseev V. R. Melt water as a cryogenic resource of the planet // Geography and Natural Resources. - 2012. - Vol. 33 - № 1. - P.19-25.

2. Бердыев С. С., Атласов Р. А., Иванов А. Г., Николаева М. В. Применение методов инженерной защиты объектов трубопроводных систем Чаядинского НГКМ // Вестник СВФУ. Серия «Наука о Земле». - 2017. - № 4 (08). - С. 68-73.

3. Пермяков П. П., Попов Г. Г., Матвеева М. В. Прогноз динамики сезонного расшатывания газопровода // Газовая промышленность. - 2010. - № 4. - С.17-19.

4. Самарский А. А., Вабищевич П. Н. Численные методы решения задач конвекции - диффузии. - М.: Едиториал УРСС, 2003. - 248 с.

5. Гаврилова М. К. Температура наледи и подналедных грунтов в долине Улахан-Тарын. В кн.: Экспериментальные исследования процессов теплообмена в мерзлых горных породах. - М.: Наука, 1972. - с. 114-118.

6. Пермяков П. П., Афанасьева Т. А., Варламов С. П., Скрябин П. Н. Определение граничных условий при моделировании термического режима мерзлых грунтов // Вестник Северо-Восточного научного центра ДВО РАН, 2018. - №1(53) - С. 56-62.