Річкові наноси

(К 8) Річковими наносами називають тверді частинки, які переносить потік і утворюють руслові та заплавні відклади. Вони формуються в результаті водної ерозії.

Водна ерозія – це процес руйнування земної поверхні дією текучих вод. Її інтенсивність залежить як від енергії водотоків, так і від протиерозійної стійкості ґрунтів водозборів. Ерозія поверхні водозбору буде тим більшою, чим більша швидкість течії води і менш стійкі до розмиву ґрунти. Енергія текучих вод визначається їхньою витратою і падінням, тобто вона залежить від величини стоку і рельєфу місцевості. Тому ерозія при одній і тій же кількості води буде більшою на крутих схилах і меншою на пологих. Крім того, чим більшим буде стік, тим більшим буде розмив.

Стійкість поверхні до розмиву залежить від властивостей порід, ґрунтів і рослинного покриву, які складають цю поверхню. Різні види порід і ґрунтів по-різному піддаються розмиву. Найстійкішими є корінні породи, найменш стійкими – осадові. Рослинність у цілому зменшує інтенсивність ерозії.

Останнім часом з’явився ще один фактор, який інтенсифікує ерозійні процеси, – антропогенний, тобто пов'язаний з діяльністю людини. Збільшення розораності територій, вирубування лісів, осушення земель спричиняють збільшення змиву.

Отже, водна ерозія залежить як від фізико-географічних факторів, так і від антропогенних (господарської діяльності людини).

Продукти ерозії з поверхні басейну складають більшу частину річкових наносів. Розмив дна і берегів, тобто руслова ерозія, становий незначну частину наносів.

Наноси являють собою уламки гірських порід або частки ґрунтів, їх розміри можуть змінюватися в широких межах. Тому за геометричної крупністю наноси ділять на фракції: крупні, середні, дрібні.

Із загальної кількості частина наносів переноситься водами річок у завислому стані, а частина перетягується по дну. В залежності від цього річкові наноси поділяються на завислі і донні. Цей поділ дещо умовний, тому що наноси одного виду можуть перейти в інший залежно від швидкості течії.

Стрибкоподібний перехід наносів з одного виду в інший має назву сальтації.

Завислі наноси. Наявність у воді часток у завислому стані, які мають значно більшу питому вагу ніж вода, пояснюється дією сил, які здатні відірвати частки від дна та берегів, підняти у товщу води і затримувати їх випадання.

Відрив твердих частинок від дна зумовлений підйомною силою (F_п), яка виникає внаслідок несиметричного обтікання їх потоком. Відірвана від дна частинка потрапляє у турбулентний потік, де є вертикальні складові швидкостей. Вони тримають її у завислому стані. При зменшенні підйомної сили частинка може знову опуститися на дно і залишитися там, доки величина підйомної сили не буде достатньої для її підняття. Цей процес залежить від пульсації швидкостей в потоці.

Крім підйомної в потоці існує і лобова сила (F_л ), яка діє на грань частинки ґрунту, що повернена проти течії. Вона обумовлює поступальний рух частинки в потоці. Між вказаними силами існують певні співвідношення.

Дослідженнями встановлено, що підйомна сила складає приблизно 1/3-2/3 лобової сили. Вона найбільша біля дна і найменша біля поверхні води. Турбулентний режим течії сприяє рівномірному розподілу завислих наносів в потоці. Але цьому вирівнюванню перешкоджає сила тяжіння частинки (G), яка постійно спрямовує її в нижні його шари. Отже, чим інтенсивнішим буде турбулентне перемішування, тим рівномірніше потік буде насичений наносами.

В тому випадку, коли сила тяжіння частки буде більшою за підйомну силу, тверда частинка завдяки своїй більшій питомій вазі, опускатиметься на дно з деякою швидкістю.

У текучій воді, завдяки турбулентному водообміну, частинки можуть бути у завислому стані, якщо вертикальна складова швидкості течії (підйомна сила) перевищує гідравлічну крупність частинок. Вертикальна складова зростає із збільшенням швидкості течії води. Отже, чим більша швидкість потоку, тим крупніші частинки можуть зависати, і гідравлічна крупність частинок більша від вертикальної складової, то вони осідатимуть на дно і почнеться відкладання наносів. Тому вниз по річці у зв'язку із загальним зменшенням швидкості течії розміри частинок, які знаходяться у завислому стані, будуть зменшуватись, що приводить до посилення акумуляції наносів.

Стік завислих наносів. Основною характеристикою стоку наносів є витрата завислих наносів. Це кількість завислих наносів, які річка переносить через живий переріз за одиницю часу (R, кг/с).

Сумарна кількість наносів за певний проміжок часу називається стоком наносів (твердим стоком) за цей час. Стік наносів розраховується за формулою:

W_H = RT,

де W_H – стік наносів за час Т (с), кг (або т), R – середня витрата наносів (кг/с).

Важливою кількісною характеристикою стоку наносів є мутність ρ – кількість наносів у грамах, які містяться в 1 м³ води. Величина мутності обраховується за формулою:

ρ = 1000*R/Q, (г/м ³ );

По глибині річки мутність збільшується від поверхні до дна, а по ширині – від берегів до стрижня потоку.

По довжині річки кількість наносів від витоку до гирла, як правило, збільшується, але й залежить від конкретних природних умов, в яких розташований басейн тієї чи іншої річки.

Протягом року найбільша мутність (як і витрата наносів) спостерігається у багатоводний період (здебільшого це водопілля), а найменша – в зимову межень. На рівнинних річках завислі наноси складають 90-98% загальної кількості наносів, для гірських же водотоків доля цих наносів може зменшуватись до декількох відсотків.:

Загальною закономірністю зміни мутності вод річок на рівнинній території України є її збільшення з півночі на південь.

Річки виносять до морів велику кількість наносів – біля 17 млрд т/рік. Наприклад, у Чорне і Азовське моря щорічно виноситься річками приблизно 37,1 млн. т завислих наносів, а найбільше наносів серед річок кулі виносить Амазонка – близько 100 млн. т/рік.

Донні наноси. Наноси, гідравлічна крупність яких перевищує вертикальну складову швидкості течії, опускаються на дно річки і стають донними. Вони переміщуються річковим потоком по дну шляхом ковзання, перекатування або сальтацією (стрибкоподібно).

Сальтація пов’язана із пульсацією вертикальної швидкості, що веде до переходу час від часу частини наносів у завислий стан.

Переміщення частинок по дну залежить від величини придонної швидкості і розмірів частинок. Дослідженнями встановлено, що між масою частинок, які переміщуються по дну і швидкістю, при якій ці частинки рухаються, існує залежність, названа законом Ері і виражається формулою:

M = A*V⁶,

де М – маса частинок, або їх вага; V – швидкість, з якою частинки рухаються; А – постійний коефіцієнт.

Із формули видно, що вага частинки, яка переміщується по дну, пропорційна шостій ступені швидкості. Цей закон пояснює, чому при порівняно невеликій різниці у швидкостях течії крупність наносів, які переміщуються по дну, значно змінюється. Якщо швидкості потоків рівнинного та гірського характеру, мають, наприклад, співвідношення 1:3, то вага донних частинок, які переносяться потоком, буде приблизно у співвідношенні 1:729.

Закон Ері в загальному випадку справедливий, тоді коли частинка досить незначна по відношенню до придонного шару. В тому випадку, коли розміри частинок значні по відношенню до товщини придонного шару, на її верхню і нижню частини діють уже різні швидкості.

Розмив дна залежить від глибини потоку. Чим менша його глибина, тим менші швидкості потрібні для розмиву ґрунтів дна при одних її розмірах часток, з яких складається дно потоку.

У багатьох випадках виникає необхідність оцінити переміщення наносів сумарно, не розділяючи їх на звислі та донні. Цього можна досягти оцінкою транспортуючої здатності потоку. Під нею розуміють таку граничну витрату наносів, понад яку потік при заданих гідравлічних характеристиках не може переміщувати твердий матеріал.

Дата добавления: 2014-01-04