Транспорт и аккумуляция наносов

Нужно учитывать не только размывающую, но и транспортирующую способность потока.

Транспортирующая способность потока -наибольший возможный при данном гидравлическом режиме потока расход наносов.

Поток может переносить частицы либо перекатыванием и волочением по дну, поднимая их на высоту, соизмеримую с диаметром частиц (донные наносы), либо взвешиванием в толщу потока, когда высота подъема частиц соизмерима с глубиной потока (взвешенные наносы).

Скачкообразное перемещение (сальтация) - переходная форма движения.

-Перекатывание и волочение частиц происходит под действием лобового усилия при сравнительно малых скоростях потока.

-При больших скоростях преобладает подъемное усилие, приводящее к скачкообразному движению частиц.

-При еще более высоких скоростях оторванные частицы не возвращаются на дно, а подхватываются вихрями, возникающими в придонной области, и выносятся в толщу потока. По мере приближения к пов-ти потока энергия вихря уменьшается в связи с увеличением ею диаметра, и частичка под действием силы тяжести снова движется вниз, однако новый вихрь подхватывает ее и снова выносит наверх.

Увеличение скорости потока =>увеличение его транспортирующей способности => к увеличению размера переносимых потоком частиц. Эта зависимость выражается

формулой Эри: Р = А V⁶ ,где Р - вес переносимой частицы; А - коэффициент, зависящий от уклона дна, формы и плотности частицы, глубины потока; V – средняя скорость потока.(вывод из ур. неразмывающей скорости потока).

Поэтому при уменьшении скорости взвесенесущий поток начнет освобождаться от влекомых частиц ввиду падения еготранспортирующей способности, причем частицы разных размеров будут выпадать последовательноот крупных к мелким по мере достижения потоком соответствующих им все более низких незаиляющих скоростей.

Гидравлическая крупность w - скорость равномерного осаждения частиц в неподвижной воде.

Ее значение можно выбрать в зависимости от диаметра частиц по табл. или найти по графику,

составленному Б.В.Архангельским

Эмпирическая формула И.ИЛеви для расчета незаиляющей скорости потоков,несущих частицы диаметром < 0,25 мм и текущих в руслах с коэффициентом шероховатости 0,0225 ,где R -гидравлич радиус,м

Для расчета незаиляющей скорости потоков, несущих более крупные частицы и текущих в руслах с иными показателями шероховатости

, где d - средний диаметр преобладающей массы частиц взвешенных наносов,мм; w - гидравлическая крупность частиц диаметром d, мм/с(скорость равномерного осаждения частиц в неподвижной воде); G - степень насыщенности потока наносами, %; п - коэффициент шероховатости.

ð незаиляющая скорость увеличивается с увеличением гидравлической крупности частиц, мутности потока, гидравлического радиуса и при уменьшении шероховатости русла п.

Для ориентировочных расчетов незаиляющей скорости применяют простуюф-лу Штеренлихта: , где А = 0,33 при средневзвешенных значениях w < 1,5 мм/с,

А = 0,44 при 1,5 < w < 2,5 мм/с, А = 0,55 при w > 2,5 мм/с, Q - расход потока (м3/с).

Для ветровой эрозии: хар-ны не только процесс отрыва частиц, но и процессы их переноса и аккумуляции.

4 стадии в каждом явлении ветровой эрозии: дефляции, трансформации, аккумуляции и стабилизации(закономерно сменяют друг друга в пространстве и во времени)

Каждая из стадий => свой особый тип нарушения почвенного покрова.

Начальная стадия –дефляция:под действием пульсирующего воздушного потока происходит ослабление и нарушение связей между отдельными частицами поверхностного слоя почвы, сопровождающееся их отрывом и переносом.Начинается формирование двухфазного потока воздух-почва. Твердая фаза этого потока представлена катящимися по поверхности, скачущими или взвешенными в потоке почвенными частицами. Разделение частиц на скачущие и летящие

достаточно условно. Тип движения каждой частицы в конечном счете определяется ее размерами и скоростью ветра, а эти характеристики подвержены периодическому изменению. Если вертикальная составляющая скорости ветра, направленная вверх, превышает аэроразмер

частицы (аналог гидравлической крупности), то частица будет перемещаться во взвешенном состоянии, причем высота, дальность и продолжительность полета обратно пропорциональна размеру частиц. Характерная особенность- число отрывающихся от пов-ти частиц превышает число возвращающихся на пов-ть за то же время. В результате интенсивность потерь почвы со временем возрастает или остается постоянной. На этой стадии формируется зона выдувания с дефлированными почвами.С течением времени интенсивность выдувания в наветренной

части зоны дефляции начинает уменьшаться вследствие самоотмостки

или падения скорости ветра и стадия дефляции переходит в стадию стабилизации. Явление самоотмостки обусловлено селективностью выдувания - в первую очередь ветром уносятся наиболее подвижные частицы,а менее подвижные остаются. В результате этого происходит увеличение критической скорости и, если она превысит фактическую скорость ветра, сдувание почвы прекратится.

Если длина поля достаточна для насыщения потока твердой фазой, стадия дефляции сменяется стадией трансформации. При этом число скачущих частиц в потоке достигает максимума и остается примерно постоянным, соответствующим транспортирующей способности потока.

Двухфазный поток и почва находятся в состоянии, близком к динамическому равновесию: число скачущих частиц, покинувших почвенную поверхность в единицу времени, равно числу частиц, выпавших из потока за это же время.

Теоретически и экспериментально наиболее обоснованной для данной стадии является модель переноса песка (Bagnold, 1941):

, где q - расход твердой фазы через единицу ширины фронта в единицу времени, г/(см·с); а - эмпирический коэффициент, зависящий от параметров

логарифмического профиля скорости ветра, равный (0,174/lg(z//fc))3, где к - параметр логарифмического профиля скорости ветра для взвесенесущего потока, равный 1 см при среднем размере зерен песка в потоке 0,025 см, z - высота над поверхностью, для которой рассчитывают скорость, см; С - коэффициент, зависящий от степени сортированности песка; С = 1,5 для примерно однородного сортированного песка (монофракции); С = 1,8 для сортированного ветром песка (песок дюн и т.п.); С = 2,8 для плохо сортированных песков; d – средний размер песчинок в диапазоне от 0,01 до 0,1 см; D - средний размер частиц "стандартного" песка, равный 0,025 см; р - плотность воздуха, г/см3; g - ускорение силы тяжести, равное 981 см/с2; Vz - скорость ветра на высоте г, см/с; Vz, - критическая скорость ветра на высоте г, см/с.

Большинство авторов моделей насыщенного переноса сходится на том, что расход твердой фазы почво-воздушного потока пропорционален кубу скорости ветра, а предложенные модели по форме близки модели Бэгнольда.

Для этой стадии характерно образование рифелей на поверхности почвы, которые перемещаются со скоростью на несколько порядков меньшей, чем скорость самого двухфазного потока. На этой стадии происходит транзит почвы из зоны дефляции, а также потеря почвы из зоны трансформации за счет мелких частиц, переходящих во взвешенное состояние. Для стадии трансформации характерно формирование комплекса свеянно-навеянных почв.

Стадия трансформации сменяется стадией аккумуляции для которой характерно преобладание процессов отложения твердой фазы из почво-воздушного потока над процессами отрыва и выноса. Причиной этого служит снижение транспортирующей способности ветра, которое обусловлено уменьшением его скорости. Чаще всего оно происходит либо в результате встречи потока с каким-то препятствием (выступающими формами рельефа, растениями, инженерными сооружениями

и т.п.), либо в результате резкого увеличения живого сечения потока (при пересечении долины реки, балки, оврага и т.п.). Проблема математического моделирования ветроэрозионного процесса на стадии аккумуляции разработана в наименьшей степени. В известных моделях (Дубов и др., 1978) в расчет принимается лишь аккумуляция взвешенных частиц. Для стадии аккумуляции характерно образование эоловых отложений и погребенных почв.