Cấu trúc địa hình lòng sông ( Biên dịch Nguyễn Thanh Sơn ) - Chương 4 ppt

lòng dẫn mùa kiệt đà phác hoạ dạng trung mô xác định Đợc thừa nhận phân loại dạng lòng dÉn cđa K I Rosinski, I A Kuzmin [77] víi sù hiƯu chØnh cđa O V Adreev vµ I.A Iaroslavxev [6] Leopold Iolmen [120]: lòng dẫn đợc chia thành thẳng, uốn khúc phân nhánh Chơng Hình dạng lòng sông nhân 4.1 Các lòng dẫn thẳng tố xác định Khái niệm "hình dạng lòng dẫn" (dạng hình thái học lòng dẫn) cha đứng vững văn lý thuyết nh vấn đề ứng dụng trình lòng sông Thờng thay thuật ngữ tơng đơng khái niệm "dạng vĩ mô", "dạng trình lòng sông" Định nghĩa dạng lòng sông thiếu tác giả thờng xuyên sử dụng khái niệm [54] Trong đợc dùng văn "lòng dẫn ", số xây dựng phân loại hình thái hình thái động lực lòng dẫn sông ngòi Dạng lòng dẫn sông ngòi (trên bình đồ) phác hoạ lòng dẫn xác định thành thung lũng và/hoặc nguyên tố bền vững địa hình lòng sông, điều khiển dòng chảy sông ngòi mùa kiệt lẫn mùa lũ Hình dạng lòng sông thờng bị chi phối nởi dạng lòng dẫn tạo nên trình lòng sông, nhng sau đợc củng cố thành tạo bÃi bồi Các dạng lòng dẫn vĩ mô nh hình nh đà vợt khỏi phạm vi lòng dẫn Các dạng trung bình (doi) thờng không đợc phủ bÃi bồi thảm thực vật, hoạt động vào thời kỳ lũ Chúng thờng ổn định theo quan hệ với dòng chảy sông ngòi mùa kiệt chủ yếu đợc điều kiển Cho nên nói dạng 107 Các lòng dẫn thẳng đợc nghiên cứu Chúng thờng đặc trng cho sông ngòi miền núi bán sơn địa với dạng aluvi phát triển Độ thô lớn aluvi sông nh dẫn đến việc thành tạo dạng lòng dẫn biến dạng chủ động chúng vào thời kỳ lũ mạnh Vì trình thành tạo bÃo bồi không tăng độ ổn định dạng lòng dẫn Aluvi bÃi bồi đợc gia cố thảm thực vật dễ bị bào mòn dòng sôngcó khả tải vật chất cuội sỏi Dạng lòng sông nớc lũ đợc xác định chủ yếu nhân tố phi lòng dẫn thạch địa chấn, thờng chi phối tính thảng thành thung lũng khoảng dài Dạng lòng dẫn mùa kiệt sông nh đợc xác định tỷ số phần đáy ngập thung lũng sông ngòi kích thớc dạng (xem hình 3.17) Việc bảo toàn tính thẳng bờ sông đợc chi phối tính kiên cố chống xói mòn cao thành bờ gốc và/hoặc vận tốc xáo trộn lớn dạng lòng dẫn xuôi theo dòng chảy Trong trờng hợp cuối cùng, trờng vận tốc tuần hoàn dạng phụ cù lao không gây hoạt động xói lở bờ sông thời gian tác động ngắn lên đoạn cụ thể bờ Để minh hoạ dẫn hình thái lòng dẫn sông Alabugi (Kirgizia) sau đoạn hợp lu với sông Ptran [63] Sự diện lòng chảo rộng lớn phần phía thung lũng sông ngòi dẫn đến việc phần thợng lu đoạn sông phù 108 sa đáy cuội sỏi Dòng phù sa đáy đợc hình thành việc bào mòn trầm tích aluvi thềm sông Sự tăng dòng phù sa đáy theo dọc thung lũng sông với độ dốc đáy thung lũngkhông đổi (~ 8%) lợng nớc sông ( Q = 25, ,30 m3/s) gây nên thay đổi hình thái học lòng sông có quy luật Trong miền thiếu hụt tuyệt đối phù sa vận tốc biến hình thẳng đứng lòng sông lớn (gần 0,3 m/năm) Trong miền bÃo hoà tơng đối dòng chảy phù sa di đáy (lu lợng riêng trung bình năm gần 0,5kg/(s.m) cho khả tích tụ phù sa hình thành cồn phụ Với vận tốc dịch chuyển cồn phụ xuôi 30 50 m /năm tạo nên đoạn sông thẳng Với vận tốc dịch chuyển nhỏ (10 20 m/năm) vận tốc tạo lòng lớn (1520 cm/năm) dẫn tới tạo thành lõm cắt ngang Việc bÃo hoà lòng sông phù sa di đẩy tiếp tục (tới 190 200 ngàn m3/năm) mở rộng đáy thung lịng tíi 800 – 1000 m chi phèi viƯc thành tạo môt lòng sông dạng cù lao phức tạp Các cù lao dịch chuyển xuôi với vận tốc 60 80 m/năm, kết bờ gốc bị bào mòn với vận tốc không 0,5 m/năm bảo toàn tính thẳng Khi vận tốc bào mòn dạng lòng sông (trong kể bÃi bồi có thực vật phủ kín) đạt 25 m/năm Lòng sông thẳng tợng sông ngòi miền đồng hiếm, trình thành tạo bÃi bồi thờng dẫn tới việc phức tạp hoá lòng sông Thông thờng lòng sông thẳng quan sát thấy vết nứt suối đá gốc với kiểm soát cấu trúc thành thung lũng Hiếm tạo nên (ở sông ngòi có bÃi bồi) lòng sông thẳng tự chiều dài > 20 40 độ rộng lòng sông Sự bảo toàn dạng thẳng lòng sông điều kiện nh kết hợp đặc biệt nhân tố tạo lòng Trên địa phận châu Âu Liên bang Cộng hoà xà hội chủ nghĩa Xô viết thờng xuyên quan sát thấy phát triển lòng dẫn sông ngòi thung lũng 109 hồ, lòng chảo dòng chảy nớc băng tan Các aluvi bÃi bồi sông đại có độ dày bé, phủ lên lớp aluvi bị xói lở lòng dẫn thẳng bờ bÃi bồi đợc xác định nhân tố thạch học (nh sông Sukhôn lòng chảo Kuben) V.V Ivanov [30] đà phân loại lòng dẫn thẳng bờ bÃi bồi mang trầm tích đáy không xét tới điều kiện thuỷ lực thuận lợi, không tạo nên chắn, bÃi vắt mà hoàn lu dòng chảy quanh chúng tạo nên xói lở bờ bÃi bồi Có thể sông miền đồng việc dịch chuyển phù sa đáy mạnh việc xói lở bờ thẳng không diễn việc cuyển động nhanh thành tạo trầm tích 4.2 Các lòng sông uốn khúc Hình thái học động lực học sông uốn khúc liên quan tới lợng lớn tài liệu lòng dẫn Đối với dạng lòng dẫn đà phân dạng : địa mạo học, địa sinh học địa động lực học nghiên cứu vấn đề thuỷ lực dòng chảy khúc uốn, đặc trng động lực đoánong cong xói lở bờ chúng Sự uốn dòng chảy nguyên sinh theo quan hệ với địa hình lòng dẫn tạo nên Các chỗ uốn nguyên sinh bị chi phối điều kiện địa chất địa mạo - địa hình nguyên sinh, thạch học lÃnh thổ, nơi dòng chảy qua Các điểm uốn lớn lòng thác Kargalin sông Terec xuất hoà nhập dòng chảy đoạn đồng châu thổ, khúc uốn nhỏ đợc thành tạo tầng aluvi sét nặng Khúc uốn lớn sông Iana vùng đồi Kular từ - 12 km kích thớc không tơng ứng với lợng nớc sông mà tơng ứng với độ nâng địa hình bao quanh xứ Kular Sự diện khúc uốn nguyên sinh dòng chảy tuần hoàn chúng gây 110 nên ảnh hởng tới hình thái động lực khúc uốn nguyên sinh lẫn dạng lòng dẫn phát triển Khúc uốn đứt gÃy sông Iana giới hạn miền đồi Kular vòng triệu năm dịch chuyển theo chiều ngang chiều dọc nh thung lũng tự (với vận tốc - mm/năm), lợng nớc sông không tơng xứng với kích thớc chúng [71] Trên sông Iuk (trên cửa Cutrment) độ uốn thung lũng tự sông với kích thớc tơng ứng với lợng nớc nó, thay đổi có quy luật theo chiều dài khúc uốn lớn bảo tồn từ thời kỳ nớc lên Trung bình theo đoạn vô thứ nguyên S/S0 (S0 độ dài khúc uốn lớn theo lòng dẫn) giá trị góc tới độ uốn tự cực đại khúc uốn lớn đạt giá trị cực tiểu đỉnh (Hình 4.1) Dạng lòng dẫn cong thờng xuyên xuất ổn định dần ácc dạng sóng cát, xuất thực vật cấu thành bÃi bồi Điều thấy rõ quan sát biến đổi hình thái học lòng dẫn khoảng thời gian sông Sông Vtregda thợng lu (cách cửa sông 770 km) đặc trng đáy lòng dẫn uốn khúc tự với băng cát sóng cát (Hình 4.2) Khi tăng độ rộng lòng dẫn tới 200 m lu lợng nớc trung bình năm tới 140 m3/s đoạn lòng cong băng sóng cát tạo nên đụn cát phân bố kiểu bàn cờ với bớc nhỏ bớc thung lũng từ - 2,5 lần Các đụn đợc cấu tạo từ sóng cát có bớc nhỏ bớc đụn cát từ 2,5 - 4,0 lần Theo mức độ tăng lu lợng tự đụn cát với sóng cát tăng lên Điềuớc sông chiều rộng lòng dẫn, kích thớc thung l dẫn tới kiểm soát hình dạng thành thung lũng lớn bớc thung lũng tăng tới quy mô khu vực có vách thung lũng đồng thạch học Các thung lũng tự trở nên giÃn khoảng 200 km cách cửa đà không phân biệt đợc thạch học khúc uốn dọc 111 thung lũng Hình 4.1 Các khúc uôn lớn đại sông Iuk (a) thay đổi trung bình khoảng thời gian 0,1 S0 (®ãi víi 20 khóc n lín) gãc tíi α cđa thung lũng tự (b) 1- trục lòng dẫn đại , 2- vách khúc uốn lớn 112 ngột khoảng dao động rộng tỷ lệ bớc uốn khúc đụn giảm cỡ 1,5 - 1,7 cửa sông lại tăng đến 2,0 Kích thớc sóng cát đụn vùng cửa sông giảm xuống nhng không đột ngột nh chỗ uốn Nh vùng cửa sông Vtregda tổ hợp bậc thang dạng lòng dẫn nhóm vào hạng dạng nhỏ so với tổ hợp địa hình lòng dẫn dòng chảy trung bình sông Khi bảo toàn đặc trng địa mạo tơng đối có thành tạo chúng Hình 4.2 Sự tăng kích thớc khúc uốn dạng lòng dẫn theo dọc sông Vtregda theo độ tăng nớc sông thay đổi thang tổ hợp dạng lòng dẫn ổn định đụn thành tạo chúng sở lòng chảo lòng dẫn - lòng chảo, 2- đụn, 3- băng sóng cát, 4- sóng cát, 5- bớc sóng Sự tăng kích thớc đụn giảm tốc đọ chuyển động xuôi theo lòng sông dẫn tới việc di trú thảm thực vật Khoảng 400 km cách cửa sông phần lớn đụn sông Vtregda đà hình thành đảo vừa, cù lao lớn đà đợc phủ kín aluvi bÃi bồi phát triển thành đảo, thung lũng Trên số đoạn sông (ví dụ nh vào khoảng 145 - 155 km cách cửa, vùng Knhiarin Sônôms) bớc thung lũng tự lòng dẫn đụn dịch chuyển theo hầu nh [95] Dới khoảng 200 km từ cửa hầu nh đụn cát lớn đà ổn định tạo nên dạng uốn khúc lòng dẫn Diễn giảm đột ngột kích thớc khúc uốn tăng lợng nớc sông (xem hình 4.2) Tơng ứng, đoạn diễn giảm kích thớc đụn, nhng không đột 113 Dạng lòng sông ảnh hởng mạnh mẽ đến hình thái học động lực học đụn cát cù lao (dạng địa hình vừa) đặc điểm dịch chuyển đụn qua bÃi vắt khúc uốn lòng sông đà đợc xem xét N I Makaveev [52] Trên sở sơ đồ dòng chảy tiềm đoạn ông chia vùng gia tốc (dọc bờ lõm đến bờ lồi) vùng giảm tốc (từ bờ lồi đến bờ lõm) dòng chaytreen đặt miền xoay tia đáy từ bờ lõm đến bờ lồi tác động hoàn lu ngang Tơng ứng với điều N I Makaveev đà tách miền chậm vận động đụn bờ lồi sau mái uốn, phần lại lòng dẫn đụn dịch chuyển với gia tốc R S Tralov [95] đà khảo sát chi tiết dịch chuyển đụn cát bÃi vắt hai khúc uốn lòng sông Vtregda Ông đà xác định đợc vận tốc dịch chuyển đụn cát lớn dọc bờ lõm (gần 250 m/năm) với vận tốc bé (gần 25m/năm) dịch chuyển bên bờ lồi khúc uốn Trên bề mặt khúc uốn với hệ thống dòng chảy ngang phát triển với xác suất bé ngắt dòng chảy từ bờ lồi khúc uốn chuyển động đụn cát tơng ứng với sơ đồ phân bố vùng gia tốc giảm tốc dòng chảy vòng đoạn cong Trên bình đồ khúc uốn sông Vtregda vào khoảng 49 - 57 km cách cửa sông vơí kết hợp đụn cát bÃi vắt Zaostrov, Ust - Vilegod Xipuskin dọc bờ lõm trái vận tốc chuyển động đụn cát giảm từ bắt đầu chỗ cong đến đỉnh 114 khoảng 600 - 40 m/năm Đụn cát đỉnh khúc uốn khoảng vài năm bảo toàn vị trí ổn định Sự chuyển động đụn cát dọc bờ lồi có tính chất phức tạp Tại nhìn thấy vùng gia tốc dịch chuyển đụn cát lên mái khúc uốn ngng trệ trình mái dới Tuy nhiên đỉnh khúc uốn cực đại vận tốc dịch chuyển đụn cát không quan sát thấy Tại diễn ổn định mái dới từ xuống dọc bờ lồi đụn cát trớc đụn cát ổn định đỉnh khúc uốn bờ lõm Nh vậy, bề mặt khúc uốn sơ đồ tiềm chảyvòng thực dịch chuyển đụn cát với thay đổi lớn gắn liền với tác động qua lại hình thái học động lực học dụn cát I V Popov đà quan sát đợc giảm miền biến động bớc băng sóng cát với gia tăng độ cong khúc uốn mà băng sóng cát đợc phân bố [67] V B Borovcov sở thực nghiệm phòng thí nghiệm đà ảnh hởng độ cong dòng chảy đến kích thớc, hình dạng động lực dạng đáy Trong lòng dẫn cong giảm chiều dài lẫn chiều cao đụn cát, nhng víi sè Frud lín [11] TÝnh chÊt phøc t¹p cđa ảnh hởng qua lại dạng lòng dẫn lên hình thái học động lực học dạng sóng cát lòng dẫn, mà chúng phần lại tác động lên dạng lòng dẫn thay đổi chúng đợc ghi nhận lòng dẫn cong sông Terec sau cửa Sundji Bớc uốn trung bình lòng dẫn sông 1750 m ( L 240m), hệ số dạng khúc uốn S/ trung bình 1,4 Theo hình thái học động lực học, phần khúc uốn chia hai nhóm: ổn định không ổn định Trong giới hạn khúc uốn ổn định, lòng dẫn đặc trng hệ thức R/b > 2,0 Vách ngăn dòng phân bố dọc bờ lõm Tại bờ lồi tích tụ phù sa, hình thành nên 115 bÃi cát Hình 4.3 Vận tốc dịch chuyển khúc uốn ngang (a) dọc (b) sông Terec phụ thuộc vào độ cong (đặc trng hệ số bán kính độ cong R độ rộng lòng dẫn b) vị trí đụn cát khúc uốn 1- khúc uốn ổn định; 2- khúc uốn không ổn định với đụn cát bờ lồi; 3khúc uốn không ổn định với đụn cát bờ lõm Các khúc uốn ổn định chuyển động xuôi theo dòng sông với vận tốc khoảng 10 m/năm Đồng thời tồn dịch chuyển ngang khoảng m/năm Vận tốc dịch chuyển dọc ngang khúc uốn đợc xác định tiêu R/b Víi R/b ~ vËn tèc dÞch chun khóc uốn cực đại; với giá trị lớn nhỏ R/b dịch chuyển khúc uốn giảm (hình 4.3) Với độ rộng dòng b = 500 600 m, bán kính đờng cong R 400 đến 700m Tỷ số R/b trờng hợp nhỏ 2; số trờng hợp giảm tới 0,7 Trong phạm vi khúc uốn trục động lực dòng không ổn định Nó đợc phân bố cách tuần hoàn bờ lõm bờ lồi khúc uốn Tại bờ đối diện tạo nên 116 đụn cát hay cù lao tạo giai đoạn bÃi bồi Sự bảo toàn bờ dòng chảy bờ bÃi bồi qua thời gian dẫn đến việc kéo theo dòng chảy vào miền Khi diễn bào mòn mảng bÃi bồi đến bị xói lở hoàn toàn Chu kỳ phân bố kéo dài khoảng 20 năm Các khúc uốn không ổn định phân bố trực tiếp sát liền phát triển đồng thời, tức trục động học dịch hẳn bờ khúc uốn gây nên thay đổi vị trí sống bờ đối diện khúc uốn dới Trên đoạn uốn lòng dẫn dài gồ ghề tính bất ổn định trục dòng chảy xuất có ính cục Sự hình thành đụn cát tơng đối ổn định gây nên xói bờ tăng cờng đại phơng tạo nên nới rộng lòng dẫn cục Khi nới rộng quan sát thấy chuyển đổi sống cát Các khúc uốn ổn định chuyển nhóm không ổn định diễn co hẹp chúng (trong điều kiện u dịch chuyển dọc mái khúc uốn so với dịch chuyển mái dới) giảm bán kính đoạn cong đến R/b < Thờng thờng điều diễn có biến hình lớn đoạn sông phân bố đoạn uốn ổn định củng cố bờ phía mái dới Hiện tợng trầm tích xuất ®ã ë bê lâm cđa khóc n ỉn ®Þnh kÐo theo tăng bán kính đoạn cong trục dòng chảy khúc uốn lại trở lại ổn định Động lực học khúc uốn không ổn định phụ thuộc vào vị trí vùng lắng đọng phù sa Nếu nh phân bố phía bờ lồi tăng (tới 10 m/năm) vận tốc xáo trộn ngang khúc uốn Sự tích luỹ phù sa sông ngòi bờ lõm, thành tạo đụn cát bền vững hay cù lao dẫn tới việc giảm mạnh vận tèc dÞch chun ngang cđa khóc n VËn tèc dÞch chuyển dọc khúc uốn khong ổn định thờng không lớn độ cong lớn Do Tính kéo dài tiến hoá khúc uốn giai đoạn phát triển khác chúng, ảnh hởng đa số 117 nhân tố tự nhiên, hình dạng đoạn lòng dẫn cong đợc đặc trng bëi sù phøc t¹p lín Mét sè khóc n d¹ng chuẩn thờng gặp hơn, có nhóm nh Sự đa dạng dạng khúc uốn nảy sinh nhiều thuật ngữ mô tả chúng: dạng hình sin, tròn, elip, ngòi bút, ngón tay, vòm,cục, phức tạp, vón, tựa hình sin, bất đối xứng, mài mòn, không hoàn chỉnh, lở, đói xứng, xoáyvào, xoáy ra, hạn chế, biến dạng, góc nhọn v.v Để đặc trng dạng phức tạp lòng dẫn cong ngời ta sử dụng hàm mật độ phổ hàng loạt góc phơng vị đoạn cong trục lòng dẫn [134] Hình dạng đơn giản khúc uốn đợc mô tả xác đờng cong tựa hình sin cđa Leopold vµ Langbei [119]: dθ 2πs = θ o sin ds So Biến đổi chuỗi Phure phơng vị dẫn tới khai triển dạng phức tạp thành thành phần đơn giản Bàn tới tiên đề tính chi phối dạng thành phần đơn giản lòng dẫn cong miền xác định lu lợng nớc sông Mỗi lu lợng nớc chảy qua sông phản ánh dạng lòng dẫn dới dạng khúc uốn đơn giản, bớc tỷ lệ thuận với lu lợng, biên độ tỷ lệ thuận với độ lặp lại lu lợng khả xói mòn Siêu quan điểm khúc uốn đơn giản xây dựng nên cấu trúc phức tạp lòng dẫn cong [83] Tiên đề đà tìm thấy khẳng định dạng lòng dẫn phức tạp sông cong mà chúng đờng cong lu lợng tạo lòng có dạng nhiều đỉnh [25] Tính phức tạp cđa lßng dÉn n khóc cịng thĨ hiƯn ë sù thay đổi có trật tự hình thái học động lực học dọc theo sông Loạt tổ chức nh khúc uốn đà đợc R S Tralov phân loại [95] 118 sông Vtregda Lena theo quy luật giảm tăng bán kính đoạn cong khức uốn trục động học dòng chảy Các khức uốn liên kết lại thành nhóm tuân theo biến đổi hớng có quy luật cđa b−íc λ, hay hƯ sè biĨu hiƯn n khóc S/λ Trong nhãm gép kho¶ng - 10 khóc n Cần phải nhóm nh để kết nhận đợc không ngẫu nhiên đặc biệt cần phân biệt rõ ràng tính nhóm độ uốn thác bar vùng cửa sông (hình 4.4) Vận tốc dịch chun däc cùc tiĨu ë khóc n trªn cïng cđa nhóm tăng dần xuôi theo chiều dòng chảy Kết toàn nhóm bị kéo dÃn giảm chiều dài khúc uốn cuối Hình 4.5 Động lực loạt khúc uốn sông Terec 1- đờng bờ năm 1958; 2- đờng bờ năm 1979 Trong số trờng hợp dịch chuyển số khúc uốn nhỏ đợc gọi luân chuyển khúc uốn giÃn nén 4.3 Các sông phân nhánh Lòng sông đợc phân nhánh đặc trng tính phong phú hình dạng Phân loại hình thái động lực chi tiết lòng dẫn nh đợc soạn thảo R.S Tralov [101] Hình 4.4 Loạt khúc uốn ghềnh ngập nớc bar sông Indigirki 1- Ghềnh ngoặt; - ba cửa nớc nông; 3- vùng nông; 4- giới hạn bar Trong loạt khúc uốn với độ cong giảm dần xuôi theo dòng chảy: - hai khúc uốn cong phần thợng thờng dịch chuyển däc lÉn ngang trơc thung lịng C¸c khóc n tiÕp theo nhỏ chủ yếu dịch chuyển theo hớng dọc (h×nh 4.5) 119 N I Makaveev nhËn thÊy r»ng nÕu nh lòng dẫn có hai nhánh đụn phân bố theo trật tự bàn cờ bờ khác nằm tiến đến mép phân nhánh dần phủ nguồn lúc nhánh lúc nhánh khác Cho nên nhánh sông lần lợt hoạt động lúc tích cực lúc suy thoái [52] Trong trờng hợp lòng sông nhiều nhánh hiệu ứng làm phức tạp thêm chế độ biến hình lòng dẫn nhánh Sự suy giảm nớc 120 số nhánh riêng theo quan hệ với lòng dẫn tới giảm kích thớc dạng lòng dẫn tổ hợp bậc thang Trong mối liên hệ phân tích cấu trúc địa hình lòng dẫn nhiều nhánh cần thiết phải tiến hành nhánh riêng biệt Tồn tác động tơng hỗ chế độ lòng dẫn nhánh lòng sông nhiều nhánh R S Tralov qua ví dụ phân nhánh hạ lu lòng sông Lena đà chứng tỏ lòng dẫn với phân nhánh phức tạp kèm quan sát thấy thay đổi vai trò tơng đối nhánh hai nhánh cho lu lợng nớc khác qua Với mực nớc cao, vai trò chủ yếu lu lợng nớc tập trung nhánh hệ thống, diễn biến hình tích cực Với mực nớc thấp, phần lớn dòng chảy sông ngòi qua nhánh đối diện [95] Trong phân nhánh phức tạp châu thổ Enhixây tái phân bố mùa nhiều năm dòng chảy nớc nhánh xác định xu hớng phát triển chúng [1] Biểu đồ lu lợng tạo lòng (theo cách hiểu N I Makaveev) khác nhánh sông khác Tại nhánh nhiều nớc - Enhixây lớn - dòng phù sa lớn diễn lu lợng nớc nhỏ so với nhánh nớc - Kamen Enhixây Trong trờng hợp nh có u phát triển nhánh nớc ngng trệ nhánh nhiều nớc Sự tác động qua lại nhánh lòng sông nhiều nhánh phân bố lại dòng nớc chúng theo thời gian gây ảnh hởng lớn đến xu phát triển nhánh thay đổi chế độ thuỷ văn Các tính toán đợc tiến hành cho châu thổ Enhixây điều tiết dòng chảy hå chøa bËc thang chøng tá r»ng sù thay đổi biểu đồ lu lợng tạo dòng số nhánh tăng lu lợng nớc, với diễn dòng phù sa cực đại Các nhánh nh hoạt động tích cực Tại nhánh khác, dòng phù sa cực đại diễn với lu lợng nớc nhỏ so với dòng không bị phá 121 huỷ Điều làm tăng khả lầy hoá nhánh sông [1] Hình thái học động lực học lòng sông đợc phân nhánh xác định tình trạng yếu tố thuỷ lực chi phối dạng sóng cát lòng dẫn chuỗi bậc thang, chúng đợc ổn định trình thành tạo bÃi bồi Nếu ổn định nh diễn mực cấu trúc sóng cát lớn hình thành nên lòng sông với dạng siêu lớn: phân nhánh sông song song bÃi bồi nhiều nhánh, gần với cửa sông, tính đa nhánh vùng châu thổ Nếu nh hình dạng lòng dẫn đợc xác định dạng lòng dẫn ổn định mực cấu trúc sóng cát lớn xuất lòng dẫn đơn với phân nhánh đơn giản kèm theo, bÃi bồi đợc cấu tạo toàn tổ hợp sóng cát lớn Khi lợng nhánh phụ thuộc vào tỷ số b/L2 : víi b/L2 < 5,0 lßng dÉn sÏ n khóc; với 0,5 < b/L2< 1,0 - tạo nên lòng dẫn hai nhánh; với 1,0 < b/L2< 1,5 - lòng dẫn ba nhánh v.v (xem hình 3.17) Sự diện củấcc bậc thang sóng cát lớn làm phức tạp hình dạng lòng dẫn Sự phân nhánh hỗn loạn phức tạp diễn sông nơi có trình ổn định thành tạo bÃi bồi bao phủ sóng cát trung bình Lấy ví dụ nh sông Obi vùng cửa sông Anui (Hình 4.6) Hình 4.6 Hình thái học tổ hợp địa hình lòng dẫn thợng nguồn sông Obi vùng cửa sông Anui - đáy bùn; - nớc nông; - gờ đụn; - đảo 122 Tại phổ biến rộng rÃi dạng đáy - gợn sóng (L ~ 2,5m); đụn (L ~ 20m), vïng låi (L ~ 70m) [89] C¸c sóng cát trung bình với bớc sóng L ~ 250m đợc phơi khô vào mùa kiệt trở nên đa dạng nh cù lao mô cát Nhiều dạng kích thớc nh đợc phủ aluvi bÃi bồi, ổn định chuyển hoá thành đảo không lớn xác định hình dạng lòng dẫn Các đảo kích thớc trung bình (L ~ 1100m) đợc gộp vào mực cấu trúc sóng cát trung bình, chúng đà xác định hình dáng lòng sông thợng nguồn sông Obi Chỉ đảo lớn mảng đảo (L ~ 3000m) míi th−éc mùc cÊu tróc sãng c¸t lín Các mảng lớn - kết dính đảo phân khu vực ứng với lòng dẫn tËp trung hĐp [9] cã b−íc sãng 6000-8000m thc vµo loại sóng cát lớn o = g U F Co H víi U - vËn tèc trung bình dòng chảy, H - độ sâu trung bình, F - diện tích mặt cắt ớt, g - mật độ nớc gia tốc rơi tự Hệ số kháng C0 lại hàm phức tạp nhân tốc ngoại sinh trình lòng sông hình thái lòng dẫn C o = f (H / D; H / h Γ ; L Γ / h Γ ; L H / L B ; b / H ) Từ công thức (4.1) (4.2) ta nhận đợc: Giá trị Q I0 đợc cho the QI o = 4.4 Các nhân tố xác định hình dạng lòng dẫn Hệ thống dòng chảy - lòng dẫn sở cho thảo luận Đối với đoạn lòng dẫn thời khoảng trung bình đặc trng không chịu thay đổi đơn hớng, hao hụt lợng biểu diễn qua tham số ngoại hệ thống lu lợng nớc Q góc nghiêng mặt nớc l: o = gQI (4.1) Mặt khác, tiêu ao lợng cã thĨ biĨu diƠn qua c¸c tham sè néi cđa hệ thống Theo tiên đề A N Komogorov tiêu hao lợng riêng = k(u' ) / với u' - vận tốc bình phơng trung bình đợc xácđịnh theo lợng rối; - tỷ lệ tuyến tính đặc trng hệ; k - hệ số Tiên đề đa từ lý thuyết đồng dạng hoàn toàn tơng ứng với thể dạng thành phần tiêu tán phơng trình thuỷ lực: 123 (4.2) U3 F o điều C o HP kiện hệ thống mực cao hệ thống dòng chảy - lòng sông Chúng hầu nh không thay đổi theo tỷ lệ trung bình thời gian vài chục năm Đồng thời tham số hình thái học lòng dẫn với Q I0 không đổi gặp kết hợp đa dạng Xuất phát từ số liệu công trình [116] hệ thống dòng chảy - lòng sông có tối thiểu bậc tự do: chiều rộng lòng dẫn b; độ sâu H; khoảng cách từ đờng sâu tới bờ gần ba; độ sâu cực đại Hm; độ uốn khúc (độ phân nhánh) P; độ cao sóng cát hr; chiều dài sóng cát Lr; vị trí mái dới sóng cát LH Vì lòng sông thờng tồn số bậc địa hình lòng dẫn, nên số bậc tự (đặc trng hình thái lòng sông dạng lòng dẫn) tăng thêm nhiều Điều phù hợp với số lợng vô hạn trạng thái cân hệ thống Các tính toán chứng tỏ biết giá trị Q I0 dạng hình thái lòng dẫn không xác định Trên hình 4.7 miền tồn dạng lòng sông (trong toạ độ độ cong độ rộng tơng đối b/H) 124 víi Q = 100 m3/s, I0 = 0,0003, hƯ sè nhám n = 0,02 vận tốc dòng chảy khoảng 0,6 - 2,5 m/s Tại miền phân bố chủ yếu dạng hình thái lòng sông : thẳng, cong phân nhánh [85] khác đợc giải thích diện lợng lớn nhân tố tự nhiên mà chúng kiểm soát tham số hình thái lòng sông, từ phía tính xác định địa lý chế độ lòng dẫn sông ngòi, từ phía khác Đồng thời số yếu tố chứng tỏ dạng hình thái lòng sông cụ thể ổn định Thí dụ, đoạn uốn khúc sông Istuit trung lu Uelse vào tháng 10 năm 1969 đợc nắn thẳng chuyển thành kênh, nhiên sau năm đoạn sông lại phục hồi uốn Trong lòng dẫn sông từ năm 1800 đến 1920 lấy nớc để sản xuất khoáng sản Kết lòng dẫn hẹp đơn nhánh uốn khúc vào năm 1904 biến thành lòng dẫn rộng cong với cù lao nhánh bÃi bồi Nhng sau chấm dứt tác động nhân sinh hình thái nguyên thuỷ lòng dẫn lại đợc phục hồi đến năm 1978 lòng dẫn sông lại hẹp đơn nhánh (tuy cong) [121] Thậm chí sau đập thuỷ điện, không xét tới tái tạo địa hình lòng dẫn, dạng hình thái lòng dẫn không thay đổi Ví dụ sau đập thuỷ điện Novosibia sông Obi đoạn 10 km xói sâu lòng dẫn trở thành đa nhánh, số khu vực diễn phức tạp hoá dạng tồn tại, số khu vực khác - thành tạo mép phân nhánh [95] Cịng kh¸ tËp trung theo thêi gian kÝch th−íc thành phần riêng rẽ lòng sông dạng lòng dẫn, lấy trung bình cho thời đoạn đặc trng biến đổi nhiều năm dòng chảy Chỉ thay đổi dòng chảy nớc phù sa lớn, cảnh quan lu vực, dạng hình thái học lòng sông sông cụ thể thay đổi rõ rệt Bảng 4.1 Các nhân tố trình lòng sông cần thiết để tính toán thành tố hình thái lòng sông Mâu thuẫn số lợng vô hạn mối liên kết thành tố địa hình lòng sông với tính ổn định lớn hình thái học lòng sông cụ thể, từ khía cạnh thứ tính tập trung kích thớc tham số hình học nó, từ khía cạnh 125 Các biến thuộc (Từ thành tố Các biến độc lập phụ số hình Công thức tính toán Từ số thành tố hình thái thái lòng dẫn) lòng dẫn Từ số nhân tố trình lòng sông D, , s, w+, đờng Lr (2.39)*;(2.40)*; hr (2.49)*;(3.1)**; (3.6)** P (4.95)*; (4.129)*; D, σ, ρs, w+, đờng (4.69)*; (4.112)** trình, HB, T, Hm b, H, P b, H, hr, Lr trình, toC, Q, I0, S, tính chất địa chất công trình, thảm thực vật H công thức lu lợng Nh nớc b quan hệ thuỷ văn - địa mạo Nh + c¶nh b, P, hr, Lr quan l−u vùc, chÕ độ thuỷ văn dòng chảy, lịch sử phát triển thung lũng Chú giải: D - đờng kính trung bình đất đáy; - độ lệch quân phơng đất đáy; s, w- - mật độ đất đáy mật ®é n−íc ; S - nång ®é phï sa l¬ lưng; HB - ®é cao bê; toC - nhiƯt ®é n−íc; T - thêi gian ph¸t triĨn khóc n; Ký hiệu "*" - đánh số công thức công trình [90]; ký hiệu "**" - đánh số công thức sách 126 Trong khuôn khổ biểu mối liên hệ hình thái học lòng sông nhân tố tự nhiên xác định ®Ị x−íng trËt tù gi¶m sè bËc tù hƯ thống dòng cahỷ - lòng sông sau đây, tức tính toán kích thớc thành phân cấu trúc địa hình lòng sông (bảng 4.1) giảm số bậc tự (Hình 4.8) Có thể thành lập nguyên lý hiệu chỉnh phân tích lòng dẫn, theo để đạt độ xác cần thiết tính toán hình học lòng sông cần biết số lợng nhân tố bên trình lòng sông tơng ứng Khi có thông tin nhân tố trình lòng sông, tính kích thớc thành tố địa hình sóng cát Để xác định đặc trng hình dạng mặt cắt ớt lòng sông độ uốn cần cỡ 20 nhân tố bên Cho đầy đủ đặc trng địa mạo lòng sông lý thuyết cha thể đáp ứng Để xác định tham số hình học quan trọng lòng sông - độ rộng b, điều kiện địa mạo cảnh quan cụ thể cần xây dựng quan hệ thuỷ văn - địa mạo thực nghiệm (làm tăng đột ngột số nhân tố tự nhiên thực tế kèm) Hình 4.7 Miền tồn dạng hình thái lòng sông 1- thẳng với băng sóng cát, 2- thẳng với đụn cát 3- thẳng với cù lao, - cong, cong - phân nhánh - nhiều nhánh, - ranh giới miền thay đổi hình thái lòng sông Không bàn tới tồn quan hệ ngợc - tính phụ thuộc lẫn biến số đặc trng hình thái lòng sông, công thức tính toán có mặt biến từ nhân tố bên trình lòng sông Từ số lợng thông tin nhân tố cần phải tăng theo mức độ giảm bậc tự hệ thống triệt tiêu tính không xác định hình thái thành tố địa hình lòng sông Lợng nhân tố tự nhiên bên cần thiết để triệt tiêu tính không xác định trạng thái hệ thống dòng chảy - lòng sông, tăng gần lần nhanh so với 127 Hình 4.8 Hệ thức số bậc tự N hệ thống dòng chảy - lòng sông số nhân tố tự nhiên bên đ biết 128 Mối quan hệ hình học dạng lòng dẫn nhân tố xác định chúng, dẫn bẳng 4.1, dạng liệt vào hạng tất định với quan hệ nghịch Nhờ chúng có nhân tố tự nhiên bên trình lòng sông cần thiết đầy đủ tính tổ hợp đặc trng hình thái lòng sông Xuất phát từ khả M A Velicanov [12] đà thành lập nguyên lý giới hạn tổ hợp hình thái tự nhiên: dạng lòng dẫn tơng đối ổn định, tất nhiên đồng dạng để trình có khả khôi phục chúng M A Velicanov giả thiết nguyên lý tạo nên sở phân loại địa mạo lòng sông N I Makaveev gắn nguyên lý giới hạn tổ hợp tự nhiên ®Õn mét c¸c quy lt chđ u cđa qu¸ trình lòng sông nhng có lu ý nảy sinh nhiều phơng án hình dạng tơng ứng với giai đoạn phát triển khác tổ hợp hình thái, nh chi phối theo chu kỳ thay đổi có định hớng nhân tố tạo lòng Có thể bổ sung vào điều chí với chế độ dừng hình thành địa hình lòng dẫn có tính ngẫu nhiên Nhièu nhân tố tự nhiên có chất xác suất Mỗi dạng lòng dẫn thuộc nhân cấu trúc mà mô tả kích thớc đặc trng đờng cong phân bố kích thớc Sự diện thành tố hình thái lòng dẫn tơng tự nh đờng cong phân bố làm cho tổ hợp hình thái tự nhiên không đơn trị, kích thớc dạng lòng dẫn biến ®éng mét ph¹m vi lín Tùu trung chØ cã thể đánh giá tham số đờng cong phân bố đặc trng hình thái lòng dẫn Điều dẫn tíi sù xt hiƯn mét h−íng míi tÝch cùc lý luận thực tiễn trình lòng sông - nghiên cứu quy luật thống kê tác động tơng hỗ dòng chảy lòng sông [65] Làm rõ toàn tổ hợp cấu trúc bậc thang dạng lòng dẫn tính toán kích thớc đặc trng không dẫn tới việc xác định dạng hình thái động lực lòng dẫn Để xác định dạng 129 lòng dẫn cần phải làm rõ bậc cấu trúc (nhân cấu trúc), nơi diễn ổn định thuỷ lực dạng lòng dẫn sóng cát, mà chúng xác định dạng lòng sông Các ví dụ đợc dẫn chứng tỏ chuyển từ dạng lòng dẫn sóng cát đến trình củng cố thành tạo bồi cho hình dạng lòng sông xảy khoảng bậc tổ chức hình thang địa hình lòng sông rộng lớn Mực bậc thang thấp hình thái lòng thành tạo phức tạp với độ phức tạp đồng cấu trúc địa hình lòng sông tỷ lệ kích thớc dạng lòng dẫn với độ rộng lòng sông, Cùng lúc xảy phân hoá dạng hình thái lòng dẫn, chi phối ổn định dạng lòng dẫn cđa c¸c mùc bËc thang kh¸c VÝ dơ nh− sông Terec hạ lu, sông Vtregda vùng cửa sông Vm, sông Niger châu thổ bị uốn khúc Các khúc uốn lòng sông sông hình thái tơng tự nhau, phạm vi quan hệ bớc nhảy khúc uốn chiều rộng lòng sông giống Tuy nhiên khúc uốn hạ lu sông Terec - dạng nguyên thuỷ lòng dẫn, chúng đợc thành tạo với lầy hoá dần bÃi bao bọc tuyến vận chuyển dòng chảy sông ngòi Các khúc uốn sông Vtregda đợc hình thành cỏ mọc lên đụn cát bao phủ aluvi bÃi bồi (các sóng cát cực lớn), khúc uốn nhánh sông châu thổ sông Niger đợc thành tạo ổn định dải cát lớn nhỏ - sóng cát Đảo châu thổ sông Enhixây thợng nguồn sông Obi tơng tự hình thái, tạo dáng chúng tỷ lệ chiều dài với chiều rộng đợc xác định hình dạng lợi thuỷ lực [118] Nhng chúng lại thuộc mực cấu trúc địa hình lòng sông khác tuân theo mối quan hệ khác đặc trng hình thái thuỷ lực lòng sông Nh vậy, dạng hình thái động lực lòng sông đợc xác định từ phía cấu trúc thuỷ lực chi phối địa hình 130 lòng dẫn sóng cát (có tính đến tính không đơn trị tất chi phối này), mặt khác điều kiện khí hậu cảnh quan lu vực sông ngòi, chúng xác định khả ổn định dạng lòng dẫn sở thành tạo dạng lòng sông Các điều kiện khí hậu cảnh quan đợc xác định thành phần thảm thực vật c trú bÃi, quan hệ chu kỳ linh động cực đại lớp phù sa hoạt động bÃi mùa gia tăng thảm thực vật, độ đục nớc sông vào thời kỳ ngập bÃi, tính chất chuỗi động lực tiến hoá thực vật bÃi, dung lợng động lực địa hình bÃi Do khác biệt điều kiện vận tốc tăng trởng chiều dày aluvi bÃi thay đổi từ 1,0 - 1,5 m cho 1000 năm hạ lu sông Terec Amua -Dary Trong châu thổ sông Enhixây, Taza, Iana sở so sánh trắc đạc kỷ XIX - đầu kỷ XX với làm rõ cù lao, thảm thực vật khoảng 130 năm Đồng thời hạ lu sông phía nam, nh Terec, thời kỳ chuyển hoá hoàn toàn cù lao đảo không vợt 20 năm thực vật di trú diễn vào năm sau ngng trệ chuyển hoá cù lao sông Một lợng lớn kết hợp điều kiện địa lý tự nhiên thuỷ lực thành tạo địa hình lòng sông làm co hẹp mạnh miền áp dụng nguyên lý giới hạn tổ hợp hình thái tự nhiên Về điều chứng tỏ tính so sánh quan hệ hình thái thuỷ lực rút đợc tác giả khác sở đo đạc thuỷ văn hình thái diện hẹp Đó nguyên nhân khách quan thiếu sở lý luận phân loại dạng vĩ mô (hình dạng lòng dẫn) mà N S Znamenskaia đà ghi nhận hàng loạt vấn đề lý thuyết trình lòng sông khác cha đợc giải [28] TÝnh chi phèi thủ lùc vµ khÝ hËu - cảnh quan dạng địa hình lòng sông giải thích tồn hai phân loại cấu trúc bậc thang song hành địa hình lòng sông (hình 4.9): phân loại 131 hình thái động học hiệu chỉnh bổ sung cđa N E Kondrachev (siªu nhá - nhá - vừa - lớn siêu lớn) R S Tralov [97] (dạng sóng cát - dạng lòng sông) từ phía, phân loại thuỷ lực dạng sóng cát, từ phía khác Tỷ lệ xâm nhập vào hai phân loại đợc xác định nhân tố khí hậu - cảnh quan tình trạng dạng lòng dẫn bậc thang bị chi phối đặc trng thuỷ lực dòng chảy bậc cấu trúc địa hình lòng dẫn Sự kết hợp nhóm nhân tố quan hệ dẫn đến đa dạng lớn lòng dẫn sông ngòi theo động lực hình thái Trong điều kiện vị trí chủ đạo phơng pháp địa lý nghiên cứu dạng địa hình Các soạn thảo cảu N I Makaveev [52], R.S Tralov [95] chøng minh r»ng sù kÕt hỵp cụ thể nhân tố tạo lòng phạm vi vùng cảnh quan, vùng địa chất - địa mạo, lu vực sông ngòi phận chúng, lát cắt đà cho lòng dẫn sông ngòi dẫn tới tiến hành việc thực đầy đủ dạng hình thái động lực xác định tính chất chế độ lòng dẫn sông ngòi Trên chung nhân tố lÃnh thổ quy luật hình thái lòng dẫn tính chất biến hình lòng sông vùng chung nhất, kết hợp nhân tố tự nhiên đa đặc thù trình lòng sông Trong giai đoạn phát triển hớng địa lý lý thuyết trình lòng sông thành phần ứng dụng đà làm sáng tỏ đặc điểm dạng biểu trình lòng sông (hình thái học động lực học lòng sông) với cáckết hợp cụ thể nhân tố tự nhiên kinh tế theo vùng đất nớc, lÃnh thổ lớn, lu vực sông lớn sông riêng biệt Để giải vấn đề cần phải [47]: 1) soạn thảo mô hình động lực cấu trúc lòng sông, dựa 132 vào cấu trúc thuỷ lực địa hình lòng dẫn làm rõ quan hệ thành tố nó; 2) xác định tổ hợp dạng biểu thị trình lòng sông điều kiện tự nhiên khác xác định cờng độ biến hình chúng; soạn thảo sơ đồ tổng quát sử dụng hợp lý tài nguyên nớc tài nguyên đất liên quan đến với tính đến đặc điểm chung nh đặc điểm địa phơng trình lòng sông, ảnh hởng nhân tố tự nhiên nhân sinh diện rộng cục 3) làm sáng tỏ tính chất hớng thay đổi hình thái động lực loàng dẫn sông ngòi dới tác động hoạt động kinh tế lu vực, thung lũng sông, bờ lẫn dới lòng dẫn Hình 4.9 Tỷ lệ cấu trúc địa hình lòng dẫn bậc thang thuỷ lực hình thái động lực Các mũi tên liền quan hệ - mũi đứt - thứ sinh; vạch chéo tơng ứng mực tổ chức địa hình lòng sông hệ khác tơng ứng với mật độ đờng Mục đích cuối nghiên cứu lập sở nguyên lý tính toán hoạt động tạo lòng sông ngòi điều kiện tự nhiên khác với dạng sư dơng kinh tÕ kh¸c 133 134 ... đờng Lr (2 .3 9)* ;(2 .4 0)* ; hr (2 .4 9)* ;(3 . 1)* *; (3 . 6)* * P (4 .9 5)* ; (4 .12 9)* ; D, σ, ρs, w+, đờng (4 .6 9)* ; (4 .11 2)* * trình, HB, T, Hm b, H, P b, H, hr, Lr trình, toC, Q, I0, S, tính chất địa chất... trình lòng sông khác cha đợc giải [28] TÝnh chi phèi thủ lùc vµ khÝ hËu - cảnh quan dạng địa hình lòng sông giải thích tồn hai phân loại cấu trúc bậc thang song hành địa hình lòng sông (hình 4. 9): ... diễn sông nơi có trình ổn định thành tạo bÃi bồi bao phủ sóng cát trung bình Lấy ví dụ nh sông Obi vùng cửa sông Anui (Hình 4. 6) Hình 4. 6 Hình thái học tổ hợp địa hình lòng dẫn thợng nguồn sông