Пиши Дома Нужные Работы

Обратная связь

Поверхностное и внутриводное льдообразование

ВВЕДЕНИЕ

В данном модуле рассматриваются следующие вопросы: гидрографы; половодья и паводки; особенности режима горных рек; селевые потоки; деформация русел; устойчивость речных русел; зимний режим рек; поверхностное и внутриводное льдообразование; ледостав; виды и характеристики озер; водохранилища; назначение и типы водохранилищ; гидрологический режим и водный баланс озер и водохранилищ.

СХЕМА ИЗУЧЕНИЯ НОВОГО МАТЕРИАЛА

№ п/п Тема занятий Тип занятий Вид занятий Количество часов
1. Гидрографы. Половодья и паводки. Особенности режима горных рек. Селевые потоки. Деформация русел. Устойчивость речных русел. Зимний режим рек. Поверхностное и внутриводное льдообразование. Ледостав. Виды и характеристики озер. Водохранилища. Изучение нового материала Лекция 2 часа

 

Режим речного стока

Общие понятия о водном питании рек. Вода, проносимая реками, поступает в них в результате выпадения атмосферных осадков на земную поверхность в процессе круговорота воды на земном шаре. Однако в зависимости от конкретных условий поступления атмосферной влаги непосредственно в реки воды, принимающие участие в питании рек, обычно делят на снеговые, дождевые, подземные и ледниковые (включая вечные снега).

В отдельных случаях бывает весьма трудно выделить достаточно четко роль различных источников питания в формировании суммарного стока реки; в этом случае применяют термин «смешанное питание».

В различных физико-географических условиях удельный вес отдельных источников питания неодинаков.

По мере продвижения на север доля грунтового, а затем и дождевого питания постепенно возрастает. Увеличивается доля грунтового питания в одних и тех же физико-географических условиях и с ростом площади водосбора. Питание крупных рек, водосборы которых занимают обширные территории с различными физико-географическими условиями, значительно изменяется по длине реки.



В условиях распространения вечной мерзлоты роль подземных вод в питании рек резко уменьшается и основными источниками водного питания выступают дождевые и снеговые воды.

Сток ледниковых рек в течение зимнего периода обычно происходит за счет грунтового питания. Грунтовое питание в течение летнего периода примерно соответствует расходам воды, наблюдаемым в начале зимы.

Снеговое питание ледниковых рек формируется в результате таяния снега в пониженных частях бассейнов или на невысоких горах. Эта часть водного питания при отделении его от высокогорно-снегового и ледникового может быть приближенно оценена как сток за период от начала до конца таяния снега в пониженных частях бассейнов.

Фазы водного режима. В режиме стока рек можно выделить ряд характерных периодов (фаз) в зависимости от изменения условий питания.

Различают следующие фазы водного режима: половодье, паводки, межень. Половодье в зависимости от условий его формирования может быть весенним и летним или весенне-летним.

Половодье характеризуется наибольшей в году (среди других фаз режима) водностью, высоким и длительным подъемом уровня, обычно сопровождаемым выходом воды из русла на пойму. Вызывается главным источником питания (на равнинных реках — снеготаянием, на высокогорных — таянием снегов и ледников, в муссонных и тропических зонах — выпадением летних дождей и т. д.), и для рек одной климатической зоны ежегодно повторяется в один и тот же сезон с различной интенсивностью и продолжительностью). Таяние снега на водосборах равнинных рек обусловливает возникновение весеннего половодья, таяние высокогорных снегов и ледников, а также выпадение дождей создают половодье весенне-летнего и летнего типа.

Изменение интенсивности дождей во времени и соответственно стока дождевых вод приводит к тому, что волна летнего (дождевого) половодья имеет обычно многовершинную форму.

Паводки представляют собой быстрые и сравнительно кратковременные подъемы уровня воды в реке; в отличие от половодья, возникают нерегулярно; поднятие уровня и расход воды при паводке может в отдельных случаях превышать уровень и наибольший расход половодья. Возникают паводки в результате выпадения дождей, ливней и снеготаяния во время зимних оттепелей;

К категории паводков обычно относят ежегодное повышение водности в осенний период в результате дождей и уменьшения испарения. Эти осенние паводки хотя и повторяются ежегодно, но часто не образуют общей волны и не являются столь значительными и регулярными, как половодье.

Межень — фаза водного режима реки, характеризующаяся продолжительным (сезонным) стоянием низких (меженных) уровней и расходов воды в реке вследствие сильного уменьшения или прекращения поверхностного стока; в этот период река питается главным образом за счет притока грунтовых вод во время наступления и продолжительность межени зависят от факторов, определяющих водный режим реки. На большинстве рек различают два меженных периода в году — летнюю и зимнюю межень.

 

Гидрографы стока

 

Расчленение гидрографов. Общее представление о смене в течение года фаз водного режима дают типовые графики колебания расходов воды. За типовой, или нормальный, принимают такой гидрограф, который отражает общие черты гидрографов за ряд лет и вместе с тем свободен от случайных особенностей каждого года. При построении типового гидрографа усредняются за ряд лет значения ординат (расходы) и абсцисс (время) характерных точек гидрографов отдельных лет (начало половодья, наступление максимума, конец половодья и пр.). По установленным опорным точкам строят плавный график с таким расчетом, чтобы суммарный годовой объем стока, определенный по типовому гидрографу, отвечал действительному среднему его значению за многолетний период.

Однако характерные точки перелома гидрографов не всегда достаточно ясно выражены, поэтому в построение типового гидрографа вносится некоторая доля условности. Для рек снегового питания, где закономерности внутригодового хода стока проявляются более отчетливо, это построение проще, чем для рек дождевого питания, характеризующихся случайным сочетанием многочисленных паводков.

Часто на типовых гидрографах указываются пределы колебания (по величине и во времени) характерных точек гидрографа. Пример типового гидрографа р. Енисея у г. Красноярска представлен на рис. 110.

 
 

Количественная оценка доли различных источников питания в

 

 

общем балансе стока исследуемой реки производится путем расчленения гидрографов. Расчленение гидрографов по источникам питания производится с учетом особенностей режима реки, условий поступления воды от дождей, снеготаяния и из подземных источников.

Применительно к условиям равнинных рек с ясно выраженным весенним половодьем наиболее неопределенной является операция выделения подземного стока и стока дождевых паводков.

 
 

Часто выделение грунтового стока производится прямой линией или

 

плавной кривой, проходящей через ординату последнего зимнего расхода (предшествующего весеннему половодью) и через ординаты расходов начала летней межени. Так как расходы начала летней межени (после окончания спада весеннего половодья), как правило, выше расходов, предшествующих весеннему половодью, то по этой схеме значение грунтового стока несколько увеличивается в период весеннего половодья (рис. 111).

Выделение летних паводков в этом случае осуществляется путем пересечения ветви подъема и спада паводков с линией, отделяющей подземный сток от поверхностного. Очевидно, что указанная операция выделения подземного стока в реки содержит элементы неопределенности. Некоторые исследователи пытались преодолеть эту особенность простейшей схемой.

Так, А. В. Огиевский рекомендовал схему, по которой вначале на гидрографах проводится линия глубоководного питания АА' (рис. 112), отвечающая минимумам засушливых лет. Далее по данным для суровых зим определяется максимальное падение интенсивности уменьшения подземного питания ( ) и проводится линия подземного питания ВС. Точка пересечения линии ВС с линией А/А' определяет предел падения подземного питания в конце зимы — начале весны. От этого момента и до даты наступления гребня весеннего половодья подземное питание принимается неизменным (до точки D). Начиная от этой даты, предполагается увеличение подземного питания с интенсивностью , равной ранее определенной интенсивности . Из полученной точки Е линию подземного питания ориентируют на летний минимум F; от даты летнего минимума подземное питание принимается увеличивающимся за счет осенних дождей. При предельном подъеме, равном , линия подземного питания пересекается далее с такой же линией для зимнего периода в точке В.

Указанное уменьшение подземного стока объяснялось авторами

       
   
 

 

схемы влиянием возрастания гидростатического давления речной паводочной волны на грунтовый поток, что может приводить даже к оттоку речных вод в грунты долины (отрицательное подземное питание реки).

Схема расчленения гидрографа по Б. В. Полякову представлена на рис. 113. Соотношения между грунтовым и поверхностным стоком Поляковым рассмотрены только применительно к условиям какого-либо одного створа. При этом не учитывается, что в рассматриваемом створе могут проходить подземные воды, поступившие в русло не за счет местного притока в этом створе, а транзитные воды, поступившие в русло в вышележащих частях водосбора.

Учет отмеченного обстоятельства осуществлен в схеме Б. И. Куделина, являющейся наиболее разработанной применительно к задаче выделения подземных вод, стекающих в реки из водоносных горизонтов, гидравлически связанных с рекой. Рассмотрим порядок выделения подземного стока по Куделину. На рис. 114 подземный сток в межень отделен от половодья вертикальными прямыми АВ и DE. Половодье началось в 1940 г. 30 марта одновременно во всем бассейне. С этого момента подземное питание в створе у г. Мелекесса прекратилось.

Однако грунтовые воды, поступившие в русло до 30 марта, продолжают стекать из верховьев вниз по реке вместе с паводочной волной. Имея в виду, что скорость добегания равна 34 км/сут, расстояние от верховьев реки до створа у г. Мелекесса 313 км, легко установить, что грунтовые воды будут стекать в течение девяти суток и из самых отдаленных частей бассейна пройдут замыкающий створ 8 апреля (точка F).

 
 

Снижение расхода грунтовых вод, проходящих у г. Мелекесс транзитом, принимаем пропорциональным времени по прямой АВ.

 

 

Половодье окончилось в верховьях реки 11 апреля, а в створе у г. Мелекесса 29 апреля. С момента окончания половодья в речную сеть начали поступать грунтовые воды, так как подпор их со стороны реки прекратился. Воды, поступившие в русло реки 11 апреля, достигнут расчетного створа через 9 дней, т. е. 20 апреля (точка G), или на 9 дней раньше, чем кончилось половодье и началось подземное питание в низовьях бассейна.

 
 

Принимая нарастание подземного стока по прямой, получаем линию раздела.

Рис. 115. Типовые схемы расчленения гидрографа речного стока в зависимости от гидрогеологических условий и режима подземного стока в реку (по Б. И. Куделину).

t — время; Q — расход; Т — время берегового регулирования; —А и +А — объемы подземного стока, принимающие участие в береговом регулировании; 1 — водоносные породы, 2 — водоупорные породы, 3 — поверхностный сток в реку, 4 — подземный сток в реку при условии а, 5 — то же при условии 6, 6 — подземный сток в реку из артезианских (напорных) пластов, 7 —уровень подземных вод, 8 — уровень речных вод.

 
 

Применительно к условиям горных рек, где наблюдается сложное сочетание снегового, дождевого, грунтового и ледникового стока, задача расчленения гидрографа по источникам питания оказывается более сложной. Правильно решить этот вопрос можно при внимательном анализе физико-географических условий водосборов с целью выявления имеющихся источников питания и сроков поступления воды из них в речную сеть. При этом необходимо годовой ход стока сопоставлять с внутригодовым распределением осадков и температуры воздуха. Пример расчленения гидрографа горной реки показан на рис. 116. Расчленение гидрографа при этом производилось с учетом следующих положений. Сток ледниковых рек в течение зимнего периода обычно формируется за счет грунтового питания. Размер грунтового питания в течение летнего периода примерно соответствует расходам воды в начале зимы. Снеговое питание ледниковых рек формируется в результате таяния снега в пониженных частях бассейна или на невысоких горах. Эта часть водного питания при отделении его от высокогорно-снегового и ледникового может быть приближенно оценена как сток за период от начала до конца таяния снега в пониженных частях бассейна.

Выделение дождевых летних паводков от высокогорно-снегового и ледникового стока производится путем соединения впадин между отдельными паводками.

При обычных инженерно-гидрологических расчетах, когда информация ограничивается преимущественно совокупностью гидрографов за период наблюдений, для условий равнинных рек используют первую простую схему. Она позволяет определить объемы весенних половодий, дождевых паводков и подземный сток в реки. Ошибки в величинах указанных элементов стока за счет допускаемой схематизации при расчленении гидрографов обычно невелики по сравнению с выделяемыми объемами стока.

Помимо общего годового гидрографа, при подробном изучении отдельных фаз гидрологического режима анализу подвергают гидрографы этих фаз (весеннее половодье, дождевые паводки). В таких однофазовых гидрографах основными характеристиками являются: максимальный и средний расходы воды, общая продолжительность Т, продолжительность периодов подъема tп и спада tcп, объем стока за весь период половодья или паводка W, а также за время подъема Wп и спада Wсп, коэффициент асимметрии гидрографа , , , коэффициент полноты гидрографа для ветви подъема , для ветви спада , для всего гидрографа , коэффициент формы , или , или, наконец, qсрT/ll,6h, где qср — модуль стока, соответствующий среднему расходу; h — слой стока за паводок.|

Общие понятия о влиянии гидрометеорологических факторов на формирование весенних половодий и дождевых паводков.При анализе процесса формирования половодий и паводков следует различать две стороны этого явления: гидрометеорологическую гидромеханическую, характеризующую поступление воды на водосбор и потери стока, и, отражающую механизм добегания поступающей на поверхность водосбора воды до замыкающего створа.

К гидрометеорологическим факторам весенних половодий относятся:

1) запасы воды в снеге к моменту таяния и характер их распределения по площади водосбора;

2) вода, поступающая на водосбор в виде дождя в период весеннего половодья;

3) метеорологические условия, определяющие интенсивность таяния снега;

4) степень влажности и промерзания почво-грунтов водосборов, определяющих потери стока.

Влияние этих факторов на весенние половодья зависит от рельефа водосбора, степени его залесенности, наличия озер и болот, определяющих потери стока и условия стекания и добегания воды к замыкающему створу.

Массы снега, скопившиеся в течение зимы в пределах водосбора, под влиянием теплообмена с окружающей средой тают в течение сравнительно короткого периода, обеспечивая одновременное поступление на водосбор большого количества воды. Процесс снеготаяния одновременно охватывает очень большие площади. Так, в пределах Восточно-Европейской равнины площадь одновременного снеготаяния нередко превышает 1 млн. км2, а иногда достигает 2,5 млн. км2.

Вследствие того, что одновременным снеготаянием охватываются весьма большие площади водосборов, в период весеннего половодья стекают большие объемы воды; в результате даже при относительно небольшой средней интенсивности снеготаяния (1—3мм/ч) на больших водосборах формируются наибольшие в году расходы. Напротив, на малых водосборах, которые целиком или значительную их часть может охватить ливневой дождь, максимальные расходы формируются при дождевых паводках, так как интенсивность дождей (ливней) в несколько десятков раз превосходит интенсивность снеготаяния. Дождь, выпавший в бассейне малой реки, охватив его полностью, может вызвать значительный паводок, в большом же бассейне паводка может и не образоваться, так как дождем будет орошена лишь часть его площади. Только в областях муссонного климата, где запасы воды в снеге к моменту начала снеготаяния весьма малы и обычно не превосходят 5—10 мм, а дожди, напротив, могут одновременно орошать большие площади, максимальные расходы и на крупных водосборах бывают от дождей.

Стекание талых вод по поверхности водосбора сопровождается заполнением бессточных углублений, а также временным скоплением талых вод в проточных лужах и под снегом на пологих склонах. Заполнение бессточных и образование проточных луж, а также скопление воды под снегом приурочено к первой половине периода снеготаяния. В это время поступление талых вод в понижения рельефа осуществляется преимущественно с ближайших частей прилегающих к ним склонов; размер этого стока существенно меньше отдачи воды снежным покровом на всей площади водосбора. Вода, поступающая со склонов, прежде чем образовать достаточно выраженные потоки, движется сверху или под снежной массой, заполняющей понижения рельефа. Движение воды поверх снега начинается после того, как он насытится водой, и сохраняется недолгое время. Скорость этого движения небольшая, порядка 0,10—0,15 м/с. При возрастании скорости поток промывает снежную толщу и начинает течь по дну. Движение поверх снега бывает в сравнительно небольших лощинах и оврагах, сильно занесенных снегом и имеющих малый уклон снежных русел. Здесь чаще, чем на других участках лощин, вся толща бывает насыщена водой. Если снежная масса в лощине сверху обледенела вследствие смены тепла холодом, то поток поверх нее может существовать продолжительное время и быть довольно значительным.

Поток талой воды в понижениях рельефа под снегом при достаточно дружном таянии существует непродолжительное время, так как прибывающая вода обычно быстро разрушает толщу снега, прикрывающую поток сверху. Иногда этот процесс, так же как и размыв толщи снега, потоком сверху, протекает весьма бурно; в частности, поток нередко воздвигает на своем пути плотины из снега, затем разрушает их, вновь создает ниже по течению и опять прорывает и т. д. Скорость потока под снегом довольно значительна, так как он обычно образуется в понижениях рельефа с большим уклоном дна; размеры этого потока небольшие. Движение воды, кроме того, происходит в приземном слое снежной толщи. Это движение носит характер фильтрации. Глубина такого потока обычно порядка 20—40 см, а скорость около 2—4 м/ч. Следовательно, все виды движения воды в направлении уклона, наблюдающиеся до появления быстро текущих открытых потоков, обусловливают небольшой приток воды в реки.

Появление быстро текущих потоков в первичной гидрографической сети (лощины, ложбины, суходолы) отвечает начальному периоду интенсивного стекания воды с большей части их водосборов. Оно может начаться тогда, когда на водосборе водой заполнилась большая часть бессточных углублений. Вода сперва накапливается под снегом в углублениях и только после этого начинает стекать по склонам в лощины, в той или иной мере занесенные снегом, заполняя их до тех пор, пока не потечет в реки. Таким образом, по количеству стаявшего снега на водосборе до момента появления в понижениях рельефа достаточно быстро текущих потоков можно судить о суммарном количестве воды, идущей на заполнение бессточных углублений и насыщение массы снега, заполняющего элементы первичной гидрографической сети, а также находящейся в это время в проточных лужах. Это справедливо при условии, если почва глубоко промерзла и достаточно влажная, когда впитыванием талой воды в первой половине таяния можно пренебречь.

Из описанной схемы процесса формирования стока талых вод следует, что на развитие этого явления непосредственное влияние оказывает степень неравномерности залегания снега в пределах водосбора.

Неравномерное залегание снега обусловливает появление пестрого ландшафта и, следовательно, изменение во времени площади снеготаяния. Вода, образовавшаяся в результате таяния снега и выпавшая в виде дождей, в период снеготаяния не вся попадает в гидрографическую сеть и участвует в формировании весеннего половодья. В зависимости от состояния поверхности водосбора (распаханные или нераспаханные склоны, наличие растительности, степень промерзания грунтов и т. д.) некоторая часть воды, поступившей на водосбор, задерживается в почво-грунтах.

Чем сильнее рассечен рельеф водосбора, чем больше развита гидрографическая сеть, тем интенсивнее происходит поступление воды в реки. Напротив, в условиях плоского рельефа со слаборазвитой гидрографической сетью вода менее интенсивно поступает к замыкающему створу. Поэтому при прочих равных условиях в первом случае волна весеннего половодья окажется более резкой, а общая длительность половодья будет меньше, чем во втором случае, когда формируется более пологая и растянутая волна половодья. В частности, в условиях равнинного заболоченного рельефа на реках всегда наблюдаются менее резкие, распластанные волны весеннего половодья.

Наличие лесов в пределах водосбора также вызывает снижение максимального расхода половодья и увеличение продолжительности периода стока весенних вод по сравнению с аналогичными водосборами, но менее облесенными.

Интенсивность формирования весеннего половодья может подвергаться существенным колебаниям под влиянием изменения метеорологических условий от года к году. При глубоком осеннем промерзании почвы, наличии на ней ледяной корки и дружном таянии снега весной расход весеннего стока на фильтрацию в почву будет относительно невелик. Интенсивное таяние снега вызовет обильное поступление воды на водосбор и, следовательно, более высокие скорости стекания воды в речную сеть. Все это определит более резкое нарастание расходов в реках по сравнению с годами, когда наблюдается замедленное таяние снега и имеют место благоприятные условия для задержания воды на водосборе.

Гидрометеорологическая сторона формирования дождевых паводков и дождевых половодий определяется интенсивностью и площадью распространения дождя, расходом дождевой воды на фильтрацию и поверхностное задержание, степенью расчлененности рельефа, влияющей на скорость стекания дождевых вод.

Селевые паводки

 

Понятие о селевых паводках. Условия, благоприятствующие возникновению селей. Своеобразным проявлением режима многих горных потоков являются так называемые селевые паводки. Селевые паводки отличаются от обычных интенсивных паводков весьма большим содержанием наносов различной крупности — от мельчайших песчинок до крупных камней и каменных глыб. Наносов в селевых паводках содержится больше 200—300 кг/м3. Поток с содержанием наносов больше 1000—1200 кг/м3 относится к оплывинам, так как при этом насыщении достигается почти верхний предел текучести. При попадании оплывин в русло реки, если при этом образуется завал в русле, может образоваться паводок, весьма сильно насыщенный наносами, и, следовательно, в этом случае селевой паводок окажется вызванным оплывиной или завалом в русле.

Таким образом, оплывина при известных условиях может трансформироваться в селевой паводок. Однако сами по себе оплывины, имеющие сравнительно небольшие скорости течения, не могут быть отнесены к категории селевых паводков.

Возникновению селей благоприятствует:

1) наличие на водосборе больших масс твердого материала, являющегося продуктом разрушения горных пород;

2) крутые склоны долины и большие уклоны потока;

3) относительно небольшое количество атмосферных осадков при благоприятных условиях для интенсивных ливней или интенсивного снеготаяния.

Сочетание этих условий обеспечивает накопление в пределах водосбора, на склонах долины и в русле больших масс твердого материала и создает благоприятную обстановку для транспортировки продуктов разрушения горных пород водным потоком. Сравнительная сухость района благоприятствует формированию селевых паводков, и, наоборот, обилие осадков способствует развитию на водосборе и склонах долины растительности, которая предохраняет почву от разрушения и затрудняет процесс смыва твердого материала с водосбора.

Особенностью селя является заторный, пульсирующий характер движения, возникающий вследствие резких сужений или поворотов русла, наличия в русле осыпей, завалов, крупных камней и глыб. В результате возникающих задержек сель движется отдельными волнами, или валами, с интервалами в несколько минут. Высота этих валов сильно варьирует в зависимости от местных условий и часто достигает 2—4 м. Следствием такого характера движения является резкое увеличение максимальных расходов непосредственно ниже мест затора.

Заторность и вследствие этого пульсационный характер движения наряду с насыщенностью наносами и камнями — не только наиболее отличительные черты селевых паводков, но и главные причины большой разрушительной силы селей.

Географическое распространение селей. Селевые паводки в той или иной степени имеют место в большинстве горных районов. Особенно распространены они в Закавказье и Средней Азии. В Закавказье главными очагами селей являются южные и юго-западные склоны Главного Кавказского хребта (Азербайджан, Грузия), а также склоны Малого Кавказского хребта (Армения).

Известны явления селевого характера в Южной Америке, Японии и вообще во всех горных районах, в которых имеются достаточные запасы рыхлообломочных пород и благоприятные условия для их периодического смыва в русло горных потоков.

Типы селей и их основные характеристики. В зависимости от состава селевой массы, переносимой потоком, различают сели: 1) грязевые, 2) грязекаменные, 3) водокаменные.

В отношении грязевых и грязекаменных селей иногда применяют термин структурные, или связные, сели. Водокаменные сели иногда именуют водными наносонесущими селевыми потоками, или турбулентными, несвязанными селями.

Состав селевой массы зависит от вида продуктов разрушений горных пород, покрывающих горные склоны. Если на склонах и в русле накопилось много камня, гальки, валунов и скальных обломков, которые главным образом и сносятся в русло лишь с незначительным добавлением мелкозема, то в итоге сформируется водокаменный паводок. Если, наоборот, камней на склонах и в русле нет и вода смывает почвенный слой и суглинки, то в резуль­тате образуются грязевые паводки. Грязекаменные сели образуются при одновременном попадании в поток и мелких фракций наносов, и крупных обломочных материалов.

Таким образом, состав селевых паводков целиком зависит от строения пород, слагающих поверхность горных склонов.

Понятия водокаменного и грязекаменного паводков, конечно, достаточно условны, и точной границы между ними указать нельзя; в любом селевом паводке всегда имеется немало мелкозема, образующего грязь.

Для характеристики индивидуальных особенностей селевой массы используются следующие параметры:

1) объемный вес, или вес одного кубического метра селевой массы.

2) объемный вес воды и наносов (в плотном теле).

3) объем твердого материала (твердой фазы) селя в плотном теле (без пустот) .

Связь между объемным весом грунта в плотном и рыхлом состоянии с учетом коэффициента пористости ( ) выража­ется зависимостью

 

 

4) объем воды в составе селевой массы ( м3);

5) объем селя м3;

6) объемное содержание (концентрация) наносов (твердой фазы)

 

7) средняя весовая мутность за время селевого паводка ( т/м3), определяемая как отношение веса твердой фазы ( ) к объему всей селевой массы

8) весовая концентрация твердой фазы (наносов) селя

 

9) наносо-водное (или твердожидкое) отношение

Приведенные характеристики связаны между собой следующими отношениями:

Важной характеристикой селей является предельно возможное содержание в них твердой фазы (Sпр). Для оценки этого параметра Херхеулидзе предложил зависимость

-

 

При =2,65 т/м3 имеем Sпр=0,60 и, следовательно, =1,99 т/м3.

Формула Херхеулидзе для Sлр соответствует условиям несвязных селей.

Значение объемного веса селя ( ) широко используется для расчета скорости, расхода и объема селевых паводков. Плотность потока, характеризуемую его объемным весом, необходимо знать также при определении статического и динамического (ударного) воздействия селевого потока на сооружения и при решении других задач, связанных с проектированием противоселевых сооружений. В то же время непосредственное определение объемного веса селя является весьма трудной операцией гидрометрии селя.

В условиях весьма ограниченной информации о значениях в расчетах обычно опираются на представление об этом параметре, полученное на основе обобщения отдельных измерений и оценок, вытекающих из лабораторных опытов и замеров параметров селей по следам. В качестве такого обобщения Флейшман рекомендует следующую приближенную шкалу:

1) =1,1-1,3 т/м3 для несвязных селей, сформированных в бассейнах, покрытых в основном мелкоземом;

2) =1,3-1,5 т/м3 для связных и несвязных грязевых селей, в состав твердой фазы которых включен крупнообломочный материал;

3) =1,5-1,7 т/м3 для связных и несвязных грязекаменных селей, в значительной степени насыщенных крупнообломочным материалом;

4) =1,7-1,9 т/м3 для связных селей, возникающих вследствие нарушения равновесия и перехода в текучее состояние морен, конгломератных оползневых толщ и других массивов, сформиро­ванных продуктами разрушения горных пород.

Скорость движения водокаменных и грязекаменных селевых паводков обычно достаточно велика, порядка 2—4 и даже 7—8 м/с. Грязевые сели движутся с меньшими скоростями в зависимости от степени их концентрации. Оценка скорости движения селя ( ) необходима, прежде всего, для определения расходов селевых потоков, выяснения степени динамического воздействия селя на сооружения и русло, оценки условии транзита и отложения селевых выносов в пределах различных участков долины и русла.

Большинство эмпирических зависимостей для расчета скорости движения селей используют в качестве исходной модели формулу Шези. В этом случае коэффициент шероховатости рассматривается как функция среднего диаметра частиц твердой фазы или продольного уклона и объемной концентрации твердой фазы.

Для несвязных селей типичной является зависимость вида

 

где А = 10-11.

Для грязевых связных селей Флейшман рекомендует соотношение

 

Где — скорость течения, определенная по формуле Шези для водного потока, с уклоном и глубиной, соответствующими рассматриваемому селю, в м/с; а — коэффициент уменьшения скорости, зависящий от физико-механических характеристик селевой массы. При =1,4 т/м3 изменяется в зависимости от вязкости селевой массы в пределах 0,84—0,45; при =1,8 т/м в пределах 0,76—0,18.

Обычно селевой паводок выносит обломочный материал, скапливающийся на водосборе в течение многих лет.

Максимальные расходы селевого паводка вследствие заторного характера его движения могут в 8—10 раз превышать максимальные расходы воды даже весьма редких неселевых паводков. В настоящее время не имеется достаточно надежных методов вычисления максимальных расходов селевых паводков с применением расчетных формул. В этих условиях обследование водосборов с определением максимальных расходов по следам паводков, остающихся в русле и долине, имеет особо важное значение.

Условием большей или меньшей надежности выводов при определении максимальных расходов по их следам является массовое их определение по длине потока и в характерных участках. Это позволяет вести взаимный контроль полученных результатов и исключать грубые ошибки.

Селевые паводки наносят большой ущерб народному хозяйству. Водокаменные сели, движущиеся с большой скоростью и перемещающие обломки горных пород весом до нескольких тонн, обладают колоссальной разрушительной силой. Они могут разрушать гидротехнические сооружения, здания и мосты, сносить под откос, паровозы и целые железнодорожные составы.

Главная опасность грязевых селей заключается в том, что они могут залить грязевой массой все, что встречается на пути. Сели этого вида заносят поля, дороги, забивают отверстия мостов, строения и т. д.

В целях борьбы с селевыми паводками производится облесение поверхности водосборов. Однако в горных районах, где накопление обломочных материалов происходит выше лесной зоны и откуда они могут после сильного ливня обрушиваться вниз, лесонасаждения не гарантируют прекращения селевой деятельности. Поэтому лесомелиоративные мероприятия обычно должны быть дополнены созданием ряда гидротехнических сооружений. Из числа последних применяются различного рода поперечные запруды, снижающие уклоны русла, плотины, создающие водохранилища, в которых могут аккумулироваться наносы селя, и котловины-наносоуловители для улавливания камней и наносов.

 






ТОП 5 статей:
Экономическая сущность инвестиций - Экономическая сущность инвестиций – долгосрочные вложения экономических ресурсов сроком более 1 года для получения прибыли путем...
Тема: Федеральный закон от 26.07.2006 N 135-ФЗ - На основании изучения ФЗ № 135, дайте максимально короткое определение следующих понятий с указанием статей и пунктов закона...
Сущность, функции и виды управления в телекоммуникациях - Цели достигаются с помощью различных принципов, функций и методов социально-экономического менеджмента...
Схема построения базисных индексов - Индекс (лат. INDEX – указатель, показатель) - относительная величина, показывающая, во сколько раз уровень изучаемого явления...
Тема 11. Международное космическое право - Правовой режим космического пространства и небесных тел. Принципы деятельности государств по исследованию...



©2015- 2017 pdnr.ru Все права принадлежат авторам размещенных материалов.