4.5. Работа і наносы рэк. Рэчышчавыя працэсы

Рачная вада валодае энергіяй, а гэта значыць яна здольна выконваць адпаведную працу. Патэнцыяльная энергія ракі N дж на асобным адрэзку L км пры падзенні h м пры сярэднім расходзе Q м³/с у адзінку часу роўны:

N = 9,81 Q h 10³ , Дж.

Велічыня энергіі у адну секунду на дадзеным адрэзку часу, пераведзеная ў кілаваты, называецца кадастравай магутнасцю:

N = 9,81 Q h, кВт.

Калі велічыню кадастравай магутнасці падзяліць надаўжыню участка (L), то атрымаем удзельную кіламетроаую магутнасць ракі:

N_удз.= N / L.

Сума магутнасцей адрэзкаў ракі па ўсёй яе даўжыні называецца поўнай магутнасцю ракі:

∑N =∑ 9,81 Q h, кВт.

Водная энергія вадацёкаўшырока выкарыстоўваецца для вытворчасці электрычнай энергіі на гідраэлектрастанцыях (ГЭС). Для гэтай мэты з дапамогай плацін энергію рэк канцэнтруюць у асобных месцах ракі. Магутнасць ракі вызначаецца па формуле:

N_ГЭС = 9,81 Q_р h_р,ђ, кВт,

дзе Q_р – разліковы расход, які прапускаецца праз турбіны, м³/с; h_р- напор вады, м; ђ – каэфіцыент карыснага дзеяння ГЭС, які бывае даволі высокім і дасягае 0,98.

У прыродных умовах энергія вады, якая сцякае па паверхні зямлі і па рэчышчам, траціцца на пераадоленне трэння паміж часцінкамі вады, траэнне аб зямную паверхню, дно і берагі ракі, на перанос наносаў у завіслым і цягнутым стане, перанос раствораных рэчываў. У выніку гэтай працы адбываецца працэсы эрозіі і акумуляцыі наносаў, што прыводзіць да змянення формы зямной паверхні, дэфармацыі рэчышчаў.

4.5.2. Наносы рэк і іх характарыстыкі

Рачныя наносы ў залежнасці ад характару руху ў воднай плыні падзяляюцца на завіслыя і цягнутыя. Такое іх раздзяленне даволі умоўнае, так як пры адпаведных умовах (у залежнасці ад велічыні наносаў, хуткасці вады) часцінкі наносаў могуць знаходзіцца ў завіслым стане, ці перамяшчацца па дну рэчышча.

Аднак большая частка завіслых наносаў з’яўляецца транзітнай і гэта значыць пераносіцца цячэннем транзітам па рацэ да вусця ракі. Большая ж частка цягнутых наносаў затрымліваецца на асобных адрэзках ракі і прымае ўдзел у фарміраванні рэчышча (рэчышчафармуючыя наносы).

Колькасць наносаў (кг), якая пераносіцца ракой праз папярочнае сячэнне ў адзінку часу (секунду) называецца расходам наносаў. Звычайна расходзавіслых наносаў абазначаецца (R, кг/с), а расход цягнутых – q, кг/с.

Колькасць завіслых наносаў, якая ўтрымліваецца ў адзінцы аб’ёму (м³) вады называецца мутнасцю (p). Мутнасць вызначаецца ў г/м³ і роўна:

P = R 10³/ Q, г/м³,

дзе P – мутнасць вады, R – расход завіслых наносаў, Q – расход вады. На практыцы адрозніваюць адзіночную (імгненную) мутнасць вады, якая атрымліваецца шляхам адбору вады ў некаторай кропцы воднай плыні (глыбіні). Сярэдняя мутнасць вады плыні (ракі) вызначаецца шляхам дзялекння расходу завіслых наносаў на расход вады: Pср. = R 10³/ Q, г/м³. Сярэдняя мутнасць вады на вертыкалі вызначаецца шляхам дзялення элементарнага расходу завіслых наносаў на элементарны расход вады (Pср.= R/q).

Сумма наносаў, якая пераносіцца ракой праз дадзенае папярочнае сячэнне за адпаведны прамежак часу (Т) называецца сцёкам наносаў:

∑ R =( R Т 24 60 60) 1/10³ = 86,4 R Т, тон.

Модуль сцёку наносаў (М_R) называецца сцёк наносаў з адзінкі плошчы вадазбору за год:

М_R = (31,54 10³ R) F, т/км²год,

дзе R – сярэдні расход завіслых наносаў за год, F – плошча вадазбору км².

Адной з найбольш важных характарыстык наносаў з’яўляецца іх грануламетрычны склад, а гэта значыць размеркаванне наносаў па велічыні (фракцыям): ад валуноў, галькі, да ілістых і гліністых часцінак. Сярэдняя буйнасць (памер) наносаў (d_ср ) характэрызуецца сярэднім узважаным дыяметрам часцінак і разлічваецца па формуле:

d_ср = (∑d_і Р_і ) / 100,

дзе d_ср – сярэдні дыяметр часцінак; d_і - дыяметр і-й фракцыі; Р_і – вага гэтай фракцыі ў працэнтсах да агульнай.

Цвёрдыя часцінкі, валодаюць большай велічынёй удзельнай вагі, чым вада. Таму, калі апусціць іх ў ваду, яна пачынае апускацца. Спачатку хуткасць яе апускання павялічваецца, а затым яна становіцца пастаяннай велічынёй, гэта значыць, што рух становіцца раўнамерным. У гэтым выпадку сіла цяжару ўраўнаважваецца сілай гідрадынамічнага супраціўлення. Хуткасць раўнамернага падзення часцінак у стаячай вадзе называюць гідраўлічнай буйнасцю часцінкі (U, м/с). Гидращличная буйнасць часцинак залежыць ад их памеращ, формы, удзельнай ваги, вязкасци и шчыльнасци вады. У спецыяльнай навуковай литаратуры ёсць некальки формул для яе разлику. Найбольш простая з их знойдзена Хазенам:

d= 0,00255 √U,

дзе d - сярэдні дыяметр часцінак, мм; U – гідраўлічная буйнасць часцінак (мм/с).

Для завісання цвёрдай часцінкі ў турбулентным патоку патрэбна, каб вертыкальная састаўляючая хуткасці плыні V была больш ці роўна гідраўлічнай буйнасці гэтай часцінкаі. Пры адваротных умовах часцінка асядаюць на дно і пераходзяць у катэгорыю цягнутых па дну.