Практическая работа № 6 сток речных наносов

Цель работы: научится рассчитывать расход наносов на вертикали при грядовом и гладком дне.

Дано:

Средняя скорость по вертикали υ_ср=55,9 см/с;

Глубина h = 33,6 см;

Гидравлическая крупность u = 0,59 см/с;

Диаметр донных отложений d = 0,021 см и d₅₀ = 0,021 см;

Плотность наносов ρ_н = ,20 г/см³;

Плотность воды ρ = 1,0 г/см³;

Уклон водной поверхности I = 0,76 ‰ (0,0076 %);

Расход воды Q = 63,5 м³/с.

Задание:

1. Определить режим движения наносов по критерию перехода грядовой формы дна в гладкую.

2. Вычислить коэффициент сопротивления подвижного дна при различных его формах.

3. Определить критерий подвижности.

4. Вычислить расход наносов по вертикали.

Краткие теоретические сведения

Сток наносов – суммарное количество переносимых рекой минеральных и органических частиц за какой-либо период времени; измеряется обычно в тоннах. Сток наносов складывается из стока взвешенных наносов (см. взвешенные вещества), переносимых во всей толще потока, и влекомых наносов, перемещаемых потоком в придонном слое. Доля стока влекомых наносов в среднем составляет около 0 % от общего стока наносов. Сток наносов формируется за счет размыва берегов и дна (русловая составляющая) и поступления наносов с площади водосбора, являясь продуктом эрозии почв и других денудационных процессов (совокупность процессов сноса и переноса (водой, ветром, льдом, непосредственным действием силы тяжести) продуктов разрушения горных пород в пониженные участки земной поверхности, где происходит их накопление). Поэтому его величину выражают также через модуль стока наносов (т/год·км²), который в интегральном виде характеризует интенсивность эрозионных процессов в бассейне реки. Основной сток наносов осуществляется в половодье и паводки. Значительная часть наносов оседает в водохранилищах, озерах, в руслах и на поймах рек, в балках, у подножья склонов. Хуанхэ выносит в море в среднем около 1300 млн т наносов в год, Амазонка – свыше 1000 млн т в год, Миссисипи – около 360 млн т в год, Лена – около 12 млн т в год. Суммарное количество наносов, перемещаемых реками с материков в океаны и большие озера, составляет около 17,0 млрд т/год. Сток наносов изменяется под влиянием антропогенных факторов. Сведение лесов и распашка земель на водосборах способствуют увеличению стока наносов. Водохранилища задерживают весь сток влекомых и часть стока взвешенных наносов; поэтому ниже водохранилищ наблюдается дефицит наносов в реках.

Ход решения

1. Г.В. Железняковым и В.К. Дебольским была предложена методика расчет расхода наносов на вертикалях и в сечении. Критерий перехода от грядовой формы к гладкой можно определить из условия:

(20)

где υ_ср – средняя скорость на вертикали, см/с;

u – гидравлическая крупность, см/с;

d – диаметр частиц, см;

h – глубина, см.

Если критерий больше 100 см/с, то движение происходит при грядовой форме дна, если меньше 100 см/с, то при гладком дне.

2. Коэффициент сопротивления подвижного дна при грядовой форме может быть вычислен по формуле:

(21)

где K₁ – безразмерный коэффициент, равный 19,5·10^-4, 𝑔 = 981 см/с²,

(22)

где ρ_н – плотность наносов;

ρ – плотность воды.

При гладкой форме вычисляется по формуле:

(23)

где K₂ = 4,2·10⁵.

3. Критерий подвижности вычисляют по формуле:

(24)

где h – глубина;

I – уклон (перевести в %);

d₅₀ – диаметр фракции, соответствующий 50 % частиц, слагающих дно.

4. Расход наносов на вертикалях (в г/с) вычисляется:

при грядовой форме:

(25)

где K_ГР = 1,0;

при гладкой форме:

(26)

где K_ГЛ = 0,16;

ρ – плотность воды, равная 1 г/см³.

Решение

1) Рассчитаем расход наносов на вертикалях и в сечении:

Движение происходит при грядовой форме дна.

2) Вычисляем коэффициент сопротивления подвижного дна:

3) Вычисляем критерий подвижности:

4) Вычисляем расход наносов на вертикалях:

Вывод: в данной практической работе определили режим движения наносов по критерию – грядовая форма дна; вычислили коэффициент сопротивления подвижного дна ; определили критерий подвижности; вычислили расход наносов по вертикали.

.