Расчеты стока наносов

Степень насыщенности речного потока взвешенными наносами определяется мутностью воды , выражаемой обычно в граммах наносов на кубический метр (г/м³), = ,

где Р - вес наносов в пробе в граммах,

А - объем пробы воды в см³.

Максимальная мутность воды в реках наблюдается в периоды весеннего половодья и дождевых паводков и возрастает от водной поверхности ко дну.

Количество взвешенных наносов, проходящих через определенное живое сечение гидроствора в одну секунду, называется расходом взвешенных наносов R и расcчитывается по формуле:

R=0,001_срQ=0,001_срv_cрВ кг/сек,

где _ср- средняя мутность воды в г/м³,

Q - расход в м³/сек,

v_ср- средняя скорость потока,

В - площадь живого сечения в м².

Средняя мутность _сропределяется по нескольким пробам воды (или интегрально) батометром Молчанова на скоростных вертикалях гидроствора и равна для всего расхода реки:

_ср= г/м³.

Через ежедневные расходы взвешенных наносов можно раcсчитать количество проносимых рекой наносов за декаду, месяц и год.

Влекомые наносы.

Частицы грунта, лежащие на дне, приходят в движение под воздействием гидродинамического давления, возникающего при обтекании их потоком.

Необходимо отметить, что деление наносов на взвешенные и влекомые условно, т.к. в зависимости от энергии потока одна и та же частица может быть и взвешена в потоке, а при уменьшенной скорости потока она же будет просто перекатываться по дну. Т.е. вид наносов есть функция скорости поток, размеров и массы частиц.

Закон Эри:

Веса влекомых частиц пропорциональны шестой степени скоростей:

, где d - вес соответствующей частицы.

Отсюда следует, что равнинные реки перемещают лишь песок, а горные - нередко большие валуны.

Нижняя предельная скорость равна , где

h - глубина вертикали

d - диаметр частиц.

Расход наносов Q =mdv,

где m - коэффициент скошенности, представляющий собой отношение объема движущихся частиц ко всему объему частиц в слое, толщиной d.

В результате экспериментов Г.И.Шамова получена зависимость:

Q=0,95 , где

d - диаметр частиц в метрах;

v_cр - средняя скорость на вертикале; м/сек.

v_ср.н. - нижняя предельная скорость

Q - расход наносов в кг/(с.м); h - глубина вертикали.

Сток взвешенных наносов в пределах территории страны разнообразен:

наименьшая мутность = 10 - 50 г/м³;

среднерусская возвышенность = до 500 г/м³;

горные районы Кавказа, Средней Азии, Сибири количество наносов достигают нескольких тысяч граммов на м³, где нередки сходы селевых потоков.

Селевым паводкам способствуют:

1. Наличие на водосборе больших масс твердого материала;

2. Крутые склоны долин, большие уклоны потоков;

3. Близкое к поверхности земли расположение грунтовых вод.

4. Геологическое строение склонов бассейнов.

5. Физико-географические и климатические характеристики.

Селевые паводки обладают колоссальной разрушительной силой они уничтожают гидротехнические сооружения, мосты, здания, тоннели, города..., уносят тысячи человеческих жизней и неисчислимое количество живого мира.

Селевые потоки способны изменить русла рек, "строить" плотины, озера, которые затем образуют вторичные грязекаменные потоки, уничтожающие все на своем пути.

Так, во время селя в 1921 г. на р. Малой Алмаатинке было вынесено 2,5 млн. кубометров наносов и при пересчете оказалось, что с 1 км² смыто 17-21 тыс.м³ материала.

В феврале 1911 года, уничтожив селения, гигантская сель, вследствие землетрясения и дождей образовала плотину, которая явилась причиной рождения Сарезского озера (Памир). Глубина у завала 540метров, длина озера около 60 км, площадью 87 км². Гигантская чаша воды до сих пор угрожает всей нижележащей территории, а если учесть, что объем сели возрастает в 10 раз от первоначального объема первоисточника, то будет катастрофа.

Примеров можно вспомнить много, и, благодаря телевидению, Вы осведомлены о "дарах" Природы по стране и на Земле в целом (Кавказ-Кордонское ущелье в 2002 году).

Чтобы как-то противодействовать стихии, необходимы практические наблюдения, но освещенность территорий остается слабой (причины те же - некомпетентность, невежество властей с соответствующими последствиями, создают трудности, а затем их "героически" преодолевают).

Вычисление расходов влекомых наносов по данным наблюдениям.

Расход влекомых наносов определяют также двумя способами - аналитическим и графомеханическим.

Т.к. первый способ мы уже освоили в предыдущем случае, то рассмотрим расчет по графомеханическому способу. Для этого используется профиль сечения реки по гидроствору.

На этом профиле строят эпюру элементарных расходов влекомых наносов и планиметрируя ее, определяют расход влекомых наносов.

Рис. 9.1. Эпюры скоростей течения (1) и единичных расходов взвешенных наносов (2) по вертикалям р. Оби у г. Новосибирска за 5/VI 1950 г.

(к обработке расхода взвешенных наносов графомеханическим способом)

ДЕФОРМАЦИИ РУСЛА

В результате воздействия потока русло каждой реки непрерывно меняется.

Эти изменения можно разделить на две категории:

1. Ежегодные деформации русла осуществляются проходящим паводком и степень деформации русла зависит от скорости потока, длительности паводка, а также от морфологических особенностей долины русла

• Многолетние деформации –следствие тектонических процессов, когда возможны поднятия и опускания отдельных участков суши;

• изменения отметок уровней водоемов, куда впадают реки, в результате вековых колебаний водности;

• систематического, совершающегося в течение длительного периода воздействия потока на русло в одном направлении.

Типы руслового процесса

В схеме ГГИ по характеру русловых и пойменных деформаций выделяются следующие типы руслового процесса (рис.9.2.,рис.9.3.:

1. Ленточногрядные

2. Побочные

3. Ограниченное меандрирование

4. Свободное меандрирование

5. Незавершенное меандрирование (пойменная многорукавность)

6. Осередковый (русловая многорукавность)

Имеются несколько модификаций критерия устойчивости русла рек

Приведу основное выражение коэффициента устойчивости , где d - средний диаметр частиц грунта,h – глубина потока, i - продольный уклон

Рис. 9.2. Типы руслового процесса: 1- ленточно-грядовый тип, 2- побочневый тип, 3-меандрирование ограниченное, 4-меандрирование свободное, 5-меандрирование незавершенное, 1А –осередковый тип или русловая многорукавность, 5А – пойменная многорукавность.

Рис. 9.3.