Прогуливаясь по песчаному дну русла реки, задумывались ли вы когда-нибудь, как движутся мелкие частицы в воде? Математические формулы, разработанные в 1930-х годах, до сих пор используются для расчета механики движения. Появился совершенно новый метод, переворачивающий представления о переносе наносов в реках с ног на голову.Так или иначе, эксперимент в аквариуме доказывает, что мы давно ошибались.
Реки переносят огромное количество осадочного материала, от гравия до частиц глины. Весь материал оседает на дне русла или стекает в толще воды в море. Скорость такого стока наносов и количество материала, переносимого рекой, являются важными факторами, учитываемыми, например, при строительстве, демонтаже или обрушении плотин.
До сих пор параметр Шилдса использовался для измерения движения частиц в состоянии потока. Однако формула расчета не учитывала все переменные. Ученые из США и Канады разработали новый метод измерения движения частиц в воде, который, помимо размера и плотности частиц, также учитывает их форму.
Как песок течет в реке? Многое зависит не только от его размеров, но и от формы.
Оказывается, при транспортировке важен не только вес осадочного материала. Многое также зависит от сопротивления воды в реке и трения, создаваемого на границе зерен. Чтобы доказать, что форма имеет значение, в специальном аквариуме был проведен эксперимент, результатами которого поделились в Nature и сообщили в пресс-службе Массачусетского технологического института .
В наклонную емкость с водой насыпали различные виды осадка и измеряли время его истечения на дно. Образцы различались по форме зерен – использовались правильные, круглые стеклянные шарики, прямоугольные призмы, природный гравий неправильной формы и ряд других видов. Оказалось, что плоские зерна движутся в потоке медленнее, чем круглые, правильные, даже если они имеют одинаковый размер и плотность.
Удивительно, но зерна неправильной формы естественной формы двигались гораздо быстрее, чем зерна идеально круглой формы. Это наблюдение противоречит тому, что может подсказать нам наша интуиция. Отчеты исследователей переворачивают представление о механике движения наносов с ног на голову, и будущие расчеты переноса речного материала обязательно должны будут учитывать дополнительную переменную - форму зерен, т.е. измерения сопротивления воды и трения частиц.
Открытие ученых также позволит более точно прогнозировать последствия внезапных событий, таких как наводнения, перелив воды через плотину или внезапный сброс воды из озера после обрушения плотины.