CC BY
5
НАУКИ О ЗЕМЛЕ / SCIENCE ABOUT THE EARTH
DOI: https://doi.org/10.23670/IRJ.2017.64.018 Анисахарова А.С.1, Шигапов И.С.2
Студент, 2ORCID 0000-0003-0429-4440, кандидат географических наук, доцент, Казанский (Приволжский) федеральный университет ОЦЕНКА УГЛА ВПАДЕНИЯ ПРИТОКОВ СРЕДНИХ РЕК (НА ПРИМЕРЕ РЕК РЕСПУБЛИКИ
ТАТАРСТАН)
Аннотация
В представленной работе предложен метод измерения угла впадения притоков в главную реку. Предполагается, что развитие данного способа в дальнейшем позволит определять среднюю скорость течения труднодоступных рек по космоснимкам, что в свою очередь, послужит критерием оценки достоверности расчетов гидрологических параметров. Рассмотрены углы впадения 35 притоков относящихся к системам рек Казанка, Меша, Свияга, Илеть, Зай. Выявлено, что большинство притоков, впадают под углами от 30° до 60°. При этом у исследуемых рек частота распределения угла впадения притоков различна, что вероятно связано с отличающимися показателями средней скорости течения.
Ключевые слова: поверхностные воды, реки, притоки, устье, гидрология.
Anisakharova A.S.1, Shigapov I.S.2 1 Student, 2ORCID 0000-0003-0429-4440, PhD in Geography, Associate Professor, Kazan (Volga region) Federal University ESTIMATION OF THE CONFLUENCE ANGLE OF TRIBUTARIES OF MEDIUM RIVERS (ON THE EXAMPLE OF THE RIVERS OF THE REPUBLIC OF TATARSTAN)
Abstract
The authors proposed the method for measuring the angle of tributaries inflow into the main river in this paper. It is assumed that in future the development of this method will allow determining the average speed offlow of hard-to-reach rivers by satellite images, which in turn can serve as a criterion for estimating the reliability of calculations of hydrological parameters. The angles of confluence of 35 tributaries, which belong to the systems of the Kazanka, Mesha, Sviyaga, Izlet, Zai rivers were considered. It was revealed that most of the tributaries flow at angles from 30° to 60°. At the same time, the frequency of distribution of the inflow angle of the tributaries in the investigated rivers is different, which is probably due to differing indicators of the average flow velocity.
Keywords: surface waters, rivers, tributaries, estuary, hydrology.
Несмотря на большое количество исследований, экологические проблемы малых рек в настоящее время являются одним из наименее изученных тем, по сравнению с озерными экосистемами и экосистемами водохранилищ. Связано это во-первых с особенностями организации речных экосистем, которые вследствие отличий гидрологического режима в верховьях, среднем, нижнем течении рек оказываются более сложно организованными, по сравнению с озерными системами. Во-вторых, данное положение связано с большим количеством малых рек, которые отличаются между собой как протяженностью, так и среднегодовым расходом воды.
В настоящее время наличие в свободном доступе космических снимков высокого разрешения позволяет точно определить морфометрические параметры рек [2, С.935], однако, что касается гидрологических данных, то вопросы расчёта речного стока на гидрологически неизученных территориях остаётся недостаточно раскрытым [7, С.140], так как общепринятые в настоящее время методы расчета расхода воды при отсутствии данных дают усредненные и неточные результаты, что частично решается путем вывода районных формул [8, С.45]. Однако, по нашему мнению, одним из возможных способов уточнения расчетных данных может служить анализ строения устьевых участков малых рек. Данные исследования могут быть построены на основе нестационарных математических моделей разной сложности, но альтернативой могут служить и простые геометрические модели, позволяющие выявить общие закономерности гидрологии устьев рек [6, С.3]. В частности, имеющиеся в открытом доступе космоснимки позволяют измерить угол впадения притока в главную реку, что может служить критерием оценки отношения скорости течения притока и главной реки. Следовательно, в случае наличия данных о средней скорости течения главной реки, исследователь сможет оценить среднюю скорость течения притока, что при известной ширине притока (определяемой по космоснимку) позволяет скорректировать расчетные данные по среднему расходу воды притока. Кроме того, угол впадения притока определяет скорость смешивания вод, соответственно протяженность влияния притока на главную реку ниже по течению. Таким образом, строение устьевого участка впадения притока определяет зону взаимовлияния рек, так как является местом соединения двух разных систем и оказывает влияние на формирование экологического состояния рек.
К сожалению, в настоящее время испытывается недостаток материалов, посвященных проблеме изучения взаимовлияния главной реки и его притоков. В научной литературе речные устья рассматриваются, прежде всего, как объекты между речными бассейнами и приемными водоемами (океанами, морями, озерами) [4, С.98]. Поэтому в публикациях достаточно подробно раскрыты темы, посвященные системам типа «река-море», и, в частности, большое внимание уделяется дельтовым системам [5, С.45], а вопросы изучения систем «река-река» остаются нераскрытыми, несмотря на наличие огромного количества объектов - устьевых участков малых рек. Проблема малых рек чаще рассматривается в аспекте изучения их количественных и качественных параметров [1, С.150] и экологического состояния водосборного бассейна [10, P.44801].
Целью настоящей работы является выявление особенностей строения устьевых участков притоков рек Казанка, Меша, Свияга, Илеть, Зай, впадающих в Куйбышевское водохранилище на территории Республики Татарстан. Выбор
объектов исследования был обусловлен хорошей гидрологической изученностью данных рек [9, С.53]. Протяженность исследуемых рек составляет от 142 км (р. Казанка) до 375 км (р. Свияга), таким образом данные реки могут быть отнесены к средним рекам.
С использованием программы 8Л8.Р1аие1 были отобраны подходящие для обработки космоснимки устьевых участков притоков вышеназванных рек. К сожалению, снимки высокого разрешения имеются не по всей длине исследуемых рек, вследствие чего на данный момент оказалось невозможным обработать устьевые участки всех притоков.
Исследуемые участки были схематически изображены в виде неправильного треугольника, основание которого представлено линией соединяющей мыски, образованные на точке соединения береговых линий притока и главной реки (рис. 1), а боковые стороны - лучами, проведенными от данных точек вдоль правого и левого берегов притока соответственно.
, ЯШ Я
г
ТЬтДт\ш
ИГ I
Рис. 1 - Схема участка впадения р. Аря в р. Свиягу
К основаниям полученных треугольников были проведены высоты и измерены углы между высотами треугольников и боковой стороной, расположенной ниже по течению. Из представленного рисунка видно, что данный угол будет соответствовать углу впадения вод притока в главную реку.
Всего таким образом было обработано 35 космоснимков устьевых участков рек, что позволяет утверждать о статистической достоверности полученных данных. Далее результаты были обработаны общематематическими методами, в частности статистический ряд был разделен на 8 интервалов (табл. 1). Как видно из представленных данных, угол впадения притоков исследованных рек отличается достаточно большим размахом - 64° (от 14° (р. Бирля -приток р. Свияга) до 78° (р. Бугульда - приток р. Зай)).
Таблица 1 - Распределение исследованных участков по у глу впадения притока
Угол впадения притока Количество притоков
Казанка Меша Свияга Илеть Зай всего
14-21° 0 0 1 0 1 2
22-29° 0 0 0 1 1 2
30-37° 1 1 4 1 0 7
38-45° 1 1 3 1 1 7
46-53° 4 1 1 0 3 9
54-61° 2 1 1 0 1 5
62-69° 0 0 1 0 1 2
70-78° 0 0 0 0 1 1
всего 8 4 11 3 9 35
Не вызывает сомнений, что подобные углы впадения притоков обусловлены прежде всего геоморфологическими условиями. Однако необходимо отметить, что абсолютное большинство исследованных притоков (28 объектов) впадают под углом от 31° до 62°. Вероятно, углы впадения в пределах от 30° до 60° являются характерными для малых равнинных рек Среднего Поволжья, данную гипотезу еще предстоит проверить на большем количестве объектов исследования.
V
При анализе распределения данных по изучаемым рекам, необходимо отметить, что количество изученных притоков на разных реках отличается по объективным причинам. Наибольшее количество притоков было рассмотрено на реках Казанка (8 рек), Зай (9 рек), Свияга (11 рек).
По нашим данным, скорости течения на данных реках отличаются, хотя и незначительно. Так в устьевом участке р. Казанка скорость течения в межень составляет около 0,3 м/с, р. Зай - ок. 0,2, р. Свияга - 0,1. При этом 4 из 11 притоков р. Свияга впадают под углами 30°-37° и 3 притока под углом 38°-45° (рис. 2а).
В случае относительно более быстроводной реки Зай большинство притоков впадает под углами 46°-53° (рис. 2б), у р. Казанки кроме этого показателя, сопоставимое количество притоков впадает под углами в пределах 54°-61° (рис. 2в).
Рис. 2. - Распределение частоты встречаемости угла впадения притоков: а - р. Свияга, б - р. Зай, в - р. Казанка 39
К сожалению, отсутствие данных по скоростям течений притоков на устьевых участках и скоростям течения главной реки на участках впадения притоков не позволяют провести статистический анализ и выявить степень корреляции соотношения скорости течения притока с углом его впадения в главную реку. Однако полученные в ходе исследования данные свидетельствуют, что во-первых, в большинстве случаев малые реки впадают в главную реку под углом от 30° до 60°. Во-вторых, имеются основания полагать, что угол впадения притока зависит от соотношения его скорости течения к скорости течения главной реки. Возможно при низких скоростях течения в притоке, ток вод главной реки «прижимает» впадающий в нее поток к берегу, тем самым увеличивая скорость размыва береговой линии на данном участке.
Список литературы / References:
1. Горшкова А.Т. Количественные и качественные характеристики малых рек северной части Чистопольского муниципального района Республики Татарстан / А.Т. Горшкова, О.Н. Урбанова, Н.В. Бортникова и др. // Актуальные проблемы гуманитарных и естественных наук. 2017. № 2. - С. 150-156.
2. Кильматов Т.Р. Моделирование движения приливной волны от устья вверх по течению реки / Т.Р. Кильматов, Т.Г. Пономарева, Е.Л. Гореленко // Полярная механика. 2016. №3. - С. 935-943.
3. Коротаев В.Н. Морфогенетическая классификация и районирование устьевых систем: геоморфологический аспект проблемы / В.Н. Коротаев // Вестник Московского университета. Серия 5: География. 2012. №6. - С. 3-8.
4. Михайлов В.Н. Место устьев рек в природной среде и их роль в глобальных гидрологических процессах / В.Н. Михайлов // Ученые записки Российского государственного гидрометеорологического университета. 2007. № 5. - С. 98-104.
5. Михайлова М.В. Морфометрия речных дельт / М.В. Михайлова. // Водные ресурсы. 2015. № 1. - С. 45.
6. Поддубный С.А. Геометрическая модель устьевой области малой реки-притока водохранилища / С.А. Поддубный // Вода: Химия и Экология, 2015. № 12. - С. 3-9.
7. Савичев О.Г. Методика расчета максимальных расходов речных вод в таежной зоне Западной Сибири / О.Г. Савичев // Известия Томского Политехнического университета. Инжиниринг георесурсов. 2011. №1. - С. 140-144.
8. Ушаков М.В. Расчет минимальных 30-суточных расходов малых рек Магаданской области за летне-осенний период / М.В. Ушаков // Вестник Северо-Восточного научного центра ДВО РАН. 2013. № 3. - С. 45-47.
9. Экологические проблемы малых рек Республики Татарстан (на примере Меши, Казанки и Свияги) / Под ред. В.А. Яковлева. - Казань: Фэн, 2003. - 289 с.
10. Shaliamova R.P. The contaminating impact of surface water runoff from the MSW landfill on the river Krutovka (through the example of Samosyrovskaya landfill, Kazan, Russia) / R.P. Shaliamova, E. G. Nabeeva, I.S. Shipagov // International journal of applied engineering research. 2015. Vol.10. № 24. - P. 44801-44807.
Список литературы на английском языке / References in English
1. Gorshkova A.T. Kolichestvennye i kachestvennye harakteristiki malyh rek severnoj chasti Chistopol'skogo municipal'nogo rajona Respubliki Tatarstan [Quantitative and qualitative characteristics of small rivers in the Northern part of Chistopol district of the Republic of Tatarstan] / A.T. Gorshkova, O.N. Urbanova, N.V. Bortnikova and others. // Aktual'nye problemy gumanitarnyh i estestvennyh nauk [The actual problems of humanitarian and natural Sciences]. 2017. № 2. - P. 150156. [in Russian]
2. Kil'matov T.R. Modelirovanie dvizhenija prilivnoj volny ot ust'ja vverh po techeniju reki [Modeling of the motion of tidal waves from the estuary upstream of the river] / T.R. Kil'matov, T.G. Ponomareva, E.L. Gorelenko // Poljarnaja mehanika [Polar mechanics]. 2016. №3. - P. 935-943. [in Russian]
3. Korotaev V.N. Morfogeneticheskaja klassifikacija i rajonirovanie ust'evyh sistem: geomorfologicheskij aspekt problemy [Morphogenetic classification and regionalization of river mouth systems: the geomorphological aspect of the problem ] / V.N. Korotaev // Vestnik Moskovskogo universiteta. Serija 5: Geografja [Bulletin of the Moscow university. Series 5. Geography]. 2012. №6. - P. 3-8. [in Russian]
4. Mihajlov V.N. Mesto ust'ev rek v prirodnoj srede i ih rol' v global'nyh gidrologicheskih processah [The place of river mouths in the natural environment and their role in global hydrological processes] / V.N. Mihajlov // Uchenye zapiski Rossijskogo gosudarstvennogo gidrometeorologicheskogo universiteta [Proceedings of the Russian State Hydrometeorological University]. 2007. № 5. - P. 98-104. [in Russian]
5. Mihajlova M.V. Morfometrija rechnyh del't [Morphometry of river deltas] / M.V. Mihajlova. // Vodnye resursy [water resources]. 2015. № 1. - P. 45. [in Russian]
6. Poddubnyj S.A. Geometricheskaja model' ust'evoj oblasti maloj reki-pritoka vodohranilishha [The Geometric model of the mouth area of a small river tributary to the reservoir] / S.A. Poddubnyj // Voda: Himija i Jekologija [Water: chemistry and ecology]. 2015. № 12. - P. 3-9. [in Russian]
7. Savichev O.G. Metodika rascheta maksimal'nyh rashodov rechnyh vod v taezhnoj zone Zapadnoj Sibiri [The method of calculation of maximum discharges of river waters in the taiga zone of Western Siberia] / O.G. Savichev // Izvestija Tomskogo Politehnicheskogo universiteta. Inzhiniring georesursov [Bulletin of the Tomsk Polytechnic University. Geo Assets Engineering]. 2011. №1. - P. 140-144. [in Russian]
8. Ushakov M.V. Raschet minimal'nyh 30-sutochnyh rashodov malyh rek Magadanskoj oblasti za letne-osennij period [The calculation of the minimum 30-day spending of small rivers of the Magadan region in the summer-autumn period] / M.V. Ushakov // Vestnik Severo-Vostochnogo nauchnogo centra DVO RAN [Bulletin of the North-East Scientific Center, Russia Academy of Sciences Far East Branch]. 2013. № 3. - P. 45-47. [in Russian]
9. Jekologicheskie problemy malyh rek Respubliki Tatarstan (na primere Meshi, Kazanki i Svijagi) [Ecological problems of small rivers of the Republic of Tatarstan (through the example of the Mesha river, Kazanka river and Sviyaga river)] / edited by V.A. Jakovlev. - Kazan': Fjen, 2003. - 289 p. [in Russian]
10. Shaliamova R.P. The contaminating impact of surface water runoff from the MSW landfill on the river Krutovka (through the example of Samosyrovskaya landfill, Kazan, Russia) / R.P. Shaliamova, E. G. Nabeeva, I.S. Shipagov // International journal of applied engineering research. 2015. Vol.10. № 24. - P. 44801-44807.
DOI: https://doi.org/10.23670/IRJ.2017.64.068 Еранская Т.Ю.
ORCID: 0000-0003-4050-6121, Кандидат технических наук, Старший научный сотрудник Институт геологии и природопользования ДВО РАН в г. Благовещенске СПОСОБ РАЗЛОЖЕНИЯ КАОЛИНА В ЩЕЛОЧНОЙ СРЕДЕ
Аннотация
Разработан новый способ разложения каолинового концентрата. Особенностью данного способа является обработка каолинового концентрата в растворе едкого натра под действием электроискрового разряда и сопутствующего ему электрогидравлического воздействия, которые способствуют разрыву молекулярных связей в молекуле каолинита с образованием новых химических соединений. Создана экспериментальная установка. Определены оптимальные режимы обработки. Предложена принципиальная схема технологического процесса. Выход гидроксида алюминия составил от 24,8 до 37,2% от расчетного.
Ключевые слова: электроискровой разряд, электрогидравлический эффект, каолиновый концентрат, алюмосиликат натрия, гидроксид алюминия.
Eranskaya T.Yu.
ORCID: 0000-0003-4050-6121, PhD in Engineering, Senior Researcher Institute of Geology and Nature Management, FEB RAS in Blagoveshchensk METHOD FOR DECOMPOSING KAOLIN IN THE ALKALINE MEDIUM
Abstract
A new method of kaolin concentrate decomposition is developed. A particular feature of this method is the treatment of kaolin concentrate in sodium hydroxide solution under the action of an electrospark discharge and the accompanying electro-hydraulic action, which helps to break the molecular bonds in the kaolinite molecule with the formation of new chemical compounds. An experimental setup is created. The most efficient treatment modes are determined. A schematic diagram of the technological process is proposed. The emission of aluminum hydroxide comprised from 24.8 to 37.2% of the calculated value.
Keywords: electrospark discharge, electro-hydraulic effect, kaolin concentrate, sodium aluminosilicate, aluminum hydroxide.
В условиях, когда для производства алюминия недостаточно источников бокситового сырья, важное значение ямеет использование сырья нетрадиционного. Таким сырьем мог бы стать широко распространенный минерал - каолин. При создании эффективной технологии каолины могут составить конкуренцию отдельным сортам бокситов, так как многие каолины сравнимы с ними по содержанию глинозема.
Переработка каолинов на глинозем представляет собой более сложную задачу в сравнении бокситовыми технологиями. Это связано с особенностями строения молекулы каолинита [1, С. 65], а также с многочисленными сопутствующими соединениями, входящими в состав породы. Существующие каолинитовые технологии в части самого процесса разложения концентрата трудоемки и энергоемки, требуют громоздкого аппаратурного обеспечения. Выход глинозема при этом незначительный. В щелочных технологиях, как правило, разлагается только около 20 процентов концентрата [2, табл. 3.51].
В основу настоящих исследований положен известный метод воздействия на вещество - электроискровой метод (ЭИМ). ЭИМ и возникающий на его основе электрогидравлический эффект (ЭГЭ) впервые описан Юткиным Л.А. [3, С. 10]. Сущность метода заключается в следующем: под действием высокого напряжения между двумя электродами, помещенными в электропроводящую жидкость, формируется электрический разряд, вокруг которого возникают сверхвысокие гидравлические давления, вызывающие перемещение жидкости с огромной скоростью. Вблизи зоны разряда происходит изменение множества физических и химических свойств жидкости и вещества в ней, интенсификация химических процессов.
Исследования основаны на предположении автора о том, что в условиях электроискрового разряда в щелочной среде процесс разложения каолинита и образование новых химических соединений будет проходить эффективнее, чем при другом типе воздействии. Конечная цель исследований - создать технологию переработки каолинового концентрата на базе ЭИМ.
Для выполнения экспериментов была создана лабораторная установка. Электрическая схема и силовая часть установки приведены на рис. 1 и рис. 2. Накапливание энергии, превышающей напряжение пробоя для данного раствора, происходит в батарее из шести конденсаторов 3. Через автотрансформатор 4, блок из диодов 5 энергия импульсно подается на рабочий искровой промежуток 8.
