Идеен подход за оценка ефективността на снегозащитни съоръжения

През последните години в Р.България се поставя особен акцент върху проблема „снегонавяване“. Процесът се характеризира като обилен снеговалеж в комбинация със силен вятър. В резултат се образуват уплътнени снежни пластове и/или преспи, чиято повърхност в повечето случаи е заледена и възпрепятства ефективното и кратковременно снегочистене. Снегонавяването върху пътното платно при снежни виелици е не само честа причина за блокирането и затварянето на пътни участъци от републиканската и общинската пътна мрежа в много области на България, но и поставя в рискови ситуации живота на много хора.

Екип под ръководството на доц. д-р инж. Евелина Иванова от катедра „Пътища и транспортни съоръжения“, УАСГ София, разработва научно-изследователски проект „Изследване на проблема със снегонавяването по автомобилните пътища в България. Оценка на ефективността на вариантни решения на защитни конструкции. Анализ на приложимостта на постоянни снегозащитни съоръжения с инсталация от PV-панели” към НИС на УАСГ-ЦНИП София. Екипът се състои от представители на Университета по архитектура, строителство и геодезия – София, Техническия университет – София, катедра „Хидроаеродинамика и хидравлични машини“ и фирма СофтСим Консулт. Основна цел на екипа е обследването, анализирането и посочването на конкретно проектно решение за вида и схемата на разполагане на снегозащитни съоръжения в реален пътен участък от АМ „Тракия“. В резултат същият се стреми да разработи ясен подход, основан на методически принципи, създаващ добра основа за анализ на бъдещите предизвикателства пред зимното поддържане по отношение на проблема снегонавяване в Р.България. Иновативност и целесъобразност се търси и в интегрирането на фотоволтаична инсталация в конструкцията на снегозащитните съоръжения, с идея да бъде постигната допълнителна цел – производство на зелена електроенергия.

В периода от началото на 2018 година до момента е направен анализ на влиянието на климатичната обстановка върху процеса на снегочистене. Проучена, систематизирана и анализирана е нормативната база за снегозащита в България, Австрия, Русия, САЩ и Германия. Извършени са предварителни проучвания на характеристиките на пътното трасе на АМ „Тракия“ с фокус върху участъците с регулярни проблеми по зимното поддържане - опасност от снегонавяване. В резултат е избран подучастък от АМ „Тракия“ с дължина 1 km в района на пътен възел „Айтос“ за последващо пълно изследване на база геометрични параметри на трасето и статистически данни за повтаряемост на характерни климатични явления в комбинация помежду си (снеговалеж в условията на ураганен вятър), при които е регистрирано затваряне на двете платна за движение за период по-голям от 6 часа. Извършено е визуално и геодезическо заснемане, в границите на които попада избраният и заложен по научния проект километраж от автомагистралата. Създадени са стереолитографски файлове на база получената от заснемането информация и са асоциирани в приложения, в които се формират 3D обектите на терена и елементите върху него, предмет на флуидно изследване.

Основен етап, в който се намира научният проект, е провеждането на числено моделиране от екип под ръководството на доц. д-р инж. Д. Марков (катедра "Хидроаеродинамика и хидравлични машини" на Технически университет – гр. София). Разработва се цифров модел, който апроксимира вятърните течения в близост до земната повърхност. Моделира се атмосферен граничен слой (ABL) около съоръженията против снегонавяване в участъка от автомагистралата и се осъществява числено изследване чрез стационарни симулации, базирани на метода на изчислителната механика на флуидите (CFD) и в частност метода на контролните обеми.

Идейният подход за оценка ефективността на снегозащитни съоръжения се базира на мултимодулно моделиране на натрупване и пренос на снежна маса в зоната на изследване. Предложеният подход включва различни числени методи за моделиране, разпределени в седем взаимно свързани модула с итеративно решаване по времето. Необходимите модули са за: CAD моделиране; оценка на метеорологичните условия; апроксимиране на локалната посока и скорост на вятъра; апроксимиране на снеговалежа; коригиране на терена и вятъра (след снеговалеж и снегонавяване); апроксимиране на снегонавяването; следене на решението и визуализация на числените резултати.

Паралелно се разработва предварителна геометрия и степен на замрежване на вариантни съоръжения против снегонавяване, които да бъдат използвани при изследването на формирания числен модел. Екипът насочва внимание в посока оптимизиране на линейните прегради от инвентарни снегозащитни съоръжения и даване на предложения за вариантно конструктивно решение, върху което да се монтират PV панели. Провежда се и изследване на оптималния наклон и размери на фотоволтаичните системи в зависимост от изложението (югоизток, юг или югозапад). Използване на модел на анизотропно небе, който се характеризира с висока реалистичност при моделирането на директна и дифузна слънчева радиация.

Понастоящем в световен план основна е тенденцията към създаването, изследването и прилагането на числени модели за решаване на основните задачи, свързани със снегонавяването в сферата на пътната практика. Използват се разработени или се разработват софтуерни продукти с цел получаване на крайни резултати в числов вид. Решаването на даден практически проблем, като снегонавяването, е комплексен процес и е трудно да се постигне максимална ефективност на мероприятията за защита на база предходен опит, респ. само чрез прилагане на систематизирани правила и препоръки.

Екипът на научно-изследователския проект има за цел да се създаде работещ подход за избор и разполагане на временни и постоянни снегозащитни съоръжения за нуждите на зимното поддържане в Р.България.