11. Режим стока наносов. Гидрохимический режим рек

Твердые частицы, образующие речные наносы, поступают в русла рек

в результате процессов эрозии поверхности водосбора и речного русла. Интенсивность процесса эрозии поверхности водосбора зависит

от интенсивности поступления воды на поверхность в результате выпадения осадков или снеготаяния, уклона поверхности и устойчивости поверхности

к размывающему действию потока. Интенсивность эрозии русла рек зависит

от скорости потока и устойчивости грунтов, слагающих дно и берега. Часть речных наносов образуется в результате абразии (волновом разрушении) речных берегов на широких плесах. Наибольшую концентрацию наносов имеют реки с поводочным режимом и протекающие в условиях засушливого климата и легко размываемых грунтов. Это такие реки как Терек, Амударья, Ганг, Инд, Хуанхе. По характеру перемещения наносов в реках выделяют два основных типа: взвешенные и влекомые наносы.

Наиболее важные характеристики наносов:

- геометрическая крупность, выражается через диаметр частиц наносов (D, мм),

- гидравлическая крупность – скорость опускания частицы

в неподвижной воде (W, мм/с, мм/мин),

- мутность воды S (г/м³, кг/м³) – концентрация наносов в потоке, определяется по формуле:

, (19)

где m – масса наносов в пробе воды, V – объем пробы воды.

По геометрической крупности наносы делят на фракции: глина, ил, пыль, песок, гравий, галька, валуны. В реальных условиях наносы, переносимые речным потоком и слагающие донные отложения представляют собой смесь наносов различной крупности. Такие отложения классифицируют с учетом преобладания фракций. Например: илистый песок или песчаный ил и т.д.

Влекомые наносы – это наносы, перемещающиеся речным потоком

в придонном слое и движущиеся скольжением, перекатыванием или сальтацией. Путем влечения по дну перемещаются наиболее крупные частицы наносов (песок, гравий, галька, валуны).

На равнинных реках поток может переносить по дну только песок.

На горных реках, где скорости течения воды выше, поток переносит гальку и даже крупные валуны. Для перемещения по дну песка необходимы придонные скорости течения не менее 0,10-0,15 м/с, гравия – не менее 0,15-0,5 м/с, гальки – 0,5-1,6 м/с, валунов – 1,6- 5 м/с. Средняя скорость потока в этих случаях должна быть еще больше.

Влекомые наносы могут перемещаться по дну реки либо сплошным слоем, либо в виде скоплений. Второй характер движения для рек наиболее типичен. Скопления влекомых наносов представлены донными грядами различных размеров. Наносы перемещаются слоем по верховому склону гряды и скатываются в подвал гряды, где частицы могут быть «захоронены» надвигающейся грядой. Они придут в движение лишь при смещении гряды

на всю ее полную длину.

Взвешенные наносы переносятся потоком в толще воды. В речном потоке они распределены неравномерно: в придонных слоях мутность наибольшая и уменьшается по направлению к поверхности, причем для взвешенных наносов более крупных фракций быстрее, чем для мелких фракций.

Сток наносов реки включает сток взвешенных и сток влекомых наносов, при этом главная роль обычно принадлежит взвешенным наносам. Предельный суммарный расход как взвешенных, так и влекомых наносов, который может при данных условиях переносить река, называют транспортирующей способностью потока R_тр..

В реальных условиях фактический расход наносов в реке и транспортирующая способность потока могут не совпадать, что становится причиной русловых деформаций. Сток наносов (W_н, кг или т) рассчитывается по следующей формуле:

W_н=R*T , (20)

где R (кг/сек) – расход наносов, R= S_.*Q; T – промежуток времени за которой рассчитывается сток наносов.

Гидрохимический состав речных вод

Речные воды имеют, как правило, сравнительно невысокую минерализацию и относятся к пресным водам. Формирование химического состава речных вод определяется как естественными, климатическими и почвенно-гидрогеологическими условиями, так и антропогенными факторами.

В гидрохимический состав речных вод входят следующие основные группы:

1. Главнейшие ионы и катионы, определяющие минерализацию речной воды. К числу главных ионов и катионов, содержащихся в речных водах относят HCO₃^-, CO₃^2-, SO₄^2-, CI^-, Ca²⁺, Mg²⁺, Na⁺, K⁺.

2. Микроэлементы, из числа которых в речных водах присутствуют бром, медь свинец, ртуть, марганец, цинк, в количествах, не превышающих 10-30 мкг/л.

3. Биогенные элементы, в речных водах – это соединения неорганического азота и фосфора.

Химические характеристики стока меняются при смене одной фазы водного режима другой.

В период половодья склоновые воды характеризуются малой минерализацией (50-100мг/л) гидрокарбонатно-кальциевым составом, относительно большим содержанием растворенных в воде органических веществ гумусового происхождения и низкой величиной рН.

На спаде половодья в реки поступают почвенно-грунтовые воды вследствие дренирования водоносных горизонтов почвенно-грунтовой толщи. Они характеризуются довольно значительной минерализацией, преобладанием гидрокарбонатов в составе анионов и небольшим количеством органических веществ.

В период межени, реки питаются за счет грунтовых вод. Поступление грунтовых вод приводит к увеличению минерализации с севера на юг (от 250-600 мг/л до 800-5000 мг/л) и большому разнообразию химического состава, вследствие разнообразия почвенно-геологических условий.

Процессы формирования химического состав природных вод:

• Молекулярная диффузия

• Диффузия – это миграция химического вещества под действием градиента его концентрации.

• Турбулентная диффузия

• В естественном потоке продольный перенос при существовании градиент концентрации.

• Диффузионно-конвективный перенос

• Конвективная диффузия – смешение вод различного состава и различной минерализации.

• Процессы, переводящие вещество в раствор

• Гидролиз – реакции обменного разложения воды при ее взаимодействии

с минералами.

• Растворение – полное разрушение кристаллической решетки минералов.

• Выщелачивание – минерал растворяется частично.

• Процессы, выводящие вещество из раствора

• Осаждение происходит при превышении концентрации молекул вещества их произведения растворимости.

• Обменные процессы вещества

• Ионный обмен – это процесс поглощения твердым веществом, т.е. адсорбции из воды одних ионов и замены их другими, находящимися

в твердом веществе (глинистые минералы, органическое вещество природных вод).

• Окислительно-восстановительные.

• Биогеохимические реакции.

Факторы формирования химического состава природных вод:

• Горные породы,

• Почвы,

• Живые организмы,

• Деятельность человека,

• Климат,

• Рельеф,

• Водный режим,

• Взвешенные вещества,

• Донные отложения.