Лекция 9 Тема: Моделирование переноса наносов
Курс «Моделирование гидрологических процессов»
Отложение наносов
Скорость осаждения наносов можно вычислить по формулам
и
ωf - гидравлическая крупность наносов - это скорость падения частиц наносов в стоячей воде при определённой температуре
F = 0,79 для частиц более 1 мм
g - ускорение свободного падения G -удельный вес наносов
v - кинематическая вязкость воды
d – диаметр частиц в диапазоне от 0,0625 мм до 1 мм
Не существует универсальной функции, которую можно точно использовать для всех наносов и условий потока. Большая часть этих функций переноса разработана для расчета общего количества донных отложений без разбивки на фракции по размеру частиц
Уравнение сохранения массы для наносов
Уравнение сохранения массы для наносов сводится к следующему виду
ε - объем отложений на единицу поверхности дна (минус пористость) Ad - объем отложений на единицу длины
Qs - расход наносов
qs - поступление наносов на единицу длины
Расчет стока взвешенных наносов
Расчет стока взвешенных наносов осуществляется через мутность, которая рассчитывается по формуле
сs - концентрация, выраженная в массе на единицу объема Q - расход воды
C – безразмерный коэффициент
B - функция слоя осадков, предшествующего расхода или некоторых других метеорологических или гидрологических переменных
Определение средней концентрации взвешенных наносов требуется для вычисления общего количества наносов в единицу времени при умножении на расход воды
Пик графика зависимости содержания взвешенных наносов от времени обычно не совпадает с пиком на гидрографе
Перенос донных наносов
Факторами, обуславливающими перенос донных наносов, являются размер и форма частиц и гидравлические свойства потока
Эмпирическая формула для расчета скорости перемещения грубодисперсных наносов, предложенная Дю Бойзом в 1879 г. (Chow,
1964) ), имеет следующий вид:
qs - количество переносимых наносов на единицу ширины русла τ0 = γ Rh Se - удельная нагрузка на дно
τc - минимальное значение τ0, необходимое для перемещения рассматриваемых донных отложений
γ - удельный вес воды
c - коэффициент размерности Se - энергия текущей воды
Rh - гидравлический радиус
Существует много модификаций этой формулы
Расчет общего содержания наносов (1)
Общее содержание наносов - количество донных наносов + количество взвешенных наносов
Уравнения для оценки общего содержания наносов могут быть как микроскопические и макроскопические
При микроскопической оценке расчеты донных наносов и взвешенных наносов производятся раздельно, а потом их количество суммируется
При макроскопическом методе они не рассчитываются отдельно
Расчетная формула может быть следующей
qs - количество переносимых потоком наносов
s - коэффициент размерности, задаваемый как s = γs/γ γs – удельный вес донных наносов
γ - удельный вес жидкости
Расчет общего содержания наносов (2)
τ* - безразмерное граничное напряжение сдвига
S – уклон русла
Kf = 1/n - Стриклера для русла n – коэффициент шероховатости
Вопросы
1.Что такое гидравлическая крупность и как она вычисляется?
2.Запишите и объясните смысл уравнения сохранения массы для наносов
3.По какой формуле можно рассчитать концентрацию (мутность) взвешенных наносов в потоке?
4.Как через мутность можно рассчитать расход взвешенных наносов?
5.Запишите и объясните формулу для расчета переноса донных осадков
6.Какие существуют два подхода для расчета общего расхода наносов?