книги из ГПНТБ / Орлова, В. В. Гидрометрия учебник

Для учета мелких частиц наносов (мельче 0,003 мм), остав­ шихся в бутылке, некоторые пробы после отстоя фильтруются. На фильтрование оставляется 12— 18 проб, взятых в различные пери­ оды водного режима. Количество наносов, осевших в трубке и ос­ тавшихся на фильтре, взвешивается для каждой пробы отдельно. По полученному весу вычисляется мутность воды. Для определения

нию мутности, создаваемой частицами мельче 0,003 мм, которые не успевают выпасть в осадок в течение суток и, следовательно, не учитываются при измерении высоты слоя осадка.

§ 74. Выделение крупных фракций донных отложений

Если донные отложения сформированы наносами различной крупности (от валунов и гальки до мелких песков и глин), то ана­ лиз производится в два этапа. Первоначально из отобранной пробы на посту выделяются наносы крупнее 10 мм. Разделение этой части пробы по крупности часто производится путем просеи­ вания донных отложений через сита (грохота) с отверстиями 10, 20, 50 и 100 мм. В результате анализа проба делится на фракции:

крупнее 100 мм. 100—50, 50—20, 20— 10 и мельче 10 мм. Кроме того, наиболее крупные фракции в данной пробе определяются пу­ тем непосредственного обмера.

При отсутствии грохота диаметр частиц определяется с по­ мощью калибров или непосредственным обмером лентой трех ок­ ружностей каждой частицы и вычисления среднего диаметра (мм) по формуле

262

Калибры изготовляются из проволоки в виде окружностей диа­ метром 10, 20, 50 и 100 мм, укрепленных на деревянной ручке. Диаметр каждой частицы определяется путем подбора к ней соот­ ветствующего калибра.

Частицы, диаметры которых находятся в пределах принятых границ каждой фракции, группируются вместе. Вес каждой фрак­ ции определяется или взвешиванием на технических весах, или по объему вытесненной воды с пересчетом его в вес наносов с по­ мощью удельного веса твердых частиц, который принимается рав­ ным 2,65. Полученные веса фракций выражаются в процентах от веса взятой для анализа пробы, включая и ту часть, которая пере­ сылается в стационарную лабораторию для продолжения анализа (наносы мельче 10 мм).

§ 75. Взвешивание пустых фильтров и определение количества наносов в пробах

Для фильтрования проб применяются фильтры, изготовленные из специальной беззольной бумаги в виде кружков диаметром 11—• 13 см. Каждый фильтр складывается вчетверо, и на нем простым карандашом пишется порядковый номер. После этого фильтры по одному кладутся в заранее взвешенные бюксы и помещаются в термостат на 2—3 ч, где они просушиваются при температуре 105— 110° С. По истечении указанного срока бюксы в термостате закрываются крышками и помещаются в эксикатор на 30—40 мин для охлаждения до комнатной температуры. Охлажденные бюксы с фильтрами взвешиваются на аналитических весах с точностью до 0,0001 г. Вес фильтра определяется по разности веса бюкса с фильтром и веса пустого бюкса. Для определения полноты уда­ ления гигроскопической влаги из каждой партии (25 просушенных

веса по первому и второму взвешиванию не должна превышать 0,0006 г. При большем расхождении срок сушки всех фильтров увеличивается.

Фильтры со взвешенными наносами, поступившие с водомер­ ного поста, помещаются в термостат на 5 ч, где они просушива­ ются при температуре 105—110° С до абсолютно сухого состояния (без гигроскопической влаги), после чего охлаждаются в эксика­ торе и взвешиваются на аналитических весах с точностью до 0,0001 г. Вес наносов определяется по разности веса бюкса с филь­ тром и наносами и веса пустого бюкса и фильтра.

Если требуется определить содержание органической части на­ носов, то фильтры с наносами после взвешивания помещаются

ности полученного веса и веса тигля. Вычитая из веса наносов вес его минеральной части, получим вес органических веществ.

263

Пробы донных наносов из пакетов перекладываются в фарфо­ ровые чашки и в воздушно-сухом состоянии взвешиваются на хи­ мико-технических весах с точностью до 0,01 г.

Пробы взвешенных наносов, поступившие для определения круп­ ности, помещаются в бюксы или фарфоровые чашки и ставятся на водяную или песчаную баню для выпаривания воды.

При мутности более 2000 г/м3 вес наносов в пробе может быть определен пикнометрическим способом без предварительного филь­ трования. Весовое количество твердых частиц определяется взве­ шиванием наносов в воде взятой пробы с учетом удельного веса наносов и воды.

Для определения веса наносов проба объемом около 1 л де­ лится примерно на три равные части. Каждая часть последова­ тельно переливается в колбу емкостью 500 мл н после добавления до метки 500 мл отфильтрованной воды взвешивается на техни­ ческих весах с точностью до 0,01 г. Затем колба освобождается, снова заполняется до метки только отфильтрованной водой и сно­

где т — вес колбы с пробой (сумма трех взвешиваний); R — утро­ енный вес колбы с отфильтрованной водой; d — удельный вес на­

носов.

Удельный вес отфильтрованной речной воды принимается рав­ ным 1,00.

§ 76. Определение состава наносов и грунтов по крупности (гранулометрический анализ)

Гранулометрический состав характеризует наносы (грунты) по размерам слагающих их частиц. Обычно крупность выражается в виде относительного содержания (в процентах) групп частиц примерно одного размера, называемых фракциями, по отношению к весу абсолютно сухого образца.

Т а б л и ц а 13

Классификация речных наносов по размеру частиц (мм)

264

Для анализа наносов (грунтов) по крупности применяется клас­

0,001 мм); наибольший размер твердых частиц обычно не превы­ шает 0,1 мм. В горных реках преобладают более крупные песча­ ные фракции; во взвешенном состоянии встречается не только крупный песок, но и галька, гравий.

В зависимости от крупности частиц и вида наносов грануло­ метрический анализ выполняется различными методами: пипеточным, фракциометра, ситовым и простым обмером частиц. Для разнородных по крупности образцов применяются комбинирован­ ные методы: пипетка—фракциометр, сита—фракциометр, обмер— сита—фракциометр. Анализы, выполняемые пипеточным методом и методом фракциометра, основаны на гидравлическом принципе, при котором используются различия в скорости равномерного падения частиц в стоячей воде, или так называемая гидравлическая круп­ ность частиц. Для пересчета гидравлической крупности в диаметр частицы служит табл. 14, в которой приведены значения нормаль­

При иной температуре воды во время анализа нужно фактиче­ скую гидравлическую крупность привести к нормальной и после этого по табл. 14 найти соответствующий ей диаметр частицы. Для перехода от фактической к нормальной гидравлической крупности принимается коэффициент К, учитывающий влияние температуры

на вязкость воды, от которой зависит скорость падения частицы. Значения коэффициента К приведены в табл. 12.

М е х а н и ч е с к а я п о д г о т о в к а о б р а з ц а к а н а л и з у . Если количество наносов в пробе превышает необходимую для анализа навеску, то производится отбор средней пробы, представ­ ляющей собой часть образца. Часть пробы, взятая для анализа, затем подвергается механической подготовке в соответствии с из­ ложенными ниже рекомендациями.

Для крупнозернистых наносов отбор средней пробы выполня­ ется квартованием. Для этого образец рассыпается тонким слоем

265

на листе бумаги и тщательно перемешивается способом «кольца и конуса»: проба насыпается в виде кольца, постепенно превраща­ емого в конус; затем конус вновь превращается в кольцо — н так два-три раза. После двух-, трехкратного перемешивания конус раз­ резается лопаточкой на четыре части и одна из них взвешивается. Если взятая навеска превышает необходимый для анализа вес, то одна из четвертей вновь подвергается квартованию.

Средняя проба для мелкозернистых наносов (с частицами мельче 0,2 мм) отбирается из рассыпанного па листе бумаги, тща­ тельно перемешанного образца. Весь образец разравнивается тон­ ким слоем и делится на 6—8 частей; из каждой части отбирается примерно равное небольшое количество наносов н объединяется в одну навеску.

Механическая подготовка пробы состоит в восстановлении мпкроагрегатного состояния образца, нарушаемого при выпаривании пробы, в процессе которого частицы слипаются. В зависимости от крупности наносов механическая подготовка пробы выполняется различными способами.

Комочки гравелисто-галечных и песчаных донных наносов и тонных отложений, не покрытых глинистым налетом, осторожно растираются пальцами или резиновым пестиком.

Навеска заиленных песчаных образцов размачивается в дистил­ лированной воде (в двойном количестве по весу) в течение одних суток н подвергается многократному отмучиванию для удаления частиц мельче 0,01 мм.

Для илистых и глинистых наносов требуется более тщательная механическая подготовка, заключающаяся в следующем:

а) просеиванием через набор спт от образца отделяются ча­ стицы крупнее 1 мм;

б) отмучиванием отмывается от крупных частиц глинистый налет;

в) отмытые частицы просушиваются, отдельные комочки разми­ наются и просеиваются через сито с отверстиями диаметром 1 мм; г) из просеянной части наносов берется необходимая навеска, которая размачивается в течение двух суток в дистиллированной воде и затем кипятится с добавлением 0,5— 1,0 мл 25%-ного раст­

стиц размером от 10 до 0,5 мм и как вспомогательный при анализе методом фракциометра или пипетка—фракциометр для частиц крупнее 1 мм.

Разделение частиц на фракции производится путем просеивания пробы через набор сит (рис. 134) с определенными размерами от­ верстий. Для песчаных наносов применяются сита с диаметрами отверстий 10, 5, 3, 2, 1 и 0,5 мм. Сита вставляются одно в другое, от крупных отверстий к более мелким. В результате анализа сито­ вым методом наносы подразделяются на фракции: крупнее 10 мм, 10—5, 5—3, 3—2, 2— 1, 1—0,5 мм и мельче 0,5 мм.

266

растирается резиновым пестиком в течение 3—5 мин до состоя­ ния жидкой кашицы. Подготовленная проба переводится во фракциометр, и одновременно пускается секундомер. Сначала опре­ деляется диаметр самой крупной частицы. Для этого в момент прохождения первой частицы через нижнюю метку фракциометра отмечается время по секун­ домеру. Делением расстояния между верхней и нижней метками на продолжительность падения частицы определяется наиболь­ шая гидравлическая крупность, и по табл. 14 находится диаметр

самой крупной частицы.

Для выделения установлен­ ных фракций* через определенное время, считая с момента начала анализа, частицы наносов, осаж­ дающиеся в трубках, отделяются зажимными рычагами. При тем­ пературе воды 15° С для отделе­ ния фракции 1,0—0,5 мм через 31 с закрывается нижний зажим; фракция 0,5—0,2 мм отделяется через 1 мин 11 с; фракция 0,2— 0,1 мм — через 3 мин 23 с; фракция

0,1—0,05 мм — через 12 мин 45 с.

По окончании анализа каж­ дая фракция переводится в фар­ форовую чашку или бюкс и после выпаривания воды взвешивается. Содержание фракции меньше 0,05 мм определяется по раз­ ности между весом взятой для анализа навески и суммой всех выделенных фракций. Вес отдель­ ных фракций выражается в про­

Сначала пипеточным методом подразделяются частицы мельче

0,05 мм на следующие четыре фракции: 0,05—0,01; 0,01—0,005; 0,005—0,001; менее 0,001 мм. При сокращенном анализе наносы подразделяются пипеткой лишь на две фракции: 0,05—0,01 и мельче 0,01 мм.

268

На крестовине 5 установлен один из сосудов 8 аспиратора; второй сосуд 8 помещен на основании штатива. Оба сосуда соединяются трубкой 9, по которой из верхнего сосуда в нижний периодически

стекает определенная порция воды в момент отбора пробы. Дей­ ствие аспиратора основано на создании вакуума в верхнем сосуде. В нижний сосуд через верхнее отверстие поступает атмосферный воздух; верхний сосуд соединен с краном 10 пипетки. Через си­

стему резиновых трубок и отростков в кране пипетка может попе­ ременно соединяться с аспиратором, с атмосферным воздухом и со смывным сосудом 11.

Смывной сосуд емкостью 0,3 л навинчивается на верхний от­ росток крана и наполняется дистиллированной водой для смыва частиц наносов со стенок пипетки.

Пипеточная установка дает возможность одновременно произ­ водить анализ шести образцов.

Для анализа берется навеска в воздушно-сухом состоянии в ко­ личестве 5—7 г для полного анализа (до 0,001 мм) н 2—3 г для сокращенного анализа (до 0,01 мм).

После механической подготовки навески прокипяченная и охлажденная суспензия переводится из колбы в цилиндр пнпеточнон установки, куда по мере надобности доливается дистиллированная вода до метки 1000 или 1200 мл. Содержимое цилиндра тщательно взбалтывается специальной мешалкой. Одновременно с извлече­ нием мешалки из цилиндра пускается секундомер, и через опреде­ ленное время берется пипеткой первая проба. Перед отбором каж­ дой последующей пробы суспензия вновь взбалтывается мешалкой.

Порядок работ при взятии проб пипеткой следующий.

1. Краны аспираторных сосудов открываются, а кран пипетки должен находиться в положении полного перекрытия между мет­ ками «ВЗ» (воздух) и «ВК» (вакуум).

270