Движение речных наносов

Речными наносами называются твердые минеральные частицы, переносимые потоком и формирующие русловые, пойменные и донные отложения (аллювий). Они образуются из продуктов выветривания, денудации и эрозии горных пород и почв.

Эрозия поверхности водосборов и склоновая эрозия зависят от интенсивности дождей и снеготаяния, неровностей рельефа, рыхлости грунтов, растительного покрова. Русловая эрозия зависит от скорости течения водных потоков и устойчивости грунтов, слагающих дно и берега рек.

Наиболее важные характеристики наносов следующие:

- геометрическая крупность (Д, мм) – диаметр частиц;

- гидравлическая крупность (W, мм/с) – скорость осаждения частиц наносов в неподвижной воде;

- плотность частиц и отложений (ρ, кг/м³);

- мутность воды (S, г/м³) – весовое количество взвешенных наносов (г) в единице объема воды (м³);

- расход наносов (R, кг/с) – это количество наносов (кг) проносимое рекой через поперечное сечение в единицу времени (с).

Влекомые наносы – это наносы, перемещающиеся речным потоком в придонном слое и движущиеся скольжением, перекатыванием и сальтацией (перескакиванием).

На каждую частицу наносов, лежащую на дне реки, действуют две силы: сила лобового давления текущей воды и противоположная сила трения, удерживающая частицу на дне.

Влечение частиц описывается законом Эри и соответствующей ему формулой

W _r = A V ⁶, (13)

где W _r – вес частицы, которую влечет поток;

V – природная скорость потока;

А – коэффициент пропорциональности.

Из формулы Эри следует, что увеличение скорости течения, например, в 3 раза приводит к увеличению веса частиц в 729 раз (в 4 раза – в 4096 раз).

Это объясняет, почему на равнинных реках переносится лишь песок, а бурная горная река (р. Терек) переносит гравий, гальку и огромные валуны. В горных районах при интенсивных дождях могут возникать кратковременные потоки грязекаменного и водно-каменного характера, несущие огромные скопления наносов. Эти потоки называются селями.

В текучей воде вследствие турбулентного характера течения твердые частицы могут находиться во взвешенном состоянии, обуславливая мутность воды. Взвешенные наносы в речном потоке распределены неравномерно: в придонных слоях мутность максимальна и уменьшается по направлению к поверхности.

Движение взвешенных наносов характеризуется формулой:

R _вз = S Q, (14)

где R _bз – расход взвешенных наносов, кг/с;

S – мутность воды, кг/м³;

Q – расход воды, м³/с.

Стоком наносов называется суммарное количество влекомых и временных наносов, проносимое рекой через поперечное сечение в единицу времени.

Для рек обычно используют формулу годового стока наносов:

W _н = R 31,54 · 10⁶, (15)

где R – средний расход наносов, кг/с.

Модулем стока наносов называется сток наносов в тоннах с 1 км² площади водосбора (М _н, т/км²). Модуль годового стока наносов равен:

М _н = R 31,54 · 10⁶/F, (16)

где F – площадь водосбора.