Помощь по Теле2, тарифы, вопросы

Стоком в реки сносятся рыхлые породы - продукты выветривания. При этом образуется твердый сток - масса взвешенных, влекомых по дну и растворенных веществ. Количество их зависит от энергии движущейся воды и от сопротивляемости пород размыву. Твердый сток делится на взвешенный и донный . При изменении скорости течения эти виды твердого стока могут переходить один в другой. От величины твердого стока может зависеть мутность реки . В крупных системах рек твердый сток измеряется десятками миллионов тонн в год. Например, твердый сток Амударьи - 94 млн. тонн; Волги - 25 млн. тонн; Оби - 15 млн. тонн; Дона - 6 млн. тонн; Хуанхэ - 1500 млн. тонн; Инда - 450 млн. тонн; Нила - 62 млн. тонн.

Величина стока зависит от целого ряда факторов:

от климата . Чем больше осадков и меньше испаряемость, тем больше сток, и наоборот. Величина стока зависит не только от количества осадков, но и от их формы и времени выпадения. Например: дожди жаркого лета дадут меньше сток, чем прохладного осеннего; снег не дает поверхностного стока в холодные месяцы, он сосредоточен в короткий период весеннего половодья. На величину стока влияет и равномерность выпадения осадков: резкие изменения количества осадков и величины испаряемости обуславливают неравномерный сток, а при затяжных дождях просачивание осадков в грунт больше, чем при ливневых дождях;

от рельефа местности . С незначительных возвышенностей сток больше, чем с прилегающих к ним равнин: на Валдайской возвышенности модуль стока равен 12 л/сек/км 2 , а на прилегающих равнинах - 6. Еще больший сток (от 25 до 75) в горах, так как помимо влияния рельефа здесь влияет на величину стока и увеличение количества осадков, а также уменьшение испарения в горах в связи с понижением температуры. С возвышенных и горных территорий вода стекает быстро, а с равнинных медленно. По этим причинам равнинные реки имеют более равномерный режим, тогда как горные чутко и бурно реагируют на погоду;

от почвенного покрова . В зонах избыточного увлажнения почвы большую часть года насыщены водой и отдают ее рекам. В зонах недостаточного увлажнения во время таяния снега почвы способны впитать всю талую воду, поэтому сток в этих районах слабый;

от растительного покрова . Исследования последних лет, проводимые в связи с насаждением лесных полос в степях, указывают на положительное влияние их на сток, так как он в лесных зонах значительнее, чем в степных;

от влияния болот . Оно различно в зонах избыточного и недостаточного увлажнения: в лесной зоне болота - регуляторы стока, а в лесостепной они всасывают поверхностные и грунтовые воды и испаряют их в атмосферу, тем самым нарушая сток;

от крупных проточных озер . Они - мощные регуляторы стока.

Анализируя вышесказанное, следует сделать вывод, что величина стока изменчива. Зоной самого обильного стока являются экваториальные широты (модуль стока -1500 мм в год). Самый большой годовой сток у рек Южной Америки. Субполярные широты Северного полушария - зона минимального стока (модуль стока - 200 мм в год). Максимальное количество стока в этих широтах приходится на весну и лето.

На каждом материке есть территории, с которых сток осуществляется не в океан, а во внутренние водоемы - озера, не имеющие связи с Мировым океаном. Такие территории называются областями внутреннего стока , или бессточными. Формирование стока этих областей связано с выпадением атмосферных осадков, а также с удаленностью внутриматериковых территорий от океана. Самые крупные бессточные площади приходятся на Африку (40% от всей территории) и на Евразию (29% от всей территории).

Итак, важнейшим звеном в круговороте воды в природе и важнейшей характеристикой реки является сток.

Он характеризуется рядом показателей (расход воды, модуль стока, коэффициент стока). Величина стока зависит от целого ряда факторов (от климата, от рельефа местности, от почвенного покрова, от растительного покрова, от влияния болот и озер). Широко распространенная харак­теристика реки - величина ее годового стока. Наибольший годовой сток у Амазонки, что связано с огромной площадью ее речного бассейна, расположенного в основном в зоне влажных экваториальных лесов.

Твердый сток – это количество взвешенных тонко-мелкозернистых влекомых (перекатываемых) по дну наносов, переносимое рекой через какой-либо створ за заданный интервал времени.

При этом расходом наносов называется количество наносов, переносимое через живое сечение реки в единицу времени. В зависимости от способа транспортирования наносы подразделяют на взвешенные, переносимые водными потоками во взвешенном состоянии, и влекомые, перемещающиеся в придонном слое потока путем перекатывания, скольжения и сальтации. Условия движения наносов меняются при изменении скорости, глубины и других гидравлических элементов. Частицы, переносившиеся во взвешенном состоянии, могут стать влекомыми наносами, а влекомые – перестать двигаться или перейти во взвешенное состояние. Неподвижные частицы могут перейти в движение.

Основными гидравлическими параметрами наносов являются:

• гидравлическая крупность частицы, определяемая как скорость ее равномерного падения в спокойной воде;
• начальная скорость влечения (сдвига) частицы, находящейся на дне потока;
• средняя скорость влечения частицы по дну.

В речном потоке наблюдается взаимообмен потока и русла наносами с осаждением частиц наносов на дно и взмывом их с его поверхности. Взаимообмен наносами обусловлен турбулентностью потока (восходящими и нисходящими пульсационными токами) и зависит от гидравлической крупности наносов и начальной скорости влечения частиц. Области таких токов располагаются беспорядочно над поверхностью русла, вследствие чего дно потока представляет собой поле чередующихся зон взмыва и отложения. При грядовой форме русла области преобладания восходящих и нисходящих вихрей разграничены, соответственно разграничены и зоны размыва и переотложения наносов. Верхний слой наносов, вовлеченный в процесс взаимообмена наносами с потоком, называется активным слоем русла. Сами наносы называются донными отложениями.

Исходным материалом формирования наносов на речных водосборах являются продукты выветривания горных пород, частицы почвы, остатки растительности и животных. Выделяются внешние и внутренние источники питания потока наносами. Внешние источники питания – склоны, а также расположенные у берегов осыпи. Внешнее поступление наносов характеризует интенсивность водной эрозии на склонах. Внутренними источниками питания рек и ручьев наносами являются сформировавшиеся аллювиальные отложения русла и поймы. Суммарный вынос наносов определяется суммой (склоновой и русловой) эрозий.

Общая закономерность формирования твердых стоков:

• верховья рек и вся первичная гидрографическая сеть поставляют твердый материал в речные системы;
• средние и большие реки осуществляют транспорт продуктов эрозии, аккумулируя часть наносов при их избытке и размывая их при дефиците твердого материала.

В устьевых частях рек наблюдается аккумуляция наносов.

Характеристикой наносов, поддающейся картографированию, является среднемноголетняя мутность (количество наносов, содержащееся в единице объема потока) рек. В пределах Европейской территории России наименьшая мутность воды рек (менее 10 г/м 3) наблюдается в зоне тундры и лесотундры. Для низменных заболоченных районов лесной зоны мутность составляет 10–25 г/м 3 ; в южной части лесной зоны мутность рек достигает 100–250 г/м 3 ; в лесостепной зоне мутность может доходить до 1000–2500 г/м 3 , возрастая на малых реках до 5000 г/м 3 .

Сток наносов – главный фактор заиления водохранилищ, что обусловлено отложением в их чашах наносов, поступающих с жидким стоком, а также твердого материала, сносимого в водоем при переработке берегов. Особую опасность представляют случаи транспорта наносов, сопровождающиеся интенсивной эрозией склонов, а также образованем селей в результате перенасыщения потока наносами. В ряде случаев смыв почвенного покрова сопровождается переносом загрязняющих веществ. Пестициды, радионуклиды и некоторые другие опасные вещества в результате сорбции фиксируются на минеральных частицах наносов и переносятся водными потоками во время паводочного стока.

Источники: Теория и методы расчета речных наносов. Караушев А.В. – Л., Гидрометеоиздат, 1977; Сток наносов, его изучение и географическое распределение. Под редакцией Караушева А.В. – Л., 1977.

Замечательной особенностью поверхности Земли является то, что в этих условиях и твердое вещество не остается неподвижным, оно тоже участвует в миграции, перемещаясь поверхностными водами суши. Таким образом, помимо элементов, мигрирующих в истинно растворимом состоянии или с коллоидными частицами, поверхностные воды переносят огромные массы обломков горных пород и минералов. Общий процесс измельчения твердого вещества земной коры на поверхности суши благоприятствует этому. В зависимости от величины обломков и скорости водного потока обломки переносятся преимущественно во взвешенном состоянии и в небольшом количестве — путем перемещения (волочения) по дну. Суммарную массу твердых веществ, выносимых реками, называют твердым стоком (по аналогии со стоком воды). Значительная часть обломочного материала перемещается в пределах суши, но то количество, которое выносится в моря, очень велико. В таблице 9 приведены сведения о выносе твердого обломочного вещества с материков.
Сопоставление показателей ионного и твердого стоков для всей суши в целом позволяет заключить, что масса вещества, переносимого поверхностными водами в виде твердых обломков, больше количества химических элементов, которые переносятся в растворимом состоянии. Но в разных условиях соотношение твердого и жидкого стоков сильно меняется. Академик Н. М. Страхов проанализировал эти соотношения и обнаружил, что в условиях равнинного рельефа ионный сток превышает твердый. При переходе к горным странам интенсивность обеих форм водной миграции увеличивается. При этом в горах, лишенных покрова леса, интенсивность переноса твердых взвесей обгоняет рост миграции растворимых форм. В итоге в горных странах с незалесенным водосбором твердый сток значительно больше ионного, имеющие состав исходных пород, не испытывают очень далекого переноса, а мелкие частицы переносятся на тысячи километров. В широких долинах равнинных рек осаждаются мелкие обломочные частицы размером около 0,1 — 1 мм. Так образуются крупные скопления песков. Если размываются сильно выветренные породы, то в песчаных отложениях рек кварц составляет 80—90%. Если же размыву подвергаются относительно свежие глубинные породы, то наряду с кварцем присутствуют обломки других распространенных минералов: полевых слюд и пр. Глинистые частицы как самые мелкие при прочих равных условиях уносятся наиболее далеко от области размывания.
Сортировка минералов водными потоками отражается на перераспределении химических элементов. На участках накопления песков уменьшается содержание всех химических элементов и возрастает количество кремния. В глинистых отложениях повышенное содержание алюминия и железа. Сортировка минералов сказывается не только на главных химических элементах, но и на тех, которые находятся в состоянии рассеяния.
При изучении содержания рассеянных химических элементов в поверхностных отложениях бассейна среднего течения Оки автор обнаружил, что в песчаных отложениях этих элементов значительно меньше, чем в глинистых. В дальнейшем была выяснена причина этого явления. Поверхностные четвертичные отложения являются переотложенными продуктами выветривания. Глубинных силикатов среди обломочных частиц (полевых шпатов, слюд, роговых обманок) в них очень мало. Главными составными частями являются кварцевые песчинки и глинистые минералы. В кварце рассеянных металлов очень мало — в десять раз меньше, чем в глинистых минералах. Поэтому в тех отложениях, где много этих минералов, содержание рассеянных металлов значительно больше.

Мутность воды наименьших значений в России достигает в реках лесной зоны. В тайге мутность речной воды обычно менее 20 г/м3, что является следствием относительно небольшого поверхностного стока в условиях лесных почв, обладающих высокой инфильтрационной способностью. Другая причина - почвенный покров лесов хорошо предохранен от размыва; в этой полосе сравнительно мало распространены пахотные земли, на которых наиболее благоприятны условия для эрозионных процессов. В некоторых районах южной и дальневосточной тайги мутность повышается до 50 г/м3, а в отдельных районах и до 100 г/м3. Повышение мутности воды в пределах таежной зоны связано главным образом с линейной эрозией в руслах самих рек или вызвано условиями горного рельефа (район Верхоянска).

По мере следования на юг мутность речной воды повышается. Это характерно для лесостепной и степной зон, где мутность достигает 500 г/м3. В основном это связано с большой площадью распаханности этой территории. На пахотных землях, особенно в прошлом, формировался высокий поверхностный сток. Кроме того, почва на пашне плохо защищена от размыва. В некоторых степных и лесостепных районах повышенная мутность воды (до 1000 г/м3) обусловлена пересеченным рельефом, либо особо интенсивными ливнями в сочетании с распространением легко поддающихся размыву лёссов (например, низовья реки Дон).

В общем распределение по территории страны мутность речной воды носит вполне выраженный зональный характер. При этом естественные зональные черты распределения мутности усиливаются антропогенным фактором.

Особые условия формирования мутности характерны для горных районов. Здесь основную роль играют рельеф и . Существенное значение имеют также климатические условия: с уменьшением влажности возрастает интенсивность процессов денудации, в том числе и эрозии. Важную роль играют также горные леса, тормозящие развитие эрозионных процессов.

Внутригодовые колебания твердого стока, прежде всего, связаны с колебаниями стокаводы: с увеличением расхода воды увеличиваются расходы взвешенных наносов. Однако внутригодовое распределение стока наносов отличается большей контрастностью, чем сток воды. Так, во время паводков максимум расхода наносов не совпадает с пиком паводка, а предшествует ему; при наличии нескольких паводков, следующих один за другим, наибольшую массу наносов несет первый паводок, на долю каждого последующего паводка наносов приходится все меньше.

Для преобладающих в России рек со снеговым половодьем, которым свойственна регулярная периодичность, режим твердого стока носит довольно регулярный периодический характер.

Энергия потока расходуется на преодоление сопротивления со стороны дна и берегов, а также на размыв и перенос грунта со склонов водосбора в водоприемник. Уровень воды в водоприемнике представляет для впадающей в него реки базис эрозии, т.е. потенциальная отметка, до которой произойдет размыв водотока. Базис эрозии характеризует энергию потока.

Процесс размыва включает четыре стадии:

Смыв грунта с поверхности водосбора;

Размыв дна и берегов в русле реки и на пойме;

Перенос частиц грунта по течению водотока;

Отложение или аккумуляцию частиц.

Причиной размыва является движение масс воды (в виде ручейков на склонах или же потока в реке), достигающее определенной скорости. Отрыв частиц грунта и их подъем – переход во взвешенное состояние - , кроме скорости воды, зависит от размеров частиц, их формы и плотности, а также от взаимного расположения частиц на дне.

На отдельную частицу, лежащую на дне, действует сила лобового давления и подъемная сила, которая возникает при обтекании частицы, обусловленная разностью скоростей на верхней и нижней её гранях. По закону Бернулли давление на верхнюю грань будет меньше, чем на нижнюю. Кроме того, необходимо учесть вес частицы и Архимедову (выталкивающую) силу.

Еще один механизм отрыва частиц от дна – это наличие вихрей, возникающих при обтекании разного рода препятствий. Эти вихри имеют на своей оси область пониженного давления и захватывают оторвавшиеся частицы, поднимают их в толщу потока.

В тех случаях, когда подъемная сила меньше силы тяжести, частица может перемещаться по дну путем скольжения и перекатывания. Такое перемещение называется влечением донных наносов. Анализ устойчивости такой частицы показывает, что веса влекомых частиц относятся как шестые степени скоростей (закон Эри). Таким образом, если скорости горного и равнинного потоков относятся как 1: 4, то веса влекомых ими наносов относятся как 1: 4096.

Скорость течения, при которой происходит первоначальное нарушение равновесие частиц донных наносов, формирующих русло, называется неразмывающей скоростью, а при начале массового движения донных частиц – размывающей скоростью. Они зависят от размера частицы, глубины потока и сил сцепления (связные грунты). Размывающая скорость примерно на 30…40% больше неразмывающей. Её используют при определении расхода наносов, а неразмывающую – в расчетах общего и местного размыва русла у ГТС.

Известно, что перенос частиц осуществляется в виде взвешенных и донных наносов.

Донные наносы являются руслоформирующими,т.е. участвующими в образовании, перемещении и разрушении таких русловых форм, как гряды, побочни, осередки и т.д.

В отличие от них, взвешенные наносы, частицы которых находятся в потоке большую часть времени и переносятся на большие расстояния. При уменьшении скорости потока они могут откладываться на дне и переходить в донные наносы. По размеру взвешенные частицы примерно на порядок меньше донных.

Произведение средней мутности на скорость потока характеризует его транспортирующую способность , которая уменьшается от истока к устью реки, где преобладают процессы аккумуляции наносов.

Масса частиц, переносимых водой через поперечное сечение водотока в 1 сек, называется расходом взвешенных наносов , который определяется по формуле: G = 1000 * ρ * Q, кг/с. Для характеристики объема выноса грунта водой реки вычисляют величину твердого стока за сутки, месяц, сезон и год. Наибольший твердый сток наблюдается, как правило, в периоды половодья и паводков.

Среднемноголетний объем наносов вычисляется по формуле:

Vн = G * 86400*365 / γ = ρ * Q * 86400*365 / γ ,

где G - среднегодовой расход наносов или норма твердого стока, кг/с,

ρ - мутность воды, кг/м3,

γ – плотность наносов, кг/м3