12.2 Задачи расчетов взвесенесущих потоков.

Наносы, всегда присутствующие в естественных потоках могут создавать затруднения в их использовании: наносы, попадая в каналы и оседая на дне, уменьшают их пропускную способность; осаждение наносов изменяет форму русел равнинных рек и ухудшает условия судоходства; наносами заиливаются водохранилища и т.д.

При прогнозировании поведения наносов приходится решать следующие задачи:

1. Определять величину потерь напора при движении воды с твердыми частицами;

2. Определять размывающую способность потока, т.е. устанавливать, возможен ли размыв русла, а также находить скорость и величину этого размыва.

3. Устанавливать количество грунта, которое может транспортировать данный поток;

4. Определять предельную (“незаиливающую”) скорость, ниже которой начинается заиливание русла;

5. Оценивать заиливающую способность потока, т.е. выяснять возможность и определять скорость заиливания русла за счет выпадения частиц грунта из взвесенесущего потока.

12.3 Движение наносов.

Общая схема движения наносов следующая: вначале, при некоторой скорости потока начинается движение частиц; при этом некоторые из них сдвигаются со своего места и перекатываются по дну русла, другие отрываются от дна и скачкообразно переносятся вниз по течению. При увеличении скорости потока число перемещающихся частиц возрастает. Скорость потока, при которой начинается передвижение отдельных частиц наносов, т.е. происходит трогание их с места, называется скоростью трогания или размывающей скоростью. При дальнейшем увеличении скорости потока начинается массовое движение частиц по дну русла, эта скорость называется скоростью влечения наносов. При этом начинают образовываться песчаные поперечные гряды, а затем песчаные волны. При дальнейшем увеличении скорости потока увеличивается и скорость движения частиц наносов, происходит переформирование данных песчаных гряд. При еще большем увеличении скорости мелкие твердые частицы наносов переходят во взвешенное состояние; более крупные частицы при этой скорости передвигаются по дну в форме песчаных волн. Скорость потока, при которой твердые частицы начинают переходить во взвешенное состояние, называется взвешивающей скоростью; для наносов разной крупности она будет иметь разные значения.

Таким образом, при движении наносов различают 3 характерных момента:

1. Начало движения частиц или их трогание с места;

2. Массовое движение наносов в форме песчаных волн;

3. Начало переходов наносов во взвешенное состояние.

13. Распределение скоростей в открытых каналах при равномерном движении.

В открытых руслах скорость увеличивается от дна к поверхности и от берегов (стенок канала) к оси потока. Максимальная скорость из-за трения о воздух имеет место примерно на глубине 0,15от поверхности потока.

Распределение скоростей в открытых широких каналах достаточно хорошо описывается эмпирический формулой Базена

(13.1)

где скорость на расстоянии у от дна,- средняя скорость в сечении потока,- коэффициент Шези,- глубина потока.

Для искусственных каналов часто рекомендуется формула для распределения скоростей (при )

(13.2)

где - скорость на глубине.

Распределение скоростей по глубине в открытых каналах необходимо знать для определения допускаемых скоростей.

При проектировании открытых каналов допускаемые скорости необходимы знать, чтобы оценить экономические затраты на строительство, так как выбор скорости течения определяет размеры канала. Выбор крайних значений скоростей – минимальных и максимальных обусловлен следующими причинами. При малых скоростях сечение канала получается большим, что, увеличивая объем земляных работ, делает строительство дороже. Кроме того, при малых скоростях движения происходит заиление канала вследствие оседания взвешенных в жидкости частиц, переносимых потоком. В результате в заиленных каналах должна проводится регулярная прочистка, иногда очень дорогая. При больших скоростях сечение канала получается меньше, это уменьшает объем земляных работ, но при этом требуется более прочное покрытие стенок канала, так как текущая вода способна разрушать даже прочные материалы, например, камень(грунты размываются водой даже при умеренных скоростях). Крепление стенок и дна канала требует дополнительных затрат и материалов.

Таким образом, необходимо, чтобы скорость движения воды в каналах была бы ниже максимально допустимой величины скорости для данного вида грунта (или крепления) и одновременно была бы выше минимально допустимой скорости, т.е.

.

Для несвязных грунтов (песок, гравий, галька) получены формулы, в которых допускаемые скорости зависят от среднего диаметра частиц грунта и от глубины потока.

При условии рекомендуется формула Б.И. Студеничникова

, (13.3)

и при формула А.М. Латышенкова

, (13.4)

в этих формулах измеряется в метрах,- в мм.,- в м/с.

Незаиляющую скорость (в м/с) - возможно определять по формуле И.И. Леви

, (13.5)

где - средний диаметр взвешенных частиц, мм;- гидравлическая крупность этих частиц, т.е. скорость их осаждения в стоячей воде, мм/с;- гидравлический радиус, м;- коэффициент шероховатости.