Курсовая. Лутфуллин_Курсовая_2 курс (1). Образовательное учреждение высшего образования башкирский государственный университет

• Название: Образовательное учреждение высшего образования башкирский государственный университет
• Анкор: Курсовая
• Дата: 27.04.2022
• Размер: 252.16 Kb.
• Имя файла: Лутфуллин_Курсовая_2 курс (1).docx
• Тип: Курсовая; #499775
• страница: 2 из 4

1.2. Основные характеристики речных наносов
Наиболее важные характеристики наносов следующие:

1. 
   гранулометрический состав;
   
2. 
   геометрическая крупность, выражающаяся через диаметр частиц наносов;
   
3. 
   гидравлическая крупность, т. е. скорость осаждения частиц наносов в неподвижной воде; плотность частиц;
   
4. 
   плотность отложений, зависящая от плотности частиц и пористости грунта.
   

Концентрация наносов в потоке, которую можно представить, как в относительных величинах (отношение массы или объема наносов к массе или объему воды), так и в абсолютных величинах; в последнем случае используют понятие мутность воды. Также важны следующие показатели расход наносов, модуль стока наносов, сток взвешенных наносов.

По геометрической крупности наносы делят на фракции, например, согласно табл.1.1. В реальных условиях и наносы, переносимые речным потоком, и донные отложения представляют собой смесь наносов различной крупности. Такие наносы и отложения классифицируются с учетом преобладающих фракций (илистый песок, песчанистый ил и т.д.).

Средняя геометрическая крупность (D_ср), или средневзвешенный диаметр частиц, рассчитывается по формуле:
Где Di- средняя крупность наносов и рi- доля по массе в %, n- число фракции.

Удельный вес (в некоторых источниках ― плотность) ― вес частицы в единице объема (г/см³); для речных наносов изменяется в узких пределах и обычно принимается равным 2,65 г/см³.

Гидравлическая крупность (w) ― скорость осаждения частиц в неподвижной воде (мм/с). Она зависит от диаметра частиц и температуры воды (табл. 1.2).

Таким образом, для относительно крупных наносов гидравлическая крупность растет пропорционально корню квадратному из их геометрической крупности, а для мелких наносов гидравлическая крупность увеличивается пропорционально квадрату диаметра частиц наносов и уменьшается с возрастанием вязкости воды при уменьшении ее температуры.

Твердая частица, обладающая большим удельным весом, чем вода, помещенная в неподвижную воду, начинает опускаться. Скорость ее падения сначала возрастает, а затем сохраняется постоянной, т. е. движение ее становится равномерным. В этом случае действующие на частицу сила тяжести и сила гидродинамического сопротивления уравновешиваются. Скорость равномерного падения частицы в стоячей воде называют гидравлической крупностью частицы (и U м/с).⁸

Гидравлическая крупность частицы зависит от ее геометрических размеров, а также от формы, удельного веса, вязкости воды и ее плотности. В специальной литературе известен ряд формул, позволяющих вычислить гидравлическую крупность U в зависимости от перечисленных факторов. Так, следуя А. В. Караушеву, можно привести:⁹

для частиц с d <15 мм
для частиц с d >1,5 мм
где Ys и Y — удельный вес соответственно частицы и воды; (х — коэффициент молекулярной вязкости воды; Кл w. Kт — коэффициенты пропорциональности, учитывающие форму частицы.

Знание гидравлической крупности наносов весьма необходим опри изучении деформации русла (размыв, намыв), при расчете заиления водохранилищ. В практике расчетов обычно пользуются таблицами значений гидравлической крупности частиц для соответствующего их диаметра. Такие таблицы составлены по опытным данным.¹⁰

В текучей воде вследствие турбулентного характера течения твёрдые частицы могут находиться во взвешенном состоянии в тех случаях, когда вертикальная составляющая скорости течения потока превосходит гидравлическую крупность частиц. При обратном соотношении частицы будут осаждаться на дно, и начнется аккумуляция наносов или влечение их по дну. Вертикальная составляющая скорости растет с увеличением степени турбулентности потакаю, следовательно, с увеличением скорости течения. Таким образом, чем больше скорости, тем более крупные частицы находятся во взвешенном состоянии. По мере передвижения вниз по течения связи с общим уменьшением скоростей течения размеры частиц, находящихся во взвешенном состоянии, будут уменьшаться, а аккумуляция наносов усиливаться. Таким образом, речной поток обладает определенной транспортирующей способностью, т. е. способностью переносить определенное количество наносов данной крупности при определенных гидравлических характеристиках (уклон, скорость, глубина). Транспортирующую способность характеризуют либо предельным расходом взвешенных наносов, который способен транспортировать поток, либо средней мутностью, отвечающей насыщенности потока наносами, при которой осуществляется транспортирующая способность потока. Если фактический расход взвешенных наносов в потоке соответствует его транспортирующей способности, то между процессами взвешивания и осаждения наносов в придонном слое наблюдается динамическое равновесие.¹¹

По характеру перемещения в реках наносы разделяют на два основных типа — взвешенные и влекомые. Промежуточным типом являются сальтирующие наносы, движущиеся скачкообразно в придонном слое; наносы этой промежуточной группы условно объединяют с влекомыми.

Важнейшей характеристикой при движении взвешенных наносов в реках является мутность воды (ρ) ― количество взвешенных веществ, содержащееся в единице объема воды (г/м³).
Мутность речных вод значительно меняется по живому сечению потока, по его длине и во времени. Распределение мутности по живому сечению носит очень сложный и нередко в значительной мере беспорядочный характер. Как правило, мутность возрастает от поверхности ко дну. Это увеличение мутности происходит главным образом за счет крупных фракций наносов, увеличивающихся ко дну. Мелкие же фракции (менее 0,01 мм) обычно распределяются довольно равномерно по глубине потока. По этой причине, чем больше в составе наносов крупных фракций, тем не равномернее они распределены по глубине. С увеличением турбулентности потока распределение взвешенных наносов по вертикали становится более равномерным. Сказанное справедливо только как самая общая схема. В реальной же действительности дело обстоит много сложнее, так как эта схема нарушается под влиянием возникающих водоворотов и циркуляционных течений.¹²

Суммарное количество наносов, проносимое рекой через поперечное сечение за некоторый промежуток времени (сутки, месяц, год), называется стоком наносов за этот промежуток времени выражается обычно в тоннах. Модулем стока наносов называют сток наносов с 1 км^2 за год.

Модуль стока― сток наносов в единицу времени (например, в год) с единицы площади (км²):
где M_R ― средний годовой модуль стока взвешенных наносов, т/км²;

∑R ― годовой сток взвешенных наносов, тыс. т;

F ― площадь водосбора, км².

Расход взвешенных наносов ― количество наносов, проносимое потоком через поперечное живое сечение реки в единицу времени:

R = ρ*Q ∙ 10^-3

Влечение частиц по дну обусловливается донной скоростью потока и размерами частицы. Эта закономерность отражена в законе Эри (формуле Эри):

P = Av⁶,

где P ― вес частицы, влекомой потоком;

А — коэффициент, зависящий от формы и удельного веса частицы;

v — скорость, при которой эти частицы начинают двигаться.

Формула Эри показывает, что если скорость потока увеличится в 3 раза, то вес частицы, передвигающейся при этой скорости, увеличится в 729 раз. Вот почему на равнинных реках донные наносы состоят преимущественно из песка различной крупности, горные же реки переносят гравий, гальку, крупные валуны.

1.3. Мутность воды
Мутность речных вод значительно меняется по живому сечению потока, по его длине и во времени. Распределение мутности по живому сечению носит очень сложный и нередко в значительной мере беспорядочный характер. Как правило, мутность возрастает от поверхности ко дну. Это увеличение мутности происходит главным образом за счет крупных фракций наносов, увеличивающихся ко дну. Мелкие же фракции (менее 0,01 мм) обычно распределяются довольно равномерно по глубине потока. По этой причине, чем большем составе наносов крупных фракций, тем неравномерно они распределены по глубине. С увеличением турбулентности потока распределение взвешенных наносов по вертикали становится более равномерным. Сказанное справедливо только как самая общая схема. В реальной же действительности дело обстоит много сложнее, так как эта схема нарушается под влиянием возникающих водоворотов циркуляционных течений. ¹³

Ещё более сложный характер носит распределение наносов полширины реки. Здесь вообще трудно подметить сколько-нибудь отчетливо выраженную закономерность. Распределение наносов по ширине потока сильно меняется в зависимости от направления течения, местных размывов русла и берегов, впадения притоков, несущих большее или меньшее количество, наносов, чем главная река. Наблюдения показали, что в ряде случаев наносы проносятся в потоке в виде отдельных движущихся скоплений — жил.¹⁴

Внутригодовой режим мутности и расходов взвешенных наносов зависит от поступающих в речную сеть материалов эрозии, характера размывающей деятельности потока и его водного режима. На реках с весенним половодьем материал смыва с поверхности бассейна наиболее интенсивно поступает в речную сеть в первой половине этой фазы водного режима. В составе наносов в этот период преобладают мелкие фракции. (<0,005 мм). К некоторому моменту времени запасы продуктов выветривания в бассейне значительно уменьшаются и интенсивность смыва, а, следовательно, и поступление наносов в речную сеть ослабевают, водность же рек продолжает возрастать. К моменту прохождения пика половодья резко повышается крупность наносов, что является результатом выноса материалов эрозии из оврагов и балок, и усиления размыва русла реки. Однако размывающая деятельность речных потоков не настолько велика, чтобы компенсировать уменьшение поступления наносов речную сеть с поверхности бассейна. Вот почему на больших реках с весенним половодьем обычно максимумы мутности и расхода взвешенных наносов наступают раньше максимума расходов воды. На малых реках время наступления этих максимумов совпадает, а в отдельных случаях наибольшая мутность наблюдается и после прохождения максимального расхода воды. Последнее явление, подмеченное наблюдениями ГГИ на малых водотоках бассейнов рек Сарысу, Нуры, Тургая и др., объясняется интенсивными русловыми деформациями. Роль русловой эрозии оказывается больше, чем роль смыва со склонов, особенно в маловодные годы и в годы с замедленным оттаиванием почвы.¹⁵

На реках, питающихся талыми водами ледников, максимумы мутности и расходов воды обычно совпадают.

Совпадение максимумов мутности и расходов воды вовремя паводков характерно для горных рек с преобладанием дождевого питания. Это происходит вследствие относительно быстрого формирования паводка и концентрированного поступления в русло реки как воды, так и продуктов смыва с водосбора. Обычно в первый паводок после засушливого периода мутность воды при одних и тех же расходах больше, чем при последующих. Возможны также случаи повышения мутности на подъеме, спаде паводка и даже при относительно устойчивых расходах воды главной реки вследствие несовпадения во времени формирования паводков на притоках (реки Кура, Риони, Бзыбь). Малая мутность на всех реках наблюдается в период литания их грунтовыми водами.¹⁶

По длине реки меняются и расход наносов, и мутность, и распределение наносов по фракциям. Обычно сток наносов возрастает по длине рек, но бывают случаи, когда эта общая закономерность нарушается, и сток наносов уменьшается вниз по течению (Амударья). Часть наносов таких рек откладывается постепенно в их поймах, протоках и дельтах.

Мутность больших рек изменяется по их длине довольно своеобразно. Мутность рек, текущих в направлении с севера на юг (реки Русской равнины), обычно увеличивается вниз по течению, что связано с более быстрым нарастанием в этом же направлении интенсивности эрозионных процессов по сравнению с увеличением водности рек. Напротив, для рек, текущих с юга на север (Обь, Енисей, Лена,) обогащение материалами смыва происходит значительно медленнее вниз по течению, чем увеличение их водности, в связи с чем мутность таких рек вниз по течению уменьшается. Так, например, средняя годовая мутность Оби у Новосибирска 245 г/м^3, у Колпашева она снижается до 113 г/м^3 у Салехарда падает до 34 г/м^3.
2. КЛАССИФИКАЦИЯ РЕЧНЫХ НАНОСОВ
2.1. Классификация речных наносов по размеру частиц
По геометрической крупности наносы делят на фракции, например, согласно табл.1.1. В реальных условиях и наносы, переносимые речным потоком, и донные отложения представляют собой смесь наносов различной крупности. Такие наносы и отложения классифицируются с учетом преобладающих фракций (илистый песок, песчанистый ил и т.д.).
2.2. Классификация по характеру перемещения в реках
По характеру перемещения в реках наносы разделяют на два основных типа — взвешенные и влекомые. Промежуточным типом являются сальтирующие наносы, движущиеся скачкообразно в придонном слое; наносы этой промежуточной группы условно объединяют с влекомыми.

Наносы подразделяют, кроме того, на транзитные и руслоформирующие. Малые частицы переносятся к устью реки по преимуществу транзитом. Более крупные частицы в зависимости от гидравлических свойств потока то переносятся потоком во взвешенном или влекомом состоянии, то задерживаются на отдельных участках реки, с тем, чтобы при изменении гидравлических свойств потока вновь перейти в движение. Таким образом, постоянно происходит переформирование русла. Очевидно, что большая часть взвешенных наносов является транзитной, а большая часть влекомых — русло­формирующей.