Numerical study of the idealized mountain gorges atmosphere
Authors: Каменецкий Е.С. , Радионов А.А. 
Published: September 2024

Актуальность работы. В горных территориях расположены хвостохранилища, в которых, часто открытым способом, содержатся «хвосты» – отходы деятельности горнодобывающих комбинатов, откуда в летнее время, при солнечном нагреве и заметном ветре в виде мелкой пыли хвосты попадают в атмосферу горных ущелий. Многофакторные течения воздуха и сложные закономерности аэродинамики горных ущелий обусловливают необходимость исследования каждого конкретного ущелья отдельно. Изучение горных ущелий идеализированной формы удобно использовать для подробного анализа атмосферных течений в практически важных прикладных задачах мониторинга аэродинамических характеристик и распространения ЗВ в реальных ущельях. Методы. При помощи математического моделирования рассматриваются трехмерные изотермические течения атмосферы в горном ущелье с идеализированной геометрической формой в виде прямоугольной каверны, ориентированной с юга на север. Целью исследования является изучение влияния отношения ширины горного ущелья к его высоте и сопоставление результатов модельных расчетов полученными для Алагирского горного ущелья, РСО-Алания, РФ. Результаты. Показано, что при отношении ширины к его высоте большим трех горное ущелье относится к условно «широким». Анализ аэродинамических свойств Алагирского горного ущелья позволяет сделать вывод, что в точке нахождения Унальского хвостохранилища это ущелье соответствует широким ущельям. Такой вывод можно сделать из соответствия роз ветров этих ущелий и из приблизительного соответствия нестационарных режимов течения по направлениям внешнего ветра. Для идеализированных ущелий разной ширины показаны розы ветров, характерные профили скорости ветра в поперечном сечении ущелья, частоты и амплитуды возникающих осцилляций при разных направлениях внешнего ветра, а также распределения концентрации примеси от источника, расположенного на дне ущелья, как маркера режимов течения. Знание закономерностей течения воздуха в идеализированных горных ущельях позволяет проводить более глубокий анализ аэродинамических режимов и основных свойств рассеяния загрязняющих веществ в реальных горных ущельях, а также осуществлять реалистичные прогнозы на основе идеализированных моделей. Ключевые слова: горное ущелье, пыль, хвостохранилище, математическая модель, аэродинамика

Relevance. In mountainous areas there are tailing dumps that contain “tailings” – waste from mining plants, from where the tailings enter the atmosphere of mountain gorges in the form of fine dust. Multifactorial air flows and complex patterns of pollutant distribution in mountain gorges determine the need to study each specific gorge separately. The study of mountain gorges of an idealized shape is convenient to use for a detailed analysis of atmospheric flows in practically important applied problems of monitoring aerodynamics and the propagation of pollutants in real gorges. Methods. Using mathematical modeling, three-dimensional isothermal atmospheric flows in a mountain gorge with an idealized geometric shape in the form of a rectangular cavern oriented from south to north are considered. The purpose is to study the influence of the width to height ratio of a mountain gorge and compare the results of model calculations with the model of the Alagir mountain gorge, North Ossetia-Alania, Russian Federation. Results. It is shown that when the width to height ratio is greater than three, the mountain gorge belongs to the comparable “wide” gorge. Analysis of the aerodynamic properties of the Alagir mountain gorge allows us to conclude that at the location of the Unal tailings dump this gorge corresponds to wide gorges. This conclusion can be drawn from the correspondence of the wind roses of these gorges and from the approximate correspondence of unsteady flow regimes depending on the direction of the external wind. Wind roses, profiles of wind speed, frequencies and amplitudes of unsteady oscillations, the distribution of dust concentration from the pollutant source as a marker of flow regimes are shown for idealized gorges of different widths. Knowledge of the air flows in idealized mountain gorges allows us to conduct a more in-depth analysis of aerodynamic regimes and the basic properties of pollutant dispersion in real mountain gorges and make realistic forecasts based on idealized models