Происхождение, характеристики и классификация речных наносов
Основные источники поступления наносов в реки – поверхность водосборов, подвергающаяся эрозии в период дождей и снеготаяния, и русловая сеть, где развиваются процессы боковой и глубинной эрозии. Водная эрозия почв и грунтов на поверхности водосборов – процесс разрушения верхних, наиболее плодородных слоев почвы и подстилающих пород талыми и дождевыми водами. Она проявляется прежде всего на распаханных землях. В целом от эрозии почв на распаханных землях утрачивается больше плодородных земель, чем вновь осваивается.
В естественных условиях эрозия почв – очень медленный процесс. Например, снос поверхностными водами 20 см почвы под пологом леса происходит за 174 тыс. лет, под лугом – за 29 тыс. лет. Эрозия резко усиливается при искусственном или естественном нарушении целостности верхнего слоя почвы, например, при распашке земель [6].
В сельском хозяйстве, при правильных севооборотах, поля теряют 20 см почвы за 100 лет (в 290 раз быстрее, чем под лугом), а при монокультуре кукурузы – всего за 15 лет (в 1930 раз быстрее). В последних двух случаях скорость разрушения почвенного покрова намного превышает скорость почвообразования [6].
Механическая (агротехническая, техногенная) эрозия почв это 1) систематический сдвиг почвы вниз по склону в результате работы с.-х. машин и орудий при пахоте и др. видах обработки земель, ярче всего выраженный при холмистом рельефе местности; 2) любые виды эрозии почв под воздействием их обработки.
Таблица 3.10
Классификация почв по классам эрозионной опасности
Класс | Наименование |
– с незначительной эрозионной опасностью (до 3 т/га год); –слабой эрозионной опасности (до 3,1 - 10 т/га год); – средней эрозионной опасностью (до 10,1 - 20 т/га год); – сильной эрозионной опасностью (до 20,1 - 40 т/га год); – очень сильной эрозионной опасностью (более 40 т/га год); – намытые земли. |
Интенсивность эрозии выражается в мм/год или в тоннах/га·год смытого (унесенного ветром) слоя почвы. В среднем масса 1 мм слоя почвы на площади 1 га равна одной тонне.
Скорость естественного процесса почвообразования изменяется в зависимости от условий ландшафта от 0.15 до 0.03 мм/год. Уничтожение почвы за счет эрозии происходит на порядки быстрее. В чрезвычайных ситуациях (катастрофические ливни на крутых распаханных склонах) снос почвы может достигать 5 -15 мм за период действия ЧС. По скорости эрозионного разрушения, почвы группируются согласно табл. 3.10.
Эрозия речных русел тем интенсивнее, чем больше скорости течения в реках и менее устойчивы грунты, слагающие их дно и берега. Наносы могут поступать в русло рек не только со склонов, но и при абразии берегов крупных рек, озер и водохранилищ (т.е. при разрушении берегов с участием ветровых волн). Наносы, слагающие дно рек, называют донными отложениями или русловым аллювием. В период разлива рекпроисходит отложение мелких фракций наносов в пределах пойменных участков (пойменный аллювий) [12].
Мутность воды (концентрация наносов в воде) можно представить как в относительных величинах (отношение массы или объема наносов к массе или объему воды), так и в абсолютных величинах (µ, г/м3, кг/м3)
µ = m/V, (3.38)
где m – масса наносов в объеме потока V.
Реки с паводочным режимом, протекающие в условиях засушливого климата и легкоразмываемых грунтов, имеют наибольшую мутность воды. Это реки Терек, Сулак, Кура, Амударья, Ганг, Хуанхэ. Средняя годовая мутность рек Терека, Амударьи и Хуанхэ в условиях естественного режима составляла соответственно 1,7; 2,9 и 25,8 кг/м3. В половодье максимальная мутность воды Хуанхэ достигала 250 кг/м3.. После создания водохранилищ мутность рек в нижних бьефах (на участках рек ниже плотин) уменьшается вследствие аккумуляции наносов в водохранилищах.
Плотность и гранулометрический состав наносов. Следует различать плотность частиц (ρн, кг/м3), из которых сложены наносы, и плотность отложений (плотность грунта) (ρотл, кг/м3). Последняя зависит от плотности частиц и пористости грунта. Первая для наиболее распространенных кварцевых песков равна 2650 кг/м3, вторая для илистых отложений на дне рек обычно составляет в среднем 700–1000 кг/м3, песчаных 1500–1700, смешанных 1000–1500 кг/м3.
Путем механического анализа в лаборатории по гранулометрическому составу (диаметру частиц или крупности) наносы делят на фракции (табл. 3.11). Наносы в речном потоке и донные отложения представляют собой смесь наносов различной крупности. Их классифицируют с учетом преобладающих фракций (песчанистый ил, илистый песок и т. д.).
Таблица 3.11. Классификация наносов по размеру частиц (мм)
Градация | Фракции | ||||||
Глина | Ил | Пыль | Песок | Гравий | Галька | Валуны | |
Мелкие Средние Крупные | < 0,001 | 0,001-0,005 – 0,005-0,01 | 0,01-0,05 –– 0,05-0,1 | 0,1-0,2 0,2-0,5 0,5-1 | 1–2 2-5 5-10 | 10-20 20-50 50-100 | 100-200 200-500 500-1000 |
Среднюю крупность наносов D ср в такой смеси определяют по формуле
D ср= (3.39)
где п – число фракций; Di,и Pi – средняя крупность наносов каждой фракции и ее доля по массе (%) во всей пробе.
Результаты анализа крупности наносов обычно представляют в виде суммарной кривой механического состава пробы (рис. 3.29). Для построения графика массу отдельных фракций вычисляют в процентах от общей массы пробы. Далее полученные проценты последовательно суммируют, начиная с массы фракций наименьшего диаметра, откладывая эти суммы по ординате графика. На абсциссе в логарифмическом масштабе откладывают соответствующие значения диаметров фракций. По полученным точкам проводят кривую механического состава пробы, по которой можно определить содержание в пробе любой фракции и получить наглядное представление о степени однородности состава наносов в пробе (рис. 3.29).
В практических расчетах средний размер частиц заменяют медианным (D50) значением размера, обеспеченным на 50% по кривой гранулометрического состава, а также пользуются различными коэффициентами неравномерности, например в виде отношения , где D90 – размер частиц, обеспеченных на 90%.
Гидравлическая крупность наносов ( ) – это скорость их падения в неподвижной воде. Она зависит от их геометрической крупности. Наносы крупнее 1,5 мм осаждаются при турбулентном режиме падения – с повышенными скоростями и по извилистым, винтообразным траекториям.Дляэтого случая связь гидравлической и геометрической крупности выражается формулой , где и – соответственно плотность наносов и воды, – коэффициент, зависящий от формы частиц, по И.И. Леви равный 1,20.
Наносы мельче 0,15 мм осаждаются в неподвижной воде в ламинарном режиме (медленно и практически вертикально), в этом случае , где – кинематический коэффициент вязкости, зависящий от температуры воды.
В диапазоне крупности наносов 0,15–1,5 мм режим осаждения частиц переходный, а связь между и D описывается более сложными эмпирическими формулами.
Таким образом, для относительно крупных наносов гидравлическая крупность растет пропорционально корню квадратному из диаметра частиц, а для мелких наносов гидравлическая крупность увеличивается пропорционально квадрату диаметра частиц наносов и уменьшается с возрастанием вязкости воды при уменьшении ее температуры. Ниже приведена гидравлическая крупность частиц при температуре 15 °С (по А. В. Караушеву):
Диаметр
частиц, мм 1,0 0,5 0,2 0,1 0,05 0,01 0,005 0,001
Гидравлическая
крупность, мм/с 100 60 21 8 2 0,08 0,03 0,0008
Дата добавления: 2016-02-10; просмотров: 2650;