Обработка наносов и донных отложений

Подготовка образца к анализу

При наличии растительных остатков образец взвешивается на технических весах. Затем из него пинцетом удаляются растительные остатки и также взвешиваются. Определяется процентное содержание в образце органических включений. Запись этих определений ведется в графе примечаний журнала гранулометрического анализа КГ-54.на гранулометрический анализ поступает освобожденная от инородных включений минеральная часть образца.

Навески проб на анализ берутся после размельчения больших агрегатов. Если масса образца превышает требуемую навеску, из него предварительно отбирается средняя проба. Отбор средней пробы для песчано – гравелистых наносов выполняется квартованием.

При наличии частиц крупнее 1 мм образец после растирания крупных агрегатов поступает на анализ ситовым методом и просеивается через набор сит с отверстиями 1 мм и крупнее. Из частиц меньше 1мм отбираются по правилу средней пробы необходимая навеска для анализа методом фракциометра или комбинированным методом пипетка – фракциометр.

Илистые и глинистые донные наносы подвергаются более тщательной механической подготовке. Навеска мелких частиц (0,5-5,0г) взвешивается на аналитических весах, размачивается в фарфоровой чашке в течении двух суток, залитая 10-20 мл дистиллированной воды. После размачивания навеска растирается резиновым пестиком с добавлением нескольких капель 25-процентного раствора аммиака (NH4OH). Густая суспензия постепенно сливается из чашки в однолитровую коническую колбу. Колба ополняяется дистиллированной водой до объема 300-500 мл, затем добавляется 0,5-1,0 мл 25-процентного аммиака, в горлышко вставляется резиновая или корковая пробка и колба ставится на кипячение в течении 1ч. Если аммиак не добавляется, кипячение продолжается 3ч. По окончании кипячения проба остужается до комнатной температуры и переводится для анализа в цилиндр пипеточной установки.

Содержание гигроскопической влаги определяется для донных наносов, в которых может присутствовать значительное количество илистых и глинистых частиц, следующим путем.

Из образца наносов, просеянного через сито с отверстиями 1мм, отбирается навеска 1,0-1,5г. Масса наносов в воздушно-сухом состоянии (m0) определяется на аналитических весах в заранее взвешенном бюксе (m1). Бюкс с пробой в открытом виде помещается в термостат и выдерживается 5ч при температуре 105-110 градусов, крышечка бюкса ставится там же рядом. По окончании срока сушки бюкс с пробой быстро закрывается крышечкой внутри термостата, охлаждается в эксикаторе в течении 45 минут и после охлаждения взвешивается на аналитических весах.(m2).

Уменьшение массы бюкса с пробой равно массе гигроскопической влаги в граммах и вычисляется в процентах от навески в абсолютно сухом состоянии m0 –m/m*100=е, где m=m2 –m1 –масса наносов в абсолютно сухом состоянии.

 

 

 

Выполнение гранулометрического анализа

Гранулометрический анализ проб наносов заключается в определении процентного содержания частиц различных фракций и геометрических размеров самой крупной частицы в пробе.

Разделение крупных частиц на фракции производится непосредственно по их диаметру путем фотографирования или обмера (d>10 мм) или ситовым методом (d=1-10 мм), а частиц мельче 1мм – по гидравлической крупности (пипеточным методом или методом фракциометра). Гидравлическая крупность частиц переводится в их диаметр с помощью специальных таблиц, в которых показаны соотношения между нормальной гидравлической крупностью и диаметром частиц по принятой шкале.

Перед анализом любым методом образец осматривается и из него выбирается самая крупная частица. Если она крупнее 3мм, измеряются три ее основных размера(a-длина, b- ширина, c-высота). Если самая крупная частица меньше 3мм, ее диаметр определяется по гидравлической крупности.

Для частиц диаметром меньше 0,1 мм (гидравлическая крупность <0,0061 м/с) наибольшая крупность не определяется.

Для удобства выполнения обмера частиц крупнее 10мм рекомендуется изготовить приспособление из трех взаимно перпендикулярных плоскостей прозрачного оргстекла с нанесением градуировки через 10мм (первые 10мм градуируются через 1мм). Группировка частиц по фракциям производится на основании двух меньших размеров(ширина и высота), так как именно эти размеры, а не длина, лимируются падением частицы в ту или иную фракцию. Масса каждой фракции определяется на технических весах, затем вычисляется процентное содержание частиц в каждой из принятых градаций и общий процент наносов менее 10 мм. Записи ведутся в журнале КГ-53.

Сумма масс выделенных фракций не должна отличатся от массы всей пробы более чем на 1%.

Часть пробы с наносами мельче 10 мм далее анализируется ситовым методом.

Ситовый метод может применятся как самостоятельный для частиц 10 до 1 мм. Ситовым методом выделяются фракции 10-5, 5-2, 2-1 и <1 мм. Навеска просеивается в воздушно-сухом состоянии через набор сит с отверстиями 10,5,2 и 1мм. В результате анализа ситовым методом сумма масс отдельных выделенных фракций может отличатся от взятой навески не более чем на 0,5%.

Метод фракциометра может применятся в двух случаях:

Как самостоятельный для частиц от 1,0мм до 0,05мм;

При комбинированных методах сита- фракциометр, пипетка – фракциометр- для частиц тех же размеров. Метом фракциометра выделяются фракции-1-0,5; 0,5-0,2; 0,2-0,1; 0,1-0,05 и <0,05мм. При наличии в образце частиц крупнее 1мм они предварительно просеиваются на ситах. Величина навески на анализ берется в пределах 0,5-2,0г. Взвешивание навески и фракций производится на аналитических весах(до 0,0001г).взятая проба в фарфоровой чашке смачивается чистой водой и осторожно растирается резиновым пестиком в течении 3-5 мин до состояния жидкой кашицы.

Перед анализом фракциометр медленно наполняется чистой пресной водой, растекающейся по внутренней стенке стеклянной трубы до верхней метки , выше которой остается место для анализируемого образца. Зажимы фракциометра оставляются открытыми. К анализу приступают спустя 5-10 мин с тем, чтобы вода успокоилась во фракциометре и выравнялась его температура ,измеряемая по истечении этого времени с точностью до 0,1 градуса.

Растертую в чашке пробу переносят во фракциометр и одновременно пускают секундомер и следят за падением самой большой частицы. В момент прохождения первой частицы через нижнюю метку секундомер не останавливается, а фиксирует расстояние прохождения от верхней до нижней метки для определения наибольшей крупности.

Сроки закрывания зажимов для выделения установленных фракций определяются в зависимости от температуры воды во фракциометре.

Для анализа комбинированным методом пипетка-фракциометр требуется навеска массой 0,5-5,0 г. Если масса образца менее 0,5 г, то при этом делается примечание в журнале КГ-54. Анализ на пипеточной установке выполняется с выделением четырех фракций 0,05-0,01; 0,01-0,005; 0,005-0,001 и < 0,001 мм.

Анализы пипеточным методом осуществляется с помощью пипеточной установки, позволяющей быстро и точно производить анализ шести образцов. Все пробы выпариваются досуха на бане. Если в анализированном образце содержатся преимущественно илисто-глинистые частицы, выпаренные пробы дополнительно просушиваются в термостате в течении 2-3 ч при температуре 105-110 градусов и охлаждаются в эксикаторе 45 мин. Бюксы с пробами взвешиваются на аналитических весах.

Количество отобранных пипеткой и выделенных на фракциометре наносов и их процентное содержание относительно взятой навески вычисляется по ходу анализа в журналеКГ-54. Масса наноса в пипетке умножается на переходный коэффициент от объема пипетки к объему всей суспензии в цилиндре. Переходный коэффициент k=b/c,где b-объем суспензии в цилиндре, c-объем пробы в пипетке. Чтобы получить массу наносов в каждой отдельной фракции и суммарную массу частиц мельче0,001 мм надо произвести последовательное вычитания из массы в суспензии частиц <0,05мм массу частиц<0,01мм, затем из последней массы вычитается количество наносов <0,005мм и т. д. Масса более крупных фракций вычисляется непосредственно после выполнения анализа на фракциометре и взвешивания бюксов с наносами. Сумма полученных масс всех выделенных фракций не должна отличатся от массы, взятой на анализ навески больше чем на 3%.

Определение содержания органических веществ в донных наносах

Определение органической части производится для тех образцов донных наносов, в которых мелкие частицы (<0,1 мм) составляют по массе более 70%. Для этого отбирается навеска около 1г, помещается в заранее прокаленный и взвешенный тигель, затем сжигается и прокаливается в муфельной печи в течении 1-1,5 ч. После прокаливания тигель с золой остужается в эксикаторе 45 мин и опять взвешивается на аналитических весах.

Содержание органических веществ вычисляется в процентах от массы абсолютно сухой навески: z=m-m1/m*100, где m1-масса золы после прокаливания; m- масса абсолютно сухой навески, вычисляемой по формуле m=100m0 /100+e, m0- масса воздушно-сухой навески; е-содержание гигроскопической влаги в процентах.

Определение плотности частиц наносов и плотности наносов в естественном залегании

Плотность частиц наносов представляет собой отношение массы частиц наносов к их объему в твердом теле без пор; она зависит от минералогического состава наносов, выражается в кг/м3 .

Плотность смеси наносов в естественном залегании представляет собой отношение массы наносов к их объему вместе с порами; она зависит от минералогического и гранулометрического состава наносов, их формы и содержания органических примесей выражается в кг/м3 .

Для гравия и песков принимается масса образца в воздушно сухом состоянии, а для илов и глин – в абсолютно сухом.

Плотность частиц наносов и смеси наносов в естественном залегании определяются только для донных наносов.

Плотность смеси наносов в естественном залегании определяется наряду с гранулометрическим составом для всех проб донных наносов, поступающих в лабораторию.

Плотность частиц наносов определяется следующим образом: чистый пикнометр с высоким горлышком наполняется до метки 50-100 мл дистиллированной водой комнатной температуры, закрывается притертой пробкой и взвешивается с точностью до 0,001 г. После этого вола из пикнометра выливается. Взятая в воздушно – сухом состоянии навеска с частицами мельче 2 мм в количестве 10-15 г осторожно высыпается в тот же пикнометр через воронку.

Пикнометр с наносами примерно до половины объема доливается дистиллированной водой и проба кипятится в течении 30 минут, после кипячения проба в пикнометре охлаждается до комнатной температуры , затем в него доливается до отметки дистиллированная вода , пикнометр закрывается пробкой и опять взвешивается. Масса воздушно-сухого наноса, всыпанного наноса перечисляется на массу абсолютно сухого наноса по формуле: m=100m0 / 100 + е, где m0 – масса воздушно-сухого наноса; е – процентное содержание гигроскопической влаги.

Плотность частиц наносов определяется по формуле: qч= (m / m + m1 – m2) * q0 , где m – абсолютно сухого наноса; m1 – масса пикнометра с водой; m2 – масса пикнометра с водой и наносами; q0 – плотность воды.

Измерение расхода взвешенных наносов

Пробы воды на мутность для измерения расхода взвешенных наносов берутся в основном гидростворе на всех скоростных вертикалях одновременно с измерением скоростей течения выполняемым при измерении расхода воды.

Пробы на мутность отбираются следующим способами: многоточечным, основным, одноточечным, суммарным и интеграционным.

Многоточечный способ предусматривает отбор проб наносов по увеличенному числу вертикалей в пяти и более точках на глубине. Пробы наносов отбираются одновременно с измерением скоростей течения на каждой вертикали. Этот способ применяется в первый год наблюдений за стоком наносов, когда средняя мутность в реке превышает 100 г/м3.

В первый год наблюдений необходимо выполнить не менее десяти измерений расходов наносов с отбором проб многоточечным способом.

На больших и средних реках при измерении расхода взвешенных наносов основным способом отбирается две пробы на вертикали, на малых реках одна проба.

В периоды когда мутность превышает 100 г/м3 пробы отобранные в двух точках по вертикали обрабатываются каждая в отдельности.

При средней мутности реки от 100 до 20 г/м3 пробы отобранные в двух точках на вертикали, сливаются в один сосуд для последующего анализа. Отбор проб в одной точке вертикали производится с двукратной повторяемостью, после чего обе пробы для последующего анализа сливаются в один сосуд.

При мутности менее 20 г/м3 целесообразно пробы объединять не только по вертикалям, но и по всему живому сечению, получая таким образом пробу, характеризующую среднюю мутность всего потока.

При средней мутности потока от 100 до 20 г/м3 на каждой вертикале отбирают две пробы и сливают в один сосуд для последующего анализа.

При зарастании русла измерение мутности основным способом производится в трех точках (0,15; 0,5; 0,85) рабочей глубины.

 

Измерение расхода взвешенных наносов аналитическим способом

 

Вычисление расхода взвешенных наносов по средним единичным пробам наносов на скоростных вертикалях. Мутность в точке вычисляется по формуле:

 

S=m*106/A.

 
Вычислить единичный расход взвешенных наносов в точках отбора проб мутности путем умножения мутности в точке на скорость течения в точке.

Для каждой скоростной вертикали вычислить средние единичные расходы взвешенных наносов по формуле в зависимости от количества и положения точек отбора проб мутности:

 

Lср=L0,2+L0,8/2(основной способ)

LСР=L0,13+L0,5+L0,85/3(при зарастании  русла)

LСР=L0,6; LСР=L0,5.

Рs=0,001[KL1f0+(L1+L2/2)f1+…+(LN-1+LN/2)fN-1+KLNfN]

 

Порядок вычисления расхода:

по данным о массе наносов в пробах воды и объеме проб – вычислить средние мутности на скоростных вертикалях. Среднюю мутность на вертикали вычисляется по формуле S=m*106 /А.

Вычислить частичные расходы взвешенных наносов и полный расход наносов, для этого:

Вычислить полусумму средней мутности воды между смежными скоростными вертикалями на площади водного сечения между этими вертикалями . Значения частичных расходов.

Полный расход взвешенных наносов получить суммированием частичных расходов.