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
Дата добавления: 2016-02-10; просмотров: 1621;