4.2. Сток взвешенных наносов

Количество наносов, содержащихся в единице объема воды, определяет ее мутность, которую выражают в г/м³.

Установление нормы стока взвешенных наносов производится раличными способами в зависимости от степени изученности реки в отношении стока наносов. В практике гидрологических расчетов чаще приходится иметь дело с короткими рядами наблюдений по стоку взвешенных наносов. Для вычисления нормы стока в этом случае пользуются построением графической связи между средними годовыми расходами воды Q и наносов R₁, имеющей для больших рек вид прямой линии, при этом считают, что годовая величина взвешенных наносов прямо пропорциональна годовому стоку воды:

; (4.1)

, (4.2)

где R₁ - сток наносов за годы наблюдения;

Q₁ - сток воды за годы наблюдения;

Q₀ - норма годового стока воды;

R₀ - норма годового стока наносов.

4.2.1. Задача - пример

Требуется определить норму стока взвешенных наносов R₀ р. Синюха у д. Броды, для которой в результате наблюдений подсчитан среднегодовой расход взвешенных наносов R_i= 24,8 кг/сек. и средний годовой расход воды Q_i = 53 м³/с. Норма стока воды для этого пункта составляет Q₀=34,0 м³/с. Подставляя в формулу (4.2) известные значения, получаем:

кг/с. (4.3)

Средняя мутность определяется из формулы:

г/м³. (4.4)

При отсутствии наблюдений над стоком взвешенных наносов норму стока можно приближенно определить по карте распределения средней мутности рек территории России. Учитывая то, что мутность рек определяется в значительной мере местными факторами, не имеющими плавного распределения по территории, картирование мутности рек производится выделением отдельных зон мутности. Для территории России Шамовым Г. И. выделяется семь зон мутности от 50 до 4000 г/м³. Северо-Западная часть России, в том числе Новгородская область, относится к 1-ой зоне с мутностью менее 50 г/м³.

Для неизученной реки определение среднего годового расхода взвешенных наносов производится по формуле:

, (4.5)

где R₀ - норма взвешенных наносов, кг/с;

 - средняя мутность определяется по карте;

Q₀ - средний многолетний расход воды (норма стока воды).

4.2.2. Задание

Провести расчет стока взвешенных наносов для одной из рек Новгородской области по данным о расходе взвешенных наносов, а также по картам мутности.

4.3. Сток влекомых (донных) наносов

Количество и крупность влекомых наносов определяются гидравлическими условиями режима рек и зависят от физико-географических характеристик бассейна. При расчетах твердого стока величину среднего стока влекомых наносов принимают в первом приближении в долях от величины среднего стока взвешенных наносов

S₀ = k R₀ , (4.6)

где S₀ - средняя многолетняя величина стока влекомых наносов в кг/с,

R₀ - средняя многолетняя величина стока взвешенных наносов в кг/с и коэффициент к=0,05-0,1 для равнинных рек.

Более точной является формула Шамова Г. И.:

, (4.7)

где q - расход наносов в кг/с на 1 м ширины потока, кг/с;

d - средний диаметр частиц наносов в метрах;

D - средний диаметр наибольшей фракции 40-70% общего состава;

Н - средняя глубина;

V - скорость потока;

V_кр - критическая скорость, при которой начинается движение наносов.

Известна также формула Шоклича для расчета расхода наносов, выведенная на основании экспериментальных данных:

, (4.8)

где G_i - расход влекомых наносов кг/сек на ед. ширины;

S - уклон реки;

d - диаметр частиц в мм;

q и q_с - наблюдаемый и критический расход воды м³/сек., значение q_c определяется как м³/сек с 1 м.

Для определения стока наносов по формуле (4.7) необходимо значение V_кр. Согласно закону Эри вес влекомых наносов пропорционален шестой степени скорости течения. Критические скорости потока для перемещения песка V_кр=0,1-0,15 м/с, гравия V_кр=0,15-0,5 м/с, гальки V_кр=0,5-1,6 м/с.