5. 2. Механізм переміщення наносів
Умови зважування твердих частинок визначаються гідравлічним режимом потоку, крупністю, формою та питомою вагою частинок. Величина підйомної сили біля дна пропорційна квадрату природної швидкості потоку. На частинку, що знаходиться в потоці діє вертикальна складова швидкості та сила тяжіння, що зумовлює випадання її на дно. Величина цієї сили залежить від гідравлічної крупністі наносів. Гідравлічною крупністю наносів (ω) називаються швидкість рівномірного випадання частинок в спокійній воді. На основі досліджень застановлена залежність між величиною гідравлічної крупності та розміром частинок.
Для частинок діаметром менше 0,2:
, (38)
для частинок діаметром більше 0,2 см:
,
(39)
де ρ - щільність частинок;
d - діаметр частинки.
Існують більш прості залежності між гідравлічною крупністю та розміром частинки, наприклад, формула Хозена:
. (40)
Частинка діаметром d буде знаходиться в завислому стані, якщо вертикальна складова швидкості течії v буде більшою або дорівнюватиме гідравлічний крупності цієї частинки.
Процеси ерозії та акумуляції протікають одночасно на всьому протязі річки. Але їх інтенсивність неоднакова на різних ділянках. В верхових ділянках, де швидкості значні, ерозія перевищує акумуляцію, і русло річки постійно поглиблюється. В середині течії ці процеси врівноважуються, а на низових ділянках, а на низових ділянках акумуляція перевищує ерозію, що замовляє поступове підвищення дна русла. Співвідношення між процесами ерозії та акумуляції знаходиться в залежності від транспортуючої здатності потоку та фактичної наявності в ньому наносів.
Для оцінки транспортуючої здатності потоку можна використати формулу Е. А. Замаріна:
, (41)
де q - транспортуюча здатність потоку в кг/м2;
v - середня швидкість течії в м/с;
R - гідравлічний радіус в м;
J - уклін потоку;
ω - середня зважена гідравлічна крупність завислих насосів в м / с.
Формула
(41) застосовується при 0,002
0,008 м/с. Із залежності (41) можна отримати
формулу незамулюючої швидкості:
. (42)
Існує наближена формула Кеннеді для визначення незамулюючої швидкості:
, (43)
де H - глибина потоку в м.
Коли підйомна сила менше маси частинки, то остання переміщується по дну. Встановлено, що маса частинок, що переміщується по дну потоку, пропорційна шостій степені швидкостей – це так званий закон Ері, тобто:
. (44)
Це пояснює то особливість, що рівнинна річка переміщує лише піщані наноси, а гірська, де швидкості значно більше, - великі камені.
Швидкість потоку при якій розпочинається рух наносів по дну визначається за формулою:
, (45)
де K - коефіцієнт пропорційності, що дорівнює приблизно 0,5;
d - діаметр частинок, м.
Значення розмиваючої швидкості, при який розпочинається масовий рух наносів, може бути визначено за формулою Г. І. Шамова:
, (46)
де h – глибина на вертикалі, м.
Значення швидкості, при якій припиняється рух наносів, може бути також визначена за формулою Г. І. Шамова:
. (47)