Глубина промерзания грунта нормативная и реальная |

На грунт значительно влияет уровень подземных вод. Глубина промерзания должна быть меньше глубины залегания грунтовых вод, но когда показатель глубины промерзания превышает показатель глубины залегания грунтовых, происходит их промерзание из за чего и происходит вспучивание грунта

Говоря простым языком, каждую зиму вода в грунте замерзает, превращается в лёд и расширяется, а значит увеличивает первоначальный объём грунта, что может негативно сказаться на фундаменте и на возведённом на нём доме это и называется пучение грунта. Увеличенный в объёме грунт может воздействовать на фундамент с большой силой, порой в десятки тонн.

То есть промерзания грунта вызывает его пучение и тем самым негативно влияет на фундамент дома, для того чтобы этого избежать нужно его закладывать на глубину ниже

глубины промерзания.

Глубина промерзания грунта зависит от двух главных факторов:
1.от типа грунта
2.от климатических условий, а именно от среднегодовых температур ( чем ниже температура, тем больше глубина промерзания грунта)

Нормативная глубина промерзания грунта, представленная в этой таблице и карте — это максимальная глубина, приведена в сантиметрах.

Нормативные глубины промерзания СНиП (таблица)  разных городов и типов грунта

 

Город	[глина,суглинки]	[пески,супеси]
Архангельск	160	176
Астрахань	80	88
Брянск	100	110
Волгоград	100	110
Вологда	140	154
Воркута	240	264
Воронеж	120	132
Екатеринбург	180	198
Ижевск	160	176
Казань	160	176
Кемерово	200	220
Киров	160	176
Котлас	160	176
Курск	100	110
Липецк	120	132
Магнитогорск	180	198
Москва	120	132
Набережные Челны	160	176
Нальчик	60	66
Нарьян Мар	240	264
Нижневартовск	240	264
Нижний Новгород	140	154
Новокузнецк	200	220
Новосибирск	220	242
Омск	200	220
Орел	100	110
Оренбург	160	176
Орск	180	198
Пенза	140	154
Пермь	180	198
Псков	80	88
Ростов-на-Дону	80	88
Рязань	140	154
Салехард	240	264
Самара	160	176
Санкт-Петербург	120	132
Саранск	140	154
Саратов	140	154
Серов	200	220
Смоленск	100	110
Ставрополь	60	66
Сургут	240	264
Сыктывкар	180	198
Тверь	120	132
Тобольск	200	220
Томск	220	242
Тюмень	180	198
Уфа	180	198
Ухта	200	220
Челябинск	180	198
Элиста	80	88
Ярославль	140	154

Нормативная глубина промерзания грунта наглядно представлена на карте(рисунке)

Нормативная глубина промерзания грунта наглядно представлена на карте

Глубину промерзания грунта также можно разделить на фактическую и реальную глубину промерзания
Фактические или реальная глубина промерзания грунта может отличатся от нормативных, так нормативы составлены для самых худших вариантов, то есть без снежного покрова
Снег и лед – хорошие теплоизоляторы, то есть снежного покрова уменьшает глубину промерзания.

Совет, расчищая снег зимой на своём участке и создавая в одном месте сугробы, а в другом очищенную поверхность вы таким образом своими руками создаёте неравномерность промерзания грунта, что может неблагоприятным образом сказаться на вашем фундаменте. Напротив посадка кустарника по периметру дома задерживая снег, может уменьшить глубину промерзания грунта почти в 3 раза. При постоянном проживании грунт под сооружением (домом) в зимнее время прогревается и расчетную глубину промерзания можно уменьшить на 15 — 20%

Промерзание почвы (В СТРОИТЕЛЬСТВЕ И СЕЛЬСКОМ ХОЗЯЙСТВЕ)

Опубликовано 07.03.2015 01:00

Что же такое глубина промерзания? Для чего ее следует учитывать? Зимой грунт промерзает на глубину, которая зависит от климатических условий местности. Вода, содержащаяся в нем, превращается в лед, расширяясь и увеличивая объем грунта.  

Этот процесс называется пучением грунта. Звучит смешно, однако, если не учесть, последствия печальные. Например, при установке нового забора эти движения воздействуют на фундамент столбов, двигая их. Сила такого воздействия настолько велика, что зачастую составляет десятки тонн на квадратный метр фундамента столба. Такие подвижки в масштабе всего участка, на котором установлены столбы-опоры вашего забора, приводят к тому, что на следующее лето вы обнаруживаете «поплывший» забор.

Увеличиваясь в объеме, грунт действует и на фундамент дома, с силой, составляющей десятки тонн на квадратный метр поверхности фундамента. Воздействие такой силы может двигать фундамент, нарушая нормальное положение всего здания. Таким образом, промерзание грунта оказывает негативное влияние. Для того, чтобы силы пучения не действовали на основание фундамента, нужно его закладывать на глубину ниже глубины промерзания.

 От чего же еще зависит глубина промерзания? Один из основных определяющих факторов – тип грунта.

Глинистые грунты промерзают несколько меньше песчаных, т.к. имеют большую пористость.
В Самаре глубина промерзания почвы, состоящей из глины и суглинков составляет 160 см, а в песчаных и супесчаных почвах составляет 176 см.

Во-вторых, глубина промерзания зависит от климатических условий, а именно от среднегодовой температуры: чем она ниже, тем больше глубина промерзания.

 

Нормативные глубины промерзания (по данным СНиП) в сантиметрах для разных городов и типов грунта представлены в таблице:

Город	Глина, суглинки	Пески, супеси
АРХАНГЕЛЬСК	160	176
ВОРКУТА	240	264
АСТРАХАНЬ	80	88
МОСКВА	120	132
НАБЕРЕЖНЫЕ ЧЕЛНЫ	160	176
ОРСК	180	198
ПЕНЗА	140	154
САМАРА	160	176
САРАТОВ	140	154
САНКТ-ПЕТЕРБУРГ	120	132

                                                                                                                        

Фактические глубины промерзания на самом деле будут отличаться от нормативных, приведенных в СНиП, потому что нормативные данные приведены для самого плохого случая – отсутствие снежного покрова. Нормативная глубина промерзания грунта, представленная в этой таблице, – это максимальная глубина. Снег и лед – хорошие теплоизоляторы, и наличие снежного покрова уменьшает глубину промерзания.

Глубина промерзания – важная характеристика любого грунта, определяющая его поведение при отрицательных температурах. Пропитанная осенними дождями земля при замерзании расширяется, значительно увеличиваясь в объеме. Замерзшая влага не только увеличивает объем, заставляя выдавливаться грунт вверх, но и разрывает все связи, характеризующие почву как монолитную основу, делающие ее рыхлой и пушистой.  Поскольку разрушительной силой обладает замерзающая вода, то глубина промерзания напрямую зависит от высоты грунтовых вод, и чем она выше, тем выше склонность грунта к вспучиванию. За вспучивание можно было бы не переживать если бы силы действовали равномерно по всей поверхности, поднимая дом зимой и опуская его летом. Но именно точечность воздействия, большое усилие на маленький участок, представляют опасность замерзания таких грунтов, не допуская малейшего прослабления в системе, как известно, рвется там, где тонко. Отведением сточных вод и понижением уровня грунтовых дренажными или другими гидротехническими мероприятиями, созданием глиняного экрана, например, возможно понизить водяную подпитку, уменьшая пучинистость и, соответственно, нагрузку на фундамент.

 ПРОМЕРЗАНИЕ ПОЧВЫ –процесс охлаждения почвы до 0°С и ниже, сопровождаемый переходом части почвенной влаги в лед; почва затвердевает (цементируется) и приобретает свойства монолитного тела. Скорость, глубина и длительность периода сезонного промерзания  почвы зависят от температуры воздуха, мощности снежного покрова и степени увлажнения почвы. Под действием этих факторов многолетняя средняя глубина промерзания почвы в большинстве земледельческих районов СССР колеблется от 20-40 см на юге до 200-250 см в Сибири, а длительность периода сезонного промерзания почвы, соответственно, от 1-2 до 6-8 месяцев. В зависимости от степени промерзания почвы определяют сроки начала (весной) и прекращения (в позднеосенний период) полевых работ. Зимой глубина промерзания почвы влияет на состояние озимых, процессы их вымерзания и выпирания. Для защиты почв от глубокого промерзания применяют снегозадержание, оставление стерни, мульчирование почвы.

В Кинель-Черкассах за последние 9 лет:

год	Максимальное промерзание	см	Сход снега	Почва оттаяла	Продолжи- тельность
2006	1декада марта	85	5 апреля	13 апреля	145
2007	2 декада марта	45	14 апреля	14 апреля	150
2008	1 декада февраля	82	31 марта	31 марта	145
2009	2 декада марта	130	1 апреля	6 апреля	115
2010	2 декада марта	143	1 мая	1 мая	180
2011	3 декада марта	85	18 апреля	3 мая	165
2012	2 декада марта	86	9 апреля	9 апреля	155
2013	2 декада марта	104	5 апреля	7 апреля	150
2014	2 декада марта	46	4 апреля	21 апреля	150
2015	3 декада февраля	86
	Среднее Значение	90			150

 

 

Самое раннее промерзание началось 3 ноября 2009 г. Самое позднее – 11 декабря 2008 г., самое длительное – практически полгода, отмечено зимой 2009-2010 г., самое короткое – 115 дней – в 2007-2008 г.

На 4 марта 2015 года  промерзание почвы составляет 89 см.

 Март – первый весенний месяц, однако  по погодным условиям считается чисто зимним:  и снег до конца месяца лежит, и морозы могут  сильные вернуться.  Средняя за месяц температура воздуха, по сравнению с февралем,  повышается за счет увеличения высоты солнца над горизонтом, а также  продолжительности светлого времени суток, но остается  еще отрицательной и составляет от –3 до –9°С. Март по температурному режиму чаще всего бывает близким к норме. 

Осадки выпадают в течение 10-18 дней,  и количество их за месяц изменяется  от 12 до 33 мм.В 2012 году «скандинавские циклоны» засыпали Самарскую область снегом. Сумма выпавших осадков превысила норму в 2-2,7 раза, и на конец месяца высота снежного покрова была выше нормы  в среднем по области  на 28 см.

В первой половине месяца высота снежного покрова достигает своего наибольшего значения за зимний сезон. Ранние даты разрушения устойчивого снежного покрова приходятся на вторую половину месяца.

Переход среднесуточной температуры воздуха через 0° в сторону положительных  значений  в  большинстве районов происходит  в период  с  23 по 31 марта, а на севере и востоке Самарской  области – в начале апреля.

Ветры преобладают южного направления. 

 По сведению Гидрометцентра России, среднемесячная температура воздуха ожидается на 1,1-1,5°С выше средних многолетних значений.

Месячное количество осадков предполагается меньше нормы.

 

Прогноз на март предоставлен специалистами ФГБУ «Приволжское УГМС».

Н.Баранова, техник-метеоролог 2 категории М-2 Кинель-Черкассы.

Глубина промерзания грунта в Вашем регионе. Виды почв и их описание.

Перед началом любого строительства необходимо учитывать глубину, на которую способен промёрзнуть грунт. На такой показатель значительно влияет климатическая среда, проявляющая себя по-разному в зимний период.

Интерес специалистов вызывает глубина промерзания грунта в Московской области, где на протяжении последних лет ведутся довольно активные и многочисленные строительные работы.

Глубина промерзания грунта зависит от температуры в регионе

Строительные нормы и правила

Строительные нормы и правила (СНиП) – это совокупность нормативных актов, регламентирующих деятельность строителей, архитекторов и инженеров. Информация, содержащаяся в этих документах, позволяет возвести долговечное и надежное здание или правильно проложить трубопровод.

Карта, с нанесенными на ней цифрами глубины промерзания грунта, была создана еще в СССР. Она содержалась в СНиП 2.01.01-82. Но позже на смену данному нормативному акту был создан СНиП 23-01-99, карту в него не включили. Сейчас она есть только на сайтах.

Содержащие информацию о глубине промерзания грунта СНиП имеют номера 2. 02.01-83 и 23-01-99. В них перечислены все условия, от которых зависит степень воздействия мороза на почву:

Карта нормативной глубины промерзания почвы в разных регионах России

• цель, с которой было возведено сооружение;
• характеристики конструкции и нагрузка на фундамент;
• глубина расположения коммуникаций;
• расположение фундаментов соседних зданий;
• текущий и будущий рельеф территории застройки;
• физические и механические параметры грунта;
• особенности наложений и количество слоев;
• гидрогеологические характеристики района стройки;
• сезонная глубина, на которую промерзает земля.

В настоящее время установлено, что применение для установления глубины промерзания грунта СНиП 2.02.01-83 и 23-01-99 дает более точный результат, чем использование значений, взятых с карты, так как в них учитывается больше условий.

Следует отметить, что рассчитанная степень воздействия низких температур не равна действительной, так как некоторые параметры (уровень нахождения грунтовых вод, уровень снежного покрова, влажность почвы, параметры минусовых температур) не являются постоянными и меняются со временем.

Реальное промерзание грунта

Зависимость промерзания от типа грунта

Известно, что мелкий песок промерзает обычно на меньшую глубину, чем крупный и гравелистый, и на большую, чем суглинки. Для Самарской области глубина промерзания грунта, в зависимости от его типа, будет такой:

• суглинки — 1.54 м;
• мелкий песок и супесь — 1.88 м;
• крупный и гравелистый песок — 2.01 м.

Таким образом, ориентироваться на средний показатель по Самарскому региону в 160 см можно далеко не во всех местностях. Прежде следует определить на участке тип грунта. В некоторых случаях подошву фундамента, возможно, нужно будет опустить пониже, а в других — поднять ее в целях экономии материала и трудовых затрат.

Расчет уровня почвенного промерзания

Расчет глубины, на которую промерзает почва, производится по образцу, указанному в СНиП 2.02.01-83: h=√М*k, где М – это абсолютные среднемесячные температуры, сложенные вместе, а k – показатель, значение которого зависит от вида земли:

Таблица — глубина промерзания грунта по СНИП

• суглинки или глинистые земли – 0,23;
• супеси, пылеватые и мелкодисперсные пески – 0,28;
• пески крупной, средней и гравелистой фракции – 0,3;
• крупнообломочный вид – 0,34.

Из вышеприведенных цифр становится понятно, что степень грунтового промерзания прямо пропорциональна увеличению его фракции. При работе на глинистых почвах нужно брать в расчет еще один фактор, а именно количество содержащейся в ней влаги. Чем больше воды содержится в земле, тем выше степень морозного пучения.

Фундамент дома должен быть расположен ниже уровня промерзания. В противном случае сила вспучивания вытолкнет его вверх.

При расчете этого параметра лучше не надеяться на собственные силы, а обратиться к специалистам, обладающим полной информацией обо всех факторах, от которых зависит влияние низких температур на основание здания.

Таблица глубины промерзания грунта по регионам России

Чтобы облегчить работу проектировщиков, разработан СНиП 2.02.01-83*, содержащий расчётные нормы различных видов фундамента. Кроме того, создано приложение для этого СНиП, имеющее форму карты РФ и содержащее нормы глубин подмерзания грунтов для каждой из территориальных зон. Чтобы эта информация имела удобный вид, она оформлена как таблица. Для части городов России коэффициенты промерзания перечислены здесь:

Быстрый поиск по таблице:

Города, республики, края, области, нас.пункты	Глина и суглинки (м)	Супеси, пылеватые и мелкие пески (м)	Пески крупные гравелистые и средней крупности (м)	Крупнообломочные грунты (м)
Москва	1,35	1,64	1,76	2,00
Московская область
Дубна	1,45	1,69	1,82	2,05
Талдом	1,46	1,71	1,81	2,08
Клин	1,39	1,69	1,80	2,04
Сергиев Посад	1,40	1,67	1,81	2,05
Солнечногорск	1,31	1,65	1,77	2,02
Волоколамск	1,27	1,61	1,72	1,94
Шаховская	1,29	1,62	1,76	1,98
Истра	1,27	1,63	1,75	1,99
Лобня	1,34	1,61	1,73	1,96
Пушкино	1,33	1,60	1,74	1,94
Кашира	1,40	1,70	1,83	2,07
Дмитров	1,38	1,68	1,80	2,04
Ногинск	1,33	1,65	1,75	1,98
Орехово Зуево	1,29	1,57	1,65	1,95
Раменское	1,25	1,55	1,64	1,93
Звенигород	1,28	1,56	1,69	1,98
Можайск	1,25	1,55	1,67	1,96
Подольск	1,24	1,53	1,64	1,95
Домодедово	1,23	1,52	1,63	1,96
Наро-Фоминск	1,21	1,50	1,60	1,93
Чехов	1,26	1,57	1,67	1,97
Коломна	1,25	1,52	1,62	1,95
Серпухов	1,27	1,58	1,69	1,98
Адыгея Республика
Майкоп	0,29	0,35	0,38	0,43
Алтайский край
Алейск	1,88	2,29	2,45	2,78
Барнаул	1,76	2,14	2,29	2,60
Беля	1,30	1,58	1,70	1,92
Бийск-Зональная	1,77	2,16	2,31	2,62
Змеиногорск	1,67	2,03	2,17	2,46
Катанда	2,09	2,55	2,73	3,09
Кош-Агач	2,38	2,90	3,11	3,52
Онгудай	1,99	2,42	2,59	2,94
Родино	1,89	2,30	2,46	2,79
Рубцовск	1,76	2,14	2,29	2,59
Славгород	1,84	2,24	2,40	2,72
Тогул	1,84	2,24	2,40	2,72
Амурская область
Архара	2,20	2,68	2,87	3,25
Белогорск	2,27	2,76	2,95	3,34
Благовещенск	2,03	2,47	2,65	3,00
Бомнак	2,51	3,05	3,27	3,70
Братолюбовка	2,33	2,83	3,03	3,44
Бысса	2,47	3,00	3,21	3,64
Гош	2,48	3,01	3,23	3,65
Дамбуки	2,57	3,13	3,35	3,80
Ерофей Павлович	2,43	2,96	3,17	3,59
Завитинск	2,27	2,76	2,96	3,36
Зея	2,49	3,03	3,25	3,68
Норский Склад	2,49	3,03	3,25	3,68
Огорон	2,48	3,01	3,23	3,65
Поярково	2,26	2,75	2,95	3,34
Свободный	2,33	2,83	3,04	3,44
Сковородино	2,47	3,00	3,22	3,64
Средняя Нюкжа	2,83	3,44	3,68	4,17
Тыган-Уркан	2,41	2,93	3,14	3,55
Тында	2,68	3,26	3,50	3,96
Унаха	2,61	3,17	3,40	3,85
Усть-Нюкжа	2,62	3,18	3,41	3,86
Черняево	2,32	2,82	3,02	3,43
Шимановск	2,35	2,86	3,06	3,47
Экимчан	2,54	3,09	3,31	3,75
Архангельская область
Архангельск	1,57	1,91	2,05	2,32
Борковская	1,96	2,39	2,56	2,89
Емецк	1,62	1,97	2,11	2,39
Койнас	1,81	2,20	2,35	2,67
Котлас	1,59	1,93	2,07	2,34
Мезень	1,71	2,08	2,23	2,53
Онега	1,48	1,80	1,93	2,18
Астраханская область
Астрахань	0,78	0,94	1,01	1,14
Верхний Баскунчак	1,02	1,23	1,32	1,50
Башкортостан Республика
Белорецк	1,79	2,17	2,33	2,63
Дуван	1,65	2,00	2,15	2,43
Мелеуз	1,70	2,07	2,22	2,52
Уфа	1,59	1,93	2,06	2,34
Янаул	1,64	1,99	2,13	2,42
Белгородская область
Белгород	1,09	1,32	1,41	1,60
Брянская область
Брянск	1,05	1,28	1,37	1,55
Бурятия Республикa
Бабушкин	1,71	2,08	2,22	2,52
Баргузин	2,26	2,75	2,94	3,33
Багдарин	2,52	3,07	3,29	3,73
Кяхта	1,94	2,36	2,53	2,87
Монды	2,09	2,54	2,72	3,08
Нижнеангарск	2,14	2,60	2,79	3,16
Сосново- Озерское	2,24	2,73	2,92	3,31
Уакит	2,58	3,14	3,36	3,81
Улан-Удэ	2,08	2,53	2,71	3,07
Хоринск	2,25	2,73	2,93	3,32
Владимирская область
Владимир	1,38	1,68	1,80	2,04
Муром	1,42	1,73	1,85	2,10
Волгоградская область
Волгоград	0,99	1,20	1,29	1,46
Камышин	1,31	1,59	1,70	1,93
Костычевка	1,43	1,73	1,86	2,10
Котельниково	1,00	1,22	1,31	1,48
Новоаннинский	1,24	1,51	1,62	1,83
Эльтон	1,10	1,34	1,43	1,62
Вологодская область
Бабаево	1,43	1,74	1,86	2,11
Вологда	1,43	1,74	1,87	2,11
Вытегра	1,37	1,66	1,78	2,02
Никольск	1,53	1,87	2,00	2,26
Тотьма	1,50	1,82	1,95	2,21
Воронежская область
Воронеж	1,07	1,31	1,40	1,58
Дагестан Республикa
Дербент	0,00	0,00	0,00	0,00
Махачкала	0,00	0,00	0,00	0,00
Южно-Сухокумск	0,58	0,70	0,75	0,85
Ивановская область
Иваново	1,45	1,76	1,89	2,14
Кинешма	1,49	1,81	1,94	2,19
Иркутская область
Алыгджер	1,84	2,24	2,40	2,72
Бодайбо	2,53	3,08	3,29	3,73
Братск	2,07	2,52	2,70	3,05
Верхняя Гутара	2,00	2,43	2,61	2,95
Дубровское	2,46	3,00	3,21	3,64
Ербогачен	2,68	3,27	3,50	3,96
Жигалово	2,36	2,87	3,08	3,49
Зима	2,14	2,61	2,79	3,16
Ика	2,57	3,13	3,35	3,80
Илимск	2,34	2,84	3,04	3,45
Иркутск	1,86	2,26	2,42	2,75
Ичера	2,51	3,05	3,27	3,71
Киренск	2,41	2,94	3,15	3,56
Мама	2,48	3,02	3,23	3,66
Марково	2,43	2,95	3,16	3,58
Наканно	2,84	3,45	3,70	4,19
Невон	2,34	2,84	3,05	3,45
Непа	2,54	3,09	3,31	3,75
Орлинга	2,35	2,86	3,06	3,47
Перевоз	2,44	2,97	3,18	3,61
Преображенка	2,57	3,13	3,35	3,79
Саянск	1,86	2,26	2,42	2,75
Слюдянка	1,89	2,30	2,47	2,80
Тайшет	1,91	2,33	2,49	2,82
Тулун	1,97	2,40	2,57	2,91
Усть-Ордынский — Бурятский АО	2,27	2,76	2,96	3,35
Кабардино-Балкарская Республика
Нальчик	0,66	0,81	0,86	0,98
Калининградская область
Калининград	0,49	0,59	0,63	0,72
Калмыкия Республика
Элиста	0,81	0,98	1,05	1,19
Калужская область
Калуга	1,29	1,57	1,68	1,90
Камчатская область
Апука — Корякский АО	1,83	2,23	2,39	2,70
Ича — Корякский АО	1,62	1,97	2,11	2,39
Ключи	1,81	2,20	2,36	2,67
Козыревск	1,96	2,38	2,55	2,89
Корф — Корякский АО	1,92	2,34	2,50	2,84
Кроноки	1,37	1,67	1,79	2,03
Лопатка. мыс	1,00	1,21	1,30	1,47
Мильково	2,06	2,51	2,69	3,05
Начики	2,00	2,43	2,60	2,95
о.Беринга	0,81	0,98	1,05	1,19
Оссора — Корякский АО	1,88	2,28	2,45	2,77
Петропавловск- Камчатский	1,13	1,38	1,48	1,67
Семлячики	1,13	1,37	1,47	1,67
Соболево	1,71	2,08	2,23	2,53
Ука	1,96	2,39	2,56	2,90
Октябрьская	1,60	1,95	2,09	2,36
Усть- Воямполка — Корякский АО	1,99	2,42	2,59	2,93
Усть-Камчатск	1,63	1,98	2,12	2,40
Усть- Хайрюзово	1,75	2,13	2,28	2,59
Карачаево-Черкесская Республика
Черкесск	0,65	0,79	0,85	0,96
Карелия Республика
Кемь	1,44	1,75	1,87	2,12
Лоухи	1,59	1,94	2,08	2,35
Олонец	1,39	1,69	1,81	2,05
Паданы	1,43	1,73	1,86	2,10
Петрозаводск	1,33	1,62	1,74	1,97
Реболы	1,50	1,82	1,95	2,21
Сортавала	1,24	1,51	1,62	1,83
Кемеровская область	0,01	0,01	0,01	0,01
Кемерово	1,86	2,26	2,42	2,75
Киселевск	1,86	2,26	2,42	2,74
Кондома	1,94	2,36	2,53	2,86
Мариинск	1,91	2,33	2,49	2,83
Тайга	1,90	2,31	2,47	2,80
Тисуль	1,78	2,17	2,32	2,63
Топки	1,95	2,38	2,54	2,88
Усть-Кабырза	2,07	2,51	2,69	3,05
Кировская область
Вятка	1,66	2,02	2,16	2,45
Нагорское	1,70	2,07	2,22	2,51
Савали	1,66	2,02	2,16	2,45
Коми Республика
Вендинга	1,80	2,18	2,34	2,65
Воркута	2,35	2,86	3,06	3,47
Объячево	1,67	2,03	2,17	2,46
Петрунь	2,18	2,65	2,84	3,22
Печора	2,02	2,46	2,63	2,98
Сыктывкар	1,67	2,03	2,18	2,46
Троицко- Печорское	1,86	2,27	2,43	2,75
Усть-Уса	2,05	2,50	2,68	3,03
Усть-Цильма	1,91	2,32	2,48	2,81
Усть-Щугор	2,08	2,53	2,70	3,06
Ухта	1,88	2,28	2,45	2,77
Костромская область
Кострома	1,46	1,78	1,90	2,15
Чухлома	1,53	1,86	1,99	2,25
Шарья	1,58	1,92	2,05	2,33
Краснодарский край
Красная Поляна	0,00	0,00	0,00	0,00
Краснодар	0,11	0,14	0,14	0,16
Приморско-Ахтарск	0,50	0,61	0,65	0,74
Сочи	0,01	0,01	0,01	0,01
Тихорецк	0,43	0,53	0,56	0,64
Красноярский край
Агата	2,97	3,61	3,86	4,38
Ачинск	1,77	2,15	2,30	2,61
Байкит — Эвенкийский АО	2,61	3,17	3,39	3,85
Боготол	1,91	2,33	2,49	2,83
Богучаны	2,18	2,65	2,84	3,22
Ванавара — Эвенкийский АО	2,57	3,13	3,35	3,79
Вельмо	2,52	3,07	3,29	3,72
Верхнеимбатск	2,38	2,90	3,10	3,52
Волочанка	3,02	3,67	3,93	4,46
Диксон — Таймырский АО	2,82	3,43	3,68	4,16
Дудинка — Таймырский АО	2,85	3,47	3,71	4,21
Енисейск	2,15	2,62	2,80	3,17
Ессей — Эвенкийский АО	3,11	3,79	4,06	4,60
Игарка	2,72	3,31	3,55	4,02
Канск	2,04	2,48	2,66	3,01
Кежма	2,45	2,98	3,19	3,61
Ключи	1,91	2,32	2,49	2,82
Красноярск	1,75	2,13	2,28	2,59
Минусинск	1,84	2,24	2,39	2,71
Таимба	2,62	3,19	3,42	3,87
Троицкое	2,20	2,68	2,87	3,25
Тура — Эвенкийский АО	2,89	3,51	3,76	4,26
Туруханск	2,56	3,11	3,33	3,78
Хатанга — Таймырский АО	3,12	3,80	4,07	4,61
Челюскин. мыс — Таймырский АО	3,09	3,75	4,02	4,56
Ярцево	2,30	2,80	3,00	3,40
Крым Республика
Ай-Петри	0,71	0,86	0,92	1,04
Клепинино	0,34	0,41	0,43	0,49
Симферополь	0,17	0,21	0,22	0,25
Феодосия	0,01	0,01	0,01	0,01
Ялта	0,01	0,01	0,01	0,01
Керчь	0,01	0,01	0,01	0,01
Севастополь	0,01	0,01	0,01	0,01
Курганская область край
Курган	1,76	2,14	2,29	2,60
Курская область
Курск	1,07	1,30	1,39	1,58
Липецкая область
Липецк	1,33	1,61	1,73	1,96
Ленинградская область
Санкт — Петербург	0,99	1,21	1,29	1,46
Свирица	1,33	1,62	1,73	1,96
Тихвин	1,25	1,52	1,62	1,84
Магаданская область
Аркагала	2,22	2,70	2,89	3,28
Брохово	2,19	2,66	2,85	3,23
Магадан (Нагаева. бухта)	2,01	2,44	2,62	2,96
Омсукчан	3,02	3,68	3,94	4,46
Палатка	2,42	2,95	3,16	3,58
Среднекан	3,13	3,80	4,07	4,62
Сусуман	3,17	3,86	4,13	4,68
Марий Эл Республикa
Йошкар-Ола	1,49	1,81	1,94	2,19
Мордовия Республикa
Саранск	1,49	1,82	1,94	2,20
Мурманская область
Вайда-Губа	1,07	1,30	1,39	1,58
Кандалакша	1,62	1,96	2,10	2,38
Ковдор	1,66	2,02	2,17	2,45
Краснощелье	1,76	2,14	2,29	2,59
Ловозеро	1,77	2,15	2,30	2,61
Мончегорск	1,66	2,02	2,17	2,45
Мурманск	1,48	1,81	1,93	2,19
Ниванкюль	1,67	2,03	2,18	2,47
Пулозеро	1,73	2,10	2,25	2,55
Пялица	1,52	1,85	1,98	2,24
Териберка	1,31	1,59	1,70	1,93
Терско-Орловский	1,52	1,84	1,97	2,24
Умба	1,53	1,86	1,99	2,26
Юкспор	1,89	2,30	2,46	2,79
Нижегородская область
Арзамас	1,53	1,86	2,00	2,26
Выкса	1,44	1,75	1,87	2,12
Нижний Новгород	1,46	1,77	1,90	2,15
Новгородская область
Боровичи	1,28	1,56	1,67	1,89
Новгород	1,24	1,50	1,61	1,83
Новосибирская область
Барабинск	1,91	2,32	2,49	2,82
Болотное	1,84	2,24	2,40	2,72
Карасук	1,98	2,40	2,57	2,92
Кочки	2,01	2,45	2,62	2,97
Купино	1,89	2,30	2,46	2,79
Кыштовка	2,02	2,46	2,63	2,98
Новосибирск	1,84	2,24	2,40	2,72
Татарск	1,87	2,27	2,43	2,76
Чулым	2,00	2,43	2,61	2,95
Омская область
Омск	1,83	2,22	2,38	2,70
Тара	1,89	2,30	2,46	2,79
Черлак	1,86	2,26	2,42	2,74
Оренбургская область
Кувандык	1,70	2,06	2,21	2,50
Оренбург	1,53	1,86	1,99	2,26
Сорочинск	1,62	1,96	2,10	2,38
Орловская область
Орел	1,11	1,35	1,45	1,64
Пензенская область
Земетчино	1,30	1,58	1,69	1,91
Пенза	1,33	1,62	1,73	1,96
Пермская область
Бисер	1,81	2,20	2,36	2,67
Ножовка	1,67	2,03	2,18	2,47
Пермь	1,60	1,94	2,08	2,36
Чердынь	1,83	2,23	2,39	2,70
Приморский край
Агзу	1,93	2,35	2,51	2,85
Анучино	1,86	2,26	2,42	2,74
Астраханка	1,70	2,07	2,22	2,52
Богополь	1,46	1,78	1,90	2,16
Владивосток	1,35	1,65	1,76	2,00
Дальнереченск	1,81	2,20	2,36	2,67
Кировский	1,88	2,29	2,45	2,78
Красный Яр	2,06	2,51	2,68	3,04
Маргаритово	1,42	1,73	1,85	2,10
Мельничное	2,00	2,43	2,60	2,95
Партизанск	1,46	1,77	1,90	2,15
Посьет	1,12	1,37	1,46	1,66
Преображение	1,03	1,25	1,34	1,52
Рудная Пристань	1,29	1,57	1,68	1,90
Сосуново	1,53	1,86	1,99	2,26
Чугуевка	1,94	2,36	2,53	2,86
Псковская область
Великие Луки	1,02	1,24	1,32	1,50
Псков	0,98	1,19	1,28	1,45
Ростовская область
Миллерово	0,92	1,12	1,20	1,36
Ростов -на- Дону	0,67	0,81	0,87	0,98
Таганрог	0,65	0,79	0,84	0,95
Рязанская область
Рязань	1,37	1,66	1,78	2,02
Самарская область
Самара	1,55	1,89	2,02	2,29
Саратовская область	0,01	0,01	0,01	0,01
Александров Гай	1,46	1,77	1,90	2,15
Балашов	1,36	1,66	1,78	2,01
Саратов	1,20	1,45	1,56	1,76
Сахалинская область
Александровск- Сахалинский	1,75	2,13	2,28	2,58
Долинск	1,52	1,84	1,97	2,24
Кировское	2,14	2,60	2,78	3,15
Корсаков	1,34	1,63	1,74	1,97
Курильск	0,92	1,12	1,20	1,36
Макаров	1,58	1,92	2,06	2,33
Невельск	1,15	1,40	1,49	1,69
Ноглики	1,90	2,31	2,48	2,81
Оха	2,01	2,44	2,61	2,96
Погиби	2,02	2,46	2,63	2,98
Поронайск	1,71	2,08	2,23	2,52
Рыбновск	2,14	2,60	2,79	3,16
Холмск	1,24	1,51	1,62	1,83
Южно- Курильск	0,86	1,05	1,12	1,27
Южно- Сахалинск	1,48	1,81	1,93	2,19
Свердовская область
Верхотурье	1,74	2,11	2,26	2,56
Екатеринбург	1,58	1,92	2,05	2,32
Ивдель	1,90	2,31	2,47	2,80
Каменск-Уральский	1,77	2,15	2,30	2,61
Туринск	1,86	2,27	2,43	2,75
Шамары	1,77	2,15	2,30	2,61
Северная Осетия Республика
Владикавказ	0,56	0,68	0,73	0,83
Смоленская область	0,01	0,01	0,01	0,01
Вязьма	1,30	1,58	1,69	1,92
Смоленск	1,09	1,33	1,42	1,61
Ставропольский край
Арзгир	0,73	0,89	0,95	1,07
Кисловодск	0,61	0,74	0,79	0,90
Невинномысск	0,71	0,86	0,92	1,05
Пятигорск	0,68	0,83	0,89	1,01
Ставрополь	0,57	0,70	0,74	0,84
Тамбовская область
Тамбов	1,36	1,65	1,77	2,01
Татарстан Республика
Бугульма	1,69	2,06	2,20	2,49
Елабуга	1,50	1,82	1,95	2,21
Казань	1,44	1,76	1,88	2,13
Тверская область
Бежецк	1,39	1,69	1,81	2,05
Тверь	1,33	1,62	1,73	1,96
Ржев	1,29	1,56	1,67	1,90
Томская область
Александровское	2,11	2,57	2,75	3,12
Колпашево	2,00	2,43	2,60	2,94
Средний Васюган	1,99	2,42	2,59	2,93
Томск	1,87	2,27	2,43	2,76
Усть-Озерное	2,08	2,53	2,71	3,07
Тыва Республика
Кызыл	2,36	2,87	3,07	3,48
Тульская область
Тула	1,30	1,58	1,69	1,91
Тюменская область
Березово — Ханты- Мансийский АО	2,21	2,69	2,88	3,27
Демьянское	1,97	2,39	2,56	2,90
Кондинское — Ханты Мансийский АО	2,01	2,44	2,61	2,96
Леуши	1,84	2,24	2,39	2,71
Марресаля	2,49	3,03	3,25	3,68
Надым	2,42	2,94	3,15	3,57
Октябрьское	2,09	2,54	2,72	3,09
Салехард	2,46	2,99	3,20	3,63
Сосьва	2,22	2,70	2,89	3,28
Сургут — Ханты-Мансийский АО	2,23	2,71	2,91	3,29
Тарко-Сале — Ямало- Ненецкий АО	2,49	3,03	3,25	3,68
Тобольск	1,88	2,28	2,45	2,77
Тюмень	1,74	2,11	2,26	2,57
Угут	2,13	2,59	2,78	3,15
Уренгой — Ямало-Ненецкий АО	2,67	3,24	3,47	3,94
Ханты- Мансийск — Ханты- Мансийский АО	2,01	2,44	2,62	2,96
Удмуртская Республика
Глазов	1,73	2,10	2,25	2,55
Ижевск	1,58	1,92	2,06	2,33
Сарапул	1,56	1,90	2,03	2,30
Ульяновская область
Сурское	1,53	1,86	2,00	2,26
Ульяновск	1,61	1,96	2,09	2,37
Хабаровский край
Аян	2,08	2,53	2,71	3,07
Байдуков	2,13	2,60	2,78	3,15
Бикин	1,99	2,42	2,59	2,93
Бира	2,02	2,46	2,63	2,98
Биробиджан	2,05	2,49	2,67	3,02
Вяземский	2,01	2,44	2,61	2,96
Гвасюги	2,16	2,62	2,81	3,18
Гроссевичи	1,61	1,96	2,10	2,38
Де-Кастри	1,94	2,36	2,53	2,86
Джаорэ	2,01	2,45	2,62	2,97
Екатерино- Никольское	1,88	2,29	2,45	2,78
Комсомольск-на-Амуре	2,18	2,65	2,84	3,21
Нижнетамбовское	2,21	2,68	2,87	3,26
Николаевск- на-Амуре	2,14	2,60	2,79	3,16
Облучье	2,25	2,74	2,94	3,33
Охотск	2,22	2,71	2,90	3,28
Им. Полины Осипенко	2,28	2,77	2,97	3,37
Сизиман	1,88	2,29	2,45	2,78
Советская Гавань	1,70	2,07	2,21	2,51
Софийский Прииск	2,64	3,22	3,45	3,90
Средний Ургал	2,45	2,98	3,19	3,61
Троицкое	2,05	2,50	2,67	3,03
Хабаровск	1,91	2,32	2,49	2,82
Чумикан	2,21	2,68	2,87	3,26
Энкэн	2,10	2,55	2,73	3,09
Хакассия Республикa
Абакан	2,07	2,51	2,69	3,05
Шира	1,94	2,35	2,52	2,86
Челабинская область
Верхнеуральск	1,68	2,04	2,19	2,48
Нязепетровск	1,79	2,17	2,33	2,64
Челябинск	1,74	2,12	2,27	2,57
Чеченская Республика
Грозный	0,49	0,60	0,64	0,72
Читинская область
Агинское	2,19	2,67	2,86	3,24
Акша	2,11	2,57	2,75	3,12
Александровский Завод	2,40	2,92	3,13	3,55
Борзя	2,27	2,76	2,96	3,35
Дарасун	2,15	2,61	2,80	3,17
Калакан	2,74	3,33	3,57	4,04
Красный Чикой	2,22	2,70	2,89	3,27
Могоча	2,50	3,04	3,25	3,69
Нерчинск	2,49	3,03	3,25	3,68
Нерчинский Завод	2,31	2,81	3,01	3,41
Средний Калар	2,90	3,52	3,77	4,28
Тунгокочен	2,63	3,20	3,42	3,88
Тупик	2,71	3,29	3,53	3,99
Чара	2,73	3,33	3,56	4,04
Чита	2,21	2,69	2,89	3,27
Чувашская Республика
Порецкое	1,41	1,72	1,84	2,08
Чебоксары	1,55	1,89	2,02	2,29
Чукотский АО (Магаднская область)
Анадырь	2,51	3,05	3,27	3,70
Березово	2,74	3,34	3,58	4,05
Марково	2,73	3,32	3,55	4,02
Омолон	3,20	3,89	4,17	4,72
Островное	3,06	3,72	3,99	4,52
Усть-Олой	3,11	3,78	4,05	4,59
Эньмувеем	2,78	3,39	3,63	4,11
Якутия Республика Саха
Алдан	2,55	3,10	3,32	3,76
Аллах-Юнь	3,33	4,05	4,34	4,92
Амга	3,19	3,88	4,16	4,72
Батамай	3,20	3,89	4,17	4,72
Бердигястях	3,12	3,80	4,07	4,61
Буяга	3,01	3,66	3,92	4,44
Верхоянск	3,46	4,21	4,51	5,11
Вилюйск	2,94	3,58	3,83	4,34
Витим	2,52	3,07	3,29	3,73
Воронцово	3,27	3,98	4,26	4,83
Джалинда	3,26	3,96	4,25	4,81
Джарджан	3,14	3,82	4,09	4,64
Джикимда	2,77	3,36	3,60	4,08
Дружина	3,25	3,95	4,23	4,79
Екючю	3,44	4,19	4,49	5,08
Жиганск	3,12	3,79	4,06	4,60
Зырянка	3,09	3,76	4,03	4,56
Исить	2,85	3,47	3,72	4,21
Иэма	3,50	4,26	4,56	5,17
Крест- Хальджай	3,19	3,89	4,16	4,72
Кюсюр	3,21	3,91	4,18	4,74
Ленск	2,58	3,14	3,37	3,81
Нагорный	2,68	3,27	3,50	3,96
Нера	3,45	4,19	4,49	5,09
Нюрба	2,95	3,59	3,84	4,35
Нюя	2,62	3,18	3,41	3,86
Оймякон	3,51	4,27	4,58	5,19
Олекминск	2,67	3,25	3,48	3,94
Оленек	3,10	3,77	4,04	4,58
Охотский Перевоз	3,23	3,93	4,21	4,77
Сангар	3,08	3,75	4,01	4,55
Саскылах	3,25	3,95	4,24	4,80
Среднеколымск	3,12	3,79	4,06	4,60
Сунтар	2,78	3,38	3,62	4,10
Сухана	3,27	3,98	4,26	4,83
Сюльдюкар	3,01	3,67	3,93	4,45
Сюрен-Кюель	3,06	3,73	3,99	4,52
Токо	3,04	3,69	3,96	4,48
Томмот	2,90	3,53	3,78	4,28
Томпо	3,32	4,04	4,33	4,91
Туой-Хая	2,82	3,43	3,67	4,16
Тяня	2,79	3,40	3,64	4,12
Усть-Мая	3,04	3,69	3,96	4,48
Усть-Миль	3,03	3,68	3,94	4,47
Усть-Мома	3,36	4,09	4,38	4,96
Чульман	2,71	3,29	3,53	4,00
Чурапча	3,23	3,93	4,21	4,77
Шелагонцы	3,22	3,92	4,20	4,75
Эйик	3,11	3,79	4,06	4,60
Якутск	3,05	3,71	3,98	4,51
Ненецкий АО (Архангельская область)
Варандей	2,22	2,70	2,89	3,27
Индига	1,86	2,26	2,42	2,74
Канин Нос	1,44	1,76	1,88	2,13
Коткино	2,03	2,47	2,65	3,00
Нарьян-Мар	2,05	2,49	2,67	3,02
Ходовариха	2,07	2,52	2,70	3,06
Хоседа-Хард	2,25	2,73	2,93	3,32
Ярославская область
Ярославль	1,44	1,75	1,87	2,12

В п. 2.25 этого СНиП указаны факторы, определяющие глубину фундамента:

Влияние морозного пучения грунта

Под термином «морозное пучение» понимается уровень деформации грунта во время оттаивания или замерзания. Он зависит от того, какое количество жидкости содержится в слоях почвы. Чем больше этот показатель, тем сильнее промерзнет почва, поскольку по физическим законам при замерзании молекулы воды увеличиваются в объеме.

Сила морозного пучения

Еще одним фактором, влияющим на пучение при морозах, являются климатические условия региона. Чем больше месяцев с минусовой температурой, тем значительнее промерзает земля.

Больше всего подвержены морозному пучению пылеватые и глинистые грунты, они могут увеличиться в размере на 10% от своего изначального объема. Меньше подвержены пучению пески, совсем отсутствует это свойство у каменистых и скалистых.

Глубина грунтового промерзания, указанная в СНиП, рассчитывалась с учетом наихудших климатических условий, при которых снег не выпадает. Фактический уровень, на который промерзает земля, меньше, так как сугробы и лед играют роль теплоизоляторов.

Земля под фундаментом зданий промерзает меньше, так как в зимний период ее дополнительно согревает отопление.

Воздействие пучения грунта на плитный фундамент

Чтобы сберечь почву от замерзания, можно дополнительно утеплить территорию на расстоянии 1,5–2,5 метров по периметру основания дома. Так можно устроить мелкозаглубленный ленточный фундамент, являющийся, к тому же, более экономичным.

SGround.ru

Связь пучения со скоростью, глубиной промерзания

Оглавление:

1. Введение
2. Скорость промерзания грунта
3. Глубина промерзания грунта
4. Заключение
5. Связанные статьи

Введение

Одними из наиболее значимых факторов, определяющих величину поднятия дневной поверхности (степень пучинистости) при промерзании грунтов являются глубина и скорость их промерзания.

Дневная поверхность грунта – жаргонный термин в строительной геологии, обозначающий поверхность современного рельефа. Можно заменить терминами: поверхность земли, уровень земли. В случае если на рассматриваемом участке выполнялась или будет выполняться планировка (насыпь или выемка грунта), то поверхность следует называть «уровень планировки»

Глубина и скорость промерзания грунтов зависит от большого числа факторов: значений отрицательной температуры наружного воздуха в зимний период, от продолжительности зимнего периода, от толщины и плотности снегового покрова и динамики изменения этих показателей в течении зимы, теплопроводности грунта, наличия теплоизолирующих покрытий (бывают как естественные, например, моховый или торфовый слой, так и искусственные), интенсивности воздействия солнечной радиации на конкретный участок поверхности, от смен холодной погоды на оттепели и от положения уровня грунтовых вод.

Скорость промерзания грунта

Увеличение объема грунта и величина подъема поверхности земли зависят от скорости промерзания, а скорость, в свою очередь, зависит от значений отрицательной температуры наружного воздуха и теплотехнических свойств грунта.

Экспериментально установлено, что чем меньше скорость промерзания, тем больше величина пучения и, наоборот, при больших скоростях промерзания грунт меньше увеличивается в объеме.

На величину вспучивания оказывает влияние и коэффициент фильтрации глинистого грунта, которой обусловливает подток капиллярной влаги к фронту промерзания. В образцах, замерзающих при большой скорости промерзания, визуально не наблюдается образования ледяных включений в виде прослоек и линз, следовательно, грунт незначительно ухудшает свои физические свойства при оттаивании.

При быстром промерзании в грунте не успевает накопиться влага, поступающая по капиллярам, поэтому он меньше проявляет пучение

При малой скорости промерзания грунта происходит формирование льдистой текстуры за счет постоянного притока влаги по капиллярам из нижележащих слоев талого грунта, сопровождающееся повышенным накоплением ледяных включений в нем. Такие грунты при оттаивании резко ухудшают свои физические свойства. Иногда грунты, имеющие твердую или пластичную консистенцию до промерзания, превращаются в текучее состояние после промерзания и оттаивания.

Наибольшее количество льда в грунтах природного сложения скапливается при промерзании грунта на глубину до 1-1,2 м так как на этих глубинах больше сказывается колебание отрицательной температуры наружного воздуха, например, при смене холодной погоды на оттепели, что позволяет накопить в структуре грунта больше влаги в виде льда

Глубина промерзания грунта

Значение глубины промерзания грунтов оказывает большое влияние на вспучивание дневной поверхности грунта. Например, в Забайкалье подъем поверхности грунта достигает 40 см при глубине промерзания суглинистого грунта 2,6-2,8 м, а сильнопучинистый суглинок в Московской области вспучивается на 15 см при глубине промерзания на 1,5 м.

Глубина промерзания грунта может в зависимости от региона РФ и локальных условий меняться в широких пределах: от 0 до 6 м. Максимальные значения глубины промерзания грунтов наблюдаются в Забайкалье, ближе к границе Монголии, преимущественно на песчаных и крупнообломочных грунтах и большей частью на северных склонах.

Наблюдениями за глубиной промерзания грунтов установлено, что влажные глины и суглинки промерзают заметно меньше, чем супеси, пески мелкие и пылеватые, а пески крупные и крупнообломочные грунты промерзают еще больше, чем супеси и пылеватые пески.

Чем более крупные частицы слагают грунт, тем больше будет глубина его промерзания при прочих равных условиях, однако крупнодисперсные грунты не подвержены пучению

Так как глубина промерзания зависит от действительно большого числа факторов, для начала разберемся что на этот счет говорится в нормативной литературе.

В нормативной документации на проектирование фундаментов рассматривается только глубина промерзания грунта. Эта величина рассчитывается по формулам в зависимости от среднемесячных температур в холодный период года и типа грунта без учета всех остальных факторов (не учитывается снеговой покров, солнечная радиация, свойства и влажность грунта и пр. ).

Действующий на данный момент норматив в области проектирования фундаментов — СП 22.13330.2016 Основания зданий и сооружений гласит:

СП 22.13330.2016 п. 5.5.1 Глубину заложения фундаментов следует принимать с учетом: …- глубины сезонного промерзания грунтов. Выбор оптимальной глубины заложения фундаментов в зависимости от указанных условий необходимо выполнять на основе технико-экономического сравнения различных вариантов.

5.5.2 Нормативную глубину сезонного промерзания грунта dfn, м, принимают равной средней из ежегодных максимальных глубин сезонного промерзания грунтов (по данным наблюдений за период не менее 10 лет) на открытой, оголенной от снега горизонтальной площадке при уровне подземных вод, расположенном ниже глубины сезонного промерзания грунтов.

При использовании результатов наблюдений за фактической глубиной промерзания следует учитывать, что ее следует определять в соответствии с ГОСТ 24847.

5.5.3 Нормативную глубину сезонного промерзания грунта dfn, м, при отсутствии данных многолетних наблюдений следует определять на основе теплотехнических расчетов. Для районов, где глубина промерзания не превышает 2,5 м, ее нормативное значение следует вычислять по формуле

, (5.3)

где d0 — величина, принимаемая равной:

• для суглинков и глин 0,23 м;
• супесей, песков мелких и пылеватых — 0,28 м;
• песков гравелистых, крупных и средней крупности — 0,30 м;
• крупнообломочных грунтов — 0,34 м;

Мt — безразмерный коэффициент, численно равный сумме абсолютных значений среднемесячных отрицательных температур за год в данном районе, принимаемых по СП 131.13330, а при отсутствии в нем данных для конкретного пункта или района строительства — по результатам наблюдений гидрометеорологической станции, находящейся в аналогичных условиях с районом строительства.

Значение d0для грунтов неоднородного сложения определяют как средневзвешенное в пределах глубины промерзания. (прим. если промерзает несколько разных слоев то необходимо определять осредненное значение коэффициента d0)

Нормативную глубину промерзания грунта dfn в районах, где >2,5 м, а также в горных районах (где резко изменяются рельеф местности, инженерно-геологические и климатические условия), следует определять теплотехническим расчетом в соответствии с требованиями СП 25. 13330.

5.5.4 Расчетную глубину сезонного промерзания грунта df, м, вычисляют по формуле

, (5.4)

где Kh — коэффициент, учитывающий влияние теплового режима сооружения, принимаемый для наружных фундаментов отапливаемых сооружений — по таблице 5.2; для наружных и внутренних фундаментов неотапливаемых сооружений Kh=1,1, кроме районов с отрицательной среднегодовой температурой;

dfn — нормативная глубина промерзания, м, определяемая по 5.5.2 и 5.5.3.

Примечания:

1. В районах с отрицательной среднегодовой температурой расчетную глубину промерзания грунта для неотапливаемых сооружений следует определять теплотехническим расчетом в соответствии с требованиями СП 25.13330. Расчетную глубину промерзания следует определять теплотехническим расчетом и в случае применения постоянной теплозащиты основания, а также, если тепловой режим проектируемого сооружения может существенно влиять на температуру грунтов (холодильники, котельные и т.п.).
2. Для зданий с нерегулярным отоплением при определении Kh за расчетную температуру воздуха принимают ее среднесуточное значение с учетом длительности отапливаемого и неотапливаемого периодов в течение суток.

dfn — нормативная глубина промерзания, определяемая по СП 22.13330.2016 не учитывает множественные факторы т.к. нормативы нацелены на получение наиболее надежного результата. Эта величина показывает насколько промерзает грунт на свободной от снега поверхности, не прогреваемой солнцем в течении всей зимы (под навесом). Реальная глубина промерзания будет меньше или такой же в зависимости от количества снега и солнечной радиации на поверхности

Таблица 5.2

Для того, чтобы определить реальную глубину промерзания с учетом множества факторов, включая снеговой покров, солнечную радиацию и тепловой режим сооружения необходимо выполнить теплотехнический расчет. Теплотехнические расчеты сложны и трудоемки, а так же требуют большого количества исходных данных. Для отдельных случаев существуют упрощенные расчеты, некоторые из которых приведены в СП 25.13330. Вопросы теплотехники грунтов затрагиваются в этой статье.

Заключение

Для правильного учета сил морозного пучения и выбора мер по защите от его воздействия необходимо и достаточно верно определить глубину промерзания грунта. Для этого следует пользоваться расчетами, приведенными в нормативной литературе.

Учет скорости промерзания в расчетах невозможен из-за сложности определения этого показателя и его изменчивости.

Учитывать снеговой покров в надежде что он снизит глубину промерзания не следует, так как после возведения сооружения снег скорее всего будет переноситься ветром от одной части сооружения к другой и с наветренной стороны поверхность грунта будет оголена. Если же сооружение поднято над землей, то под ним будет оголенная поверхность без снега и с температурой наружного воздуха, что так же увеличит глубину промерзания.

Если глубина промерзания грунта больше 2,5 м и если среднегодовая температура в регионе отрицательная, то для определения нормативной глубины промерзания необходимо выполнять теплотехнический расчет.

Так же теплотехнический расчет следует выполнять если, например, применяется утепление грунта.

Для принятия решений по фундаментам используется расчетное значение глубины промерзания, которое в 1,1 больше нормативного для неотапливаемых сооружений и ниже нормативного для отапливаемых сооружений.

Связанные статьи

• Теплотехнические расчеты грунтов основания
• Выбор глубины заложения фундаментов
• Физика процесса пучения
• Что такое пучинистые грунты
• Меры борьбы с морозным пучением

Влияние толщины снежного покрова

В холодные месяцы снежный покров является теплоизолятором и напрямую влияет на степень глубины промерзания грунта.

Тепловые потери в фундаменте при неправильной теплоизоляции

Обычно владельцы расчищают снег на своих участках, не догадываясь, что это может привести к деформации фундамента. Земля на участке промерзает неравномерно, из-за этого повреждается основание дома.

Дополнительной защитой от сильных морозов могут быть кустарники, посаженные по периметру здания. На них будет скапливаться снег, защищающий фундамент от низких температур.

Видео по теме: Реальная глубина промерзания грунта

Публикации по теме

Как определить глубину заложения ленточного фундамента

СНиП по свайным фундаментам

Устройство ливневой канализации согласно СНиП

Климат Самарской области

Находится этот регион страны в зоне влияния Азиатского континента. А в этой части света, как известно, температуры воздуха зимой и летом разнятся значительно. Однако климат в Самарской области все же не такой резко-континентальный, как в Азии. Смягчающее влияние на него, как и на большую часть европейской территории России, оказывает Атлантический океан.

Но в любом случае для климата Самарской области характерны малоснежные и довольно-таки морозные зимы. Продолжительность же их при этом составляет обычно не менее 150 дней в году. Среднесуточная температура в Самарской области в январе колеблется в пределах -10.9 … -13.8 оС. Поэтому глубина промерзания грунта в этом регионе России значительна.

Осадки в зимнее время года по территории Самарской области распределены довольно-таки равномерно. Но все же немного больше снега выпадает в северной части этого региона. Здесь грунт в некоторых случаях может промерзать на немного меньшую, чем на остальной территории области, глубину. Но разница эта, конечно же, незначительна.

Мелкозаглубленные основания

Таким образом, такой показатель, как глубина промерзания грунта, на самом деле очень важен. Но строят с его учетом обычно только многоэтажные здания или важные сооружения. Частники в большинстве случаев так глубоко подошву фундамента предпочитают не располагать. Подвижки из-за весеннего пучения в одно-двухэтажных зданиях их основанию и несущим конструкциям обычно особого вреда не наносят. Но касается это только тех домов, которые построены на достаточно надежных грунтах —глинах или суглинках, скале, крупном песке. В этом случае для предотвращения разрушения фундамента из-за давления почвы используется армирование. То есть в ленту или столбы вливается сетка, собранная из металлических прутов.

Бетонные конструкции способны выдерживать огромное давление на сжатие. Но в плане растяжения они достаточно надежными, к сожалению, не являются. Металлическая же арматура компенсирует этот недостаток. Также для увеличения срока службы мелкозаглубленные фундаменты в некоторых случаях могут и утепляться с применением, к примеру, пенополистирола или керамзита.

Глубина промерзания грунта в Иркутске.

Глубина промерзания в Иркутске для различных типов грунтов и при различных типах строений — Водоснабжение и канализация

Тип грунта	Расчетная глубина промерзания грунта (м) при среднесуточной температуре воздуха внутри помещения до …
	0º С	5º С	10º С	15º С	20º С и более
Строения без подвалов с полами по грунту
— глина и суглинок	1.67	1.48	1.3	1.11	0.93
— супесь, песок мелкий и пылеватый	2.03	1.8	1.58	1. 35	1.13
— песок гравелистый, крупный и средней крупности	2.17	1.93	1.69	1.45	1.21
— крупнообломочные грунты	2.46	2.19	1.92	1.64	1.37
Строения без подвалов с полами по деревянным лагам
— глина и суглинок	1.85	1.67	1.48	1.3	1.11
— супесь, песок мелкий и пылеватый	2.25	2.03	1.8	1.58	1.35
— песок гравелистый, крупный и средней крупности	2. 41	2.17	1.93	1.69	1.45
— крупнообломочные грунты	2.74	2.46	2.19	1.92	1.64
Строения без подвалов с полами по утепленному цокольному перекрытию
— глина и суглинок	1.85	1.85	1.67	1.48	1.3
— супесь, песок мелкий и пылеватый	2.25	2.25	2.03	1.8	1.58
— песок гравелистый, крупный и средней крупности	2.41	2.41	2.17	1.93	1. 69
— крупнообломочные грунты	2.74	2.74	2.46	2.19	1.92
Строения с подвалами или с техническими подпольями
— глина и суглинок	1.48	1.3	1.11	0.93	0.74
— супесь, песок мелкий и пылеватый	1.8	1.58	1.35	1.13	0.9
— песок гравелистый, крупный и средней крупности	1.93	1.69	1.45	1.21	0.97
— крупнообломочные грунты	2.19	1.92	1. 64	1.37	1.09
Строения с неотапливаемыми помещениями
— глина и суглинок	2.04
— супесь, песок мелкий и пылеватый	2.48
— песок гравелистый, крупный и средней крупности	2.66
— крупнообломочные грунты	3.01

Нормативная глубина промерзания по регионам и типам грунтов

Главная | Полезная информация | Нормативные глубины промерзания по регионам и типам грунтов

Город	глина, суглинки	пески, супеси
Архангельск	160	176
Астрахань	80	88
Брянск	100	110
Волгоград	100	110
Вологда	140	154
Воркута	240	264
Воронеж	120	132
Екатеринбург	180	198
Ижевск	160	176
Казань	160	176
Киров	160	176
Кемерово	200	220
Котлас	160	176
Курск	100	110
Липецк	120	132
Магнитогорск	180	198
Москва	120	132
Набережные Челны	160	176
Нальчик	60	66
Нарьян Мар	240	264
Нижневартовск	240	264
Нижний Новгород	140	154
Новокузнецк	200	220
Новосибирск	220	242
Омск	200	220
Орел	100	110
Оренбург	160	176
Орск	180	198
Пенза	140	154
Пермь	180	198
Псков	80	88
Ростов-на-Дону	80	88
Рязань	140	154
Салехард	240	264
Самара	160	176
Санкт-Петербург	120	132
Саранск	140	154
Саратов	140	154
Серов	200	220
Смоленск	100	110
Ставрополь	60	66
Сургут	240	264
Сыктывкар	180	198
Тверь	120	132
Тобольск	200	220
Томск	220	242
Тюмень	180	198
Уфа	180	198
Ухта	200	220
Челябинск	180	198
Элиста	80	88
Ярославль	140	154

Глубина промерзания грунта в Санкт-Петербурге и Ленинградской области

21 июня 2017 г.

Выделяют три типа грунтов, на которых строить не рекомендуется:

• Почвенно-растительные слои;
• Грунт с содержанием торфа. Торф включает в себя элементы органического происхождения, образованных в болотистой местности в итоге отмирания растительного покрова;
• Илистые грунты.

Выбирая основание под фундамент стоит учитывать глубину промерзания грунта.
В противном случае мерзлый, пучинистый грунт способен перекосить строение.
На глубину промерзания влияют три фактора:

• Тип. Грунт с содержанием глины не пористый относительно песчаного, он меньше промерзает;
• Условия климата. Чем ниже показатели среднегодовых температур, тем выше промерзаемость грунта;
• Уровень залегания грунтовых вод.Чем вода выше, тем сильнее воздействуют силы морозного пучения на фундаментное основание при отрицательных температурах .

Строение станет надежным и долговечным, если заложить фундамент ниже глубины, на которую промерзает грунт. Расчитывают глубину по готовой формуле – просуммировать среднемесячные минусовые температуры (табл.1), извлечь из суммы квадратный корень и умножить полученное число на коэффициент из справочника, для каждого типа грунта он свой . Чтобы правильно определить коэффициент обратимся к Актуализированная редакция СНиП 2.02.01-83* ОСНОВАНИЯ ЗДАНИЙ И СООРУЖЕНИЙ, в п.5.5.3 которого четко указывается формула по вычислению нормативной глубины промерзания грунта.

---

Климатические параметры холодного периода года по Санкт-Петербургу и Ленинградской области приведены в таблице ниже (информация из СП 131.13330.212 СТРОИТЕЛЬНАЯ КЛИМАТОЛОГИЯ) .

---

Грунт в качестве основания для фундамента.

Оптимальными грунтами для строительства дома (согласно действующих ГОСТ и СНиП) принято считать:

• Скалистые – надежные, прочные, без промерзания;
• Хрящеватые – не размываются, так как состоят из обломков камней;
• Песчаные – отлично уплотняются при наличии нагрузки;
• Глинистые – фундамен укладывается на уровень промерзания;
• Суглинки и супеси – имеют промежуточные показатели между глинистыми и песчаными грунтами.

Для уменьшения глубины промерзания стоит понизить уровень грунтовых вод с помощью дренажа. Меньше воды — меньше воздействия силы морозного пучения . Второй метод — утеплить поверхность грунта с помощью ЭППС. За счет утепления сократим глубину промерзания до 80 сантиметров. Утепление грунта позволит сделать мелкозаглубленный фундамент устойчивым и сэкономить деньги .

Глубина промерзания грунта в Ленинградской области

Ленинградская область имеет достаточно большую площадь и назвать среднюю цифру для всей области — значит ничего не сказать. В разных районах показатель глубины промерзания заметно отличается. Поэтому, для определения глубины промерзания грунта используются данные из нескольких городов, расположенных в различных точках на территории области.

Нормативная глубина промерзания для Ленинградской области

Согласно СП 22.13330.2011 (актуализированная редакция СНиП 2.02.01-83) существуют нормативные показатели глубины промерзания, рассчитанные для тех или иных климатических характеристик территории. С учётом особенностей протекания сезонных температурных изменений, были выполнены специальные расчеты в трех городах Ленинградской области: Санкт-Петербурге, Свирице и Тихвине.

Первая таблица показывает глубину сезонного промерзания различных грунтов в городе Санкт-Петербурге. На следующих двух можно видеть аналогичные данные, рассчитанные для городов Свирица и Тихвин.

В процессе определения этих показателей был учтен рельеф местности и общие климатические условия, непосредственно влияющие на степень проникновения нулевой температуры вглубь почвы.

С точки зрения географического расположения, город Санкт-Петербург находится немного западнее от центра области, а Тихвин расположен на середине пути от центра до юго-восточной границы региона. Свирица находится на юго-восточном побережье озера Ладожское, что в 190 км на северо-восток от Санкт-Петербурга.

Таким образом, зная точную глубину промерзания грунта в трех городах, расположенных на разных точках карты Ленинградской области, можно с достаточно высокой вероятностью узнать глубину, на которую следует закапывать фундамент дома конкретно в вашем населенном пункте. Кроме того, для этих целей обязательно следует максимально точно определить тип грунта на участке строительства.

Геологическое исследование места строительства проводится, как правило, специалистами. Однако, вполне возможно выполнить данную задачу самостоятельно. Для этого нужно как можно более тщательно изучить геологию конкретного региона из источников, доступных в интернете. Далее следует опросить соседей насчет особенностей грунта на их участках, которые стали им известны в процессе строительства. Ещё один способ узнать всё про почву — это начать с изготовления скважины на воду и попросить рабочих детально записывать особенности грунта, который они доставали в процессе её бурения.

К содержанию ↑

От чего зависит глубина промерзания?

Глубина промерзания зависит от средних температурных показателей в конкретном регионе и от типа грунта, с которым имеет дело застройщик на своём участке. Уровень сезонного снижения температуры отличается на разных географических широтах и областях с теми или иными ландшафтными особенностями территории.

[attention type=green]Показатель глубины, на которую в грунт проникает нулевая температура, будет иметь различные значения на разных типах почвы. Согласно существующему разделению грунтов выделяет четыре основные типа: глины, суглинки, супеси и пески.[/attention]

Наименее склонны к промерзанию глины и суглинки. В областях, где поверхность почвы состоит преимущественно из глины (более 30% частиц глины) или её разновидностей (суглинков с 10-30% глинистых частиц) сезонное промерзание грунта происходит на наименьшую глубину.

[attention type=yellow]В то же время важно знать, что именно глинистая почва показывает максимальные деформации в процессе промерзания. Изменения объёма грунта вследствие замерзания воды, находящейся в нём, называется «пучинистость грунта». Наибольшее внимание при изготовлении фундаментов следует уделить именно расчету пучинистости грунта и проектировке основания согласно рекомендациям для той или иной степени пучинистости.[/attention]

Заметно глубже промерзают супеси (от 3% до 10% глинистых частиц) и пески, в сравнении с глинистыми грунтами. Пески состоят из мелких частиц с габаритами от 0,1 мм до 2 мм и достаточно хорошо и равномерно увлажняются. Особенно хороши для строительства зданий пески с крупной фракцией, так как благодаря очень высокой степени проникновения воды в такую почву, их увлажнение почти не приводит к изменению объёма грунта вследствие его промерзания.

Влияние процессов замерзания-оттаивания почвы на миграцию воды и соли в западной части равнины Соннен, Китай

Характеристики замерзания-оттаивания почвы в различных ландшафтах

В этом исследовании характеристики FT показали определенные различия между тремя ландшафтами. Земля AS имела наибольшую глубину промерзания и самую продолжительную продолжительность замерзания, за ней следовали пастбища LT , а затем сельскохозяйственные угодья (рис. 3). Эти различия могут быть связаны с различиями в зависимых физических свойствах почвы, поверхностном покрове почвы и начальном содержании влаги в почве ландшафта ^17,18 . Более плотная структура почвы земли AS ускорила большее распространение холода от верхних почв к нижним, чем земли LT и сельскохозяйственные угодья во время замерзания. Кроме того, земля AS имела самый низкий снежный покров и отсутствие остатков, что способствует переносу тепла на границе раздела почва-атмосфера ¹⁹ . Поэтому температура почвы быстро снижалась вместе с температурой воздуха, что приводило к значительному увеличению глубины промерзания и скорости промерзания земли AS .Это соответствовало выводам Iwata et al. (2010) ²⁰ , которые ясно продемонстрировали, что уменьшение снежного покрова может вызвать резкое увеличение глубины промерзания, а также работы Fu et al. (2018) ² , которые сообщили, что уменьшение снежного покрова усилило воздействие температуры почвы на фронт промерзания. Кроме того, более высокие SWC на пастбищах LT (0,21 см ³ /см ³ ) и AS земли (0. 32 см ³ /см ³ ) замедлит изменения температуры почвы ²¹ , потому что больше тепла выделяется из почвы при замерзании почвы или требуется больше тепла при оттаивании почвы. Следовательно, более влажные условия на пастбищах LT и AS отсрочат процессы замерзания-оттаивания, как показывают другие исследования ¹⁷ . Аналогичные результаты были получены в исследовании Yi et al. (2014) о характеристиках замерзания-оттаивания почвы различных ландшафтов в бассейне реки Хэйхэ, Ганьсу, Китай ²² .

Влияние процесса замерзания-оттаивания на содержание влаги в почве (SWC)

В данном исследовании процесс замерзания привел к восходящему обогащению почвенной водой в различных ландшафтах исследуемой территории (рис. 5). Одной из возможных причин этого явления было то, что градиент температуры почвы приводил к восходящему потоку воды к мерзлым слоям, и в конечном итоге вода аккумулировалась в мерзлых слоях ^23,24 . Однако во время весеннего оттаивания почвенная вода в верхнем слое почвы и в более глубоких слоях почвы соответственно уменьшилась и увеличилась (табл. 2).Это было связано с тем, что оттаивание грунтов было двунаправленным, вода над промерзшим слоем поднималась вверх и в конечном итоге интенсивно испарялась, а вода под промерзшим просачивалась в более глубокие слои. Эти результаты согласуются с выводами Zhang and Wang (2001) ¹² , Wang et al. (2009) ¹⁴ и Бинг и др. (2015) ⁴ . Кроме того, такое обогащение почвы водой в мерзлой зоне, вызванное замерзанием, может способствовать сохранению почвенной влаги за счет уменьшения испарения и просачивания, тем самым поддерживая высокое содержание воды ^1,3,22 , что может быть полезно для сельского хозяйства и прорастания растений в следующей весной.Однако в данном исследовании были очевидны различия в профилях перераспределения воды при замерзании в разных ландшафтах. SWC в почве AS на глубине 0–5 см уменьшалась при промерзании и увеличивалась при оттаивании. Это может быть связано с сильными региональными ветрами, отсутствием растительных остатков на поверхности, отсутствием снежного покрова и частым теплообменом между поверхностью почвы и воздухом в зимний период в районе исследований. Кроме того, из-за более высокой начальной влажности, большей глубины и интенсивности промерзания на земле AS вода в мерзлом слое постоянно пополняла поверхностный слой почвы, а при весеннем оттаивании даже создавала внутренний сток, несмотря на усиление испарения.Таким образом, это явление увеличило поверхность SWC , что подтвердило выводы Iwata et al. (2010) ²⁰ , Nagare et al. (2012) ²⁵ и Wu et al. (2019) ²¹ . Кроме того, профилированные скорости миграции почвенных вод на сельскохозяйственных угодьях, пастбищах LT и землях AS существенно различались во время процессов FT . Он был самым высоким на пастбищах LT , а самым низким на сельскохозяйственных угодьях. Это связано с тем, что пастбища LT были менее засолены, чем земли AS , а поверхностная почва первого имела самое высокое содержание органического вещества (0–25 см, 2. 50%) (таблица 1), что привело к хорошей структуре почвы, которая способствовала лучшему движению почвенной воды по сравнению с землей AS . Таким образом, в течение процессов FT на пастбищах LT мигрировало больше воды, чем на землях AS . Однако для сельскохозяйственных угодий более низкая исходная влажность (0,11 см ³ /см ³ ) и уплотнение почвы, вызванное сельскохозяйственной деятельностью в течение многих лет, препятствовали миграции почвенной воды. Кроме того, FT влияют на физические свойства почвы, такие как структура почвы, растрескивание почвы, тепловые свойства почвы и тепловой поток, что также является важной причиной, объясняющей разницу в миграции воды в почвенных профилях разных ландшафтов.Например, мерзлые грунты разделены льдом на слоистые и сетчатые структуры, что приводит к более высокому коэффициенту водопроницаемости грунта; таким образом, вода может быстро сбрасываться из трещин при оттаивании грунта ^23,24,26 . Кроме того, уровень грунтовых вод снижался во время замерзания и повышался во время оттаивания, что позволяет предположить, что между почвенными водами и грунтовыми водами в более глубоких слоях почвы происходил взаимный перенос.

Влияние процесса замерзания-оттаивания на засоленность и щелочность почв

Согласно данным, полученным в результате данного исследования, профилированные распределения засоления почв характеризовались накоплением почвенных солей по направлению к мерзлому слою с почвенной водой во время промерзания.Следовательно, содержание соли явно увеличилось во всем мерзлом слое, что экспериментально подтвердило выводы Stahli and Stadler (1997) ²⁷ и Wang et al. (2009) ¹⁴ . Возможное объяснение этих результатов заключалось в том, что почвенная соль вместе с водой в более глубоком незамерзшем слое и подземными водами перемещалась вверх к мерзлому слою из-за температурного градиента между мерзлым и незамерзшим слоем. На самом деле миграция почвенных солей, вызванная замерзанием, была чрезвычайно сложной и не могла быть приписана исключительно температурному градиенту. Вместо этого эта динамика представляла собой интегрированный результат многих факторов, таких как землепользование, исходная почвенная вода, засоление почвы, температура почвы, уровень грунтовых вод. Кроме того, наши результаты также показали, что коэффициент засоления в верхнем профиле почвы был значительно выше, чем в более глубоком профиле почвы во время промерзания. Такое поведение может быть связано с наличием жидкой воды в слое инея и температурным градиентом, заставляющим жидкую воду переносить соль вверх. Некоторые исследователи заметили, что жидкая вода может существовать как мембранная вода, при этом ее толщина постепенно становится тоньше от глубокой почвы к верхней части почвы, что заставляет соль двигаться вверх вместе с водой ²⁸ .

Кроме того, наше исследование показало, что слой засоления перемещался вверх и расширялся, а поверхностная почва демонстрировала значительные накопления солей на пастбищах LT и AS во время весеннего оттаивания. Это, по-видимому, экспериментально объясняет явление эксплозивного увеличения солей в верхнем слое почвы, которое напоминает «извержение» во время весеннего оттаивания ^12,14 . Результаты были в соответствии с Han et al. (2010) ²⁹ , которые указали, что засоление поверхности почвы быстро увеличивается весной из-за сильного испарения, более FT циклов и более продолжительной продолжительности замерзания.Это связано с тем, что количество испарения в пять раз превышает количество осадков на западе равнины Соннен; таким образом, это интенсивное испарение почвы вызывает перераспределение накопленной соли в мерзлом слое и выносит большое количество соли вверх к поверхности. Что еще более важно, эти результаты показали, что процессы FT были в основном ответственны за очевидное засоление почвы в нашем исследовании, что согласуется с анализом Bing et al. (2015) ⁴ , которые определили, что процессы FT являются основной движущей силой движения почвенных вод и солей и ответственны за засоление почв весной в холодных и засушливых регионах. Однако эти результаты немного противоречили выводам Ванга. (1993) ⁸ , которые отметили, что «извержение» солей на поверхности почвы весной контролировалось «критической глубиной грунтовых вод», а не действиями FT , что, тем не менее, противоречило местным практическим условиям использования грунтовых вод в качестве источника воды. единственный источник воды, влияющий на засоление почвы в этом районе исследований. Водообмен блокировался мерзлыми слоями между поверхностью почвы и подземными водами; следовательно, засоление почв весной не было связано с грунтовыми водами ^5,12 .Однако их выводы немного противоречили результатам, полученным в нашем исследовании, которые предполагали, что двунаправленное оттаивание также, возможно, вызвало накопление соли под промерзающим слоем в среднем профиле почвы. Это произошло потому, что талая вода, несущая соль, просачивалась в более глубокую почву в подземные воды, что означало, что профилированное распределение соли имело связь с подземными водами. Кроме того, результаты нашего исследования также показали, что ландшафты влияли на засоление поверхности почвы и рассоление подпочвенного слоя почвы, при этом тенденция составляла AS земель >  LT пастбищ > сельскохозяйственных угодий.Это несоответствие можно интерпретировать по четырем аспектам. Во-первых, начальное содержание соли в почве на земле AS было в 19,3 раза выше, чем на пастбищах LT , что, следовательно, вызывало более высокий коэффициент накопления почвенной соли, как указано Wan et al. (2019) ⁶ , которые заметили, что кристаллизация соли увеличивает миграцию соли в процессе замораживания и что миграция соли положительно коррелирует с содержанием соли. Во-вторых, пастбища LT имели большую площадь покрытия, а большее количество подстилки уменьшало количество испарения с земли и предотвращало накопление поверхностных солей.В-третьих, улучшенная структура почвы пастбища LT с его более крупной корневой системой и более высоким содержанием органических веществ способствовала усилению инфильтрации и перемещению соли вниз из верхних слоев почвы ³⁰ . Наконец, почва земли AS начала оттаивать раньше всех из-за ее самой низкой точки замерзания из-за самого высокого содержания солей на соответствующих глубинах, что ускорило потребление почвенной воды путем испарения. Кроме того, коэффициент засоления сельскохозяйственных угодий был слабее, чем у земель AS и пастбищ LT , что было связано с их более низким исходным содержанием соли (64.73 мг/кг), начальная влажность (0,11 см ³ /см ³ ), меньшая глубина и интенсивность промерзания на сельхозугодьях ^21,25 .

Почва SAR и ESP были рекомендованы в качестве чувствительных индикаторов подщелачивания почвы для оценки подщелачивания почвы на пастбищах Соннен ³¹ . В этом исследовании циклов FT вызвали увеличение SAR и ESP в верхних слоях почвы для всех трех ландшафтов (рис.8 и табл. 5), из чего следует, что процессы FT способствовали не только засолению почвы, но и ее подщелачиванию. Как показано в Таблице 6, засоление почвы в пределах мерзлого слоя почвы показывает значительную положительную корреляцию с защелачиванием почвы, что было аналогично результатам, полученным Yu et al. (2018) ³¹ . Это появление может быть в основном связано с тем фактом, что в солях, мигрирующих к мерзлому слою, преобладали NaHCO ₃ и Na ₂ CO ₃ ¹³ .Ван и др. (2009) ¹⁴ также сообщили, что почва FT была одной из наиболее важных причин засоления и подщелачивания почвы на западе равнины Соннен, и еще раз доказали, что влияние грунтовых вод нельзя игнорировать. Подземные воды на исследуемой территории представлены слабоминерализованными водами типа NaHCO ₃ , где содержание Na ⁺ , CO ₃ ²⁻ и HCO ₃ ⁻ может достигать 853,55 мг/л, соленость достигает 1.21 г/л, а SAR может достигать 88,65. Соответственно, подземные воды, мигрирующие вверх из-за промерзания почвы, вызвали как засоление, так и подщелачивание почвы, что ускорило деградацию почвы ¹³ . Наоборот, некоторые исследования показали, что циклов FT не оказали существенного влияния на почву CEC или обменный Ca ²⁺ и Mg ²⁺ , но значительно уменьшили обменный K ^{+ 32} , что указывало на то, что FT циклов, возможно, могут уменьшить защелачивание почвы, что отличалось от наших результатов.Причина этой разницы не ясна, так как это совокупный результат различных факторов, таких как типы почвы, типы растительности, микробная активность, уровень земли и так далее. Экспериментальные условия в этом исследовании отличались от условий Hinman (1970) ³² , в которых почвы подвергались фумигации и стерилизации без обмена грунтовыми водами и растительности. Кроме того, влияние почвы FT на подщелачивание почвы варьировалось в зависимости от типа почвы и глубины почвы. В этом исследовании подщелачивание почвы, вызванное FT , на землях AS было более выраженным, чем на сельскохозяйственных угодьях и пастбищах LT (таблица 4). Это может быть комплексным следствием землепользования, уровня грунтовых вод, топографии, почвенно-антропогенной деятельности и т.д.

Гипотетический механизм влияния замерзания-оттаивания на засоление и щелочность почвы

Процесс FT вызвал изменения в профилированном распределении воды и солей в почве ¹² , однако внутренний механизм все еще оставался на стадии исследования. Во время замерзания потенциальные градиенты напора между замороженной и незамерзшей зонами, создаваемые градиентом температуры, оказывали определенную движущую силу восходящему потоку воды к верхним зонам ^3,25 .Соль, используя воду как носитель, также поднималась к верхнему слою и окончательно обогащалась в мерзлом слое, что повышало соленость. Обогащенные соли в мерзлом слое под действием интенсивного поверхностного испарения перемещались к поверхности почвы, а затем накапливались, что характеризовалось весенними «извержениями». Таким образом, интенсивность промерзания зимой и сила поверхностного испарения весной определяли степень засоления-щелочности поверхностных почв.

Более того, имелось достаточно доказательств того, что миграция почвенных солей связана с землепользованием и растительностью. Коллоидные частицы почвы были наиболее широко рассеяны в земле AS из-за самого высокого содержания Na ⁺ , а большинство дисперсных мелких частиц глины перемещались вниз через недра, действуя как плотный водный барьер. Кроме того, плохая структура почвы на участке AS напрямую замедляла скорость миграции почвенных вод и солей на незамерзшем слое и восходящую миграцию грунтовых вод к мерзлому слою.Относительно превосходная структура почвы на пастбищах LT способствовала удалению воды и солей из почвы. Кроме того, различные типы растительности по-разному улучшают физические, химические и биологические свойства почвы ^31,33 , и эти различные реакции могут способствовать реакции на действия FT . Растительный покров и размеры их корневых сетей влияли на эвапотранспирацию и просачивание почвенной воды, что, следовательно, дополнительно влияло на восходящую миграцию воды и солей в течение FT . Было обнаружено, что растительность кукурузы оказывает большее влияние, чем травяная растительность, на восстановление солончаковых почв в районе исследования, и было обнаружено, что обе они имеют лучшие физические свойства почвы по сравнению с землей без растительности AS ²⁸ . Таким образом, процессы FT , связанные с различным ландшафтом и растительным покровом, контролировали почвенные воды и миграцию солей в течение зимы и весны, которые в основном обусловили колебания засоленности и щелочности почв в районе исследований.

Прогноз промерзания с использованием моделирования с ГИС

Прогноз промерзания с использованием моделирования с ГИС

Стивен П. Фаррингтон, ЧП
Ассоциация прикладных исследований, Inc.
415 Waterman Road, Южный Роялтон, Вермонт 05068
телефон: 802-763-8348
факс: 802-763-8283
электронная почта: [email protected]

Мартин Л. Гилдеа
Ассоциация прикладных исследований, Inc.
415 Уотерман Роуд
Южный Роялтон, Вермонт 05068
телефон: 802-763-8348
факс: 802-763-8283 Электронная почта
: [email protected]

РЕЗЮМЕ

С использованием численного моделирования, статистической регрессии, пространственной интерполяции и ГИС была разработана новая методология для прогнозирования максимальной глубины промерзания типичной конструкции дорожного покрытия по всему штату Вермонт с различными уровнями статистической достоверности. Методология, стоящая за историческими картами промерзания, была неизвестна и, по-видимому, не учитывала влияние высоты, ключевого фактора, определяющего температуру воздуха, влияющую на охлаждение поверхности дорожного покрытия.Новые карты, разработанные в ArcView, будут использоваться для проектирования дорожных покрытий для строительства новых дорог, которые должны простираться до определенного процента от максимальной глубины промерзания.

---

ВВЕДЕНИЕ

Образование инея на тротуарах может привести к их повреждению. Многие критерии проектирования дорожной одежды определяют минимальную толщину конструкции дорожной одежды в зависимости от максимальной глубины промерзания. При проектировании новых тротуаров Транспортное агентство Вермонта (VAOT) в прошлом полагалось на карты промерзания по всему штату, разработанные около 30 или более лет назад.Методология и источники данных для карт были неизвестны, и их надежность была сомнительной. Была разработана методология с использованием комбинации численного моделирования, геостатистики и линейной регрессии для создания новых карт со статистической надежностью 50% и 90%.

ЗАМЕРЗАНИЕ В ТРОТУАРАХ

Образование инея в конструкциях дорожных покрытий вызывает инженерную озабоченность из-за возможности причинения ущерба из-за дифференциальных изменений объема. Эти изменения вызываются при замерзании увеличением влажности, превращением воды в лед и образованием ледяных линз.Надлежащая конструкция дорожного покрытия может предотвратить повреждение от мороза за счет (а) снижения влажности за счет улучшения дренажа (и уменьшения капиллярности), (б) контроля тепловых свойств дорожного покрытия или (в) сочетания контроля влаги и температуры. Во многих процедурах проектирования дорожного покрытия глубина конструкции указывается в процентах от максимальной глубины промерзания. Однако глубина проникновения инея в конструкцию дорожного покрытия в значительной степени определяется конструкцией конструкции. Кроме того, глубина промерзания в конструкции дорожного покрытия будет больше, чем в покрытом снегом профиле, благодаря теплоизоляционным свойствам снега.

Иней образуется в почвах, когда температура матрицы почвы падает ниже точки замерзания основной воды, вызывая замерзание воды, находящейся в порах. Процесс замерзания происходит постепенно и является результатом потери тепла через почву или поверхность тротуара более холодному воздуху над ним. Везде, где есть влага в почве при температуре ниже точки замерзания содержащейся в ней воды, возникает заморозок. Кейн и Чако (1) представляют обзор физических основ образования инея в почвах, а Хольц и Ковач (2) дают отчет об историческом развитии понимания явлений промерзания почвы и их влияния на инженерные сооружения.

Замерзшая почва может состоять из почвы, воздуха, незамерзшей воды и льда. Даже при температурах значительно ниже точки замерзания основной воды в почве может оставаться некоторое количество незамерзшей воды. Количество незамерзшей воды зависит не только от температурной депрессии, но и от удельной поверхности и солености почвы. Чем мельче частицы почвы, тем больше доля незамерзшей воды при данной температуре ниже точки замерзания. Наличие незамерзшей воды имеет большое значение, поскольку дает возможность влаге мигрировать вертикально, способствуя образованию и утолщению ледяных линз.Ледяные линзы представляют собой горизонтальные слои твердого льда, которые образуются под поверхностью земли и отделяют верхний слой почвы от нижнего. Они представляют наибольший потенциал для повреждения из-за величины смещения, которое они вызывают в конструкции дорожного покрытия, и являются явлением, ответственным за морозное пучение.

Формация Ледяной Линзы

Тепло и влага мигрируют в почве в ответ на градиенты температуры и всасывания, соответственно, при этом поток обоих происходит из теплой почвы в холодную. Когда почва замерзает из-за потери тепла в атмосферу, тепло и влага мигрируют к поверхности. Восходящая миграция воды происходит из-за уменьшения парциального давления воды по отношению к матрице порового флюида, которое происходит на фронте замерзания, когда жидкая вода превращается в лед. Эта потеря воды из-за замерзания аналогична сушке, которая вызывает градиент всасывания. Миграция влаги дополнительно усиливается порядком замерзания поровой воды. Незамерзшая вода остается тонким слоем вокруг отдельных почвенных частиц, а уже замерзшая вода занимает наиболее удаленные от поверхности почвенных зерен участки порового пространства.Таким образом, капиллярный потенциал усиливается эффективным уменьшением пористости, происходящим по мере замерзания порового пространства, а также увеличением поверхностного натяжения воды при пониженных температурах.

Со временем в поровом пространстве может образоваться достаточное количество льда, чтобы создать барьер для миграции влаги. Это когда образуются ледяные линзы, потому что мигрирующая вода попадает в ловушку на фронте замерзания, который образует конечную точку ее миграции вверх в «более сухую» почву. Образование ледяных линз, как правило, начинается там, где пористость уже низкая, например, в слоях ила или глины.Ледяные линзы могут вырастать до нескольких сантиметров в толщину, что приводит непосредственно к смещению дорожного покрытия.

Подходы к прогнозированию заморозков

Простейшие подходы к прогнозированию промерзания используют индексы градусо-дней замерзания. У этого подхода есть физическая основа, поскольку температура воздуха значительно влияет на тепловые граничные условия на поверхности дорожного покрытия и, следовательно, на градиент, на который реагируют потоки тепла и влаги.Однако температура воздуха у поверхности не является единственным фактором, влияющим на охлаждение дорожного покрытия. Другие переменные включают: (а) теплопроводность материалов покрытия дорожного покрытия; (б) теплопроводность подстилающего слоя, на которую большое влияние оказывает влажность; (c) теплоемкость воздуха, контролируемая температурой и влажностью; (г) скорость ветра; и (e) солнечное излучение, которое может генерировать тепло на поверхности тротуара, даже когда воздух охлаждает его.

Усложнение задачи прогнозирования заморозков связано с влиянием влаги.Промерзание конструкции дорожной одежды является результатом двойной миграции тепла и влаги. Следовательно, скорость промерзания почвы будет влиять на глубину и воздействие промерзания более глубоко, чем на окончательный температурный профиль почвы. Например, при быстром замерзании влага может мигрировать недостаточно быстро, чтобы питать ледяную линзу, тогда как при более медленном замерзании она может мигрировать. Несмотря на то, что температуры, вероятно, будут более экстремальными во время быстрого замерзания, ущерб от мороза из-за впитывания влаги может быть больше во время медленного замерзания.И наоборот, периодическая оттепель на поверхности земли может привести к тому, что высвобожденная вода будет стекать на более холодную глубину, где она снова замерзнет, ​​что приведет к образованию ледяной линзы из-за ограничения порового пространства. Кроме того, роль почвенной влаги усиливается ее значительным влиянием на теплопроводность земляного полотна.

Факторы, динамически влияющие на содержание влаги в почве в конструкции дорожного покрытия, включают: (a) исходное состояние влажности; (б) граничные условия влажности; в) осаждение и инфильтрация; (d) геометрия поперечного сечения покрытия и дренажные характеристики; и (e) градации материала.

Из-за роли динамически изменяющейся влажности почвы в промерзании одни лишь индексы градусо-дней промерзания редко обеспечивают надежный прогноз промерзания конструкций дорожного покрытия. Более полезной может оказаться корреляция с индексом степени промерзания для конкретного места, основанная на местных климатических и влажностных условиях. Самые сложные методы прогнозирования промерзания включают знания о влажности почвы различной степени сложности. Некоторые также включают модели повреждений, которые предсказывают морозное пучение и оттаивание.Для прогнозирования промерзания можно использовать различную степень сложности. Надлежащая степень сложности любого прогноза промерзания зависит от предполагаемого использования полученного прогноза, наличия и надежности соответствующих входных данных и чувствительности полученного прогноза по отношению к неопределенности входных данных.

ОБЗОР МЕТОДОЛОГИИ ПРОГНОЗИРОВАНИЯ

В методе, используемом для прогнозирования максимальной глубины промерзания по всему штату, использовались численно смоделированные механические прогнозы промерзания на основе фактических климатологических данных за 40-летний период (с 1950 по 1990 год) на типичном дорожном покрытии на каждой из 6 станций метеорологических наблюдений, разбросанных по всему штату.Полученные 240 прогнозов годовой морозной активности затем регрессировали против фактического годового индекса степени замерзания (AFDI) на этих 6 станциях. Затем было использовано уравнение регрессии, чтобы связать глубину промерзания, характерную для смоделированного дорожного покрытия и динамики погоды в регионе, с AFDI при уровне надежности 50%. Точно так же это упражнение было повторено для уровня надежности 90% с использованием регрессии одностороннего 90%-го верхнего доверительного предела глубины проникновения по одностороннему верхнему 90%-му доверительному пределу AFDI для всех смоделированных станций.

АНАЛИЗ КЛИМАТИЧЕСКИХ ТЕНДЕНЦИЙ

Чтобы обеспечить стабильные метеорологические данные для прогнозирования промерзания на двух желаемых уровнях статистической надежности, сначала была оценена стабильность климата Вермонта за последние несколько десятилетий. Метеорологические данные с шести предварительно выбранных станций наблюдения за погодой, разбросанных по всему штату, были проанализированы на предмет временных трендов годовых градусо-дней с морозом. Для этих данных была проведена линейная регрессия методом наименьших квадратов, связывающая годовой индекс степени промерзания (AFDI) с годом возникновения.Средний R-квадрат шести регрессий, связывающих AFDI на каждой станции с годом возникновения, составил 0,019, что указывает на то, что менее 2% изменчивости AFDI за исследуемый период коррелируют с годом возникновения. Таким образом, можно заключить, что местный климат был достаточно стабильным, чтобы прогнозы промерзания могли быть надежно основаны на имеющихся климатических данных за 40 лет.

ЧИСЛЕННОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ

Расширенная интегрированная климатическая модель (EICM), версия 2.6, был использован для моделирования промерзания типичного дорожного покрытия в реальных метеорологических условиях в течение сорока лет на шести метеорологических станциях, используемых для анализа климатических трендов. Спецификация дорожного покрытия была предоставлена ​​VAOT.

Числовое описание модели

Модель

EICM, разработанная совместно Иллинойсским университетом в Урбане-Шампейне и Техасским институтом транспорта Техасского университета A&M, является одной из самых сложных моделей для прогнозирования промерзания дорожных покрытий.EICM представляет собой двумерную программу потоков тепла и влаги для анализа грунтовых систем дорожного покрытия в сочетании с климатическими условиями. Модель сочетает в себе три отдельные модели воздействия климата на дорожное покрытие: а) модель «Климат-материалы-конструкции» (CMS), разработанная в Университете штата Иллинойс; (b) Модель инфильтрации и дренажа (ID), разработанная в Техасском университете A&M; и c) модель осадки при морозе и оттепели, разработанная в Научно-исследовательской и инженерной лаборатории холодных регионов армии США (CRREL). EICM принимает в качестве входных данных фактические метеорологические данные и имеет множество опций для задания влажности и температуры или их потока на нижней границе и на границе между основанием и земляным полотном. В нем рассматривается боковой и вертикальный дренаж основания, который представляет собой двумерную задачу, при определении количества воды, попадающей в основание путем инфильтрации через поверхность дорожного покрытия и основание. Версия 2.6 EICM также улучшает модельные расчеты влажности почвы, вводя соотношение Фредлунда-Синга в качестве выбираемой пользователем альтернативы функциям Гарднера.

Валидация модели

Полевые данные проекта Long Term Pavement Performance (LTPP), полученные на испытательном участке в Нью-Хейвене, штат Вермонт, использовались для проверки результатов EICM. До 1994 г. этот участок был оснащен метеостанцией, а также датчиками температуры и электропроводности. Расположение приборов описано Ali и Tayabji (3). Данные из раздела были доступны на компакт-диске, распространяемом Федеральным управлением автомобильных дорог за период с 1994 по 1997 год.

Модель была запущена с учетом конструкции дорожного покрытия, указанной VAOT для картирования, и с использованием в качестве других входных данных данных метеостанции New Haven Junction с компакт-диска LTPP DataPave. В этом месте использовалась фактическая глубина грунтовых вод около шести футов, полученная от DataPave. РИСУНОК 1 иллюстрирует соответствие между предсказаниями модели и фактическими полевыми данными. Фактическая глубина промерзания интерпретировалась по данным LTPP как глубина перехода температуры почвы в профиле от менее -2.2C до более чем -1,1C. Эта точка перехода находится ниже 0°С из-за солености и была выбрана на основе интерпретации изменений профилей удельного сопротивления после наступления минусовой погоды. Максимальная глубина сезонного промерзания, предсказанная EICM, согласуется с максимальной глубиной, полученной по профилям температуры и удельного сопротивления, в пределах 3 см.

РИСУНОК 1. График, показывающий сравнение численно смоделированной глубины промерзания с глубиной промерзания, рассчитанной по полевым данным LTPP на участке 50-002, перекресток Нью-Хейвен, штат Вермонт.

Анализ чувствительности

EICM также оценивали на чувствительность к изменению нескольких климатических параметров. Анализ чувствительности проводился путем многократного моделирования поведения одного и того же покрытия при одновременном изменении нескольких климатических параметров и тепловых свойств покрытия. Анализ показал, что максимальное сезонное промерзание, предсказанное EICM, было относительно нечувствительным к колебаниям глубины до уровня грунтовых вод, проценту солнечного света, скорости ветра и поглощающей способности поверхности дорожного покрытия.Таким образом, потенциальные неточности в предполагаемых и/или оценочных значениях этих параметров не окажут значительного влияния на результаты исследования. Результаты этого анализа подробно обсуждаются в заключительном отчете проекта (4).

Входы модели

EICM требует спецификации климатических данных, структурной геометрии дорожного покрытия и свойств материала дорожного покрытия, включая пористость, плотность в сухом состоянии, теплопроводность, насыщенную проницаемость и информацию о градации, а также коэффициент поглощения солнечного излучения для поверхностного слоя.

Климатические данные

Для климатических данных EICM требует максимальную и минимальную температуру воздуха, скорость ветра, процент солнечного света, дневное количество осадков, широту станции и глубину до грунтовых вод. Климатические данные были получены из информационного продукта Национального центра климатических данных (NCDC) «Совместные ежедневные сводки». Данные по нескольким климатическим параметрам для конкретного местоположения не были доступны в этом продукте, поэтому для всех расчетов модели предполагалась постоянная скорость ветра 10 миль в час и постоянный процент солнечного света 60% в день, за исключением проверки модели с использованием теста New Haven Junction. раздел, где эти данные были доступны из проекта LTPP.Данные LTPP также легли в основу оценки входных данных о солнечном свете и скорости ветра, используемых для остальных станций. Глубина грунтовых вод предполагалась постоянной на уровне 10 футов по всему штату. Хотя, согласно анализу чувствительности, проведенному с помощью EICM, более мелкий уровень грунтовых вод привел бы к несколько более консервативным прогнозам (т. е. более глубокому промерзанию), изменение, вызванное даже уменьшением вдвое глубины уровня грунтовых вод, относительно незначительно (1,6%). .

Спецификация дорожного покрытия

Модель дорожного покрытия, как указано VAOT, состояла из 20.3 см (8 дюймов) асфальтобетона, 61,0 см (24 дюйма) слоя основания из щебня A-1 и 40,6 см (16 дюймов) подстилающего слоя из песка A-3, для которого была доступна кривая градации. Предполагается, что под тротуаром находится ил A-4 на глубине 610 см (20 футов) (т. Е. До граничного условия температуры глубокого грунта). Типичные значения тепловых, гидравлических и других свойств материала использовались для ввода материалов дорожного покрытия в EICM. Эти значения показаны в ТАБЛИЦЕ 1.

ТАБЛИЦА 1.Свойства дорожного покрытия, используемые в качестве входных данных для EICM.

	Слой
	Поверхность	Базовый курс	Подбаза	Основание
Обозначение материала по AASHTO	АКК	А-1-а	А-3	А-4
Толщина (см)	20,3	61. 0	40,6	487,7
Теплопроводность (джоули/час-см-C)	41,8	25,1	20,9	16,7
Теплоемкость (джоули/кг-C)	919	877	836	836
Удельный вес (кг/л)	2,37	2.11	1.84	1,76
Пористость	н/д	0,25	0,30	0,40
Насыщенная проницаемость (см/мин)	н/д	50,8	н/д	0,003
D60, мм	н/д	20	н/д	н/д
Процент прохождения через сито #200	н/д	н/д	7	70
Индекс пластичности, %	н/д	н/д	0.1	5,0

Все прогоны модели оценивали периоды, начинающиеся 1 августа, чтобы дать достаточное время для влияния динамических входных данных, чтобы полностью исключить первоначальные предположения о профилях влажности и температуры до наступления приземных метеорологических условий, вызывающих заморозки. Прогоны были завершены 30 июля. На C++ была написана программа для извлечения максимальной сезонной дневной глубины промерзания из каждого года производства (с августа по июль) в тепловой мощности EICM (.тм) файлы.

СТАТИСТИЧЕСКАЯ КОРРЕЛЯЦИЯ

AFDI, соответствующие 40 численно смоделированным данным о сезонах на каждой станции, также были рассчитаны на основе ежедневных наблюдений. Как и при численном моделировании, сезон для расчета AFDI был определен с 1 августа по 30 июля. Эти значения AFDI использовались для выполнения линейной регрессии моделируемой сезонной максимальной глубины промерзания по AFDI. Подгонка методом наименьших квадратов показана на РИСУНКЕ 2 вместе с верхним пределом одностороннего предсказания 90%.

РИСУНОК 2. График корреляции между смоделированной глубиной промерзания (D) и годовым индексом степени промерзания (AFDI), рассчитанным на основе фактических метеорологических данных на шести станциях, с линейной регрессией и односторонним верхним пределом прогноза 90%.

Уравнение, связывающее промерзание с AFDI, в градусо-днях по Цельсию:

D = 62,2 + 0,1024 AFDI (1)

, где D – глубина промерзания в сантиметрах.Значение R-квадрата для этой корреляции указывает на то, что 86% изменчивости глубины промерзания прогнозируется изменчивостью AFDI на сезонной основе.

Для расчета максимальной глубины промерзания с вероятностью 50 % на основе регрессии D на AFDI использовалось уравнение регрессии, поскольку фактическая глубина промерзания в любой данный год с вероятностью 50 % будет меньше, чем прогнозируется по этому уравнению. Следовательно:

Д50 = 62.2 + 0,1024 AFDI (2)

Для разработки 90% надежной корреляции между AFDI и глубиной промерзания был использован верхний 90% предел одностороннего прогнозирования, поскольку по определению фактическая глубина промерзания в любой данный сезон с вероятностью 90% будет ниже прогнозируемой этот предел. Это то же самое, что и верхний предел 80-процентного интервала двустороннего прогнозирования (например, 80-процентная вероятность оказаться между верхней и нижней границами 80-процентного интервала предсказания и 10-процентная вероятность оказаться ниже нижней границы интервала). ).

D90 = 71,4 + 0,1024 AFDI (3)

ГИС

ArcView использовалась для преобразования сетки среднего значения AFDI по штату с разрешением 1000 м в D50 и D90 с использованием уравнений (2) и (3). Эти полученные слои сетки D50 и D90 затем использовались при создании карт сезонной максимальной глубины промерзания на двух уровнях надежности.

КАРТЫ НА ДЕНЬ ЗАМЕРЗАНИЯ

Сетка средних значений AFDI по штату с разрешением 100 м была создана с использованием данных 17 метеорологических станций наблюдения по всему штату.Эти данные были обработаны для расчета среднего AFDI и односторонних 50% и 90% верхних доверительных пределов на каждой станции. Из более чем 350 станций метеорологических наблюдений в штате только эти 17 соответствовали критерию наличия набора данных минимум за 49 лет, которые были заполнены не менее чем на 73% (т. е. только станции, имеющие период 36 лет или более из возможных 49 -летний период был включен). Карты индекса замораживания были получены с помощью многомерной линейной регрессии AFDI в зависимости от X, Y и Z (т. g., восток, север и высота) координаты станций с пространственно интерполированными остатками, вычтенными из регрессионного прогноза.

Регрессия AFDI по X, Y и Z привела к значению R-квадрата, равному 90%, с остатками, составляющими около 10% изменчивости AFDI. Остатки являются результатом условий, не включенных в анализ и недоступных в доступных в настоящее время данных (т. е. факторов, отличных от X, Y и Z). Эти факторы могут включать орографические эффекты (впадины и «холодные точки» из-за топографии), расстояние до крупных водоемов и детали температурных станций.Найдена конкретная линейная зависимость:

AFDI = -426,1 + 0,0017785 X + 0,0013451 Y + 0,6585278 Z (4)

, где X, Y и Z — плоскостные координаты штата Вермонт в метрах (проекция NAD83), а AFDI имеет единицы измерения в градусо-днях по Цельсию. Затем остаточные значения 17 станций были пространственно интерполированы по сетке размером 1000 м по всему штату с использованием обратного взвешивания по расстоянию. При обратном взвешивании расстояния влияние любой известной точки на интерполированное значение неизвестной точки пропорционально обратному расстоянию между ними.Затем сетка интерполированных невязок была вычтена из сетки многомерной линейной регрессии, чтобы получить AFDI, который представлял собой сумму (а) регрессионной модели и (б) обратной взвешенной по расстоянию интерполяции невязок. Таким образом, данные на 17 известных станциях учитываются (точно интерполируются).

КАРТЫ ЗАМЕРЗАНИЯ

Уравнения (2) и (3) использовались для преобразования среднего охвата AFDI в максимальную глубину промерзания при надежности 50% и 90%.Хотя уровень надежности 90% обычно требуется для проектирования дорожного покрытия, карта с надежностью 50% была составлена ​​для сравнения с исходными картами промерзания (ок. 1960 г.). Все карты представлены в обычных единицах измерения США для сравнения с исторической картой, которая была доступна только в этих единицах. Карта для уровня надежности 50% показана на РИСУНОК 3, при этом соответствующая ранее существовавшая карта показана на РИСУНОК 4, а рассчитанная разница между старым и новым показана на РИСУНОК 5. Как видно из рисунков, на более новых картах доступно гораздо больше пространственных деталей, которые дают прогнозы на 38 см (15 дюймов) глубже и на 64 см (25 дюймов) меньше, чем на предыдущих картах. Карта максимального промерзания при уровне достоверности 90% представлена ​​на РИСУНОК 6.

РИСУНОК 3. Прогнозируемая максимальная глубина промерзания по всему штату в дюймах при 50% надежности.

---

РИСУНОК 4. Ранее существовавшая карта максимальной глубины промерзания по всему штату в дюймах при 50% достоверности.

---

РИСУНОК 5. Разница между новой и существующей картой максимальной глубины промерзания по всему штату в дюймах при 50% достоверности.

---

РИСУНОК 6. Прогнозируемая максимальная глубина промерзания по всему штату в дюймах при достоверности 90%.

ВЫВОДЫ

На основании проведенного анализа можно сделать вывод, что сезонная максимальная глубина промерзания может быть надежно оценена по отношению к AFDI, если зависимость для конкретного дорожного покрытия выводится с использованием метеорологических данных, учитывающих динамику погоды в конкретном регионе. Регрессия максимальной сезонной глубины промерзания (полученная из динамического моделирования температуры и потока влаги в конструкции дорожной одежды с использованием фактических климатических данных) по AFDI показала сильную положительную корреляцию и была полезна для подгонки линейного уравнения к среднему и 90% верхнему прогнозу. предел максимальной глубины промерзания.

За последние несколько десятилетий в штате Вермонт не произошло статистически значимого изменения климата.На шести метеорологических станциях, оцененных по всему штату, не было различимо никакой тенденции на уровне достоверности 95%, и менее 2% изменчивости AFDI коррелируют с годом возникновения. Таким образом, AFDI является стабильной метрикой для прогнозирования глубины промерзания. Тем не менее, отсутствовали полевые данные для проверки уравнений, связывающих максимальную глубину промерзания в сезон с AFDI в смоделированном дорожном покрытии. Это признано ограничением описанной работы.

Изучение составленных карт AFDI и годовой максимальной глубины промерзания по всему штату показывает, что в этих двух показателях присутствует значительная пространственная изменчивость. Большая часть этой изменчивости связана с влиянием высоты. Таким образом, долины рек, через которые проходят многие основные транспортные коридоры штата, имеют меньшую глубину промерзания, чем окружающая территория. Выяснение этой изменчивости может быть полезным открытием с точки зрения избежания затрат на транспортировку неместного материала базового слоя для укладки на ненужную глубину в новом строительстве. Точно так же знание этой изменчивости может теперь также привести к проектированию более глубоких конструкций дорожного покрытия, чем считалось ранее необходимым на больших высотах.

БЛАГОДАРНОСТИ

Эта работа финансировалась в рамках Государственной программы планирования и исследований Федеральным управлением автомобильных дорог и Отделом технического планирования Транспортного агентства штата Вермонт, Майком Пологруто, руководителем проекта.

ССЫЛКИ

1. Кейн, Д.Л. и Э. Ф. Чако-младший. «Влияние мерзлого грунта на инфильтрацию и сток», в книге «Гидрология и гидравлика холодных регионов», W. L. Райан и Р.Д. Криссман, изд., ASCE. Нью-Йорк, 1990 год.
2. Хольц, Р. Д. и В. Д. Ковач. Введение в геотехническую инженерию. Prentice-Hall, Inc., Энглвудские скалы, 1981.
3. Али, Х.А. и С.Д. Тайабджи. Определение промерзания секций LTPP, Заключительный отчет. Публикация FHWA-RD-99-088. FHWA, Министерство транспорта США, 1999 г.
4. Фаррингтон, С.П., М.Л. Гилдеа, Д. Догерти, Д. Риццо. Прогнозирование и картирование промерзания.Заключительный отчет по контракту № 984024. Транспортное агентство, штат Вермонт, 2001 г.

Оптимальный почва Мороз глубины для облегчения воздействия изменения климата в холодном регионе Сельское хозяйство

yosuke Yanai

¹ Hokkaido Сельскохозяйственный исследовательский центр, Наро, Мемро, Хоккайдо, 082-0081, Япония

Yukiyoshi Iwata

¹ Hokkaido Центр сельскохозяйственных исследований, НАРО, Мемуро, Хоккайдо, 082-0081, Япония

Томойси Хирота

² Центр сельскохозяйственных исследований Хоккайдо, НАРО, Саппоро, Хоккайдо 062-8555, Япония

^{1 Хоккайдо, Центр сельскохозяйственных исследований , Мемуро, Хоккайдо, 082-0081, Япония}

² Центр сельскохозяйственных исследований Хоккайдо, НАРО, Саппоро, Хоккайдо 062-8555, Япония

^* Текущий адрес: Управление стратегического управления, штаб-квартира, Национальное агентство сельскохозяйственных и пищевых исследований Организация (NARO), Цукуба, Ибараки 305-8517, Япония.

^† Текущий адрес: Институт сельского строительства, НАРО, Цукуба, Ибараки 305-8609, Япония.

Поступила в редакцию 4 мая 2016 г.; Принято к публикации 15 февраля 2017 г.

Эта работа находится под лицензией Creative Commons Attribution 4.0 International License. Изображения или другие сторонние материалы в этой статье включены в лицензию Creative Commons на статью, если иное не указано в кредитной строке; если материал не включен в лицензию Creative Commons, пользователям необходимо будет получить разрешение от держателя лицензии на воспроизведение материала.Чтобы просмотреть копию этой лицензии, посетите веб-сайт http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/

Abstract

Борьба с замерзанием почвы на ферме использовалась для выращивания добровольного картофеля ( Solanum tuberosum L.) , серьезная проблема с сорняками, вызванная изменением климата, в северной Японии. Глубокое промерзание почвы необходимо для эффективного уничтожения неубранных мелких клубней картофеля; однако этот процесс может задержать оттаивание почвы и усилить увлажнение почвы весной, тем самым задерживая начало сельскохозяйственной деятельности и увеличивая выбросы закиси азота из почвы. И наоборот, развитие неглубокого промерзания почвы способствует перезимовке неубранных клубней картофеля и вымыванию нитратов с поверхности почвы за счет периодической инфильтрации талой воды. В этом исследовании мы синтезировали эксперименты по управлению снежным покровом на ферме, чтобы определить оптимальную глубину промерзания почвы, которая может уничтожить неубранные клубни картофеля, не влияя на начало сельскохозяйственной деятельности, при этом сводя к минимуму загрязнение азотом из сельскохозяйственной почвы. Оптимальная глубина промерзания почвы была оценена как 0.28–0,33 м исходя из максимальной годовой глубины промерзания почвы. Борьба с замерзанием почвы является многообещающей практикой для смягчения последствий изменения климата для сельского хозяйства в холодных регионах, которая была инициирована местными фермерами и получила дальнейшее развитие со стороны национальных и местных научно-исследовательских институтов.

Антропогенное изменение климата стало серьезной проблемой для общества, и знания об эффективной адаптации к изменению климата постепенно накапливаются в государственном и частном секторах сельского хозяйства во всем мире ¹ . Например, в регионе Токати, крупнейшем районе выращивания картофеля ( Solanum tuberosum L.) в Японии, глубина промерзания почвы уменьшилась с конца 1980-х годов из-за изменения климата ² . Установлено, что неглубокое замерзание почвы способствует перезимовке неубранных мелких клубней картофеля ³ . Таким образом, добровольческий картофель стал серьезной проблемой сорняков в системе местного севооборота и в семеноводстве ^{3 ,4} . Чтобы решить эту проблему, местные фермеры в регионе Токачи начали убирать снежный покров зимой, используя сельскохозяйственную технику, такую ​​как тракторы и бульдозеры, для улучшения замораживания клубней картофеля.Однако отсутствие знаний и опыта иногда мешало контролю глубины промерзания почвы ⁴ . Впоследствии национальный исследовательский институт в сотрудничестве с некоторыми местными исследовательскими институтами разработал веб-систему поддержки принятия решений, которая помогала контролировать годовую максимальную глубину промерзания почвы (D _max ). Эта система включает в себя (1) визуализацию в режиме реального времени ежедневно прогнозируемой глубины промерзания почвы с использованием математической модели для определения температуры почвы на произвольной глубине под снежным покровом ⁵ и (2) службу оповещения, предлагающую рекомендуемые сроки проведения обработка снежного покрова на каждом поле.Эта система предполагала, что для борьбы с замерзанием почвы D _max должен находиться в диапазоне от 0,3 до 0,4 м, чтобы обеспечить искоренение картофеля с минимальными трудозатратами, затратами и риском в сельском хозяйстве (см. ) ³ . Таким образом, контроль глубины промерзания почвы с помощью научно обоснованного метода позволил возделывать добровольный картофель на площади в несколько десятков гектаров на одно фермерское хозяйство без применения агрохимикатов или тяжелого труда летом ⁴ . В настоящее время добровольное выращивание картофеля с использованием метода борьбы с замерзанием почвы стало обычным явлением среди фермеров региона Токачи и его окрестностей, восточного Хоккайдо, северной Японии.

Описание метода «борьбы с замерзанием почвы на ферме» и концептуальная диаграмма, показывающая оптимальную глубину промерзания почвы для выращивания добровольного картофеля.

В дополнение к добровольному выращиванию картофеля, считается, что борьба с замерзанием почвы оказывает множественное влияние на сельское хозяйство в холодных регионах ⁶ . На протяжении веков считалось, что замерзание почвы оказывает неблагоприятное воздействие на сельское хозяйство, например, эрозию почвы в период таяния снега ^{7 ,8} и задержки в начале сельскохозяйственной деятельности из-за чрезмерного увлажнения почвы в ранний период. весна.В последнее время появились опасения по поводу временно больших выбросов парникового газа (закиси азота) сразу после таяния снега при оттаивании почвы ^{9 ,10 ,11 ,12} . Кроме того, известно, что талая вода немедленно проникает в почву, когда глубина промерзания почвы становится малой ^{13 ,14 ,15} , что приводит к повышенному риску загрязнения воды за счет выщелачивания остаточных нитратов с поверхности почвы ^{16 ,17} . Эти события, вызванные изменением климата, предполагают, что необходимо определить новую оптимальную глубину промерзания почвы, чтобы избежать негативного воздействия на местное сельское хозяйство и окружающую среду. В этом исследовании мы проанализировали результаты, полученные в ходе полевых исследований, проведенных в районе Токачи, для оценки оптимальной глубины промерзания почвы. Подавление самосева картофеля считалось предполагаемым положительным эффектом борьбы с замерзанием почвы, тогда как меньший коэффициент инфильтрации талых вод и повышенная потеря нитратов с поверхности почвы считались отрицательными эффектами.Поскольку большая часть (52%) мировых площадей выращивания картофеля расположена между 44° и 58° с. картофелеводческих холодных регионов, избегая при этом негативных последствий.

Результаты

Среднее количество ростков картофеля весной ( λ ; ростков га ⁻¹ ) на полевом участке (таблица S1) было смоделировано с учетом количества клубней картофеля, оставшихся после уборки осенью ( Неубранные ; клубни га ^-1 ) и D _max ( D _max ; m) следующим образом:24 раза (= exp (-14,4 × 0,1)) на каждые 0,10 м увеличения D _max (). Действительно, коэффициенты всхожести картофеля-добровольца на D _max 0,20, 0,25, 0,30 и 0,35 м составляли 0,04, 0,02, 0,01 и  <0,01 соответственно. Эти результаты показали, что используемая в настоящее время глубина промерзания почвы (0,3–0,4 м) снижает коэффициент всхожести до неузнаваемого уровня (<0,01).

Параметризация взаимосвязей между годовой максимальной глубиной промерзания почвы и ( a ) коэффициентом всхожести картофеля-добровольца, ( b ) коэффициентом инфильтрации талой воды в почву и ( c ) коэффициентом удерживания нитратов на поверхности почвы .

Сплошная линия показывает прогнозируемое значение с доверительным интервалом 95 %. См. также дополнительные таблицы 1, 2 и 3. участок (дополнительная таблица 2) был смоделирован с учетом D _max ( D _max ; м):

.10, 0,20, 0,30, 0,40 и 0,50 м были 0,95, 0,80, 0,48, 0,16 и 0,04 соответственно, что указывает на заметное снижение между 0,20 и 0,40 м D _max (). D _max , вызывающий половину коэффициента инфильтрации, составлял от 0,29 до 0,30 мкм.

Ожидается, что удержание нитратов на поверхности почвы из-за развития глубокого промерзания почвы будет иметь аналогичную зависимость от коэффициента инфильтрации талой воды, поскольку они хорошо растворимы в воде и будут переноситься в почвенном растворе.Однако мы обнаружили совершенно другое соотношение ¹⁹ (). Среднее содержание нитратов в поверхностной (глубина 0–0,4 м) почве после снеготаяния ( μ ; кг N га ^–1 ) моделировалось с учетом D _max ( D _max ; м) и содержание нитратов в поверхностном слое почвы перед снегопадом ( Осень N ; кг N га ^-1 ) на экспериментальном участке (таблица S3) следующим образом:7 × 0,1)) на каждые 0,10 м увеличения D _max . Действительно, средние (с доверительным интервалом 95%) коэффициенты удержания нитратов при D _max , равные 0,10, 0,20, 0,30, 0,40 и 0,50 m, составили 0,15 (0,08–0,23), 0,22 (0,13–0,31), 0,32. (0,19–0,44), 0,47 (0,24–0,69) и 0,67 (0,26–1,09) соответственно. D _max , вызывающий половинное удержание нитратов на поверхности почвы, оценивается как 0,42 и глубже 0,32 м при рассмотрении среднего и 95% доверительного интервала соответственно.Эта высокая неопределенность коэффициента удержания нитратов в почве, вероятно, отражает большую пространственную изменчивость количества инфильтрации снеготаяния в зависимости от микрорельефа поверхности земли. Кроме того, измеренный и смоделированный коэффициент удержания нитратов выше 1,0 может свидетельствовать о наличии выброса нитратов. Можно предположить , что нитрификация происходит после таяния снега , когда глубокое промерзание почвы легко высвобождает разлагающиеся органические вещества , такие как клеточные компоненты микробов ²⁰ , поскольку замерзание почвы не наносит значительного ущерба нитрификаторам ²¹ .Измеренные профили содержания нитратов в почве до и после схода снега, а также временные ряды среднесуточной температуры воздуха, толщины снежного покрова и глубины промерзания почвы показаны на дополнительном рисунке 1.

Рассмотрение результатов параметризации манипуляций со снежным покровом Эксперименты, как показано выше, и результаты, полученные с учетом сельскохозяйственных / экологических последствий, оптимальный диапазон глубины промерзания почвы был предложен в размере 0,28–0,33 м от D _max следующим образом (). Неглубокий предел оптимума D _max (0.28 м) было относительно легко определить, учитывая, что он позволял эффективно управлять коэффициентом всхожести картофеля-добровольца на уровне около 0,01 или меньше. В этом случае коэффициент инфильтрации талой воды составил 0,53, а коэффициент удерживания нитратов – 0,42. Наоборот, другой предел оптимального D _max (0,33 m) было трудно разумно определить, поскольку коэффициент удерживания нитратов имел большую неопределенность в ответ на D _max . Кроме того, отсутствовали точные пороговые значения, позволяющие избежать затопления талыми водами, эрозии почвы и задержки начала сельскохозяйственной деятельности в ответ на D _max . Поэтому в настоящем исследовании мы предложили, чтобы предел D _max был просто точкой пересечения, т. е. 0,33  м (), указывая на то, что D _max уравновешивает эти два фактора, чтобы избежать заметного выщелачивания нитратов. В этом случае коэффициент инфильтрации талой воды составил 0,35, а удержание нитратов – 0,51. Таким образом, мы предварительно, но количественно предложили оптимальный диапазон D _max как 0,28–0,33 м на основе этих соображений, чтобы уничтожить самовольную всхожесть картофеля при одновременном управлении вымыванием нитратов и инфильтрацией талой воды.Дальнейшие последствия оптимального D _max обсуждаются в следующем разделе.

Получение оптимальной глубины промерзания почвы (0,28–0,33  м) в зависимости от отношения всходов картофеля-самородков (красный), инфильтрации талой воды (синий) и удержания нитратов на поверхности почвы (фиолетовый).

Сплошные линии показывают прогнозируемое значение с доверительным интервалом 95 %.

Обсуждение

Предложенный диапазон оптимального D _max (0,28–0,33 м) был относительно уже и мельче ранее предложенного значения (0,28–0,33 м).3–0,4 м) ³ в связи с дополнительными соображениями о возможном неблагоприятном воздействии глубокого промерзания почвы на сельское хозяйство и окружающую среду. Более высокий коэффициент удерживания нитратов за счет более глубокого промерзания почвы может быть интересной тенденцией, потому что борьба с замерзанием почвы при выращивании добровольческого картофеля также может позволить уменьшить загрязнение грунтовых вод нитратами. Тем не менее, D _max менее 0,35 м может быть предпочтительнее, чтобы не увеличивать риск временного увеличения выбросов парниковых газов (закиси азота) из почвы сразу после оттаивания почвы ^{9 ,22} (дополнительный рисунок 2).Кроме того, что важно, предлагаемый диапазон D _max был определен нашими полевыми данными, которые в основном были получены на месторождениях Андисол. Поскольку Andisol характеризуется высокой проницаемостью, диапазон D _max может быть таким же, как и на других месторождениях, например, с песчаной почвой. Напротив, почвы с более низкой проницаемостью могут иметь меньший коэффициент инфильтрации талой воды в почву, даже если D _max значительно меньше. Меньший коэффициент инфильтрации талой воды в почву может обеспечить более высокий коэффициент удержания нитратов в поверхностном слое почвы.Следовательно, более глубокая граница оптимума D _max может быть меньше 0,33 м, как определено в нашем исследовании (), в случае грунтов с меньшей водопроницаемостью. Другими словами, предлагаемый нами оптимальный D _max может быть применим в качестве эталона для достижения добровольной борьбы с картофелем с минимальным неблагоприятным воздействием на борьбу с замерзанием почвы для различных типов почв. Если D _max , равное 0,28  м, является очень глубоким для проникновения в поля поверхностных талых вод, целевое значение D _max должно быть изменено на основе допустимого уровня добровольной всхожести картофеля для отдельных фермеров. Таким образом, поддержание D _max в оптимальном диапазоне может позволить адаптироваться к последствиям изменения климата и смягчить их. Для более широкого применения борьбы с замерзанием почвы в качестве меры по смягчению последствий изменения климата необходимы дальнейшие исследования для установления связи между сезонной динамикой выбросов парниковых газов (закиси азота) и управлением почвой ²³ .

Управление выращиванием картофеля-добровольца с использованием метода борьбы с замерзанием почвы является многообещающей стратегией адаптации к изменению климата, которая была инициирована некоторыми местными фермерами и поддержана национальными и местными научно-исследовательскими институтами и получила широкое признание среди многих местных фермеров. и исследователи.Известно, что промерзание почвы в значительной степени подавляется толстым снежным покровом, т.е. D _max можно оценить с помощью индекса промерзания (сумма среднесуточных температур воздуха за дни с температурой ниже 0 °С до достижения толщины снежного покрова 0,20). м и более) ² . Таким образом, наша внутрихозяйственная борьба с замерзанием почвы, вероятно, может быть применима в регионах, где температура воздуха достаточно падает (средняя температура воздуха от -12 до -5 °C в период с декабря по февраль), а сплошной снежный покров появляется в начале зимы, когда среднее количество осадков достигает от 50 до 150  мм в период с декабря по январь ³ .Поскольку принцип борьбы с промерзанием почвы заключается в том, чтобы просто компенсировать теплоизоляционный эффект толстого снежного покрова, чтобы открыть поверхность почвы для холодного воздуха, ее можно легко осуществить на большой площади в несколько десятков гектаров с помощью обычных сельскохозяйственных машин. отдельных местных фермеров менее затратным по времени и трудоемким способом ³ . То есть эффективность метода борьбы с замерзанием почвы имеет определенные ограничения в зависимости от величины и скорости изменения климата ²⁴ .Как упоминалось выше, если холодная зима сопровождается чрезвычайно короткими снегопадами, D _max окружающей среды будет больше 0,33  м; развитие глубокого промерзания почвы будет иметь неблагоприятные последствия, потому что глубину промерзания почвы нельзя контролировать без снежного покрова. Напротив, в случае теплой зимы промерзание почвы будет ограниченным и, следовательно, недостаточным для достижения контроля над самосевным картофелем. Однако сценарии изменения климата для региона Токачи ^{25 ,26} , т.е.е. средняя температура воздуха зимой меняется от текущей (-8 °C) до конца 21 ^st века (2081–2100 гг.; −5 °C), можно предположить, что D _max около 0,3  м может быть достигнуто ³ . Таким образом, оптимум D _max , определенный в настоящем исследовании, может способствовать улучшению и предоставлению большего количества вариантов для выполнения многократных и немедленных адаптационных действий в разных регионах и в разные периоды времени на голых полях, убранных картофелем. В дополнение к голым полям метод борьбы с замерзанием почвы и концепция оптимального D _max могут применяться для условий перезимовки, таких как поля, засеянные озимой пшеницей ( Triticum aestivum L.) ²⁷ . Кроме того, метод борьбы с замерзанием почвы можно использовать для предотвращения загрязнения грунтовых вод, способствуя сохранению нитратов почвы в поверхностном слое ¹⁶ независимо от того, были ли поля засеяны картофелем или нет. Ученые в национальных и местных научно-исследовательских институтах должны предоставить научную основу для перспективных методов фермеров, чтобы установить безопасные для пользователей и окружающей среды эффективные меры адаптации к изменениям климата в сельском хозяйстве.

Методы

Статистическое моделирование

Оптимальная глубина промерзания почвы была определена путем повторного анализа опубликованных данных о коэффициенте всхожести картофеля-самородка и инфильтрации талой воды в почву; кроме того, был проведен эксперимент по манипулированию снежным покровом на ферме для определения удержания нитратов на поверхности почвы из-за глубокого промерзания почвы. Чтобы охарактеризовать отклики на годовую максимальную глубину промерзания почвы (D _max ), был применен подход обобщенной линейной модели (GLM) ²⁸ .

Добровольческий картофель

Мы оценили опубликованные данные о D _max ( D _max ; m), количестве неубранных клубней картофеля и проросших всходов, а также результирующий коэффициент всхожести добровольного картофеля во время внутрихозяйственного снежного покрова эксперимент по манипулированию, проведенный на 4 участках в районе Токачи за 2 года (2010–11, 2011–2012) ⁴ . Для статистического моделирования зарегистрированное количество клубней, оставшихся после сбора урожая, и количество всходов картофеля на единицу площади квадратного метра (м ^-2 ) умножали на 10 000, а затем округляли до ближайшего целого числа для преобразования в единицу измерения. (га ^-1 ) и до целочисленного значения (таблица S1).Кроме того, год исследования и обработка снежного покрова на одном и том же поле рассматривались как самостоятельная учебная площадка. Далее, поскольку клубень картофеля имеет 0, 1 или несколько ростков, т. е. не существует верхнего предела количества проросших ростков, мы предположили, что наблюдаемое изменение количества ростков картофеля на гектар ( Прорастание ) следует распределению Пуассона. среднего λ (уравнение 4). Мы установили D _max в качестве объясняющей переменной и количество неубранных клубней картофеля на гектар ( Неубранных ) в качестве сдвига в линейном предикторе.Впоследствии была применена функция связи журнала (уравнение 5). Коэффициенты в уравнении 5 ( β _{s 0} , β _{s 1} ) были оценены с использованием функции «glm» программного пакета R ²⁹ .

Инфильтрация талой воды

Мы повторно оценили опубликованные данные о взаимосвязи между D _max ( D _max ; м), количеством инфильтрированной воды в почву и количеством талой воды во время обработки снежного покрова эксперимент на исследовательской станции Мемуро (Центр сельскохозяйственных исследований Хоккайдо, НАРО: 143 °05′ в. д., 42 °53′ с.ш.) в регионе Токати более 4 лет (2005–06 ³⁰ , 2006–07 ³⁰ , 2007 г. –08 ³⁰ и 2008–09 ¹⁵ ).В этих исследованиях глубина промерзания почвы контролировалась снятием снежного покрова в начале зимы. Суммарный суточный нисходящий поток воды на глубине 0,5 м в период снеготаяния принимался равным количеству просачивающейся воды в почву ( Inf ; мм). Точно так же кумулятивное уменьшение эквивалента снеговой воды в период таяния снега было установлено равным количеству талой воды ( SnowTail ; мм). Эти значения немного отличались от опубликованных данных ^{15 ,30} , поскольку они были округлены до ближайшего целого числа для преобразования в целое значение для статистического моделирования (таблица S2).Кроме того, год обучения рассматривался как самостоятельный учебный участок. Основываясь на том факте, что количество инфильтрованной воды в почву было не больше, чем количество талой воды, т. е. данные Inf / SnowMelt находились в диапазоне от 0 до 1, мы предположили, что наблюдаемые изменения в Inf следуют биномиальному закону распределение среднего q и верхнего предела SnowMelt (уравнение 6). Мы установили D _max в качестве независимой переменной в линейном предсказателе, а затем применили функцию логит-связи (ур.7). Коэффициенты ( β _{q 0} , β _{q 1} ) в уравнении 7 были оценены с использованием функции «glm» программного пакета R ²⁹ .

Удержание нитратов в поверхностном слое почвы

Мы провели внутрихозяйственный эксперимент по оценке удержания нитратов в поверхностном слое почвы после снеготаяния на полях с разной годовой максимальной глубиной промерзания почвы ( D _max ; м). Эксперимент по манипулированию снежным покровом проводился на двух экспериментальных полях исследовательской станции Мемуро. Тип почвы классифицируется как Andisols, полученный из вулканического пепла, который является основным типом почвы в регионе Токачи. Содержание нитратов в почве на глубине 0–0,40 м (кг N га ^-1 ) перед снегопадом и после снеготаяния было установлено равным Осень N и Весна N соответственно (таблица S3). При статистическом моделировании год исследования и исследуемое экспериментальное поле рассматривались как независимый учебный участок. Далее, поскольку содержание нитратов является постоянной величиной и не должно иметь отрицательных значений, мы предположили, что изменения наблюдаемого содержания нитратов в поверхностной почве после таяния снега следуют гамма-распределению параметра формы s и параметра скорости r (уравнение .8), которые связаны со средним значением μ с s / r и дисперсией с s / r ² . Согласно определению параметра дисперсии ϕ, эти параметры связаны с дисперсией с μ ² ϕ; таким образом, s равно 1/ϕ, а r равно 1/ϕ μ . Мы устанавливаем D _max в качестве независимой переменной и AutumnN в качестве члена смещения в линейном предсказателе.Впоследствии функция логарифмической связи была применена к линейному предсказателю (уравнение 9). Параметры в уравнении 8 ( с, r ) и коэффициенты в уравнении. 9 (β _{N 1} , β _{N 2} ) были оценены с использованием функции «glm» программного пакета R ²⁹ .

Эксперимент на поле озимой пшеницы

В 2008 и 2009 годах озимая пшеница ( Triticum aestivum L.) выращивалась на экспериментальном поле, где изучалось влияние интенсивности обработки почвы на урожайность и потоки парниковых газов в почве ⁹ .Базовое азотное удобрение применялось в дозе 60 кг N га ^-1 в соответствии с местными традиционными методами ведения сельского хозяйства. Толщина снежного покрова в период с декабря 2008 г. по март 2009 г. не изменялась, т.е. обработка снежного покрова не проводилась на участках с традиционной (КТ) и малой (РТ) обработкой почвы, имеющих ширину с востока на запад 8 м и ширину 48 м. протяженность с севера на юг (оба размером 384 м ² ). Эти участки находились на расстоянии 13 м друг от друга с востока (RT) на запад (CT).Глубина промерзания почвы измерялась один раз в неделю или чаще с использованием метода замерзания ³¹ , а годовая максимальная глубина промерзания почвы (D _max ) составила 0,12 м и 0,14 м на участках CT и RT соответственно. (Таблица S3). В следующем, 2009–2010 гг., озимая пшеница возделывалась аналогичным образом, а эксперимент по манипулированию снежным покровом проводился попеременно на 3-х контрольных площадках по уплотнению снежного покрова и фоновому контролю; каждый опытный участок имел размер 64 м ² .Уплотнение снежного покрова производилось два раза в месяц в декабре 2009 г. и январе 2010 г. трактором ²⁷ ; среднее значение D _max на тройных участках составляло 0,49 м и 0,47 м на обработанных участках по сравнению с 0,05 м и 0,04 м на контрольных участках CT и RT соответственно (таблица S3). Образцы почвы отбирали с каждого участка с глубины 0–0,40 м с помощью ручного бура с интервалом 0,10 м в середине декабря и начале мая для оценки содержания нитратов в поверхностной почве до снегопада и после снеготаяния.Хорошо перемешанные образцы свежей почвы встряхивали с 2  M раствора хлорида калия в течение 60 мин для извлечения нитрата, а его концентрацию в экстракте определяли методом медно-кадмиевого восстановления с использованием системы проточного анализа (QuAAtro; SEAL Analytical Gmbh, Нордерштедт, Германия). Среднее содержание нитратов в почве (мг N кг ^-1 сухой почвы) для почвы толщиной 0,10 м было переведено в единицу кг N га ^-1 путем отдельного определения зависящей от слоя объемной плотности, которая равнялась 0.77; глубины 0–0,10, 0,10–0,20 и 0,20–0,40 м графика RT соответственно.

Эксперимент на кукурузном поле

На экспериментальном поле, расположенном к востоку от участка РТ, кукуруза ( Zea mays L.) выращивалась летом 2009 г. в соответствии с местной общепринятой практикой. После сбора урожая в конце августа 50 кг N га ^-1 сульфата аммония внесли с помощью разбрасывателя для ускорения разложения кукурузных остатков.Это поле (приблизительный размер, 1 га) в течение зимы содержалось голым и было разделено на две части: экспериментальную (управление снежным покровом) и контрольную (окружающий снежный покров) участок. Обработки по уплотнению снежного покрова проводились два раза в месяц в течение декабря 2009 г. и января 2010 г. Среднее значение D _max на контрольном и опытном участках составило 0,03 м и 0,42 м соответственно. Образцы почвенного керна были отобраны с каждого участка с глубины 0–1,0 м с помощью мотор-бура в конце ноября и начале апреля для оценки содержания нитратов в поверхностной почве перед снегопадом и после снеготаяния.Образец керна вырезали с интервалом 0,10 м в полевых условиях, а часть образцов свежей почвы встряхивали с 2  М раствора хлорида калия в течение 60  мин для извлечения нитрата. Определяли концентрацию нитратов в вытяжке и среднее содержание нитратов в почве (мг N кг ^-1 сухой почвы) для почвы толщиной 0,10 м переводили в единицы кг N га ^-1 , как описано выше. . Насыпная плотность контрольных и экспериментальных участков принималась равной 0.83, 1.01, 0.95, 0.67, 0.91, 1.15, 1.12 и 1.10 г см ^–3 для 0–0.1, 0.1–0.2, 0.2–0.4, 0.4–0.5, 0.5–0.6, 0.6–0.7, 0.7– 0,8 и 0,8–1,0 м соответственно.

Дополнительная информация

Как цитировать эту статью: Yanai, Y. et al . Оптимальная глубина промерзания почвы для смягчения последствий изменения климата в сельском хозяйстве холодных регионов. науч. Респ. 7 , 44860; doi: 10.1038/srep44860 (2017).

Примечание издателя: Springer Nature остается нейтральной в отношении юрисдикционных претензий в опубликованных картах и ​​институциональной принадлежности.

Благодарности

Работа выполнена при финансовой поддержке J. S.P.S. Номера грантов KAKENHI JP15K14831 (для TH, YI и YY), JP25292153 (для TH и YI).

Сноски

Авторы заявляют об отсутствии конкурирующих финансовых интересов.

Вклад авторов Инициатор и проектировщик эксперимента: Ю.Ю. Ю.И. и Т.Х. Выполняли опыты: Ю.Ю. и Ю.И. Проанализировали данные: Ю.Ю. и Т.Х. Составители рукописи: Ю.Ю., Ю.И. и Т.Х.

Ссылки

• МГЭИК.Резюме для политиков. В. Изменение климата 2014: последствия, адаптация и уязвимость. Часть A: Глобальные и отраслевые аспекты. Вклад Рабочей группы II в Пятый оценочный отчет Межправительственной группы экспертов по изменению климата[ред. Филд К.Б. и др…] Издательство Кембриджского университета, Кембридж, Великобритания и Нью-Йорк, штат Нью-Йорк, США, стр. 1–32 (2014). [Google Scholar]
• Хирота Т. и др.. Уменьшение глубины промерзания почвы и его связь с изменением климата в Токачи, Хоккайдо, Япония.Дж. Метеорол. соц. Япония 84, 821–833 (2006). [Google Scholar]
• Хирота Т. и др.. Борьба с замерзанием почвы: адаптация сельского хозяйства к изменчивости климата в холодном регионе Японии. Митиг. Адаптировать. Стратег. Глоб. Чанг. 16, 791–802 (2011). [Google Scholar]
• Язаки Т. и др.. Эффективное уничтожение клубней картофеля-добровольца ( Solanum tuberosum L.) путем борьбы с замерзанием почвы с использованием агрометеорологической информации — адаптивная контрмера к изменению климата в холодном регионе. Агр.За. метеорол. 182–183, 91–100 (2013). [Google Scholar]
• Хирота Т., Помрой Дж. В., Грейнджер Р. Дж. и Мауле С. П. Расширение метода принудительного восстановления для оценки температуры почвы на глубине и оценки мерзлых грунтов под снегом. Дж. Геофиз. Рез. Атмос. 107, 4767 (2002). [Google Scholar]
• Хаяси М. Зона холодного аэрации: гидрологическое и экологическое значение мерзлотных процессов. Вадосе Зо. Журнал 12, 2136 (2013). [Google Scholar]
• Лафлен Дж. М., Лейн Л.Дж. и Фостер Г. Р. WEPP: Новое поколение технологии прогнозирования эрозии. J. Охрана почвенных вод. 46, 34–38 (1991). [Google Scholar]
• Лин Ч. Х. и МакКул Д. К. Моделирование таяния снега и глубины промерзания почвы с помощью подхода энергетического баланса. Транс. АСАБЕ 49, 1383–1394 (2006). [Google Scholar]
• Флесса Х., Дёрш П. и Биз Ф. Сезонная изменчивость потоков N ₂ O и CH ₄ в пахотных почвах, обрабатываемых по-разному, на юге Германии. Дж. Геофиз. Рез. 100, 23115–23124 (1995).[Google Scholar]
• Пеннок Д., Фаррелл Р., Дежарден Р., Пэтти Э. и Макферсон Дж. И. Масштабирование камерных измерений выбросов N ₂ O при таянии снега. Может. J. Почвоведение. 85, 113–125 (2001). [Google Scholar]
• Янаи Ю. и др. Накопление закиси азота и истощение кислорода в сезонномерзлых почвах на севере Японии — эксперименты по управлению снежным покровом. Почвенная биол. Биохим. 43, 1779–1786 (2011). [Google Scholar]
• Кога Н., Цурута Х., Савамото Т., Нисимура С. и Яги К. Выбросы N ₂ O и поглощение CH ₄ на пахотных полях, обрабатываемых с использованием традиционных и минимальных систем обработки почвы в северной Японии. Глобальная биогеохимия. Циклы 18, ГБ40205 (2004 г.). [Google Scholar]
• Ивата Ю., Хаяши М. и Хирота Т. Сравнение инфильтрации снеготаяния при различных условиях промерзания почвы под влиянием снежного покрова. Вадосе Зо. Ж. 7, 79–86 (2008). [Google Scholar]
• Ивата Ю., Хаяши М., Судзуки С., Хирота Т.и Хасэгава С. Влияние снежного покрова на промерзание почвы, движение воды и инфильтрацию талых вод: эксперимент на парных участках. Водный ресурс. Рез. 46, 1–11 (2010). [Google Scholar]
• Ивата Ю. и др. Влияние дождя, температуры воздуха и снежного покрова на последующую инфильтрацию весеннего снеготаяния в тонкий слой мерзлой почвы на севере Японии. Дж. Гидрол. 401, 165–176 (2011). [Google Scholar]
• Ивата Ю., Язаки Т., Судзуки С. и Хирота Т. Движение воды и нитратов на сельскохозяйственном поле с разной глубиной промерзания почвы: полевые эксперименты и численное моделирование.Аня. Гляциол. 54, 157–165 (2013). [Google Scholar]
• Ватанабэ К. и др. Инфильтрация воды в мерзлый грунт с одновременным оттаиванием мерзлого слоя. Вадосе Зо. Ж. 12, № 1 (2013). [Google Scholar]
• Hijmans R. J. Мировое распространение урожая картофеля. Являюсь. Дж. Пот Рез. 78, 403–412 (2001). [Google Scholar]
• Батлле-Агилар Дж., Кук П. Г. и Харрингтон Г. А. Сравнение гидравлических и химических методов определения гидравлической проводимости и скорости фильтрации в глинистых водоупорах.Дж. Гидрол. 532, 102–121 (2016). [Google Scholar]
• Янаи Ю., Тойота К. и Окадзаки М. Влияние последовательных циклов замерзания-оттаивания почвы на микробную биомассу почвы и потенциал разложения органического вещества почв. Почвовед. Растительная нутр. 50, 821–829 (2004). [Google Scholar]
• Янаи Ю., Тойота К. и Окадзаки М. Влияние последовательных циклов замерзания-оттаивания почвы на потенциал нитрификации почв. Почвовед. Растительная нутр. 50, 831–837 (2004). [Google Scholar]
• Янаи Ю. и другие.. Манипуляции со снежным покровом на сельскохозяйственных полях: как вариант снижения выбросов парниковых газов. Экол. Рез. 29, 535–545 (2014). [Google Scholar]
• Исидзима К., Наказава Т. и Аоки С. Изменения концентрации закиси азота в атмосфере в северной и западной части Тихого океана. Теллус Б 61, 408–415 (2009). [Google Scholar]
• МГЭИК. limate Change 2014. Обобщающий отчет. Вклад рабочих групп I, II и III в Пятый оценочный отчет Межправительственной группы экспертов по изменению климата [основная группа авторов под редакцией, Пачаури Р.К. и Мейер Л. А.] МГЭИК, Женева, Швейцария, 151 стр. (2014 г.).
• Курихара К. и др.. Прогноз изменения климата над Японией из-за глобального потепления с помощью региональной климатической модели высокого разрешения в МРТ. SOLA, 1, 97–100 (2005) [Google Scholar]
• Инацу М., Томинага Дж., Кацуяма Ю. и Хирота Т. Изменение глубины промерзания почвы в восточной части Хоккайдо при мировых климатических сценариях +2 K. СОЛА, 12, 153–158 (2016). [Google Scholar]
• Симода С., Язаки Т., Нисио З., Хамасаки Т. и Хирота Т.Возможна борьба с замерзанием почвы за счет уплотнения снега на полях озимой пшеницы. Дж. Агрик. метеорол. 71, 276–281 (2015). [Google Scholar]
• Кубо Т. Введение в статистическое моделирование для анализа данных (на японском языке, оригинальное название переведено) (Iwanami Shoten, 2012).
• R Основная команда. R: Язык и среда для статистических вычислений http://www.r-project.org/ (2014 г.) (Дата обращения: 03.01.2016 г.).
• Ивата Ю., Хасэгава С., Судзуки С., Немото М. и Хирота Т. Влияние глубины промерзания почвы и температуры почвы на нисходящее движение почвенных вод в период снеготаяния.J. Японский соц. Почвенная физ. 117, 11–21 (на японском языке с резюме на английском языке) (2011 г.). [Google Scholar]
• Ивата Ю., Хирота Т., Судзуки Т. и Кувао К. Сравнение глубины промерзания и оттаивания почвы, измеренной с помощью морозостойких трубок и других методов. Холодный рег. науч. Технол. 71, 111–117 (2012). [Google Scholar]

Насколько глубоко в земле проходит линия промерзания? – М.В.Организинг

Насколько глубока линия промерзания в земле?

от 36 до 48 дюймов

Что такое уровень промерзания грунта?

Линия промерзания, также называемая глубиной промерзания, представляет собой глубину, на которой ожидается промерзание грунтовых вод в почве. Линии промерзания зависят от климатических условий местности, включая свойства теплопередачи материалов в земле (например, почвы) и близлежащих источников тепла.

Почему нужно копать ниже линии промерзания?

Когда вы копаете фундамент, вам нужно копать ниже линии промерзания. Это глубина, на которой ожидается замерзание влаги, присутствующей в почве. Как только ваши фундаменты будут закопаны ниже линии промерзания, земля будет действовать как барьер, изолирующий почву под фундаментом от промерзания зимой.

Насколько сильно промерзает земля?

Долгие периоды холода без снежного покрова могут привести к тому, что земля промерзнет на несколько футов, тогда как при постоянном снежном покрове земля может промерзнуть всего на несколько дюймов в глубину. В Арктике земля может быть постоянно заморожена на тысячи футов!

На какой глубине не промерзает земля?

Согласно номеру публикации Федерального управления автомобильных дорог FHWA-HRT-08-057, максимальная глубина промерзания, наблюдаемая на прилегающих территориях Соединенных Штатов, колеблется от 0 до 8 футов (2. 4 м). Ниже этой глубины температура меняется, но всегда выше 32 ° F (0 ° C).

Как узнать, что земля замерзла?

Мерзлый грунт плотный и жесткий. Мерзлая почва ощущается очень твердой и не прогибается под ногами. Сначала проверьте свою почву, пройдясь по ней или похлопав по ней в нескольких местах. Если нет весны или отдачи в почву, вероятно, она еще мерзлая и слишком холодная для работы.

Сколько времени нужно, чтобы земля оттаяла?

По данным Министерства сельского хозяйства США, лучший способ безопасно разморозить говяжий фарш — в холодильнике.Если вы используете метод заморозки в плоской упаковке, у вас будет готовое к приготовлению мясо всего за пару часов, в то время как полфунта говяжьего фарша в оригинальной упаковке может размораживаться до 12 часов.

Насколько холодной должна быть земля, чтобы замерзнуть?

32° по Фаренгейту

Можете ли вы взрыхлить мерзлую землю?

Обработка почвы при морозе 1-3 дюйма считается морозной обработкой. Одним из преимуществ является то, что мороз может задержать оборудование и уменьшить степень уплотнения почвы, но для протаскивания оборудования через почву потребуется мощный трактор.Мерзлая земля ведет себя не так, как талая.

Как называется мерзлый грунт*?

вечная мерзлота

Умеете ли вы вспахивать мерзлую землю?

Тема: RE: долото вспахивает мерзлую землю? Если вы можете поймать это правильно, я обнаружил, что нет никаких проблем. Однако, как правило, прежде чем я закончу с полем (обычно я пробую этот трюк около 7 часов вечера, когда температура начинает падать), иней становится слишком глубоким на глиняных холмах. Это когда ущерб начинается для меня.

Сколько лет самой толстой вечной мерзлоте?

Вечная мерзлота — это грунт, температура которого постоянно остается ниже 0 °C (32 °F) в течение двух или более лет на суше или под водой. Вечная мерзлота не обязательно должна быть первым слоем земли… Проявления.

Время (год)	Глубина вечной мерзлоты
775 000	687,7 м (2256 футов)

Является ли вечная мерзлота льдом?

Вечная мерзлота — постоянно мерзлый слой на поверхности Земли или под ней. Он состоит из почвы, гравия и песка, обычно связанных льдом. Вечная мерзлота обычно сохраняется при температуре 0°C (32ºF) или ниже в течение как минимум двух лет. Мерзлый грунт не всегда совпадает с вечной мерзлотой.

Чем вечная мерзлота отличается от ледника?

Любой ледниковый лед замерзает по определению; поэтому, если рассматривать его как мономинеральную породу, его можно рассматривать как вечную мерзлоту. Единственными составляющими ледника, которые могут иметь положительную температуру, являются вода и моренные включения на поверхности ледника или вблизи нее.

Почему таяние вечной мерзлоты считается подстановочным знаком, когда речь идет о глобальном потеплении?

«Газ производится круглый год, потому что дно озера не замерзло, поэтому микробы, которые там внизу, пируют на оттаивающей вечной мерзлоте». …

Тает ли вечная мерзлота летом?

Слой почвы поверх вечной мерзлоты не промерзает круглый год. Этот слой, называемый активным слоем, оттаивает в теплые летние месяцы и снова замерзает осенью. В более холодных регионах земля оттаивает редко, даже летом.

Как давно замерзла вечная мерзлота?

Вечная мерзлота в южных районах может оттаять из-за изменения климата. Некоторое количество углерода сотни тысяч лет находилось в мерзлой земле. Это произошло в период истории Земли, называемый плейстоценом. Период плейстоцена начался 1 800 000 лет назад и закончился 10 000 лет назад.

Каковы 5 последствий изменения климата?

Жара, засуха и нашествия насекомых, связанные с изменением климата, привели к увеличению числа лесных пожаров.Сокращение запасов воды, снижение урожайности сельскохозяйственных культур, воздействие жары на здоровье в городах, а также наводнения и эрозия в прибрежных районах вызывают дополнительные опасения.

Могут ли растения и животные находить воду, когда земля промерзла?

Как растения находят воду в районах с сезонной мерзлотой? Во многих местах, где земля ежегодно замерзает и оттаивает, большая часть воды замерзает. Растения должны пережить зиму с небольшим количеством воды. Они проталкивают свои корни глубоко под промерзший верхний слой почвы, чтобы найти жидкую грунтовую воду.

Насколько глубока линия замерзания в Монреале? – Firstlawcomic.com

Насколько глубока линия замерзания в Монреале?

5,5 футов
Раскопки в районе Биконсфилда в конце прошлой недели показали, что линия промерзания все еще имеет глубину 5,5 футов, сказал он, добавив, что это на фут глубже, чем исторический средний показатель для региона Большого Монреаля, который составляет 4,5 фута.

Насколько глубоко в Канаде проложены водопроводы?

Для защиты от мороза большинство водопроводных труб заглублено 1.5 метров (5 футов) под землей.

Сонотрубка какого размера для стойки 4×4?

12”
Sonotube какого размера мне нужен для столба забора 4×4”? Эмпирическое правило заключается в том, чтобы использовать трубку диаметром в 3 раза больше ширины штифта, поэтому используйте сонотрубку диаметром 12 дюймов для штифта 4×4 дюйма.

Насколько глубока линия промерзания в Келоуне?

600 мм
КЛИМАТИЧЕСКИЕ И СЕЙСМИЧЕСКИЕ ДАННЫЕ: 4.1 Климатические и сейсмические значения для проектирования зданий согласно Кодексу должны соответствовать значениям Кодекса для Келоуна, Британская Колумбия, за исключением: 4.2 Глубина почвенного покрова для защиты от замерзания, указанная в Кодексе, должна быть не менее 600 мм.

Что произойдет, если фундамент окажется выше линии промерзания?

Если бы фундамент находился выше линии промерзания, а вода под фундаментом замерзла, это могло бы привести к резкому вздыманию фундамента и растрескиванию фундамента. Линия промерзания – это глубина промерзания грунтовых вод.

Какова максимальная глубина линии промерзания?

Обратите внимание, как он перемещается с глубины 72 дюйма до глубины 6 дюймов.Максимальная глубина линии промерзания составляет 100 дюймов, как видно на оконечности Миннесоты, Северной Дакоты и Аляски, вплоть до нуля дюймов во Флориде, южной Аризоне и южной Калифорнии. Если карта недостаточно точна для вас.

Что нужно знать о линиях Фроста?

Что такое Морозная линия. Линия промерзания – это глубина промерзания грунта. Для строительных целей важно знать глубину промерзания. Водопроводные трубы всегда должны располагаться ниже линии промерзания, чтобы предотвратить их замерзание зимой.

Как долго Фонд должен находиться ниже уровня замерзания в Онтарио?

Да, ваш фундамент должен простираться ниже линии промерзания И должен опираться на ненарушенный грунт, рассчитанный на воздействующую на него нагрузку. На большей части юга Онтарио глубина 4 фута является нормой (технически в Части 9 Строительного кодекса Онтарио указано 1,2 м, что составляет 3,927 фута),…

Нужно ли прокладывать водопроводные трубы ниже линии промерзания?

Водопроводные трубы всегда должны располагаться ниже линии промерзания, чтобы предотвратить их замерзание зимой.Также важно, чтобы фундамент здания или террасы находился значительно ниже линии промерзания, чтобы стойки не смещались при замерзании и оттаивании земли. Проверьте свои местные строительные нормы и правила, чтобы определить правильную глубину за линией промерзания, на которой должен сидеть фундамент.

Монти Роланд, NPDP — инженер-механик из Южных Аппалачей, который любит разрабатывать продукты и проводить время на открытом воздухе

Почему: стоимость еды растет, доступность снижается

https://www.bloomberg.com/news/articles/2021-12-10/price-shock-at-the-meat-counter-worsens-u-s-inflation-jitters — например, говядина в этом году подорожала на 20%

Я видел цифры от 6 до 20% для других секторов продовольственного снабжения.

Давайте посчитаем. Вот один анализ:

• Продукт за 1 доллар в 2020 году стал продуктом за 1,20 доллара в 2021 году (при инфляции 20%), т. е. ваш общий счет за продукты увеличился на 20% по сравнению с 2020 годом.е. ваш общий счет за продукты увеличился на 44% по сравнению с 2020 г.
• станет продуктом стоимостью 1,728 долл. США в 2023 г. (с учетом инфляции 20%), т. е. ваш общий счет за продукты вырос на 73% с 2020 г.
• станет продуктом стоимостью 2,07 долл. США в 2024 г. (с учетом инфляции 20%) – – т.е. ваш общий счет за продукты увеличился на 100,1% по сравнению с 2020 годом (удвоился за 3 года)

Возможно, цены на продукты стабилизируются, и, возможно, проблемы с цепочкой поставок решатся сами собой. Я сомневаюсь в этом, но я, очевидно, не могу предсказать будущее. Я могу извлечь уроки из истории.Американская империя находится в упадке, и у нас впереди несколько долгих десятилетий.

Думая о вегетационном сезоне 2022 года

В преддверии вегетационного периода вы можете разделить проблемы на 2 основные области:

1) выращивание излишков продовольствия (посадка, уход, сбор урожая)
2) сохранение продовольствия

Одной из проблем при работе со свежими продуктами является их своевременное сохранение. Когда овощи созреют, их необходимо собрать, хранить в прохладном месте, а затем хранить в течение нескольких дней.Это общеизвестно, но по мере того, как мы становимся лучше в садоводстве и консервировании продуктов питания, становится яснее, насколько сложно и сколько работы нужно сделать, чтобы это работало в условиях ограниченного времени.

Давайте посмотрим, как сохранить продукты:

1) подготовить продукты – вымыть, очистить и нарезать на нужные размеры, бланшировать или приготовить (при необходимости). Эта часть процесса является наиболее трудоемкой и должна выполняться вскоре после того, как товары собраны (зависит от времени).После того, как это будет сделано, многие продукты можно заморозить до тех пор, пока не придет время консервировать их. Это также шаг, который требует наименьшего количества оборудования (по крайней мере, пока у нас не закончится место в морозильной камере).

2) консервирование пищевых продуктов – водяная баня, банка под давлением, обезвоживание, сублимационная сушка, замораживание и т. д.

3) последующая обработка – для обезвоживания это означает помещение в банки с поглотителями кислорода и вакуумирование банки, для консервирования вы даете банкам остыть перед тем, как поставить их на хранение (простая часть)

Предметы, которые следует приобрести для консервирования продуктов в этом году

Я понимаю, что у каждого из вас разные ограничения по пространству и бюджету, но вот список предметов, которые вы будете хранить и использовать десятилетиями, а некоторые и всю оставшуюся жизнь.Я не пытаюсь подтолкнуть вас к чему-либо, просто даю вам информацию и призываю вас использовать свое собственное суждение, чтобы делать то, что вам нужно сделать.

Если цены на продукты продолжат расти, то будет быстро увеличиваться количество людей, занимающихся садоводством (или пытающихся заниматься садоводством), и последующее увеличение числа людей, пытающихся купить эти товары ниже. В прошлом году был период, когда вы просто не могли достать банки, а если вы могли найти их в Интернете, то цены были очень высокими, даже на баночки небрендовых марок.

Также подумайте о том, чтобы сохранить продукты, чтобы сэкономить деньги, особенно когда цены на продукты растут. Если у вас сейчас проблемы с оплатой счетов, сможете ли вы жить, если цены на продукты удвоятся? Теперь у вас есть шанс что-то с этим сделать. Покупайте продукты, когда они дешевле и их много (например, во время сбора урожая), и откладывайте их на потом.

Общие необходимые вещи

Морозильная камера – независимо от того, как вы храните продукты, морозильная камера важна.Это позволяет вам готовить еду и замораживать ее до тех пор, пока вы не сможете сохранить ее. Заморозка также является отличным способом хранения продуктов.

Я разберу все, что вам понадобится для каждого метода консервирования продуктов.

Консервирование

• 1-квартовые банки Мейсона с широким горлышком (либо Мейсон, либо Болл, либо Керр [наименее предварительно], избегая фирменных банок) – может быть, 100-200 банок, их хватит навсегда, если они не повреждены, просто купите несколько каждую неделю приобретайте стандартную горловину, если вы не можете получить широкую горловину

• Крышки и кольца для банок (предпочтительна торговая марка). Вы также можете приобрести многоразовые крышки в Tattler (http://reusablecanninglids.com/)

• Консервный контейнер (используется для всего, от тыквы до картофеля и мяса — чем больше, тем лучше, измерьте свою плиту, чтобы убедиться, что она подходит) – тот, который не требует печати, лучше всего). Некоторые печи не будут работать с консервной банкой или не выдержат ее веса. Если это происходит у вас дома, вам, возможно, придется готовить на открытом воздухе, используя пропановую печь или плиту.

https://www.lehmans.com/product/41-12-qt-high-quality-pressure-canner/

• Кастрюля для консервирования на водяной бане (продукты с высокой кислотностью, такие как помидоры и соленья)

https://www.lehmans.com/product/black-enamelware-canner-215-qt/ – чем больше, тем лучше, просто измерьте свою плиту, чтобы убедиться, что она подходит для

https://www.lehmans.com/product/enamelware-21-12- qt-canner-with-5-piece-tool-set/ — поставляется с захватами для банок и воронками

Дегидратация

• Кувшины емкостью 1 кварта с широким горлышком (Mason или Ball, избегайте банок других производителей) – возможно, 100-200 банок, их хватит навсегда, если они не повреждены, просто покупайте несколько штук каждую неделю, покупайте обычные рот, если вы не можете получить широкий рот. Ищите их в своем продуктовом магазине и покупайте по дюжине каждую неделю вместе с крышками и кольцами

• 1 или 2 дегидратора — во время пикового сбора урожая иметь больше одного — это выигрыш

https://excaliburdehydrator.com / – получает хорошие отзывы
https://www.nesco.com/product/fd-80-snackmaster-square-food-dehydrator/ – у нас есть такой с 9 лотками

Сушка вымораживанием

• Кувшины емкостью 1 кварта с широким горлышком (Mason или Ball, избегайте банок других производителей) – возможно, 100-200 банок, их хватит навсегда, если они не повреждены, просто покупайте несколько штук каждую неделю, покупайте обычные рот, если вы не можете получить широкий рот.Ищите их в своем продуктовом магазине и покупайте по дюжине каждую неделю вместе с крышками и кольцами

ПРИМЕЧАНИЕ. Возможно, вы сможете найти многие из этих вещей, бывших в употреблении, консервные банки и банки. Пока банки не треснутые и не разбитые, они служат вечно. Часто, когда кто-то перестает консервировать, он раздает свои банки и консервные банки под давлением. Если в автоклаве используется прокладка, вы можете приобрести новую, если старая отсутствует или повреждена.

В большинстве продуктовых магазинов есть ограниченный запас консервных банок, просто забирайте их, как только они появятся.

Используйте свое суждение

Используйте свое суждение и делайте то, что можете себе позволить. Я никоим образом не предлагаю, чтобы вы влезали в долги за эти вещи. Я настоятельно рекомендую вам купить как минимум банки/крышки/кольца и дегидратор. Если у вас есть бюджет, то лиофилизатор будет отличным вложением. Сублимационная сушка — самый простой процесс. Используйте свое суждение. Надеюсь, этот пример вдохновит вас на успех в трудные несколько лет.

audaces fortuna iuvat – удача сопутствует смелым

Прощальная мысль – Эти ссылки только на продукты, которые я считаю достаточно сильными, чтобы рекомендовать их. У меня нет никаких отношений ни с одной из этих компаний, кроме как быть клиентом.

исследователей UNH получают грант в размере 1,2 млн долларов на изучение сезонного замерзания и оттаивания почвы

«Нечто есть, что не любит стены, Что вызывает под ней зыбь промерзшей земли И проливает на солнце верхние валуны; И делает промежутки, даже двое могут пройти в ряд», — написал Роберт Фрост в «Мендинг Стене».

Морозное пучение, которое превращает дороги Новой Англии и их водителей в ухабистую, сварливую кашу, является одним из многих последствий сезонного цикла замерзания и оттаивания почвы, который затрагивает примерно половину северного полушария.

«Сезонное замерзание почвы является серьезным нарушением, которое может иметь негативные последствия для нашей инфраструктуры и наших экосистем. Он может дестабилизировать дороги и здания, вызывать наводнения из-за усиления поверхностного стока и может влиять на здоровье растений, включая многолетние культуры, а также на виды лесных деревьев, повреждая корневую систему», — сказала Александра Контоста, доцент-исследователь Института Исследование Земли, океанов и космоса, а также исследователь сельскохозяйственной экспериментальной станции NH.

Тем не менее, несмотря на это хорошо известное явление, наблюдается удивительное отсутствие исследований промерзания почвы, которые бы оценивали время и степень промерзания почвы и его воздействия. Контоста — ведущий ученый в группе исследователей из Университета Нью-Гэмпшира, получивший грант в размере 1,2 миллиона долларов на устранение этого пробела в знаниях. Ученые стремятся ответить на два всеобъемлющих вопроса: как изменяется промерзание почвы в пространстве и во времени и как изменение условий промерзания почвы влияет на экосистемные процессы, такие как сохранение углерода в почве и сохранение питательных веществ?

Сезонное замерзание и оттаивание почвы также играет решающую роль в контроле круговорота питательных веществ и углерода в экосистемах умеренного пояса и влияет на вечную мерзлоту, агроэкосистемы, городские экосистемы и взаимодействие между людьми, зданиями и дорогами.Будущее сочетание быстрого потепления зим, перемежающихся экстремальными похолоданиями, предполагает, что случаи заморозков и оттепелей, вероятно, участятся в регионах от средних до высоких широт, включая Новую Англию. Междисциплинарная группа экологов, гидрологов, инженеров и ученых-климатологов, работающая над грантом, разработает и испытает новые системы, чтобы понять вариации промерзания почвы в зависимости от ландшафта.

Для этого они будут разрабатывать, тестировать и развертывать беспроводные подземные датчики и георадарную систему для непрерывных измерений промерзания почвы.Они будут использовать измерения, чтобы понять, как меняющиеся зимние условия влияют на изморозь почвы в ландшафте, и оценят, как экосистемы реагируют на глубину промерзания почвы зимой.

«Появление новых технологий, таких как недорогие микроконтроллеры, дает возможность автоматизировать классическую морозостойкую трубку и увеличить количество наблюдений в более удаленных местах. В то же время объединение георадара с беспилотными воздушными системами позволяет расширить точечные измерения до ландшафтного масштаба.Вместе эти новые методы позволят проводить более частые измерения на более широких пространственных территориях, что даст важную информацию о замерзании почвы и его последствиях для человека и природных систем», — сказала она.

Проект особенно важен в меняющемся климате. По мере того как зимы продолжают оставаться теплыми, уменьшение глубины и продолжительности снежного покрова приводит к общему снижению изолирующей способности снега и делает почвы более уязвимыми для почвенных морозов. Тем не менее, сезонные исследования замораживания-оттаивания часто строго ограничиваются наблюдаемыми или смоделированными температурами почвы, которые являются неполными показателями промерзания почвы.В настоящее время не существует автоматических датчиков, которые непосредственно определяют глубину промерзания почвы, или каких-либо средств для определения глубины промерзания почвы с высоким разрешением с использованием платформ дистанционного зондирования.

«Наши полностью автоматизированные беспроводные подземные датчики промерзания почвы и беспилотная воздушная система георадарной технологии помогут лучше понять, как быстро меняющиеся зимы повлияют на микроклимат почвы. Это понимание необходимо для информирования о гидрологических, сельскохозяйственных и экологических процессах в холодное время года», — сказал Контоста.

Помимо Контосты, в научную группу UNH входят климатолог Элизабет Бураковски, исследователь экспериментальной станции и микробиолог-эколог Серита Фрей, инженер по водным ресурсам и гидролог по поверхностным водам Дженнифер Джейкобс, а также инженер-электрик и компьютерщик Шаад Махмуд. Джон Кэмпбелл, эколог-исследователь Северной исследовательской станции Лесной службы США, также является соавтором. Проект обучит следующее поколение ученых и заинтересованных сторон теории и практике понимания местных и глобальных последствий смены зимы.

Этот материал основан на работе, проведенной при поддержке Сельскохозяйственной экспериментальной станции штата Нью-Гемпшир при совместном финансировании Национального института продовольствия и сельского хозяйства, Министерства сельского хозяйства США в рамках Инициативы исследований в области сельского хозяйства и продовольствия № 1025737 и штата Нью-Гэмпшир.

Сельскохозяйственная экспериментальная станция штата Нью-Гемпшир, основанная в 1887 году в Колледже наук о жизни и сельского хозяйства ООН, является первым исследовательским центром ООН и неотъемлемым компонентом наследия и миссии университета Нью-Гэмпшира, предоставляющего землю. Мы распоряжаемся федеральным и государственным финансированием, в том числе поддержкой Национального института продовольствия и сельского хозяйства Министерства сельского хозяйства США, для проведения непредвзятых и объективных исследований, касающихся различных аспектов устойчивого сельского хозяйства и продуктов питания, аквакультуры, лесопользования и связанных с ними тем дикой природы, природных ресурсов и сельских сообществ. . Мы обслуживаем агрономические и садоводческие исследовательские фермы Woodman и Kingman, исследовательские теплицы Macfarlane, учебный и исследовательский центр Fairchild Dairy и Исследовательскую ферму органических молочных продуктов.Дополнительные свойства также предоставляют корма, леса и лесные массивы для прямой поддержки исследований, обучения и информационно-пропагандистской деятельности.

Университет Нью-Гэмпшира — флагманский исследовательский университет, который вдохновляет на инновации и меняет жизнь в нашем штате, стране и мире. Более 16 000 студентов из всех 50 штатов и 71 страны занимаются с отмеченными наградами преподавателями по лучшим программам в области бизнеса, инженерии, права, гуманитарных наук и естественных наук по более чем 200 учебным программам.