Речные наносы
Покупка
Новинка
Основная коллекция
Тематика:
География
Издательство:
НИЦ ИНФРА-М
Автор:
Чалов Сергей Романович
Год издания: 2024
Кол-во страниц: 473
Дополнительно
Вид издания:
Учебник
Уровень образования:
ВО - Магистратура
ISBN: 978-5-16-018358-9
ISBN-онлайн: 978-5-16-111379-0
Артикул: 788002.01.01
Доступ онлайн
от 568 ₽
В корзину
В учебнике рассматривается круг вопросов, связанных с изучением речных наносов — объекта гидрологии, геоморфологии, русловедения, эрозиоведения, геохимии, водной экологии. Освещаются основные свой ства речных наносов и методики их полевого, лабораторного, численного и дистанционного изучения. Обсуждаются формирование и режим наносов, их гранулометрический и химический состав, сток наносов и источники его поступления в реки, временная изменчивость стока и состава наносов. В заключительной части приводятся подходы к изучению абиотической роли речных наносов в формировании пресноводных речных экосистем как основы нормирования хозяйственной деятельности. В конце каждой главы даны контрольные вопросы и задания для самостоятельной работы.
Соответствует требованиям федеральных государственных образовательных стандартов высшего образования последнего поколения.
Предназначен для студентов- гидрологов при изучении курсов «Речные наносы» и «Русловые процессы», при освоении учебного плана по направлениям подготовки и специальностям «Гидрология», «Геоморфология»,
«Геоэкология», «Геохимия». Может быть полезен для работников гидрометеослужбы и производственных организаций.
Тематика:
ББК:
УДК:
ОКСО:
- ВО - Магистратура
- 05.04.02: География
- 05.04.04: Гидрометеорология
- 05.04.06: Экология и природопользование
ГРНТИ:
Скопировать запись
Фрагмент текстового слоя документа размещен для индексирующих роботов
С.Р. ЧАЛОВ РЕЧНЫЕ НАНОСЫ УЧЕБНИК Допущено Учебно- методическим объединением по классическому университетскому образованию РФ в качестве учебного пособия для студентов высших учебных заведений, обучающихся по направлениям «Гидрометеорология» и «География» Москва ИНФРА-М 2024
УДК 556.5(075.8) ББК 26.22я73 Ч16 Печатается по решению Ученого совета географического факультета Московского государственного университета имени М.В. Ломоносова (МГУ). Учебник рекомендован УМО Подготовлен в рамках Междисциплинарной научно-образовательной школы МГУ «Будущее планеты и глобальные изменения окружающей среды» Р е ц е н з е н т ы: Ермолаев О.П., доктор географических наук, профессор кафедры ландшафтной экологии Казанского (Приволжского) федерального университета; Поздняков Ш.Р., доктор географических наук, директор Института исследований континентальных водных объектов Российского государственного гидрометеорологического университета Чалов С.Р . Ч16 Речные наносы : учебник / С.Р. Чалов. — Москва : ИНФРА-М, 2024. — 473 с. : ил. — (Высшее образование). — DOI 10.12737/1984076. ISBN 978-5-16-018358-9 (print) ISBN 978-5-16-111379-0 (online) В учебнике рассматривается круг вопросов, связанных с изучением речных наносов — объекта гидрологии, геоморфологии, русловедения, эрозио ведения, геохимии, водной экологии. Освещаются основные свой ства речных наносов и методики их полевого, лабораторного, численного и дистанционного изучения. Обсуждаются вопросы формирования и транспорта наносов, их состава, стока наносов и источников их поступления в реки, временной изменчивости стока и состава наносов. В заключительной части приводятся подходы к изучению абиотической роли речных наносов в формировании пресноводных речных экосистем как основы нормирования хозяйственной деятельности. В конце каждой главы даны контрольные вопросы и задания для самостоятельной работы. Соответствует требованиям федеральных государственных образовательных стандартов высшего образования последнего поколения. Предназначен для студентов- гидрологов при изучении курсов «Речные наносы» и «Русловые процессы», при освоении учебного плана по направлениям подготовки и специальностям «Гидрология», «Геоморфология», «Геоэкология», «Геохимия». Может быть полезен для работников гидрометеослужбы и производственных организаций. УДК 556.5(075.8) ББК 26.22я73 ISBN 978-5-16-018358-9 (print) ISBN 978-5-16-111379-0 (online) © Чалов С.Р., 2024
Список условных обозначений Общие обозначения i — размерность фракции наносов по крупности x — вещество (элемент) n — временная функция (число периодов времени) j — процессы перемещения вещества k — участки русла Физические и химические характеристики воды и речных наносов VS — объем частиц V — объем воды mS — вес частицы M — вес воды и наносов ρ0 — плотность воды γS — удельный вес G — удельная плотность частиц наносов R — относительная плотность частиц наносов g — ускорение свободного падения ρs — плотность наносов (грунта) ρ0S — удельная плотность смеси воды и наносов ψ — коэффициент устойчивости SV — объемная концентрация наносов Sm — массовая концентрация наносов Sppm — массовая концентрация наносов в миллионных долях SSC — мутность воды SSCa — придонная мутность воды SSCi — частная мутность воды SSCвзм — мутность взмыва TSS — концентрация взвешенных веществ ϒV — объем пор в речных наносах (донных отложениях) VS — объем речных наносов (донных отложениях) D — диаметр частиц d50 — медианный диаметр (средняя крупность) частиц d84 — диаметр частиц, меньше которого находится 84% наносов d90 — диаметр частиц, меньше которого находится 90% наносов PM — диапазон размера частиц d* — безразмерная крупность частиц mi — доля наносов в составе фракции i μ — коэффициент молекулярной вязкости 3
ϑ — кинематический коэффициент вязкости Т — оптическая мутность ( ) t S R — интенсивность обратного рассеивания ρλ — коэффициент спектральной яркости W — сток наносов Wн — сток наносов через замыкающий створ WR — сток взвешенных наносов WG — сток влекомых наносов WD — сток растворенных веществ Wэнд — перемещение вещества за счет эндогенных процессов Wтехн — перемещение вещества техническими средствами Wэр — перемещение массы грунта в результате эрозии на водосборе Wрусл — поступление массы грунта в результате русловой эрозии Wбио — перемещение грунта в результате биологических процессов Wгр — перемещение грунта с грунтовыми водами Wэол — перемещение грунта за счет эоловых процессов Wледн — перемещение грунта за счет деятельности ледников Aвдхр — аккумуляция наносов в водохранилище Aскл — аккумуляция на склонах междуречных пространств Aрусл — аккумуляция в днищах долин и руслах рек (WR + WG)горн — сток наносов с территории, нарушенной горнодобывающей деятельностью qG — удельный расход влекомых наносов qR — удельный расход взвешенных наносов + i R G q — удельный расход наносов QG — расход влекомых наносов QR — расход взвешенных наносов QGг — расход наносов в форме гряд QGд — расход наносов в виде гладкого потока на поверхности гряд vг — скорость перемещения гряды hг — высота гряды Dep — величина интенсивности осаждения взвеси MR — модуль стока взвешенных наносов Mэр — модуль бассейновой эрозии почв (среднемноголетняя потенциальная эрозия почв) ΔWR — многолетнее относительное изменение годовых значений стока наносов ΔSSC0 — изменение мутности воды по длине реки Fз — площадь зон размыва L3 — длина зоны размыва берега 4
F2 — площадь зон намыва F1 — площадь неизменившегося русла на участке размыва Вразм — ширина зоны размыва берега Сразм — скорость размыва берега mразм — масса грунта, поступаемого в русло реки в результате размыва берегов K — коэффициент редукции стока наносов Kэр — коэффициент редукции эрозии на водосборе Kрусл — коэффициент редукции русловой эрозии Kхоз — коэффициент редукции перемещения грунта техническими средствами Kбиол — коэффициент редукции перемещения грунта в результате биологических процессов Кледн — коэффициент редукции перемещения грунта в результате деятельности ледников SDR — коэффициент доставки наносов SDR* — модифицированный коэффициент доставки наносов mэр — доля наносов бассейнового происхождения в составе потока наносов mрусл — доля наносов руслового происхождения в составе потока наносов αэр — коэффициент генетической значимости наносов бассейнового происхождения αрусл — коэффициент генетической значимости наносов руслового происхождения сx — массовая концентрация вещества x на единицу массы наносов Vcx — объемная концентрация вещества x в объеме воды C0x — фоновая концентрация элемента x SSA — площадь поверхности частиц речных наносов SSA0 — площадь поверхности геометрически идеализированных частиц КК — кларк концентрации DS — коэффициент распределения между условно растворенными и нерастворенными формами SB — коэффициент распределения между взвешенными и влекомыми наносами Zс — суммарный показатель загрязнения Wc — потоки химических элемен тов Гидрометеорологические и морфометрические характеристики P — годовой слой осадков SDII — суточная интенсивность осадков t — температура 5
H — слой стока w — гидравлическая крупность V* — динамическая скорость V — средняя скорость потока q — расход воды Q0 — среднегодовой расход воды Q — объем стока hпойм — высота пойменного массива h — глубина русла b — ширина русла z — расстояние ото дна n0 — шероховатость русла y — относительная глубина CШ — число Шези S — уклон русла Fr — число Фруда M — мощность потока Rтр — транспортирующая способность Ro — число Рауза τ — касательное напряжение τ* — число Шильдса (безразмерное касательное напряжение) Кв — коэффициент водообмена водохранилищ A — коэффициент турбулентного обмена karm — постоянная Кармана Fвдсб — площадь водосбора Fmining — площадь нарушенных горными работами земель TE — наносоудерживающая способность водохранилищ DSR — период водообмена водохранилищ Vрусл — емкость русловой сети V0 — полезный объем водоранилищ ЭПО — фактор осадков ПОЧВ — фактор эродируемости (смываемости) почвы LS — фактор склонов C — индекс землепользования (фактор растительности) P — фактор эффективности противоэрозионных мер Экологические характеристики B — биомасса бентоса N — численность бентоса М — выживаемость биоорганизмов Δt — продолжительность мутности воды SSCкр — мутность воды, соответствующая деградации ихтиофауны (состояние «кризис») 6
Автор посвящает этот учебник памяти своей мамы — Татьяны Александровны Чаловой и своего руководителя курсовых, дипломной и кандидатской работ — Николая Ивановича Алексеевского.
Введение. Учение о речных наносах как научная дисциплина Речные наносы — предмет исследования разных научных направлений: гидрологии, геоморфологии, эрозио- и русловедения, а также геохимии, геоэкологии и водной экологии. Хотя учение о речных наносах имеет четко определенный объект и предмет изучения, в отечественной науке происходило его поглощение смежными дисциплинами — в первую очередь «Гидрологией рек» и «Русловыми процессами». Настоящий учебник, подготовленный при разработке одноименного учебного курса, введенного для магистратуры кафедры гидрологии суши в 2021 г. (направление подготовки «Гидрометеорология»), призван осветить круг вопросов, касающихся речных наносов, и обозначить самостоятельность соответствующей научной дисциплины. В учебнике синтезированы понятия, относящиеся к речным наносам и рассматриваемые в смежных областях научных знаний. В частности, они присутствуют в разных учебных курсах, читаемых на географическом факультете МГУ имени М.В. Ломоносова: «Гидрофизика», «Гидродинамика», «Русловые процессы» (кафедра гидрологии суши); «Геохимия ландшафтов. Геохимия природных и техногенных ландшафтов» (кафедра геохимии ландшафтов и географии почв); «Эрозионные и русловые процессы» (кафедра геоморфологии и палеогеографии). Учение о речных наносах как самостоятельная научная дисциплина прошло длительный путь развития и было ориентировано на решение задач, связанных с проектированием, строительством и эксплуатацией земляных каналов, ирригационных систем, водохранилищ гидроэлектростанций (ГЭС), обеспечением речного судоходства, борьбой с паводками, рацио нальным проектированием и эксплуатацией мостовых переходов, речных водозаборов, переходов подводных трубопроводов через реки. В последние десятилетия к этим проблемам добавились задачи мониторинга, охраны и восстановления речных русел и пойм. Данный учебник обобщает представления, сформировавшиеся в традиционных направлениях учения о речных наносах (теория транспорта наносов, методы измерения, изучение процессов формирования стока наносов), и современные наработки в области геохимии речных вод и экологии рек (геохимия речных наносов, экологические функции речных наносов). 8
Учебник основан на традициях научной школы, созданной Н.И. Маккавеевым (1955) при изучении единого эрозионно- аккумулятивного процесса и получившей развитие в работах Р.С. Чалова (1979, 2008 и др.), Н.И. Алексеевского (1993, 1998), В.Н. Голосова (2003), А.Ю. Сидорчука (2015), научной школы кафедры геохимии ландшафтов и географии почв МГУ, где в рамках развития учения о геохимии ландшафтов важное место заняли аквальные ландшафты и вопросы механической миграции вещества [Перельман, Касимов, 1999], т.е. перемещения наносов и особенностей их геохимии. В учебнике «Речные наносы» отражены основные отечественные и зарубежные наработки в области изучения речных наносов. В первую очередь это достижения Государственного гидрологического института, являвшегося одним из основоположников развития учения о речных наносах в СССР (труды Г.И. Шамова, Г.В. Лопатина, А.Н. Караушева, К.Н. Лисицыной), и Казанского университета, определившего развитие географического направления в исследованиях эрозии и стока наносов (труды А.П. Дедкова, В.И. Мозжерина). В учебнике приводятся результаты англоязычных исследований. При этом следует отметить, что ежегодно в мире выходят тысячи публикаций, связанные с регио нальными исследованиями речных наносов, а также фундаментальные обобщения (обзоры). В университетах России (СССР) рассмотрение речных наносов имеет почти 100-летнюю историю (табл. В1). Впервые системно разделы, посвященные речным наносам, были прочитаны студентам физического факультета МГУ и Московского гидрометеорологического института в 1930-е гг. М.А. Великановым в рамках курса «Динамика русловых потоков». Они вошли в первое учебное пособие по динамике русловых потоков (1946), в развитие которой М.А. Великановым была выпущена монография «Движение наносов» (1948). В дальнейшем становление научной школы об эрозионно- аккумулятивном процессе на географическом факультете МГУ определило развитие тематики, посвященной в первую очередь стоку наносов, в курсе «Русловые процессы». Различные аспекты изучения речных наносов на географическом факультете МГУ в последние десятилетия стали преподаваться в рамках курса «Гидрофизика», а не «Гидродинамика». Отдельно следует упомянуть различные курсы по гидрометрии, где речным наносам традиционно уделяется внимание. В таких дисциплинах, как «Речной сток и гидрологические расчеты», вопросы, связанные со статистическими оценками стока наносов, стали впервые освещаться в курсе Д.В Магрицкого (2016). В геохимии вопросы, связанные с речными наносами (механическая миграция), освещаются в разделах, посвященных аквальным ландшафтам (табл. В1). 9
Таблица В1 Научная проблема 1 2 3 4 5 6 7 8 Сводка научных проблем, касающихся речных наносов, в различных гидрологических учебных дисциплинах Великанов М.А. «Гидродинамика» (1946) и «Движение наносов» (1948) — — + + + — — — Гончаров В.Н. «Гидродинамика» (1954) + — + + — — — — Караушев А.Н. «Теория и методы расчета речных наносов» (1977) — — + + + — — — Караушев А.Н. «Сток наносов, его изучение и географическое распределение» — + — — + + — — Гришанин К.В. «Динамика русловых потоков» (1979) — — + + — — — — Маккавеев Н.И., Чалов Р.С. «Русловые процессы» (1986) — — — + — + — — Алексеевский Н.И. «Гидрофизика» (2006) + — + + — — — — Настоящий курс + + + + + + + + Примечание: 1 — состав речных наносов; 2 — методы измерения речных наносов; 3 — движение взвешенных наносов; 4 — движение влекомых наносов; 5 — занесение и заиление водохранилищ; 6 — сток наносов; 7 — геохимия наносов; 8 — экология речных наносов. 10
Доступ онлайн
от 568 ₽
В корзину