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Time-Dependent Surface Elevation of an ice Slope*

Published online by Cambridge University Press:  20 January 2017

Kolumban Hutter*
Affiliation:
Versuchsanstalt für Wasserbau, Hydrologie und Glaziologie, Eidg. Technische Hochschule Zürich, Gloriastrasse 37/39, CH-8092 Zürich, Switzerland
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Abstract

By introducing a coordinate stretching, the governing field equations of the creep flow of a non-Newtonian viscous medium down a uniform slope are solved to determine the differential equation describing the propagation of long surface waves caused by initial disturbances and/or time-dependent accumulation-rate The differential equation for the surface wave depends on the flow law of the non-Newtonian fluid, the boundary condition at the ice-bedrock interface, the bedrock topography and the thickness–wavelength ratio. For moderately long waves and small elevation above the mean thickness the results agree in their essentials with those of the kinematic wave theory and the forward wave equation with a diffusion term is derived, but when improving this by allowing higher elevations the Burger's equation and even more complex equations are obtained. To derive these results Glen’s flow law must be generalized to avoid infinitely fast changes in stress deviators close to zero Strain-rates, The range of applicability of the various equations is discussed.

Résumé

Résumé

En introduisant une coordonnée de tension on a résolu les équations qui régissent le glissement d’un milieu visqueux non-Newtonien le long d'une pente uniforme afin de déterminer l'équation différentielle de la propagation des longues ondulations de surface causées par les irrégularités initiates et/ou le taux d'accumulalion en fonction du temps. L'équation différentielle pour L'ondulation de surface dépend de la loi d'écoulement du fluide non-Newtonien des conditions aux limites à I’ interface glace-lit rocheux, de la topographie du lit rocheux et du rapport entre la longueur d’onde de l’ ondulation et l'épaisseur. Pour des ondulations modérément longues et une faible dénivellée au-dessus de l'épaisseur moyenne, les réultats concordent dans l'ensemble avec ceux de la théorie des ondes cinématiques et on en déduit l'équation de la propagation de l'onde avec un terme de diffusion, mais si on veut poursuivre en admettant des dénivellees plus importantes, on obtient l'équation de Burger et même des équations plus complexes. Pour retrouver ces résultats, il faut généraliser les Iois d’écoulement de Glen de mamère à éviter des variations infiniment rapides des déviateurs des contraintes au voisinage des taux de déformation nuls. On discute des domaines d'applicabilité des difftréntes équations.

Zusammenfassung

Zusammenfassung

Durch Einführung einer Koordmatenstreckung werden die feldgleichungen der Kriechbewegung eines nicht-Newtonschen Mediums für eine planparallele Schicht gelöst; dadurch erhält man die Differentialsgleichung für lange Oberflächen-wellen, welchc durch anfängliehe Störungen und zeitabhängige Akkumulationsraten erzeugt werden Die differentialgleichung dieser Oberflächenwellen hängt vom Fliessgesetz der nicht-Newtonschen flüssigkeit, von der Randbedingung am Gletscherbett, der Untergrundtopographie und vom Verhältnis Gletscherdicke/wellenlänge ab. Für mässig lange Wellen und kleine Oberflächenerhebungen stimmen die Resultate grundsätzlich mit der Theorie kinematischer Wellen überein. Man erhält die Gleichung einer vorwärts schreitenden Welle mit einem zusätzlichen Diffusionsterm. Wenn die Theorie durch Mitberücksichtigung grosser Oberflächenerhebungen verbessert wird, so erhält man jedoch die Gleichung von Burgers, oder noch kompliziertere Wellengleichungen, welche die Dispersion mitberücksichtigen. Um diese Resultate herzuleiten muss das Glen'sche Fliessgesetz verallgemeinert werden, um unendlich schnelle Änderungen im spannungsdeviator bei kleinen Verzerrungsgeschwindigkeiten zu vermeiden. Der Berotch der Anwend-barkeit der verschiedenen Gleichungen wird diskutiert und es wird gezeigt, dass die kinematische Wellen-theorie i.a. nicht genügt, um Oberflächenwellen in Gletschern zu behandeln.

Information

Type
Research Article
Copyright
Copyright © International Glaciological Society 1980
Figure 0

Fig. 1.(a)Surface-wave velocity as a function of the inclination angle γ parameterized for n = 2, 3 and various values of in the generalized Glen flaw law. No slip of the glacier at the bed.(b)Same as Figure 1a, but for the case when sliding occurs. The sliding law is ub = øτm, and has been used for m = 2. The thick lines are for ub = 0.005, the thin lines for ub = 0.01.

Figure 1

Fig. 2.(a)Diffusion parameter as a function of the inclination angle γ parameterized for n = 2, 3 and for various values of in the generalized Glen flow law. No slip of the glacier at the bed.(b)Same as Figure 2a, but for the case when sliding occurs. The sliding law is ub = øτm, m = 2.

Figure 2

Fig. 3.(a) as a function of the inclination angle γ parameterized for n = 2, 3 and various values of in the generalized Glen flow law. No slip of the glacier at the bed.(b)Same as Figure 3a, but for the case when sliding occurs. The sliding law is ub = øτm, m = 2.

Figure 3

Fig. 4.(a)Dispersion parameter plotted against the inclination angle γ parameterized for n = 2, 3 values of . No slip of the glacier at the bed.(b)Same as Figure 4a, but for a sliding velocity ub, = 0.005. The sliding law is ub = øτm, m = 2.(c)Same as Figure 4a, but for a sliding velocity ub = 0.01. The sliding law is ub = øτm, m = 2.

Figure 4

Fig. 5.(a) plotted against the inclination angle γ for n = 2 and various values of a and several sliding conditions.(b)Same as Figure 5a, but for n = 3.