Движение донных наносов. Закон Эри

Донные (влекомые) наносы ― твердые частицы (песок, гравий, галька, валуны), перемещаемые потоком в придонном слое путем влечения или перекатывания, или чаще путем перебрасывания на относительно короткие расстояния (сальтация). В не­которых случаях эти наносы могут выбрасываться вос­ходящими вихревыми токами на большую высоту, даже достигать по­верхности потока.

Выделение донных наносов из общей массы транспорти­руемых потоком наносов является в некоторой мере условным, ибо с из­менением гидравлических характери­стик потока (глубины, скорости тече­ния, уклонов и др.) непрерывно про­исходит переход неко­торой части донных наносов во взвешенные и обратно.

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

P = Av⁶, (6.5)

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.

Для практических целей бывает необходимо определить началь­ную среднюю скорость потока, при которой начинается размыв дон­ных отложений. В этом случае, заменяя донную ско­рость потока средней, необходимо учесть глубину потока. С увеличением глубины увеличивается и средняя скорость, при которой начинается переме­щение наносов. Для расчета этой скорости (v_нач) разработан ряд формул. Так, формула Г. И. Шамова имеет вид:

v_нач = 4,4d^1/3 h^1/6, (6.6)

где d ― средний диаметр частиц донных отложений, м;

h — средняя глубина, м;

Для перемещения по дну песка необходимы придонные скорости течения не менее 0,10−0,15 м/с, гравия — не менее 0,15−0,5, гальки — 0,5−1,6, валунов — 1,6−5 м/с. Средняя скорость по­тока должна быть еще больше.

Крупность влекомых наносов изменяется по сезонам года, возрастая при паводках и уменьшаясь в межень. При больших скоростях течения донные наносы дви­жутся большими массами. Размеры донных наносов постепенно уменьшаются по длине рек с уменьшением ско­ростей вниз по те­чению.

Количество влекомых наносов в равнинных реках мало. В условиях Беларуси доля дон­ных наносов в общем стоке наносов реки (твердом стоке) составляет от 5 % ― в больших ре­ках, увеличиваясь до 10 % ― в малых. Значитель­ная часть донных наносов рек Беларуси вхо­дит в состав донных отложений и участвует в образовании русловых аккумулятивных форм — донных гряд, рифелей, кос, побочнейи т. д. Вопросы о движении донных гряд, как и о русловых формах, рассмотрены в одном из последующих разделов.