4. Річкові намули і твердий стік. Руслові процеси

Річкові намули – це тверді мінеральні частки, які переносяться русловими потоками і за певних умов утворюють руслові і заплавні відкладання. Річкові намули утворюються переважно внаслідок водної ерозії, тобто руйнування поверхні землі текучою водою. Водна ерозія проявляється на схилах пагорбів і в річищах. Вона залежить від кількості опадів, складу ґрунтів, рельєфу місцевості, густоти мережі ярів і балок, рослинності, господарського використання землі.

Руслова ерозія полягає в розмиванні потоками води дна і берегів річища, а також схилів долини. Інтенсивність ерозії залежить від енергії води, витрат, падіння руслового потоку, складу порід. Вплив потоку на русло проявляється у розмиванні, перенесенні матеріалу і його відкладанні (акумуляції).

У рівнинних річках розмивання ґрунту відбувається у верхній течії, акумуляція – в нижній. Оскільки потік розмиває не лише дно, а і береги, то русло і береги змінюють своє положення у плані, що призводить до розмивання долини і утворення звивин (меандр).

Частки рухаються у зваженому стані або перекочуються піднімаючись над дном періодично на величину свого розміру. Зважені наноси рухаються переважно в придонному шарі води (0,1 … 0,2)d, тут d – глибина води.

На мінеральну частку діють сила лобового тиску Р_fr(H), підйомна сила Р_lif(H) і вага частинки у воді G_par(H).

Піднімальна сила направлена нормально до вектору швидкості течії. Внаслідок різниці швидкостей на верхній та нижній гранях частинок тиск зверху буде менший ніж знизу. Швидкість, за якої частка втрачає стійкість, називають початковою донною швидкістью

зрушування

,

де k – коефіцієнт, який залежить від щільності і крупності часток намиву і в’язкості води;

– відносна вага часток у воді, (г/см³, якщо г/см³ – щільність частинок, _w=1 г/см³ – щільність води).

d_par – діаметр часток.

Із подальшим зростанням V_bei піднімальна сила зростає, частинки відриваються від дна і переходять із придонного шару в товщу потоку.

Ступінь насичення товщі води частинками намулів визначається в гідрології каламутністю (кг/м³), тобто кількістю намулів в одиниці об’єму суміші води із наносами. Із зростанням швидкості води, каламутність зростає. Змінюється каламутність як по довжині ріки, так і по ширині та глибині. Середня каламутність річок коливаєтсья в широких межах – від 0,01 до 10 кг/м³. Для рівнинних річок України середня каламутність сягає 100 … 250 г/м³.

Донні намули формують так звані мікроформи – пасмові (грядові) утворення несиметричного профілю. Якщо вони мають криволінійні короткі гребені, то це рифелі (в плані вони схожі на луску). Якщо пасма мають довгі і прямі гребені, то це плоскі пасма.

За піщаного дна (d=0,1…0,3 мм) утворення рифелей розпочинається зі швидкості води в придонному шару 0,2 м/с. Висота рифелей сягає 2…5см, відстань між ними 0,2…0,3 м (рис. 4.1).

Рис. 4.1. Утворення рифелів.

5. Властивості води і процеси в морях, озерах та водосховищах

5.1. Солоність, температура та щільність морської води

Морська вода – це слабкий лужний розчин із рН=7,8…8,3. Вода різних морів має певну солоність. Солоність – це кількість твердих речовин, розчинених в 1 кг морської води, за умови, що всі галогени (Br, F, J) замінено на еквівалентну кількість Cl, а всі карбонати перетворені в оксиди. Солоність морської води визначається випарюванням, яке закінчують при t=480 С з метою спалювання органічних речовин. Солоність позначають символом S. За одиницю солоності приймають 1 г солей, розчинених в 1000 г морської води, і називають проміле (%₀). Середня солоність Світового океану S=35 %₀. В прісних озерах S  1%₀, солонкуватих 1S24,7 %₀, солоних 24,7S47%₀ і мінеральних – S  47%₀. У водосховищах вода прісна.

Встановлено, що склад розчинених у морській воді мінералів залишається постійним. Це так звана постійна сольового складу морської води. Солоність морської води пов’язують із вмістом хлору Cl (основна складова) залежністю S=0,030+1,8050Cl. Окрім того у воді є кисень, азот і сірководень.

В річковій воді кількість розчинених речовин складає 300 … 500 мг/л. Озерна вода містить 20 … 700 мг/л розчиненої мінеральної речовини.

Температура поверхні моря, озера і водосховища залежить від зонального розташування водойми і лежить в діапазоні 0 С (-1 С для моря) … 27 С.

Після танення льоду навесні вода перемішується в озерах та водосховищах і набуває температури +4 С. В літній період верхні шари нагріті, температура води із глибиною зменшується.

Між поверхневим теплим, шаром води та нижнім, холодним, формується шар із високим градієнтом температури – так званий шар стоку. Він може руйнуватися внаслідок впливу хвиль або вертикальної конвекції. Восени температура по глибині вирівнюється до +4 С. Взимку верхні шари охолоджуються і замерзають.

Теплові властивості морської води майже не відрізняються від прісної. Так, теплоємкість морської води С_v=3,91 кДж/(кгс), а прісної – 4,2 кДж/(кгс). Температура кипіння води збільшується із збільшенням її солоності, при S=3 %₀ дорівнює 105,56 С.

Щільністю морської води в океанографії називають відношення ваги одиниці об’єму дистильованої води із температурою 4С.