Движение влекомых наносов

В создании теории движения наносов выдающаяся роль принадлежит отечественным гидрологам М.А. Великанову, Н.И. Маккавееву, В.Н. Гончарову, А.В. Караушеву и ряду других исследователей.

Речные наносы разделяют на два основных типа – взвешенные и влекомые.

Влекомые наносы перемещаются в придонном слое либо путем влечения по дну (крупный песок, галька, гравий), либо перекатывани­ем, или, наконец, сальтацией (более мелкие фракции).

Закон Эри. Рассматрим условия равновесия лежащей на дне реки частицы диаметром D. Параллельно дну на частицу действуют две силы: сила лобового давления текущей воды (пропорциональная квадрату придонной скорости течения и площади сечения частицы), и противоположно направленная сила трения (пропорци­ональна весу частицы в воде и коэффициенту трения, характеризующему сте­пень сцепления частицы с другими частицами на дне). Баланс этих сил приводит к выражению для так назы­ваемой «начальной скорости трогания»:

(3.40)

где а – коэффициент, зависящий от , формы частицы, коэффициента трения и др. Критерием начала движения влекомых наносов в реках является условие

> (3.41)

где – придонная скорость течения. Возведя обе части уравнения (3.40) в шестую степень и учитывая, что объе­м или вес частиц пропорционален D³, получим закон Эри – зависимость между «начальной скоростью трогания» и весом частицы (G):

~ G (3.42)

Эта формула утверждает, что вес влекомых наносов пропорционален шестой степени скорости трогания, откуда следует, что увеличение скорости тече­ния, например в 2, 3, 4 раза, приводит к увеличению веса переме­щающихся по дну частиц наносов соответственно в 2⁶=64, 3⁶=729, 4⁶=4096 раз.

Неразмывающая скорость. Эксперименты и расчеты показывают, что для перемещения по дну мелкого песка необходимы придонные скорости течения не менее 0.10 м/с, гравия – примерно 0.15 – 0.6, гальки – 0.6 – 1.6, валунов– 1.6 – 5 м/с. При решении практических задач удобно пользоваться не придонными скоростями, а средней скоростью потока. Неразмывающей скоростью (u₀) называется та средняя скорость на вертикали, при которой начинается перемещение донных частиц. Из большого числа формул неразмывающей скорости, в основе которых положено выражение (3.40) и данные измерений, К.В. Гришанин рекомендует формулу, опубликованную В.Н. Гончаровым в 1938 г

, (3.43)

где D и D₉₀ соответственно средний диаметр наносов и диаметр крупной фракции 90% (м); h– глубина (м); u₀ – м/c; g=9.81 м/c².

Влекомые наносы могут перемещаться по дну рек либо сплош­ным слоем, либо в виде донных гряд различного размера (рис. 3.40). В последнем случае наносы перемещаются по верховому склону гряды и скатываются по низовому склону, наращивая его. Размыв верхового откоса и намыв низового приводят к перемещению гряды (рис. 3.40).

Рис 3.40. Донные гряды в два последовательных момента времени