Прошлый месяц ознаменовался обвалом ледника, который вызвал оползень, уничтоживший 90% швейцарской деревни Блаттен. В нескольких километрах от Блаттена в долине Иллграбен селевые потоки наблюдаются несколько раз в год, хотя они более грязные и возникают из-за осадков или таяния снега.
Сианнан Мэн и его коллеги из Даляньского морского университета в Китае разработали систему уравнений для описания грязекаменных потоков и сравнили их решения с особенно хорошо задокументированным событием, произошедшим в Иллграбен в 2013 году [1].
В частности, исследователи обнаружили, что их модель отражает динамику переливных волн — гидромеханической неустойчивости, которая заставляет поверхностные волны распространяться по направлению потока.
Число Фруда и нестабильность переливных волн
Поток становится подвержен неустойчивости переливных волн, когда его число Фруда — отношение инерционных сил к гравитационным силам, действующим на поток, — достигает определённого характерного значения. Это значение было определено для сухих гранулированных потоков и чистых жидких потоков. Однако смешанные потоки, особенно грязекаменные, менее изучены.
Чтобы воссоздать событие 2013 года в Иллграбен, Мэн и его коллеги применили свою модель в численном моделировании, которое воспроизвело местную топографию. Они инициировали нестабильность переливных волн, добавив небольшие, случайно распределённые бугорки к основанию потока, а затем наблюдали, как развивались, распространялись и сливались возникшие переливные волны.
Обнаружив хорошее соответствие с реальным событием, они сделали вывод из своей модели, что нестабильность в грязекаменных потоках возникает при чуть более высоком числе Фруда (что соответствует более быстрому потоку), чем у сухого гранулированного потока, но ниже, чем у потока чистой воды.
Маррик Стефенс
Маррик Стефенс — ответственный редактор журнала Physics Magazine из Бристоля, Великобритания.
[1] — здесь можно было бы добавить ссылку для более детального изучения вопроса.