Что можно приготовить из кальмаров: быстро и вкусно

В предыдущих параграфах были рассмотрены законы равновесия жидкостей и газов. Теперь рассмотрим некоторые явления, связанные с их движением.

Движение жидкости называют течением , а совокупность частиц движущейся жидкости потоком. При описании движения жидкости определяют скорости, с которыми частицы жидкости проходят через данную точку пространства.

Если в каждой точке пространства, заполненного движущейся жидкостью, скорость не изменяется со временем, то такое движение называется установившимся, или стационарным . При стационарном течении любая частица жидкости проходит через данную точку пространства с одним и тем же значением скорости. Мы будем рассматривать только стационарное течение идеальной несжимаемой жидкости. Идеальной называют жидкость, в которой отсутствуют силы трения.

Как известно, неподвижная жидкость в сосуде, согласно закону Паскаля, передает внешнее давление ко всем точкам жидкости без изменения. Но когда жидкость течет без трения по трубе переменного поперечного сечения, давление в разных местах трубы неодинаково. Оценить распределение давлений в трубе, по которой течет жидкость, можно с помощью установки, схематически изображенной на рисунке 1. Вдоль трубы впаивают вертикальные открытые трубки-манометры. Если жидкость в трубе находится под давлением, то в манометрической трубке жидкость поднимается на некоторую высоту, зависящую от давления в данном месте трубы. Опыт показывает, что в узких местах трубы высота столбика жидкости меньше, чем в широких. Это значит, что в этих узких местах давление меньше. Чем это объясняется?

Предположим, что несжимаемая жидкость течет по горизонтальной трубе с переменным сечением (рис. 1). Выделим мысленно несколько сечений в трубе, площади которых обозначим и . При стационарном течении через любое поперечное сечение трубы за равные промежутки времени переносятся одинаковые объемы жидкости.

Пусть - скорость жидкости через сечение , - скорость жидкости через сечение . За время объемы жидкостей, протекающих через эти сечения, будут равны:

Так как жидкость несжимаема, то . Следовательно, для несжимаемой жидкости. Это соотношение называется уравнением неразрывности.

Из этого уравнения , т.е. скорости жидкости в двух любых сечениях обратно пропорциональны площадям сечений. Это значит, что частицы жидкости при переходе из широкой части трубы в узкую ускоряются. Следовательно, на жидкость, поступающую в более узкую часть трубы, действует со стороны жидкости, еще находящейся в широкой части трубы, некоторая сила. Такая сила может возникнуть только за счет разности давлений в различных частях жидкости. Так как сила направлена в сторону узкой части трубы, то в широком участке трубы давление должно быть больше, чем в узком. Учитывая уравнение неразрывности, можно сделать вывод: при стационарном течении жидкости давление меньше в тех местах, где больше скорость течения, и, наоборот, больше в тех местах, где скорость течения меньше.

К этому выводу впервые пришел Д. Бернулли, поэтому данный закон называют законом Бернулли .

Применение закона сохранения энергии к потоку движущейся жидкости позволяет получить уравнение, выражающее закон Бернулли (приводим без вывода)

- уравнение Бернулли для горизонтальной трубки .

Здесь и - статические давления, - плотность жидкости. Статическое давление равно отношению силы давления одной части жидкости на другую к площади соприкосновения, когда скорость их относительного движения равна нулю. Такое давление измерил бы манометр, движущийся вместе с потоком. Неподвижная монометрическая трубка с отверстием, обращенным навстречу потоку, измерит давление

Средняя скорость по глубине представляет собой отношение площади годографа к максимальной глубине реки. Площадь годографа можно вычислить либо по палетке, либо так как вычисляется площадь живого сечения реки (см. задание 2).

Задание 2

Определите площадь живого сечения реки используя данные таблицы 8:

Таблица 8

Глубина реки по поперечному сечению

Площадь живого сечения реки вычисляется как сумма ряда элементарных геометрических фигур (рис.9).

Фигуры А 1 А 2 В 1 и А 5 В 4 А 6 представляют собой треугольники, площадь каждого из них равна половине произведения основания на высоту. Остальные фигуры - трапеции. Площадь каждой трапеции равна произведению полусуммы оснований на высоту.

Рис. 9. Поперечное сечение реки

Точки А 1 , А 2 , А 3 и т.д., в которых проводились измерения глубины, называются промерными точками. Начальная точка, от которой производят измерения А 1, называется постоянным началом створа.

Задание 3

Вычислите расходы воды в реке, если известно, что площадь живого сечения составляет 42,2 м 2 , максимальная скорость воды в реке 0,5 м/с, средняя глубина реки 4, 5 м.

Вычисление средней скорости реки по максимальной поверхностной производится по формуле:

,

где, V ср - средняя скорость; V мах - максимальная скорость, К – коэффициент перехода максимальной скорости к средней. Коэффициент К представлен в табл. 9.

Таблица 9

Значения коэффициента перехода от максимальной скорости к средней

Задание 4

Определить по формуле Шези (
, гдеС скоростной коэффициент, R – гидравлический радиус, i – средний уклон реки), среднюю скорость реки, если известно, что на данном отрезке дно русла сложено песчаным материалом, встречаются острова и отмели. Средний уклон реки – 0,000056, гидравлически радиус – 1,8 м.

Скоростной коэффициент С в формуле Шези определяется по формуле Базена
.

Коэффициент шероховатости y определяется по таблице 10.

На вопрос Река Лена. Зависимость Скорости течения от рельефа заданный автором Проституировать лучший ответ это Основные сведения
Протяжённость - 4 400 км, площадь бассейна - 2 490 тыс. км². Основное питание, так же как и почти всех притоков, составляют талые снеговые и дождевые воды. Повсеместное распространение вечной мерзлоты мешает питанию рек грунтовыми водами, исключением являются только геотермальные источники. В связи с общим режимом осадков для Лены характерны весеннее половодье, несколько довольно высоких паводков летом и низкая осенне-зимняя межень до 366 м³/с в устье. Весенний ледоход отличается большой мощью и часто сопровождается большими заторами льда. Наибольший среднемесячный расход воды в устье наблюдался в июне 1989 года и составлял 104 000 м³/с, максимальный расход воды в устье во время паводка может превышать 250 000 м³/с. В многолетнем разрезе максимальный расход реки в 530 раз больше минимального.
Гидрографические данные по расходу воды в устье Лены в разных источниках противоречат друг другу и зачастую содержат ошибки. Для реки характерны периодические значительные увеличения годового стока, которые случаются не по причине большого количества осадков в бассейне, а в первую очередь по причине интенсивного таяния наледей и вечной мерзлоты в нижней части бассейна. Такие явления имеют место в ходе теплых лет на севере Якутии и приводят к значительному увеличению стока. Так, например, в 1989 году среднегодовой расход воды составил 23 624 м³/с, что соответствует 744 км³ в год. За 67 лет наблюдений на станции «Кюсюр» вблизи устья среднегодовой расход воды составляет 17 175 м³/с или 541 км³ в год, имел минимальное значение в 1986 году - 13 044 м³/с.
По характеру течения реки различают три её участка: от истока до устья Витима; от устья Витима до места впадения Алдана и третий нижний участок - от впадения Алдана до устья.
[править] Верхнее течение
Истоком Лены считается небольшое болото в 12 километрах от Байкала, расположенное на высоте 1 470 метров. Всё верхнее течение Лены до впадения Витима, то есть почти третья часть её длины, приходится на горное Предбайкалье. Расход воды в районе Киренска - 1 100 м³/сек.
[править] Среднее течение
К среднему течению относят её отрезок между устьями рек Витима и Алдана, длиной 1 415 км. Близ впадения Витима Лена вступает в пределы Якутии и протекает по ней до самого устья. Приняв Витим, Лена превращается в очень большую многоводную реку. Глубины возрастают до 10-12 м, русло расширяется, и в нём появляются многочисленные острова, долина расширяется до 20-30 км. долина асимметрична: левый склон положе; правый, представленный северным краем Патомского нагорья, круче и выше. По обоим склонам растут густые хвойные леса, лишь иногда сменяемые лугами.
От Олёкмы до Алдана Лена не имеет ни одного значительного притока. Более 500 км Лена течёт в глубокой и узкой долине, врезанной в известняки. Ниже посёлка Покровска происходит резкое расширение долины Лены. Сильно замедляется скорость течения, она нигде не превышает 1.3 м/с, а большей частью падает до 0.5-0.7 м/с. Только пойма имеет ширину пять - семь, а местами и 15 км, а вся долина имеет ширину 20 и более километров.
[править] Нижнее течение
Ниже Якутска Лена принимает два главных своих притока - Алдан и Вилюй. Теперь это гигантский водный поток; даже там, где она идёт одним руслом, её ширина доходит до 10 км, а глубина превышает 16-20 м. Там же, где островов много, Лена разливается на 20-30 км. Берега реки суровы и безлюдны. Населённые пункты очень редки.
В нижнем течении Лены её бассейн очень узок: с востока наступают отроги Верхоянского хребта - водораздела рек Лены и Яны, с запада незначительные возвышенности Среднесибирского плоскогорья разделяют бассейны Лены и Оленёка. Ниже села Булун реку сжимают подходящие к ней совсем близко хребты Хараулах с востока и Ч

Гидродинамика - раздел гидравлики, в котором изучаются законы движения жидкости и ее взаимодействие с неподвижными и подвижными поверхностями.

Если отдельные частицы абсолютно твердого тела жестко связаны между собой, то в движущейся жидкой среде такие связи отсутствуют. Движение жидкости состоит из чрезвычайно сложного перемещения отдельных молекул.

3.1. Основные понятия о движении жидкости

Живым сечением ω (м²) называют площадь поперечного сечения потока, перпендикулярную к направлению течения. Например, живое сечение трубы - круг (рис.3.1, б); живое сечение клапана - кольцо с изменяющимся внутренним диаметром (рис.3.1, б).

Рис. 3.1. Живые сечения: а - трубы, б - клапана

Смоченный периметр χ ("хи") - часть периметра живого сечения, ограниченное твердыми стенками (рис.3.2, выделен утолщенной линией).

Рис. 3.2. Смоченный периметр

Для круглой трубы

если угол в радианах, или

Расход потока Q - объем жидкости V , протекающей за единицу времени t через живое сечение ω.

Средняя скорость потока υ - скорость движения жидкости, определяющаяся отношением расхода жидкости Q к площади живого сечения ω

Поскольку скорость движения различных частиц жидкости отличается друг от друга, поэтому скорость движения и усредняется. В круглой трубе, например, скорость на оси трубы максимальна, тогда как у стенок трубы она равна нулю.

Гидравлический радиус потока R - отношение живого сечения к смоченному периметру

Течение жидкости может быть установившимся и неустановившимся. Установившимся движением называется такое движение жидкости, при котором в данной точке русла давление и скорость не изменяются во времени

υ = f(x, y, z)

P = φ f(x, y, z)

Движение, при котором скорость и давление изменяются не только от координат пространства, но и от времени, называется неустановившимся или нестационарным

υ = f 1 (x, y, z, t)

P = φ f 1 (x, y, z, t)

Линия тока (применяется при неустановившемся движении) это кривая, в каждой точке которой вектор скорости в данный момент времени направлены по касательной.

Трубка тока - трубчатая поверхность, образуемая линиями тока с бесконечно малым поперечным сечением. Часть потока, заключенная внутри трубки тока называется элементарной струйкой .

Рис. 3.3. Линия тока и струйка

Течение жидкости может быть напорным и безнапорным. Напорное течение наблюдается в закрытых руслах без свободной поверхности. Напорное течение наблюдается в трубопроводах с повышенным (пониженным давлением). Безнапорное - течение со свободной поверхностью, которое наблюдается в открытых руслах (реки, открытые каналы, лотки и т.п.). В данном курсе будет рассматриваться только напорное течение.

Рис. 3.4. Труба с переменным диаметром при постоянном расходе

Из закона сохранения вещества и постоянства расхода вытекает уравнение неразрывности течений. Представим трубу с переменным живым сечением (рис.3.4). Расход жидкости через трубу в любом ее сечении постоянен, т.е. Q 1 =Q 2 = const , откуда

ω 1 υ 1 = ω 2 υ 2

Таким образом, если течение в трубе является сплошным и неразрывным, то уравнение неразрывности примет вид:

3.2. Уравнение Бернулли для идеальной жидкости

3.3. Уравнение Бернулли для реальной жидкости

§ 5. ТЕЧЕНИЯ В РЕЧНОМ ПОТОКЕ

В речных руслах течение воды возникает в связи с продольным уклоном. Казалось бы, что под влиянием уклона скорость движения потока будет увеличиваться все больше и больше. Однако этого не происходит. Энергия речного потока расходуется на внутреннее тре-ние воды и на преодоление трения ее о дно и берега. Поэтому в целом ускорения движения воды в речном потоке не наблюдается, однако может возникнуть местное ускорение, например, на перекатах и поро-гах.

В природе различают два режима движения жидкости: ламинар-ное, (параллельно-струйчатое) и турбулентное (беспорядочно-вихре-вое).

При ламинарном режиме отдельные струйки воды движут-ся параллельно друг другу, не смешиваясь между собой. Скорости от-дельных частиц воды постоянны по величине и направлению. У стенок скорости равны нулю, затем они постепенно увеличиваются, достигая

Рис. 8. Внутренние течения на изгибах русла

Наибольшего значения в середине потока. В природе ламинарное те-чение встречается при движении воды по порам грунта. Оно возможно лишь при очень малых скоростях. Например, по расчетам, водный по-ток глубиной в 1 м при песчаном русле и температуре 20° С будет иметь ламинарное движение в том случае, если скорость не превышает 0,5 мм/с. При большей скорости движение воды будет турбулентным.

При турбулентном виде движения частички воды переме-щаются беспорядочно, постоянно перемешиваясь и образуя в отдель-ных случаях вихри. Скорость их непрерывно и мгновенно изменяется по величине и направлению (т. е. происходит пульсация скорости). В реках движение воды всегда турбулентное. Степень турбулентности, или интенсивность перемешивания масс воды речного потока, зависит от шероховатости русла и скорости течения. При неровном русле и большой скорости течения степень турбулентности выше, при отно-сительно ровном русле и небольшой скорости течения-ниже.

Скорость перехода одного движения в другое при данной глубине потока называется критической. При увеличении глубины кри-тическая скорость уменьшается. По данным М. А. Великанова, пере-ход ламинарного движения потока в турбулентное и обратно при глу-бинах 10, 100, 200 см происходит с критическими скоростями, равными соответственно 0,4; 0,04, 0,02 м/с.

Общее течение речного потока вдоль русла при своем движении видоизменяется, в нем создаются внутренние течения. Причинами воз-никновения таких течений являются изгибы русла, подъем и спад уров-ней, наличие в потоке слоев воды с разной температурой, вращение Земли, а также воздействие рельефа дна, ветра, сооружений и др.

Под влиянием центробежной силы на изгибах русла образуется поверхностное течение, направленное от выпуклого берега к вогнутому, а у дна, наоборот, - от вогнутого к выпуклому (рис. 8). -За счет трения о дно скорость глубинного течения от вогнутого берега к выпуклому меньше по сравнению с поверхностным, поэтому у вы-пуклого берега происходит повышение уровня и создается попереч-ный уклон поверхности воды. На-пример, для реки, имеющей радиус кривизны 1000 м, скорость течения 1 м/с и глубину 5 м, скорость попе-речного поверхностного течения со-ставляет около 3,8 см/с, а у дна - 3,3 см/с. Взаимодействие продольно-го течения с поперечным придает По-току винтовой характер. Так как речное русло состоит из извилин, пе-реходящих одна в другую, направле-ние поперечного течения постоянно меняется.

Рис. 9. Внутренние течения при подъемах и спадах воды в русле

В результате вращения Земли в речных руслах возникает сила инерции, направленная к право-му берегу, и под действием этой силы

создается постоянное поперечное те-чение. Последнее направлено в по-верхностном слое к правому берегу, а в придонном - к левому. Скорости поперечных течений невелики. Напри-мер, для реки с глубиной 5 м и ско-ростью течения 1 м/с поперечные ско-рости у поверхности согласно расче-ту составляют около 0,25 и у дна - 0,23 см/с.

Взаимодействие продольного течения воды с поперечным также

придает потоку винтовой характер, но очень слабый.

Если направление поперечного течения на изгибах русла совпада-ет с направлением поперечного течения от вращения Земли, то вну-треннее винтовое течение усиливается, если же не совпадет - то уменьшается.

При подъемах воды возникают два винтовых течения, идущие от середины вверх, у поверхности - к берегам, а по дну - к середине (рис. 9).

При спаде воды наблюдаются обратные циркуляцион-ные течения.

Следует иметь в виду, что движение воды в речном потоке имеет более сложные формы по сравнению с описанными выше; внутренние течения постоянно видоизменяются, затухают и возникают вновь.

При турбулентном характере движения речного потока, как было уже указано, скорость каждой частички воды непрерывно меняется. Однако если в какой-либо точке потока прибором измерять пульсирую-щую скорость достаточно долго, то можно получить среднюю скорость в данной точке, имеющую определенную величину и направление.

Для представления о распределении скоростей течения в речном русле измеряют их осредненные значения и строят графики. Если измерить осредненные скорости течения в не-скольких точках, затем отложить их от прямой линии в соответствую-щем масштабе на чертеже в виде отрезков, то, соединив концы этих отрезков плавной кривой, получим график скоростей, называемый годографом или эпюрой скоростей.

Обычно эпюры скоростей строят по вертикали, живому сечению и в плане.

В открытых руслах средняя скорость по вертикали Одред (рис. 10, а) обычно находится на расстоянии 0,6 глубины h от поверх-ности. Наибольшая скорость по вертикали и дце располагается обыч-но несколько ниже поверхности, так как на скорость у поверхности Уцов влияют сила трения о воздух и поверхностное натяжение воды. Наименьшая скорость течения - у дна. Такое распределение скоростей течения по вертикали подвергается значительным изменениям под дей-ствием различных факторов. Например, при ветре, направление ко-торого совпадает с направлением течения, поверхностная скорость уве-личивается и наоборот. Неровности дна и водная растительность так-

Рис. 10. Распределение скоростей течения по вертикали в открытом речном русле (о) и русле с ледяным покровом (б)

же вызывают перераспределение скоростей. В местах сжатия потока, например между устоями моста, скорости течения увеличиваются.

В период скорость течения вблизи ледяного покрова быва-ет такая же, как у дна, или меньше, а наибольшая скорость Vmax (рис. 10, б) находится на расстоянии 0,3-0,4 глубины русла.

Изотахи - линии равных скоростей - распределяются по живому сечению реки в соответствии с очертанием попереч-ного профиля русла. Для открытого русла изотахи имеют вид разом-кнутых кривых (рис. 11, а), для русла под ледяным покровом - зам-кнутых кривых (рис. 11,6).

Если определить средние скорости течения по вертикалям по всей ширине русла, затем отложить их в виде отрезков на плане реки или от горизонтальной линии вверх или вниз, то получится эпюра средних скоростей речного потока в плане (рис. 12). Такую эпюру можно построить и для наибольших скоростей. Обычно очертание эпюры по-добно очертанию живого сечения реки. Средние скорости течения уве-личиваются от берегов к середине русла. Местам с наибольшей глу-биной, как правило, соответствуют наибольшие скорости течения.

Линию, соединяющую точки с наибольшей скоростью течения в смежных живых сечениях русла, называют динамической осью речного потока. Наибольшие скорости течения рас-пределяются в живых сечениях весьма разнообразно, поэтому динами-ческая ось изгибается как в плане, так и по вертикали.

Рис. 11. Распределение скоростей течения по живому сечению реки

В судоводительской практике употребляется понятие стре-жень реки. Под ним подра-зумеваются места в реке с наиболь-шими глубиной и скоростями те-чения.

Обычно под скоростью течения речного потока понимают среднюю скорость по всему живому сече-нию. Зависимость скорости тече-ния от продольного уклона, глу-бины и шероховатости русла вы-ражается формулой Шези:

Рис. 12. Распределение скоростей те-чения речного потока в плане

где См - коэффициент Шези (скоростной множитель);

ρ -гидравлический радиус, м. Представляет собой отношение живого се-чения русла со, м 2 , к его смоченному периметру (контуру) x, м;

l - поверхностный уклон.

Ширина реки значительно больше высоты берегов, поэтому вместо всего периметра x часто принимают только ширину реки В; при деле-нии к на В получают среднюю глубину hср. Следовательно, р~ hср.

Из уравнения (8) видно, что при увеличении уклона / увеличива-ется скорость течения и наоборот. При увеличении расхода воды Q увеличивается площадь живого сечения, а следовательно, и р w~ hср. Отсюда следует, что при увеличении глубины скорость течения увели-чивается, а при уменьшении - уменьшается.

Скоростной множитель См учитывает влияние шероховатости русла. Для ориентировочных расчетов его можно определить по формуле Базена:

где у - коэффициент шероховатости, учитывающий состояние поверхности русла. Для земляных русл у= 1,3, для русла с крупногалечным дном y = 1,75, для пойм с растительностью у = 2 - 4 и т. д.

Таким образом, чем больше шероховатость русла, тем меньше Сд, и, как следует из формулы Шези, меньше средняя скорость течения.

Скорости течения, м/с (км/ч), на отдельных участках крупных рав-нинных рек характеризуются следующими ориентировочными дан-ными:

Свободный плес в половодье. . . . . . 1,5-2,0(5,4-7,2)

Свободный плес в межень....... 0,25-0,4(0,9-1,14)

Перекаты с быстрым течением..... 1,5-2,0(5,4-7,2)

Перекаты с тихим течением...... 0,5-1,0(1,9-3,6)

Тиховоды - медленные тече-ния, образующиеся за выпуклыми, бе-регами, крупными песчаными отложе-ниями в русле и т. п. При движении судна вверх для увеличения скоро-сти движения следуют по тиховоду.

Водоворот - постоянное вра-щательное движение воды в русле. Водовороты нередко создают глубо-кие ямы (омуты) и являются типич-ными для горных и полугорных рек.

Рис. 13. Суводь за рынком горы

Суводь - водное пространст-во с вращательным движением во-ды (рис. 13), обычно находящееся за выступами берегов, мысами, вы-пуклыми берегами, сильно вдающи-мися в русло. В этих местах тече-ние, с большой скоростью обтекая берег, встречает на своем пути выступ и создает перед ним подпор воды и повышение уровня. Проходя выступ, водный поток отклоняется от него и по инерции проходит не-которое расстояние. За выступом уровень воды понижен, из-за чего в низовой части суводи вода затягивается из основного потока, а в верх-ней части, наоборот, - из области суводи в основную струю потока. Этот процесс происходит непрерывно и вызывает вращательное дви-жение воды.

При вращении воды в суводи дно оказывает тормозящее действие. Вследствие этого ближе к поверхности суводи скорость вращения воды и центробежные силы увеличиваются. Под воздействием центробежных сил происходит большее отбрасывание воды от оси суводи у поверх-ности и меньшее - у дна. Снизу вверх вдоль оси суводи образуется восходящий поток, восполняющий отбрасываемую воду. Он размывает дно, захватывает продукты размыва, создавая воронкообразное углуб-ление дна.

При уменьшении скорости вода плавно обтекает выступ, образуя за ним тиховод.

У вогнутых берегов в крутых изгибах русла реки также образуют-ся суводи. В отличие от суводей, расположенных за выступами бере-гов, здесь нисходящие токи воды спускаются в центре суводи ко дну и растекаются в стороны. Этот тип суводи с отчетливо выраженной воронкой на поверхности воды иногда называется омутом.

Суводи у вогнутых берегов образуются, когда нарушается условие плавного обтекания берегов излучины. Это условие удовлетворяется,

если радиус кривизны излучены R более чем втрое превосходит ширину русла В, т. е. R/B> 3. При меньшем радиусе R у вогнутого берега

в вершине излучины, а также у выпуклого берега непосредственно ниже вершины возникают зоны резкого отклонения потока воды, в которых создаются суводи.

Рис. 14. Прижимное течение на изгибе русла

Суводи могут существовать постоянно или возникать только в по-ловодье. На больших реках создаются крупные суводи, имеющие сферу действия десятки метров и скорость вращения воды в цен-тральной части - несколько метров в секунду.

В некоторых бассейнах суводь имеет свое местное название, напри-мер на Енисее-улово, на Иртыше-заводь.

Суводи представляют серьезное затруднение для судоходства. Суда в них теряют управление, резко смещаются в сторону берега, при этом нередко рвутся счалы и буксиры, ломаются рули и т. п.

Майданы - это беспорядочное вращательное движение воды в виде подвижных вихрей размером от нескольких сантиметров до нескольких метров в поперечнике. Майданы образуются над крупными подводными предметами при небольшой глубине над ними, а также во время паводка в тех местах, где идущий через пойму поток встре-чается под углом с другим потоком, идущим по меженному руслу. Кроме того, майданы возникают при интенсивных местных переформи-рованиях русла и на перекатах, при резких изменениях формы дна и т. д. Майданы неблагоприятны для судо-ходства, так как вызывают рыскли-вость судов.

Спорные воды - это май-даны, образующиеся у устьев при-токов и при слиянии рукавов. Чем ближе угол встречи к прямому, тем сильнее развиваются вихри, которые в поперечнике достигают нескольких метров.

Рис. 15. Свальное течение на пе-рекате

Прижимное течение создается у берега на участках ре-ки, где слив воды направлен к бе-регу. Например, на закруглениях русла прижимное течение возникает у вогнутого берега, так как вода вследствие инерции стремится сохранить прежнее прямолинейное на-правление, но, встречая на своем пути препятствие в виде вогнутого берега, прижимается к нему (рис. 14). На участках с прижимным тече-нием происходит раскат судов в сторону берега.

Рис. 16. Затяжное течение-у протоки

Свальные течения - это слив воды (рис. 15, стрелки), направленный под углом к-судовому ходу (штрих-пунктир). Сваль-ные течения возникают из-за разности в уровнях воды по шири-не реки. На перекатах такие течения создаются в результате подпора потока седловиной переката, поэтому они направлены из верхней плесовой лощины в затонную емкость нижней плесовой лощины. Смещая суда с оси судового хода, свальные течения могут вызвать навал су-дов и плотов на отмели, опоры мостов и т. п.

Затяжные течения возникают у входов в протоки (рис. 16). Особенно сильны затяжные течения во время половодий, когда расход воды в протоках значительно возрастает. Затяжные течения могут вызвать навал судна на остров.

На характер течения влияют также мосты, подъездные дамбы, пло-тины, сооружения в русле и др.

§ 6. НАНОСНЫЕ И КАМЕНИСТЫЕ ОБРАЗОВАНИЯ В РЕЧНОМ РУСЛЕ

Наносы - это твердые частицы, образованные в результате эрозии водосборов и русл, а также берегов водоемов, переноси-мые водотоками, течениями в озерах, морях и водохранилищах и формирующие их ложе. Наносы могут быть двух видов: взвешенные и влекомые.

Взвешенные наносы - наносы, переносимые водным потоком во взвешенном состоянии.

Влекомые наносы - наносы, перемещаемые водным по-током в придонном слое и движущиеся путем скольжения, перекатывания или сальтации (сальтация - перебрасывание наносов на корот-кие расстояния в придонном слое водного потока).

Донные наносы - наносы, формирующие речное русло, пойму или ложе водоема и находящиеся во взаимодействии с водными массами.

Во время движения частицы наносов постоянно переходят из вле-комого состояния во взвешенное и обратно. Взвешенные наносы рас-пределяются в живом сечении очень неравномерно, влекомые же еще более неравномерно, часто они движутся по дну узкими полосами.

Перемещение наносов во взвешенном со-стоянии происходит таким образом. Содержание в потоке во взве-шенном состоянии частиц наносов более тяжелых, чем вода, объясняет-ся следующим. Частица наносов, попав в спокойную воду, будет падать равноускоренно. Сила сопротивления воды растет с увеличением ско-рости падения частицы, а масса частицы постоянна, поэтому с момен-та, когда движущая сила и сила сопротивления воды сравняются, частица будет падать равномерно. Например, скорость падения в воде даже глыб диаметром 1 м к концу третьей секунды cтановится равно-мерной. Мелкие же частицы практически сразу будут приобретать рав-номерную скорость падения.

Скорость равномерного падения твердых частиц в неподвижной воде называют гидравлической крупностью.

В турбулентном потоке, как известно, скорость движения частиц воды изменяется по величине и направлению. В каждой точке потока имеются мгновенные составляющие скорости, направленные вертикаль-но вверх или вниз. Опыты установили, что вертикальная скорость в среднем составляет 1/12-1/20 горизонтальной.

Если частица наносов, содержащаяся в массе воды, падает равно-мерно и скорость опускания частицы меньше или равна вертикальной составляющей скорости потока, направленной вверх, то эта масса бу-дет способна перемещать частицу во взвешенном состоянии. Если ско-рость опускания больше вертикальной составляющей скорости, то частица будет опускаться на дно.

В процессе падения частица может опуститься до дна и смещаться с донными наносами, оставаясь здесь до тех пор, когда над ней вновь возникнет достаточно мощный вихрь, который опять увлечет ее в тол-щу потока. Поэтому распределение взвешенных наносов в потоке за-висит от степени его турбулентности, которая растет при увеличении скорости течения.

С увеличением скорости течения количество взвешенных наносов увеличивается и они распределяются по глубине потока более равно-мерно.

П

Рис. 17. К перемещению влекомых наносов

Еремещение наносов во влекомом состоянии можно представить себе так. Поток, обтекая отдельно лежащую частицу нано-сов, оказывает на нее гидравлическое давление F (рис. 17). Это дав-ление может быть разложено на две составляющие: сдвигающую силу Fc, параллельную дну, и подъемную силу Гц, направленную вверх. Достаточно частице под действием подъемной силы немного приподнять-ся одним краем, как в результате увеличения площади, на которую воздействует поток, подъемная си-ла резко возрастает.

Если подъемная сила меньше веса частицы в воде, то под дейст-вием сдвигающей силы /частица бу-дет перекатываться. Если подъем-ная сила больше веса частицы, то последняя оторвется от дна. У ча-стицы в потоке, при условии ее полного обтекания водой, подъем-ная сила исчезнет. Если частица не будет подхвачена восходящей

струёй, то упадет на дно, где опять возникнет подъемная сила, и т. д. Так возникают «скачки» частиц. Скольжение частиц по дну наблюдается редко.

При скорости, меньшей 0,20-0,25 м/с, наносы обычно не двигают-ся. Движение частицы определенного диаметра зависит от глубины и скорости течения. Так, частицы диаметром 1 мм на глубине 1 м начи-нают двигаться, если средняя скорость течения достигнет 0,5 м/с, на глубине Зм - если она будет 0,75 м/с. Таким образом, при больших глубинах воды в русле для сдвига частицы требуется большая скорость течения и наоборот.

Реки обладают большой энергией, которая зависит от массы дви-жущейся воды и ее скорости. Большая часть энергии речного потока расходуется на размыв русла, трение частиц жидкости между собой и о дно, взвешивание твердых частиц и на их истирание при перекаты-вании по дну.

Зависимость веса Р влекомой частицы от скорости течения опреде-ляется законом Эри:

где А - коэффициент, зависящий от формы и материала твердой частицы;

v - скорость, при которой частица начинает двигаться.

Закон Эри говорит о том, что вес влекомой частицы пропорционален шестой степени скорости, действующей на частицу, т. е. если скорость увеличится вдвое, вес передвигаемой частицы - в 64 раза, если вчет-веро - в 4096 раз и т. д. Из этого становится ясной причина переноса горными реками крупных камней.

Перемещение наносов в процессе поверхностного стока называют стоком наносов, а количество наносов, проносимое через живое сечение потока в единицу времени, - расходом нано-сов.

Расход за год или месяц называется соответственно годовым или месячным стоком наносов.

Сток наносов больших рек измеряется миллионами тонн. Реки ежегодно выносят к устьям около 3 млрд. т наносов. Сток взвешенных наносов рек почти равен их общему твердому стоку, количество влекомых наносов составляет l-5% взвешенных. Это объясняется тем, что влекомые наносы совершают преимущественно небольшие перемещения - из одних участков русла в другие, а поэтому их доля в транзитном твердом стоке мала. В то же время объем влекомых на-носов в пределах участков русла чрезвычайно велик.

Большая часть стока наносов равнинных рек, составляющая 50- 90% годового, приходится на время весенних половодий и паводков.

Количество наносов в потоке определяют при помощи специальных приборов (батометров).

К наносным образованиям в русле относятся песчаные гряды, за-струги, косы, побочни, высыпки, осередки.

Песчаные гряды - основной вид наносного образования в русле. Из-за гряд песчаное дно реки - неровное, волнообразное. Наблюдения над песчаными грядами позволили установить наиболее вероятную причину их образования. При турбулентном движении по-тока в различных его местах скорости снижаются, в результате про-исходит беспорядочное отложение наносов, из которых под воздейст-вием течения начинается формирование гряды. Гряды обычно имеют форму чешуек, складывающихся в параллельные ряды. У каждой гря-ды / (рис. 18, а) отлогий напорный 2 и крутой тыловой 4 скаты. На тыловых скатах 4 образуется вращательное движение воды 5.

Наносы, влекомые течением, взбегают на валик из наносов и, преодолевая гребень 3, вращательным движением воды подтягивают-ся к скату, наращивая его в высоту и придавая ему крутую форму. В результате этого через некоторое время образуется гряда, у которой верхний скат пологий, а нижний - крутой и короткий. Такими гряда-ми вскоре покрывается все дно реки. 1

Размер гряд зависит от формы русла, глубины и скорости течения. Высота их пропорциональна глубине потока. Поэтому гряды на пле-сах выше, чем на перекатах. При повышении уровня воды гряды ста-новятся более высокими. При понижении уровня воды высота] их уменьшается, однако значительно медленнее.

Рис. 18. Песчаные гряды в русле:

а- продольный профиль русла;

б- русло в плане

П
ри большой скорости течения воды частицы, срываясь с гребня, переходят во взвешенное состояние. В этом случае рост гряды останавли-вается. При дальнейшем увеличении скорости течения гряды размываются и исчезают. Длина сформировавшей-ся гряды может соответствовать де-сяти-двадцати глубинами потока и более. На реках с большой подвиж-ностью влекомых наносов во время паводков наблюдаются гряды и боль-шей длины-примерно до ста. глубин русла. т.е. равной почти ширине русла.

Гряды двигаются вниз по течению. Это объясняется тем, что части-ца наносов лобового ската перемещается течением до гребня гряды и, перевалив его, попадает на ее тыловой скат, засыпается там сле-дующими за ней частицами и остается в теле гряды, пока она не про-двинется настолько, что частица вновь окажется на поверхности напор-ного ската. Такое перемещение последовательно совершают все части-цы, слагающие гряду.

Абсолютная скорость перемещения гряды обычно в сотни раз мень-ше скорости потока. Скорость перемещения крупных гряд на больших реках достигает нескольких метров в сутки. Скорость движения гряд увеличивается с ростом скорости потока.

Заструги - это скопление наносов в русле реки в форме круп-ных гряд, примыкающих к песчаному берегу. На рис. 18, б схематично показаны заструги в плане. У заструги 6 ее конец 7 называют ухвостьем, а понижение дна 8 между застругами- подзастружной ямой.

Размеры заструг зависят от формы русла, глубины и скорости те-чения. Иногда крупные заструги тянутся до противоположного берега. Высота заструг на больших реках достигает 1-2 м. Закономерности роста и перемещения заструг такие же, как у гряд.

Над застругами обычно неровное течение, вызывающее рыскливость судов. При больших скоростях течения заструги размываются. По-этому заструги, тянущиеся от песков, доходя до приглубого берега, где обычно большая скорость течения, срезаются.

Косы - представляют собой невысокие песчаные отмели, вдаю-щиеся в русло длинным клином 3 (рис. 19). На реках косы примыкают обычно к выпуклым песчаным берегам.

Рис. 19. Косы в речном русле

о
сы образуются из крупных заструг в результате их постепен-ного роста. В меженный период у Яров скорости течения больше по-этому ухвостья заструг песка перемещаются быстрее своих оснований. В результате заструги все больше вытягиваются и перемещаются вниз по течению. Конечные заструги песка, в соответствии с направлением потока, вытягиваясь в русло в виде клина, создают начало косы. Постепенно укрепляясь, коса увеличивается в размерах. При дальней-шем росте косы ее ухвостье 2 может соединиться с берегом. За год коса может переместиться на несколь-ко сот метров.

Затониной 1 (см. рис. 19) называется залив между берегом и ухвостьем косы.