Физическое моделирование торосообразования

Процесс формирования тороса под давлением моделировался с помощью двумерного стенда. Цель работы – наблюдение за движением полипропиленовых пластинок, имитирующих ледяные блоки, относительно друг друга в процессе моделирования формирования тороса. Основная идея стенда заключается в том, чтобы ограничить перемещение блоков-имитаторов льда только в вертикальной плоскости. Эта плоскость создаёт иллюзию поперечного сечения тороса. Рассмотрены конструкция стенда и методика моделирования. Процесс фиксировался видеокамерой. С помощью технологии компьютерного зрения проводился анализ каждого кадра на основе операций с векторными полигонами. В результате обработки изображений зафиксировано 20 морфометрических параметров строения тороса, среди которых: ширина паруса, ширина киля, координаты верхней точки паруса, координаты нижней точки киля, парус, киль, площадь блоков, распределение пористости по горизонтали и по вертикали, положение барицентров и т.д. Полученные модельные профили поперечного сечения были сравнены с реальными поперечными сечениями торосов. Результаты вполне удовлетворительные; это говорит о том, что моделирование адекватно отражает формирование реальных торосов. Увеличение осадки модельного тороса пропорционально корню квадратному из общей площади блоков, задействованных в эксперименте, с коэффициентом 0.8. Внедрение блоков в формирующийся торос происходит как сверху в виде наслоения, так и внутрь киля в виде «струй». В дальнейшем блоки под действием силы тяжести смещаются вниз, образуя некое подобие завихрения, тем самым определяя преимущественный сценарий торошения. Согласно второму сценарию, который можно назвать сценарием «примыкания», накопление новых блоков происходит на краю сформировавшегося киля, наслоения и последующих завихрений не происходит. Торошение по второму сценарию происходит гораздо реже, примерно в 20% экспериментов. На данный момент нет ясности в причинах торошения по тому или другому сценарию.

1. Алексеев Ю.Н., Афанасьев В.П., Литонов О.Е., Мансуров М.Н., Панов В.В., Трусков П.А. Ледотехнические аспекты освоения морских месторождений нефти и газа / Под ред. О.Е. Литонова и В.В. Панова. СПб.: Гидрометеоиздат, 2001. 360 с.

2. Афанасьев В.П. Ледовые нагрузки на вертикальные опоры морских платформ. Автореферат дисс. на соискание учёной степени канд. технич. наук. М.: Московский инженерно-строительный институт им. В.В. Куйбышева, 1971. 98 с.

3. Бузин В.А. Зажоры и заторы льда на реках России. СПб: Госуд. гидрологич. институт, 2016. 240 с.

4. Вершинин С.А., Черушев A.Г., Копайгородский E.M. Способ формирования искусственных торосов. Патент на изобретение № 763508. Приоритет изо- бретения 15.03.1979.

5. Тышко К.П. Формирование и консолидация торосов в однолетнем ледяном покрове арктических морей как результат лабораторных и натурных ис- следований // Метеорология и гидрология. 2009. № 8. С. 71–79.

6. Goldstein R., Onishchenko D., Osipenko N., Shushpannikov P., Naumov M. Grounded ice pile-up. 2D DEM simulation // Proc. of the 22nd Intern. Conf. on Port and Ocean Engineering under Arctic Conditions (POAC). June 9–13, 2013. Espoo, Finland.

7. Guzenko R.B., Mironov Ye.U., May R.I., Porubaev V.S., Kornishin K.А., Efimov Ya.О. Morphometry of firstyear ice ridges with greatest thickness of the consolidated layer and other statistical patterns // Intern. Journ. of Offshore and Polar Engineering. 2022. V. 32. № 2. P. 160–167.

8. Hopkins M.A. On the ridging of intact lead ice // Journal of Geophys. Research. 1994. V. 99. № C8. P. 16351–16360.

9. Hopkins M.A. Four stages of pressure ridging // Journ. of Geophys. Research. 1998. V. 103. № C10. P. 21883–21891.

10. Kharitonov V.V. On the results of research of the internal structure of ice ridges in the “North Pole – 2010” expedition at Barneo ice camp in April 2010 // Proc. of the 22nd Intern. Confer. on Port and Ocean Engineering under Arctic Conditions (POAC). June 9–13, 2013. Espoo, Finland.

11. Kovaks A., Sodhi S.D. Ice pile-up and ride-up on Arctic and subarctic beaches // Proc. of POAC’79. 1979. V. 1. P. 127–146.

12. Parmerter R.R., Coon M.D. Model of pressure ridge formation in sea ice // Journ. of Geophys. Research. 1972. V. 77. № 33. P. 6565–6575.

13. Patil A., Sand B., Fransson L., Daiyan H. Constitutive Models for Sea Ice Rubble in First Year Ridges: a Literature Review // Proc. of the 21st IAHR Intern. Symposium on Ice “Ice Research for a Sustainable Environment”. Li and Lu (ed.). Dalian, China. June 11 to 15, 2012. Dalian University of Technology Press. Dalian.

14. Strub-Klein L., Sudom D. A comprehensive analysis of the morphology of first-year sea ice ridges // Cold Region Science and Technology. 2012. V. 82. P. 94–109.

15. Timco G.W., Burden R.P. An analysis of the shape of sea ice ridges // Cold Region Science and Technology. 1997. № 25. P. 65–77.

16. AARI// Электронный ресурс. URL: https://www.aari.ru (Дата обращения: 21.10.2025).

17. Krylov-Centre // Электронный ресурс. URL: https://krylov-centre.ru (Дата обращения: 21.10.2025).