Литература

1. Заславский М.Н. Эрозиоведение: Учебник для студентов географ. Почв. Спец. Вузов. – М.: Высшая школа, 1983. – 320 с.

2. Заславский М.Н. Эрозиоведение. Основы противоэрозионного земледелия: Учебник для географ. И почв. Специальностей вузов. – М.: Высшая школа, 1987. – 376 с.

3. Кузнецов М.С., Глазунов Г.П. Эрозия и охрана почв: Учебник. – М.: Изд-во МГУ, 1996. – 335 с.

2. Механизм эрозии почв и свойства эродированных черноземов

1. Гидравлическая характеристика потоков и режимы течения

Поверхностная или плоскостная эрозия почв, развивающаяся при стоке талых и ливневых вод, ветровая эрозия или дефляция могут быть рассмотрены как процесс взаимодействия потоков воды и воздуха с почвами. По характеру движения воды по поверхности или внутри почвы ее потоки подразделяются на напорные, безнапорные и струйные.

Напорный поток ограничен твердыми стенками. Движение жидкости в таком потоке происходит под влиянием давления. Примером напорного потока являются движение воды в дренажно-оросительных и осушительных трубах и их аналогов – в кротодренах, а также гравитационное движение воды внутри почвы, усиленное гидростатическим напором при наличии воды на ее поверхности.

Безнапорный – это поток со свободной поверхностью, в котором вода перемещается исключительно под действием силы тяжести. Например, в ручьях (ручейковая эрозия), реках и каналах (русловая эрозия).

Струйные потоки ограничены со всех сторон жидкой или газообразной средой. В этом случае движение потока происходит по инерции под влиянием начальной скорости, созданной давлением или силой тяжести.

Гидравлические элементы потока, характеризующие размеры и формы его поперечного сечения – живое сечение (), смоченный периметр (), гидравлический радиус R = ^/, расход воды (Q), средняя скорость потока (V) V = ^Q/_, вязкость (), шероховатость поверхности и др.) определяют характер движения потоков жидкостей и газов – ламинарный или турбулентный.

Ламинарное (параллельноструйное) движение характеризуется упорядоченным перемещением отдельных частиц без перемешивания и без пульсации скоростей и давлений; поперечные перемещения частиц при этом отсутствуют.

Турбулентное (беспорядочное) движение характеризуется интенсивным перемешиванием частиц и пульсациями скоростей и давления, при этом происходят поперечные перемещения отдельных объемов воды и воздуха.

Важной гидродинамической характеристикой является средняя скорость потоков. Средняя скорость при равномерном движении в открытых руслах определяется также по формуле Шези

где V – средняя скорость, м/с; R – гидравлический радиус, м; I – гидравлический уклон; С – коэффициент Шези, м^0,5/с (Справочник…, 1974).

Шези Антуан (1718-1798) французский инженер-гидролог, преподаватель училища. Впервые вывел формулу расчета расхода воды и скорости ее движения при строительстве водоотводного канала (Бисвас,1975).

Экспериментально установлено, что смена режимов движения происходит при определенной критической скорости, зависящей от вязкости, гидравлического радиуса и безразмерного коэффициента пропорциональности, получившего название критического числа Рейнольдса (R_e), зависящего от условий формирования потока, шероховатости, первоначальных возмущений, конвекционных токов и т.д. Для водотоков русел, каналов, рек и ручьев число (коэффициент) Рейнольдса определяется формулой R_e = V R / . Если критическое число Рейнольдса в этом случае меньше 575 – режим ламинарный, если больше – режим турбулентный.

По другим авторам (Мирцхулава, 1975; Кузнецов, Глазунов, 1996) для потоков с открытой водной поверхностью ламинарный режим наблюдается при R_e <300, а турбулентный – при R_e >600. В интервале от 300 до 600 поток может быть либо ламинарным, либо турбулентным в зависимости от скорости потока, шероховатости и характера русла.

В природных условиях ламинарные потоки могут встречаться на хорошо задернованных склонах, где вода течет ровным слоем малой глубины с небольшими скоростями, а также на распаханных склонах в начальной стадии снеготаяния, когда талая вода испытывает на своем пути сопротивление снега. Фильтрационные потоки также характеризуются ламинарным режимом ввиду малого диаметра пор и незначительной скорости. И тем не менее турбулентное движение потоков воды и воздуха доминирует, что и приводит к процессам эрозии и дефляции.

Рейнольдс Осборн (1842-1912) – английский физик, инженер. Основные труды по теории динамического подобия, течению вязкой жидкости, теории турбулентности и смазки. Экспериментально установил один из критериев подобия – число Рейнольдса.

На его основе разработана формула Прандтля, позволяющая определить скорость потока воздуха (ветра) на данной высоте:

где V_z – скорость потока ветра на данной высоте от поверхности объекта; Y – поверхностное трение; Р – плотность потока; z – высота измеренной скорости потока; k – 1/30 высоты поверхностных неровностей.

Прандтль Людвиг (1875-1953) – немецкий ученый, один из основоположников аэродинамики, создатель научной школы прикладной гидроаэромеханики.

В познании физической сущности механизма взаимодействия потоков воды и воздуха с почвенными частицами важное значение имеет взаимосвязь между давлением и скоростями потоков (уравнение Бернулли): Р₁ – Р₂ = 0,5  (V₂² - V₁² ), где Р₁ - давление в точке с малой скоростью (V₁); Р₂ – давление в точке с большой скоростью (V₂);  - единица массы потока.

Бернулли Даниил (1700-1782) – академик (1725-1733) и иностранный почетный член (1733) Петербургской АН, сын Иоганна Бернулли. Разрабатывал законы механики жидких и газообразных тел (уравнение Бернулли).