Information-theoretic approaches to atoms-in-molecules : Hirshfeld family of partitioning schemes

Many population analysis methods are based on the precept that molecules should be built from fragments (typically atoms) that maximally resemble the isolated fragment. The resulting molecular building blocks are intuitive (because they maximally resemble well-understood systems) and transferable (because if two molecular fragments both resemble an isolated fragment, they necessarily resemble each other). Information theory is one way to measure the deviation between molecular fragments and their isolated counterparts, and it is a way that lends itself to interpretation. For example, one can analyze the relative importance of electron transfer and polarization of the fragments. We present key features, advantages, and disadvantages of the information-theoretic approach. We also codify existing information-theoretic partitioning methods in a way, that clarifies the enormous freedom one has within the information-theoretic ansatz

ВЛИЯНИЕ ЛЕСА НА СНЕГОНАКОПЛЕНИЕ (ПО ДАННЫМ ПОДМОСКОВНОЙ СТОКОВОЙ СТАНЦИИ

Engineering culverts and drainage structures are designed when solving land reclamation problems and road construction. Since the main parameter in calculating the dimensions of bridge or pipe holes or sections of drainage ditches is the extreme flow rate, its correct determination has a great influence on design decisions. Extreme flow rates on most rivers occur during the spring flood, so to correctly determine this flow rate, it is important to understand the conditions of flood formation. In the mixed forest zone of the European part of Russia, with drainage areas of more than 100 km2, the flood of the spring flood almost always exceeds the storm flood in magnitude. Its volume is determined by the water reserves in the snow cover at the beginning of snow melting, and its consumption is determined by the amicability of the spring flood. Therefore, the study of the conditions for the formation of snow cover, its distribution over the river basin is of great scientific and practical interest. The accumulation of snow reserves strongly depends on the degree of coverage of the catchment area with forest, especially in the zones of taiga, mixed forests and forest-steppe. The main runoff-forming characteristic of the snow cover is the maximum snow storage - the total amount of water in solid and liquid form contained in the snow cover at the time of its maximum accumulation. For example, for the forest and field catchments of the Moscow Region runoff station, the maximum snow reserves in individual years differ in moisture content up to 60%. The redistribution of snow reserves in favor of the forest leads to later snow melting and, as a consequence, spreading of the peak of the spring flood. The maximum moisture reserves in snow in the forest exceed those in the open area according to long-term data by an average of 10%, however, the coefficient taking into account the influence of the forest on the runoff takes values of 30–40%, which is confirmed by observation data. The article notes the difference between the flood friendship coefficients calculated according to its physical meaning and determined from the data of analogous rivers in the opposite wayИнженерные водопропускные и водоотводные сооружения проектируются при решении мелиоративных задач и строительстве дорог. Поскольку основным параметром для расчетов размеров мостовых или трубных отверстий, или сечений водоотводных мелиоративных канав является экстремальный расход, его правильное определение оказывает большое влияние на принятие проектных решений. Экстремальные расходы на большинстве рек проходят во время весеннего половодья, поэтому для правильного определения этого расхода важно понимать условия формирования половодий. В зоне смешанных лесов Европейской части России при площадях водосбора, превышающих 100 км2, весеннее половодье практически всегда по величине превышает ливневой паводок. Объем половодья определяется запасами воды в снежном покрове на начало снеготаяния, а максимальный расход – дружностью весеннего половодья. Поэтому изучение условий формирования снежного покрова, его распределения по бассейну реки представляет большой научный и практический интерес. Накопление снегозапасов сильно зависит от степени покрытия территории водосбора лесом, особенно в зонах тайги, смешанных лесов и лесостепной зоне. Основной стокоформирующей характеристикой снежного покрова являются максимальные снегозапасы – общее количество воды в твердом и жидком виде, содержащееся в снежном покрове на момент максимального его накопления. Например, для лесного и полевого водосборов Подмосковной стоковой станции максимальные снегозапасы в отдельные годы имеют различие во влагосодержании до 60%. Перераспределение снеговых запасов в пользу леса приводит к более позднему снеготаянию и, как следствие, уменьшению коэффициента дружности весеннего половодья. Максимальные влагозапасы в снегу в лесу превышают таковые на открытой местности по многолетним данным в среднем на 10%, однако коэффициент, учитывающий влияние леса на сток, уменьшает значения максимального стока на 30–40% по сравнению с полем, что подтверждается данными наблюдений. В статье отмечается различие между коэффициентами дружности половодья, вычисленными по его физическому смыслу и определенными по данным рек-аналогов обратным путем Асарин А.Е., Жиркевич А.Н. О необходимости разработки методики расчета вероятного максимального паводка (PMF) для инженерно-гидрологических расчетов в России // Водное хозяйство России: проблемы, технологии, управление. 2012. № 4. С. 53–63. Брюхань Ф.Ф, Виноградов А.Ю., Лаврусевич А.А. Организация гидрометеорологического мониторинга в районе размещения Белорусской АЭС // Атомная энергия. 2015. Том 118. Номер 5. С. 292–295. Ресурсы поверхностных вод СССР: в 20 т. Т.10: Верхне-Волжский район: в 2 кн. Книга 1. Приложения / Под ред. Ю.Е. Яблокова. М.: Гидрометеоиздат, 1973. 478 с. Чеботарев А.И. Гидрологический словарь. Л.: Гидрометеоиздат, 1964. 222 с

Hydrometeorological monitoring in the Nizhny Novgorod NPP siting area

Ensuring the technological and environmental safety of nuclear power plants (NPP) involves the collection and analysis of data on the state of the natural environment near nuclear power plants, including the atmosphere and surface waters. To obtain and organize such data, as well as for their subsequent processing and engineering calculations, appropriate monitoring observations are provided. The latter begin to be carried out long before the start of NPP construction and continue at all stages of the NPP life cycle, including the periods of construction, operation and decommissioning of the plant. The purpose of this research is to summarize the results of hydrometeorological monitoring at the Nizhny Novgorod NPP site and its vicinity, which was launched by the Scientific & Industrial Association Gidrotekhproekt in 2011. The description of stationary observation points and examples of calculation of regime hydrological and meteorological characteristics are given. It is noted that the accumulation of observation data series over a long period of time, which make it possible to identify potential climate changes in the study area, is of great importance

УРОВЕННЫЙ РЕЖИМ ОЗЕРА ИЛЬМЕНЬ

Researches of changes in the water level of Lake Ilmen are important for studying the development of the river network in its basin, since it is the basis of erosion for them. The purpose of the work was to assess the level regime of Lake Ilmen during the Holocene, including the modern period. The level regime of the lake is determined not only by the inflow of waters from the catchment, but is also regulated by the runoff of the Volkhov River flowing out of it, which, which prior to the construction of the Volkhov Hydroelectric Power Station in 1926, depended on the marks of the Pchevsky and Veletsky rapids in the downstream. During the Holocene, the marks of the Pchevsky and Veletsky rapids were decreasing, because they been eroded by the Volkhov River. An approximate reconstruction of the change in rapids marks has been carried out, depending on the humidity of the climate in previous centuries. Evaluation of a varying degree humidification over a century / millennium is rather arbitrary and was taken as the ratio of the number of rainy years to years with droughts based on annals data. By the beginning of our era, the minimum water level of the lake was not less than 19.5 m. The maximum water level most likely did not exceeding the mark of 24.5 m, considering the similarity of climate to the last centuries, that is, the amplitude of the water levels was less than modern. Only climatic features determined the water level regime of the lake starting from the second half of the first millennium to the present day. On the grounds of the fact that the minimum bottom marks of some rivers, flowing into lake Ilmen (in particular Lovat’, Msta and Shelon’), are lower not only than the minimum water level of the lake, but also than the minimum marks of its bottom, we can do a preliminary conclusion that the water level of Lake Ilmen in the past was rather lower than at present and was at modern mark of 16-17 m Baltic system.Исследования изменений уровня озера Ильмень важны для изучения развития речной сети в его бассейне, так как он является базисом эрозии для них. Цель работы состояла в оценке уровенного режима озеро Ильмень в течение голоцена, включая современный период. Уровенный режим озера определяется не только поступлением вод с водосбора, но и регулируется стоком вытекающей из него реки Волхов, который до строительства 1926 году Волховской ГЭС зависел от отметок Пчевских и Велецких порогов в низовьях реки. В течение голоцена Пчевские и Велецкие пороги размывались рекой Волхов, в результате чего их отметки понижались. Выполнена ориентировочная реконструкция изменения отметок порогов в зависимости от увлажненности климата в предыдущие столетия. Оценка той или иной степени увлажнения климата за столетний/тысячелетний период достаточно условна и принималась как отношение количества дождливых годов к годам с засухами на основании летописных данных. К началу нашей эры минимальный уровень озера находился на отметках не ниже 19,5 м. Максимальный уровень, учитывая схожесть климата с последними столетиями, скорее всего, не превышал отметки в 24,5 м, то есть амплитуда уровней была меньше современной. Начиная со второй половины первого тысячелетия до наших дней, уровенный режим озера определялся только климатическими особенностями. На основании того, что минимальные отметки дна некоторых рек, в частности Ловати, Мсты и Шелони, впадающих в Ильмень, находятся не только ниже минимального уровня озера, но и минимальных отметок его дна, можно сделать предварительный вывод, что уровень озера Ильмень в прошлом был несколько ниже, нежели в настоящее время и составлял современные 16-17 м балтийской системы.   Литература Барышников Н.Б., Попов И.В. Динамика русловых потоков и русловые процессы: учебное пособие. Л.: Гидрометеоиздат, 1988. 454 с. Борисенков Е.П., Пасецкий В.М. Тысячелетняя летопись необычайных явлений природы. М.: Мысль, 1988. 522 с. Былинский Е.Н. Влияние снижения уровней Ильменского и Ладожского озера на развитие продольных профилей притоков оз. Ильмень и Волхова // Вестн. Моск. ун-та: Сер. биологии, почвоведения, геологии, географии. 1959. № 3. С. 221-231 Васильева Н.В., Субетто Д.А., Вербицкий В.Р., Кротова-Путинцева А.Е. История формирования Ильмень-Волховского бассейна // Известия Российского государственного педагогического университета им. А.И. Герцена. 2012. С. 141-150. Виноградов А.Ю., Обязов В.А. Гляциоизостатическое поднятие Приильменской низменности в голоцене // Сборник научных трудов XXIV Международной научно-практической конференции «Научные исследования: ключевые проблемы III тысячелетия» (Москва, 01-02 апреля 2018 г.). М.: Проблемы науки, 2018. С. 99-102. Виноградов А.Ю., Обязов В.А., Кадацкая М.М. История формирования рек Южного Приильменья в голоцене // Гидросфера. Опасные процессы и явления. 2019. Т. 1. Вып. 1. С. 90-113. DOI: 10.34753/HS.2019.1.1.001 Виноградов Ю.Б. Этюды о селевых потоках. Л.: Гидрометеоиздат, 1980. 143 с. Геология СССР. В 48 томах. Том I. Ленинградская, Псковская и Новгородская области. Геологическое описание. Северо-Западное территориальное / Гл. ред. А.В. Сидоренко. М.: Недра, 1971. 504 с. Гришанин К.В. Динамика русловых потоков. Л.: Гидрометеоиздат, 1969. 428 с. Зубов В.Г. Механика. М.: Наука, 1978. 352 с. Квасов Д.Д. Позднечетвертичная история крупных озер и внутренних морей Восточной Европы. Л.: Наука, 1975. 279 с. Малаховский Д.Б. Геоморфологические и геологические наблюдения в долине реки Ловать // Известия Русского Географического общества. 2001. Т. 133. Вып. 2. С. 32-38 Многолетние данные о режиме и ресурсах поверхностных вод суши: в 15 т. Т. 1. РСФСР: в 26 вып. Вып. 5. Бассейны рек Балтийского моря, Ладожского и Онежского озер. Л.: Гидрометеоиздат, 1986. 689 с. Нескоромных В.В. Разрушение горных пород при проведении геологоразведочных работ: учебное пособие. М.: НИЦ ИНФРА-М, 2016. 392 с. DOI: 10.12737/11719 Петров А.Г., Потапов И.И. Перенос наносов под действием нормальных и касательных придонных напряжений с учетом уклона дна // Прикладная механика и техническая физика. 2014. т. 55. № 5 (327). С. 100-105. Ресурсы поверхностных вод: в 20 т. Т. 2. Карелия и Северо-Запад: в 2 ч. Ч. 2. Приложения / Под ред. В.Е. Водогрецкого. Л.: Гидрометеоиздат, 1972. 278 с. Субетто Д.А. История формирования Ладожского озера и его соединения с Балтийским морем // Общество. Среда. Развитие (Terra Humana). 2007, № 1 (2). С. 111-120. Чувардинский В.Г. О ледниковой теории. Происхождение образований ледниковой формации. Апатиты, 1998. 303 с. Шашенко О.М., Пустовойтенко В.П., Сдвижкова О.О. Геомеханика: учебник. К.: ГВУЗ Национальный горный университет, 2015. 563 с. Шуйский Ю.Д., Симеонова Г. О влиянии геологического строения морских берегов на процессы абразии // Докл. Болг. АН. 1976. Т. 29. №2. С. 57-79. Gorlach A., Hang T., Kalm V. GIS-based reconstruction of Late Weichselian proglacial lakes in northwestern Russia and Belarus // Boreas. 2017. Vol. 46. Iss. 3. P. 486-502. DOI: 10.1111/bor.12223. Hughes A.L.C., Gyllencreutz R., Lohne Ø.S., Mangerud J., Svendsen J.I. The last Eurasian ice sheets – a chronological database and time-slice reconstruction, DATED-1 // Boreas. 2016. Vol. 45. Iss. 1. P. 1-45. DOI: 10.1111/bor.12142. Rinterknecht V., Hang T., Gorlach A., Kohv M., Kalla K., Kalm V., Subetto D., Bourlès D., Léanni L., Guillou V. The Last Glacial Maximum extent of the Scandinavian Ice Sheet in the Valday Heights, western Russia: Evidence from cosmogenic surface exposure dating using 10Be // Quaternary Science Reviews. 2018. Vol. 200. P. 106-113. DOI: 10.1016/j.quascirev.2018.09.032 Subetto D.A., Shvarev S.V., Nikonov A.A., Zaretskaya N.E., Poleshchuk A.V., Potakhin M.S. New evidence of the Vuoksi River origin by geodynamic cataclysm // Bulletin of the Geological Society of Finland. 2018. Vol. 90. P. 275-289. DOI: 10.17741/bgsf/90.2.010

РАСЧЕТ МОРФОМЕТРИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК ПРОРАНА И МАКСИМАЛЬНЫХ РАСХОДОВ ПРИ ПРОРЫВАХ ГРУНТОВЫХ ПЛОТИН

The work is devoted to the calculation of the size of the closure channel in the ground dams when water is poured from the water reservoir through peak and the extreme discharge of the dam break wave. The authors analyzed the methods of calculation prescribed in regulations and recommended by regulatory authorities. The calculation was made of the morphometric characteristics of the closure channel and extreme discharge of the dam break wave by various methods for specific objects, the comparison with expert estimates of these parameters. It is noted that the method, described in two regulations, has no physical justification, because according to it the size of closure channel and the parameters of breakthrough wave do not depend on the initial volume of water in the reservoir. The calculation method in the third regulation, does not take into account such factor as the time of erosion and the results are different at times with different specified step of erosion depth. This regulation is characterized by the use of empirical relations, which have a rather narrow range of use, and a lack of account of the relationship between the formation of the closure channel and the value of water discharge. Due to the lack of validity of the recommended calculation methods and large variation with expert estimates prescribed in the regulations, there is a need to create new alternative methods of calculation. This article discusses 2 such methods developed in various organizations. The first of them indirectly takes into account the material of the dam through calculated non-eroding velocity. The second one is based on the physical process of erosion, that is distinguishe it from others. As a test of the calculated values, there were used data on several recent catastrophic breakthroughs of groundwater dams. The comparison results allow us to conclude that alternative methods give greater accuracy. Based on the previous, can be done a preliminary conclusion about the need to revise existing regulations.Работа посвящена вопросу расчета размеров прорана в грунтовых плотинах при переливе воды из водохранилища через гребень и максимального расхода волны прорыва. Были проанализированы методы расчета, прописанные в нормативных документах и рекомендованные контролирующими органами. Выполнен расчет морфометрических характеристик прорана и максимальных расходов прорывной волны различными методами для конкретных объектов, сравнение с экспертными оценками этих параметров. Отмечено, что изложенная в двух нормативных документах методика, не имеет под собой физического обоснования, поскольку полученные размеры прорана и параметры волны прорыва не зависят от первоначального объема воды в водохранилище. В свою очередь расчетная схема другого нормативного документа не учитывает такой фактор, как время размыва и результат расчета отличается в разы при различном заданном шаге глубины размыва. Для данного документа характерно использование эмпирических соотношений, которые имеют довольно узкий диапазон использования, а также недоучет связи между формированием прорана и величиной сброса воды. Из-за недостаточной обоснованности рекомендованных методик и больших несоответствий с экспертными оценками возникает необходимость создания новых альтернативных методов расчета. В данной статье рассмотрено 2 таких метода, разработанных в различных организациях. Первый метод косвенно учитывает материал плотины через расчет неразмывающей скорости. В основе второго метода лежит физический процесс размыва, что выгодно отличает его от других. В качестве проверки расчетных значений были использованы данные о нескольких произошедших в последнее время катастрофических прорывах грунтовых плотин. Результаты сравнения позволяют сделать вывод о том, что альтернативные методы дают большую точность. На основе вышесказанного можно сделать предварительный вывод о необходимости пересмотра существующих нормативных документов.   Литература Бобков С.Ф., Боярский В.М., Векслер А.Б., Швайнштейн A.M. Основные факторы учета пропускной способности гидроузлов при декларировании их безопасности // Гидротехническое строительство. 1999. №4. С. 2-9. Кадацкая М.М., Виноградов А.Ю., Кацадзе В.А., Беленький Ю.И., Бачериков И.В., Хвалев С.В., Каляшов В.А. Анализ методов расчета неразмывающей скорости при проектировании водопропускных и водоотводных сооружений лесного хозяйства // Известия Санкт-Петербургской лесотехнической академии. 2019. Вып. 227. С. 174-187. DOI: 10.21266/2079-4304.2019.227.174-187 Катастрофы конца XX века / Под ред. В.В. Владимирова. М.: Издательство Геополитика, 2001. 400 с. Малик Л.К. Чрезвычайные ситуации, связанные с гидротехническим строительством ретроспективный обзор // Гидротехническое строительство. 2009. №12. C. 2-16 Пономарчук К.Р. Оценка параметров развития прорана при разрушении грунтовой плотины // Природообустройство. 2011. №3. С. 77-82. Чугаев Р.Р. Гидравлика: учебник для вузов. Л.: Энергоиздат, 1982. 672 с. Фролов Д.И., Волосухин В.А. Совершенствование российского законодательства по безопасности гидротехнических сооружений // Бюллетень «Использование и охрана природных ресурсов в России». 2012. №6. С. 17-2

Anisotropic flow of charged hadrons, pions and (anti-)protons measured at high transverse momentum in Pb-Pb collisions at sNN=2.76\sqrt{s_{\rm NN}}=2.76 TeV

The elliptic, $v_2$, triangular, $v_3$, and quadrangular, $v_4$, azimuthal anisotropic flow coefficients are measured for unidentified charged particles, pions and (anti-)protons in Pb-Pb collisions at $\sqrt{s_{\rm NN}} = 2.76$ TeV with the ALICE detector at the Large Hadron Collider. Results obtained with the event plane and four-particle cumulant methods are reported for the pseudo-rapidity range $|\eta|<0.8$ at different collision centralities and as a function of transverse momentum, $p_{\rm T}$, out to $p_{\rm T}=20$ GeV/$c$. The observed non-zero elliptic and triangular flow depends only weakly on transverse momentum for $p_{\rm T}>8$ GeV/$c$. The small $p_{\rm T}$ dependence of the difference between elliptic flow results obtained from the event plane and four-particle cumulant methods suggests a common origin of flow fluctuations up to $p_{\rm T}=8$ GeV/$c$. The magnitude of the (anti-)proton elliptic and triangular flow is larger than that of pions out to at least $p_{\rm T}=8$ GeV/$c$ indicating that the particle type dependence persists out to high $p_{\rm T}$.Comment: 16 pages, 5 captioned figures, authors from page 11, published version, figures at http://aliceinfo.cern.ch/ArtSubmission/node/186

Effective Rheology of Bubbles Moving in a Capillary Tube

We calculate the average volumetric flux versus pressure drop of bubbles moving in a single capillary tube with varying diameter, finding a square-root relation from mapping the flow equations onto that of a driven overdamped pendulum. The calculation is based on a derivation of the equation of motion of a bubble train from considering the capillary forces and the entropy production associated with the viscous flow. We also calculate the configurational probability of the positions of the bubbles.Comment: 4 pages, 1 figur

Centrality dependence of charged particle production at large transverse momentum in Pb-Pb collisions at sNN=2.76\sqrt{s_{\rm{NN}}} = 2.76 TeV

The inclusive transverse momentum ($p_{\rm T}$) distributions of primary charged particles are measured in the pseudo-rapidity range $|\eta|<0.8$ as a function of event centrality in Pb-Pb collisions at $\sqrt{s_{\rm{NN}}}=2.76$ TeV with ALICE at the LHC. The data are presented in the $p_{\rm T}$ range $0.15<p_{\rm T}<50$ GeV/$c$ for nine centrality intervals from 70-80% to 0-5%. The Pb-Pb spectra are presented in terms of the nuclear modification factor $R_{\rm{AA}}$ using a pp reference spectrum measured at the same collision energy. We observe that the suppression of high-$p_{\rm T}$ particles strongly depends on event centrality. In central collisions (0-5%) the yield is most suppressed with $R_{\rm{AA}}\approx0.13$ at $p_{\rm T}=6$-7 GeV/$c$. Above $p_{\rm T}=7$ GeV/$c$, there is a significant rise in the nuclear modification factor, which reaches $R_{\rm{AA}} \approx0.4$ for $p_{\rm T}>30$ GeV/$c$. In peripheral collisions (70-80%), the suppression is weaker with $R_{\rm{AA}} \approx 0.7$ almost independently of $p_{\rm T}$. The measured nuclear modification factors are compared to other measurements and model calculations.Comment: 17 pages, 4 captioned figures, 2 tables, authors from page 12, published version, figures at http://aliceinfo.cern.ch/ArtSubmission/node/284

Charge separation relative to the reaction plane in Pb-Pb collisions at sNN=2.76\sqrt{s_{\rm NN}}= 2.76 TeV

Measurements of charge dependent azimuthal correlations with the ALICE detector at the LHC are reported for Pb-Pb collisions at $\sqrt{s_{\rm NN}} = 2.76$ TeV. Two- and three-particle charge-dependent azimuthal correlations in the pseudo-rapidity range $|\eta| < 0.8$ are presented as a function of the collision centrality, particle separation in pseudo-rapidity, and transverse momentum. A clear signal compatible with a charge-dependent separation relative to the reaction plane is observed, which shows little or no collision energy dependence when compared to measurements at RHIC energies. This provides a new insight for understanding the nature of the charge dependent azimuthal correlations observed at RHIC and LHC energies.Comment: 12 pages, 3 captioned figures, authors from page 2 to 6, published version, figures at http://aliceinfo.cern.ch/ArtSubmission/node/286