Источник питания рек

Билет №10

Питание Рек

Основным источником питания рек на земном шаре является атмосферные осадки, дождевые и талые снеговые воды частично испаряются, Но большей частью стекают по поверхности водосбора в речную сеть. Некоторая доля их просачивается в почвы, грунты, тем самым, пополняя запасы подземных вод. Подземные воды, дренируемые речными долинами руслами, тоже питают реки. В высокогорных и полярных раёнах, реки питаются водами ледников и вечных снегов. Таким образом, различают типы питания рек:

- снеговое

- дождевое

- подземное

- ледниковое

В формировании суммарного стока реки участвуют все или некоторые из названных видов питания. В этом случае применяют термин смешанное питание. Питание равнинных рек на территории РБ большую роль играют талые снеговые воды. Преобладание дождевого питания наблюдается на реках западной части европейской территории, а так же в районе Карпат и Владикавказа.

Роль подземного: 40-60% - лесной зоне, 0-10% в пустынях.

В одних и тех же физико-географических условиях, доля подземного питания увеличивается с ростом площади водосбора, за счёт дренирования большого числа водоносных горизонтов.

Смешанное питание рек является самым распространённым.

Водность рек с ледниковым питанием, увеличивается в летнее время. Преимущественно ледниковое питание имеют верховья горных рек средней Азии.

2.Допускаемые скорости течения воды в каналах

Наиболее широкое применение для оценки устойчивости проектируемых русел получил метод допускаемых скоростей.

Рассмотрим предельное равновесие элемента грунта объёмом W, находящегося на дне под воздействием руслового потока.

(рисунок)

Основным усилием, действующим на элемент грунта является лобовое гидравлическое давление Px, создаваемое придонной скоростью νΔ. Оно может быть выражено как часть гидродинамического (скоростного) напора:

Px = ax * Fу * γb * (νΔ2 / 2 * g).

Подъёмная сила Pу, возникающая засчёт вертикальной составляющей актуальной скорости и несимметричности обтекания потоком элемента равна примерно 0,25 – 0,33 от лобового усилия и может быть также выражена через скоростной напор:

Pу = aу * Fx * γb * (νΔ2 / 2 * g).

Равнодействующая P лобового и подъёмного усилий (сдвигающая сила) будет равна:

P = √ (Px2 + Pу2), где:

ax, aу – коэффициенты лобового и подъёмного усилий, зависящие от условий обтекания и свойств грунта;

Fx, Fу, F – площадь проекции элемента грунта, соответственно, на плоскость горизонтальную, вертикальную и перпендикулярно направленную к равнодействующей силе.

Nуд. – удерживающая сила, создаётся вертикальными компонентом веса элемента грунта в воде, а также его силами трения и сцепления:

Nуд. = γ1 * W * f + Cp * F.

Приравнивая силы, сдвигающие и удерживающие элемент грунта в верхнем слое дна, получаем уравнение предельного равновесия:

aо * F * γb * (νΔ2 / 2 * g) = γ1 * W * f + Cp * F.

Принимая (W / F) = d и √ (2 / aо) = aΔ, получим формулу для определения допускаемой донной скорости потока (с учётом коэффициента условий работы ηу): νΔдоп. = aΔ * √ (ηу / ρв).

Для перехода от донной νΔ к средней по глубине скорости νв по вертикали принимаем степенной закон распределения скоростей по глубине:

(νΔ / νв) = (1 + x) * (h / Δ)x, где:

x = (νmax - νв) / νв, где:

Δ - высота выступов шероховатостей на дне;

νmax - максимальная скорость по вертикали.

Тогда после соответствующих преобразований получим следующую формулу для определения допускаемой средней скорости потока:

νΔдоп. = a * (R / d)x * √ (ηу / ρв * PS), где:

R – гидравлический радиус поперечного сечения русла, м;

ηу – коэффициент условия работы, учитывающий влияние наносов в коллоидном состоянии на размывающую способность потока (при содержании в потоке глинистых частиц меньше 0,1 кг / м3 можно принимать ηу = 1).

PS – показатель прочности грунта, Па.

При содержании глинистых частиц ≥ 0,1 кг / м3 можно принимать ηу = 1,3 – 1,5 (для лёгких и средних песков).__

ηу = 1,5 - 1,7 (для крупных и гравелистых).

Значение коэффициента а и показатель степени x принимаются в зависимости от расчётной стадии движения наносов:

а = 2,06; x = 0,17 } для 1 стадии влечения отдельных зёрен грунта;

а = 3,18; x = 0,14 } для 2 стадии;

а = 5,96; x = 0,10 } для 3 стадии.

Значения aΔ, соответственно, равны:

aΔ = 2,27 – 1 стадия;

aΔ = 3,63 – 2 стадия;

aΔ = 6,76 – 3 стадия.

Расчётную стадию движения наносов выбирают в зависимости от назначения и параметров проектируемых водотоков. Так водопроводные каналы с расходом воды Q < 10 м3/c проектируют обычно на допустимые скорости, соответствующие 1-ой и 2-ой стадиям движения наносов, а более крупные каналы и речные русла рек – на 3-ю стадию.

Дата добавления: 2015-04-30