RUDN Journal of Engineering ResearchRUDN Journal of Engineering ResearchВестник Российского университета дружбы народов. Серия: Инженерные исследования2312-81432312-8151Peoples’ Friendship University of Russia named after Patrice Lumumba (RUDN University)2142410.22363/2312-8143-2019-20-1-48-56Earth scienceНауки о землеResearch ArticleCurrent state of knowledge on the problem of water objects’ frozen watersides destructionАктуальное состояние исследований проблем разрушения берегов водных объектов криолитозоныSinichenkoEvgeniy K.СиниченкоЕвгений Константинович

Associate Professor of Department of Construction, Engineering Academy, Candidate of Technical Sciences

Доцент департамента строительства, Инженерная академия, к.т.н., доцент

sinichenko_ek@rudn.ruRekachFedor V.РекачФедор Владимирович

Associate Professor of Department of Construction, Engineering Academy, Candidate of Technical Sciences

Доцент департамента строительства, Инженерная академия, к.т.н., доцент

sinichenko_ek@rudn.ruShambinaSvetlana L.ШамбинаСветлана Львовна

Associate Professor of Department of Construction, Engineering Academy, Candidate of Technical Sciences

Доцент департамента строительства, Инженерная академия, к.т.н., доцент

sinichenko_ek@rudn.ruPeoples’ Friendship University of Russia (RUDN University)Российский университет дружбы народов15122019201VOL 20, NO1 (2019)ТОМ 20, №1 (2019)485608072019Copyright ©; 2019, Sinichenko E.K., Rekach F.V., Shambina S.L.Copyright ©; 2019, Синиченко Е.К., Рекач Ф.В., Шамбина С.Л.2019Sinichenko E.K., Rekach F.V., Shambina S.L.Синиченко Е.К., Рекач Ф.В., Шамбина С.Л.http://creativecommons.org/licenses/by/4.0https://journals.rudn.ru/engineering-researches/article/view/21424

Due to the fact that the vast territory of Russia is located in the zone of permafrost, there is an urgent need to study coastal erosion, taking place not only during the construction cycle, but also during the subsequent operation of commissioned facilities, in particular hydrotechnical ones. The analysis of recent papers of foreign and domestic researchers who work in the field of knowledge of water objects’ frozen coasts destruction was made. The influence of the energy of a moving water flow on the reformation of the coastal slope and on the stability of river channels as a whole was considered. Analysis of the results of mathematical and laboratory modeling showed that the channel deformations of the rivers flowing in the cryolithozone differ significantly from the deformations of the channels laid in soils which are not affected by the water-ice phase transition. The causes of the erosion of the frozen shores in the under permafrost conditions are not only mechanical, but also thermic components during the movement of water, which indicates the instability of the permafrost as a solid. All this should be considered when designing hydraulic engineering objects.

Огромная территория России находится в зоне многолетнемерзлых пород, ввиду чего очень остро стоит вопрос изучения береговых эрозий, происходящих не только во время строительного цикла, но и при последующей работе введенных в эксплуатацию объектов, в частности гидротехнических сооружений. Проведен анализ современных работ зарубежных и отечественных исследователей на предмет изученности разрушения мерзлых берегов водных объектов. Рассмотрено влияние энергии движущегося водного потока на переформирование берегового склона и устойчивость речных русел в целом. Результаты математического и лабораторного моделирования показали, что русловые деформации рек, протекающих в криолитозоне, значительно отличаются от деформаций русел, сложенных грунтами, не подверженных влиянию фазового перехода «вода - лед». Причинами размыва мерзлых берегов в условиях многолетнемерзлых пород является не только механическая, но и термическая составляющие при движении воды, что позволяет говорить о нестабильности мерзлоты как твердого вещества. Все это необходимо учитывать при гидротехническом проектировании.

analysis of workscoastal deformationcryolithozonelaboratory experimentspermafrostанализ работбереговые деформациикриолитозоналабораторный экспериментмноголетнемерзлые породыDe Koven Leffingwell E. The Canning River region, northern Alaska. U.S. Geol. Survey Prof. Paper. 1919;(109).De Koven Leffingwell E. The Canning River region, northern Alaska // U.S. Geol. Survey Prof. Paper. 1919. No. 109. 251 p.Cooper RH, Hollingshead AB. River bank erosion in regions of permafrost. Fluvial processes and sedimentation: Proc. Hydrology Symposium, Univ. of Alberta, Edmonton. 1973;(9): 272-283.Cooper R.H., Hollingshead A.B. River bank erosion in regions of permafrost // Fluvial processes and sedimentation: Proc. Hydrology Symposium, Univ. of Alberta, Edmonton. 1973. No. 9. Рp. 272-283.McDonald BC, Lewis CP. Geomorphical and sedimentologic processes of rivers and coast, Yukon coastal plain: Environmental-Social Comm. Northern Pipelines, Task Force on Northern Oil Devel., Rept. 1973;(73-79).McDonald B.C., Lewis C.P. Geomorphical and sedimentologic processes of rivers and coast, Yukon coastal plain: Environmental-Social Comm. Northern Pipelines, Task Force on Northern Oil Devel., Rept. 1973. No. 73-79. 245 p.Kane DL, Slaughter CW. Seasonal regime and hydrological significance of stream icings in central Alaska. The role of snow and ice in hydrology: Proc. Banff Symposia, Sept. 1972. 1972;(1): 528-540.Kane D.L., Slaughter C.W. Seasonal regime and hydrological significance of stream icings in central Alaska // The role of snow and ice in hydrology: Proc. Banff Symposia, Sept. 1972, Internal. Assoc. Sci. Hydrology Publ. 1972. Vol. 1. Pp. 528-540.Walker HJ, Arnborg L. Permafrost and ice-wedge effects on riverbank erosion. Permafrost: Internat. Conf., Lafayette, Indiana, Proc. 1966;(1287): 164-171.Walker H.J., Arnborg L. Permafrost and ice-wedge effects on riverbank erosion // Permafrost: Internat. Conf., Lafayette, Indiana, Proc., Natl. Research Council Publ. 1966. No. 1287. Pp. 164-171.Ritchie W, Walker HJ. Riverbank forms of the Colville River delta. In: Reed JCJr., Sater JE (eds.). The coast and shelf of the Beaufort Sea: Arctic Inst. North America. 1974: 545-562.Ritchie W., Walker H.J. Riverbank forms of the Colville River delta // Reed J.C.Jr., Sater J.E. (eds.). The coast and shelf of the Beaufort Sea. Arctic Inst. North America. 1974, Pp. 545-562.Walker HJ. Morphology of the North Slope. In: Britton ME (ed.). Alaskan arctic tundra: Arctic Inst. North America Tech. Paper 25. 1973: 49-92.Walker H.J. Morphology of the North Slope // Britton M.E. (ed.). Alaskan arctic tundra. Tech. Paper 25. Arctic Inst. North America. 1973. Pp. 49-92.Bvidel J. Typen der Talbildung in verschiedenen klimamorphologischen Zonen. Zeitschr. Geomorph., Suppl. 1972;14: 1-20.Bvidel J. Typen der Talbildung in verschiedenen klimamorphologischen Zonen // Zeitschr. Geomorph., Suppl. 1972. Bd. 14. Pp. 1-20.Outhet DN. Progress report on bank erosion studies in the Mackenzie River delta, N.W.T. Hydrologic aspects of northern pipeline development, 1974: Environmental-Social Comm. Northern Pipelines, Task Force on Northern Oil Devel., Rept. 1974;(74-12): 297-345.Outhet D.N. Progress report on bank erosion studies in the Mackenzie River delta, N.W.T. // Hydrologic aspects of northern pipeline development, 1974. EnvironmentalSocial Comm. Northern Pipelines, Task Force on Northern Oil Devel., Rept. 1974. No. 74-12. Pp. 297-345.Miles M. An investigation of riverbank and coastal erosion, Banks Island, District of Franklin. Geol. Survey Canada Paper 76-1A. 1976: 195-200.Miles M. An investigation of riverbank and coastal erosion, Banks Island, District of Franklin // Geol. Survey Canada Paper 76-1A. 1976. 76-1A. Pp. 195-200.Abramov RV. Nishi vytaivaniya [Thaw-out niches]. Priroda. 1957;46(7): 112-113.Абрамов Р.В. Ниши вытаивания // Природа. 1957. Т. 46. № 7. С. 112-113.Debolskiy V.K., Debolskaya Ye.I., Dolgopolova Ye.N., Maslikova O.Ya., Gritsuk I.I., Ionov D.N. Problemy i sovremennye issledovaniya gidrodinamiki i ledotermiki ruslovykh potokov [Problems and modern studies of hydrodynamics and ice-thermals of channel flows]. Izbrannye trudy Instituta vodnykh problem RAN 1967-2017. Vol. 2. Moscow: KURS Publ.; 2017. p. 101-124.Дебольский В.К., Дебольская Е.И., Долгополова Е.Н., Масликова О.Я., Грицук И.И. Ионов Д.Н. Проблемы и современные исследования гидродинамики и ледотермики русловых потоков // Избранные труды Института водных проблем РАН 1967-2017. Т. 2. М.: КУРС, 2017. С. 101-124.Debolskiy VK, Gritsuk II, Ionov DN, Maslikova OYa. Razmytie merzlykh beregov severnykh rek v zavisimosti ot napravleniya beregovogo uklona [Blurring the frozen banks of the northern rivers depending on the direction of the coastal slope]. Vestnik MGSU. 2018;13(9): 1112-1124. doi: 10.22227/1997-0935Дебольский В.К., Грицук И.И., Ионов Д.Н., Масликова О.Я. Размытие мерзлых берегов северных рек в зависимости от направления берегового уклона // Вестник МГСУ. 2018. Т. 13. Вып. 9. С. 1112-1124. doi: 10.22227/1997-0935Debolskaya YeI, Debolskiy VK, Maslikova OYa, Gritsuk II, Ionov DN. Modelirovanie deformatsiy rusel, slozhennykh merzlymi porodami, pri povyshenii temperatury okruzhayushchey sredy [Modeling deformations of channels formed by frozen rocks with increasing ambient temperature]. Led i sneg [Ice and Snow]. 2013;1(121): 104-110. (In Russ.)Дебольская Е.И., Дебольский В.К., Масликова О.Я., Грицук И.И., Ионов Д.Н. Моделирование деформаций русел, сложенных мерзлыми породами, при повышении температуры окружающей среды // Лед и снег. 2013. № 1 (121). С. 104-110.Maslikova OYa. Eksperimentalnoe issledovanie intensivnosti snegotayaniya na laboratornoy modeli [Experimental study of the intensity of snow melting in a laboratory model]. Prirodoobustroystvo [Environmental engineering]. 2016;(1): 28-33. (In Russ.)Масликова О.Я. Экспериментальное исследование интенсивности снеготаяния на лабораторной модели // Природообустройство. 2016. № 1. С. 28-33.Gritsuk II, Debolskaya YeI, Debolskiy VK, Maslikova OYa, Ponomarev NK. Vliyanie osadkov v vide dozhdya na deformatsii beregovogo sklona rusel rek v usloviyakh mnogoletnemerzlykh porod [The effect of precipitation in the form of rain on the deformation of the coastal slope of the river beds in permafrost conditions]. Led i sneg [Ice and Snow]. 2012;3(119): 73-78. (In Russ.)Грицук И.И., Дебольская Е.И., Дебольский В.К., Масликова О.Я., Пономарев Н.К. Влияние осадков в виде дождя на деформации берегового склона русел рек в условиях многолетнемерзлых пород // Лед и снег. 2012. № 3 (119). С. 73-78.Ionov DN, Gritsuk II. Issledovanie transporta nanosov kak rezultata deformatsii beregovogo sklona, vklyuchayushchego merzlyy grunt, na laboratornoy modeli [Investigation of sediment transport as a result of deformation of the coastal slope, including frozen soil, on a laboratory model]. Prirodoobustroystvo [Environmental engineering]. 2016;(4): 32-38. (In Russ.)Ионов Д.Н., Грицук И.И. Исследование транспорта наносов как результата деформации берегового склона, включающего мерзлый грунт, на лабораторной модели // Природообустройство. 2016. № 4. С. 32-38.Gritsuk II, Ionov DN, Debolskiy VK, Maslikova OYa. Laboratornoe issledovanie deformatsiy v nizhnem befe na primere Rybinskogo gidrouzla [Laboratory investigation of deformations in the downstream by the example of the Rybinsk hydroelectric complex]. Stroitel’naya mekhanika inzhenernykh konstruktsii i sooruzhenii [Structural mechanics of engineering constructions and buildings]. 2017;(1): 70-78. (In Russ.)Грицук И.И., Ионов Д.Н., Дебольский В.К., Масликова О.Я. Лабораторное исследование деформаций в нижнем бьефе на примере Рыбинского гидроузла // Строительная механика инженерных конструкций и сооружений. 2017. № 1. С. 70-78.Debolskiy VK, Maslikova OYa, Ionov DN, Gritsuk II, Dzhumagulova NT. Laboratornoe issledovanie vliyaniya potoka na protaivanie podvodnogo sklona i tempy beregovoy erozii v usloviyakh kriolitozony [Laboratory study of the effect of flow on the thawing of the submerged slope and the rate of coastal erosion under cryolithozone conditions]. RUDN Journal of Engineering Researches. 2017;(2): 182-192. (In Russ.)Дебольский В.К., Масликова О.Я., Ионов Д.Н., Грицук И.И., Джумагулова Н.Т. Лабораторное исследование влияния потока на протаивание подводного склона и темпы береговой эрозии в условиях криолитозоны // Вестник РУДН. Серия: Инженерные исследования. 2017. № 2. С. 182-192.Kotlyakov AV, Gritsuk II, Maslikova OYa, Ponomarev NK. Eksperimentalnoe issledovanie vliyaniya ldistosti gruntov, slagayushchikh ruslo rek, na dinamiku beregovogo sklona [Experimental study of the effect of ice content in the soils that form the river bed on the dynamics of the coastal slope]. Led i sneg [Ice and Snow]. 2011;2(114): 92-98. (In Russ.)Котляков А.В., Грицук И.И., Масликова О.Я., Пономарев Н.К. Экспериментальное исследование влияния льдистости грунтов, слагающих русло рек, на динамику берегового склона // Лед и снег. 2011. № 2 (114). С. 92-98.Debolskiy VK, Debolskaya YeI, Kotlyakov AV, Derbenev MV, Zamyatina EV. Sovremennaya prostranstvenno-vremennaya izmenchivost ledovykh yavleniy v ustevykh oblastyakh rek rossiyskoy Zapadnoy Arktiki [Modern spatial-temporal variability of ice phenomena in the estuarine regions of the rivers of the Russian Western Arctic News of the Russian Academy of Sciences]. Izvestiya RAN. Seriya geograficheskaya. 2008;(2): 36-42. (In Russ.)Дебольский В.К., Дебольская Е.И., Котляков А.В., Дербенев М.В., Замятина Э.В. Современная пространственно-временная изменчивость ледовых явлений в устьевых областях рек российской Западной Арктики // Известия РАН. Серия географическая. 2008. № 2. С. 36-42.Debolskaya YeI. Dinamika vodnykh pokrovov pod ledyanym pokrovom [Dynamics of water under the ice cover]. Moscow: IVP RAN Publ.; MGUP Publ., 2003. (In Russ.)Дебольская Е.И. Динамика водных покровов под ледяным покровом. М.: Изд-во ИВП РАН; Изд-во МГУП, 2003. 279 с.Debol’skaya EI, Gritsuk II, Debol’skii VK, Ionov DN, Maslikova OYa. Effect of Bank Deformations on Pollutant Transport in Rivers in Cryolithozone: Laboratory and Mathematical Modeling. Water Resources. 2018;45-2(4): 542-552. doi: 10.1134/S0097807818040073Debol’skaya E.I., Gritsuk I.I., Debol’skii V.K., Ionov D.N., Maslikova O.Ya. Effect of Bank Deformations on Pollutant Transport in Rivers in Cryolithozone: Laboratory and Mathematical Modeling // Water Resources. 2018. Vol. 45 (2). No. 4. Pp. 542-552. doi: 10.1134/ S0097807818040073Maslikova OYa. Zimnie navodneniya v usloviyakh kriolitozony, vyzvannye ledovymi yavleniyami na rekakh [Winter floods in the conditions of cryolithozone caused by ice phenomena on the rivers]. Prirodoobustroystvo. 2013;(2): 60-65. (In Russ.)Масликова О.Я. Зимние наводнения в условиях криолитозоны, вызванные ледовыми явлениями на реках // Природообустройство. 2013. № 2. С. 60-65.Maslikova OYa, Kozlov DV. Vliyanie zimnikh i vesennikh usloviy na razmyv rek v kriolitozone [Impact of winter and spring conditions on river erosion in the cryolithozone]. Prirodoobustroystvo. 2014;(1): 54-59. (In Russ.)Масликова О.Я., Козлов Д.В. Влияние зимних и весенних условий на размыв рек в криолитозоне // Природообустройство. 2014. № 1. С. 54-59.Debol’skaya EI. A model of river bank deformations under the simultaneous effect of waves from a hydropower plant and warming. Evolving Water Resources Systems: Understanding, Predicting and Managing Water - Society Interactions: Proceedings of ICWRS-2014, Bologna, Italy, June 2014. IAHS Publ.; 2014.Debol’skaya E.I. A model of river bank deformations under the simultaneous effect of waves from a hydropower plant and warming // Evolving Water Resources Systems: Understanding, Predicting and Managing Water - Society Interactions: Proceedings of ICWRS-2014, Bologna, Italy, June 2014. IAHS Publ., 2014.