Світличний О.О., Чорний С.Г.
Основи ерозієзнавства

Гідравлічна крупність наносів. Гідравлічні характеристики схилових потоків і наносів

Важливою характеристикою наносів є їх гідравлічна крупність – швидкість рівномірного падіння частинок наносів у спокійній воді. Як комплексна характеристика діаметра і щільності гідравлічна крупність використовується в багатьох формулах транспорту, а також седиментації (відкладення) як руслових, так і схилових наносів.

Гідравлічна крупність залежить від діаметра частинок наносів, їхньої щільності, форми і температури води. Уявлення про гідравлічну крупність наносів діаметром d при різних температурах води дає табл. 3.4.

Таблиця 3.4. Гідравлічна крупність наносів (мм/с) при різних температурах води

d, мм 1,0 0,5 0,25 0,10 0,05 0,02 0,01
t = 0°С 106 53 21 4,8 1,2 0,2 0,049
t = 20°С 117 59 26 6,0 1,6 0,3 0,064

Гідравлічна крупність часток наносів різного діаметру, щільності (мінералогічного складу) і форми встановлюється в лабораторних умовах, однак з досить високою точністю вона може бути визначена за формулами. У спеціальній літературі можна знайти цілий ряд формул розрахунку гідравлічної крупності залежно від зазначених чинників – формули М.А. Великанова, І.І. Леві, В.В. Романовського, А.В. Караушева, В.М. Гончарова та ін. Як правило, вони рекомендуються для певного діапазону діаметрів частинок наносів, оскільки діаметр (показник ваги частки) визначає режим падіння частинки в стоячій воді – ламінарний, турбулентний або перехідний. При діаметрі часток <0,15 мм – режим падіння ламінарний, при діаметрі >1,5 мм – режим падіння турбулентний, а в тому випадку, коли діаметр частинки >0,15 мм але <1,5 мм – режим падіння перехідний.

Формула розрахунку гідравлічної крупності при ламінарному падінні частинок наносів одержана на основі теоретичного розв'язання завдання ламінарного обтікання кулі в'язкою рідиною, виконаного ще в 1861 р. Стоксом, має вигляд:

  (3.29)

де ud – гі­дравлічна крупність частинки (м/с) діаметром d (м);

ρμ і ρ – щільність частинок наносів і води відповідно, кг/м3;

μ – коефіцієнт молекулярної в'язкості води, кг/(м·с).

­­

Для перехідного і турбулентного режимів падіння частинок, зокрема В.М. Гончаровим, запропоновані такі формули розрахунку гідравлічної крупності:

 (3.30)

 (3.31)

У формулах (3.30)-(3.31) ud  і ud – гідравлічні крупності частинки (м/с) при перехідному і турбулентному режимі падіння, відповідно; d0 = 0,0015 м; t – температура води, °С.