hình thành hồ móng ngựa (William K. Tong, 2002)
Trong quá trình hoạt động của lịng sơng, khúc uốn của dịng sơng ngày càng cong, dần dần hai đầu khúc uốn thắt lại, gọi là cổ khúc uốn. Về mùa lũ, dịng sơng có thể chọc thủng cổ khúc uốn, biến khu đất ở giữa thành đảo sót (hình 1.10). Ở chỗ cổ khúc uốn vừa bị cắt đứt, xuất hiện đoạn lịng sơng mới thẳng và dốc hơn. Vì vậy, đáy của nó bị xâm thực mạnh hơn, nhiều nước chảy qua hơn so với lịng sơng cũ. Dần dần, nó trở thành lịng sơng chính, cịn lịng sơng cũ bị bồi lấp dần, thậm chí bị lấp kín hai đầu rồi trở thành lịng sơng chết gọi là hồ móng ngựa - oxbow lake (hoặc hồ vai cày, hồ ách trâu). Các hồ này cũng có khi bị cạn nước dần dần và trở thành đầm lầy.
Trong quá trình phát triển, vì đường trục động lực của dịng nước thường ở sát
Mở rộng bờ Tịnh tiến
Mỏm đôi Cắt cổ khúc uốn
cho sông phát triển theo hướng ngang và theo cả hướng dọc. Điều này thấy rõ ở những thung lũng sơng rộng, hầu như nơi nào cũng có vết tích. Với đặc điểm như vậy giúp cho q trình giải đốn ảnh viễn thám trở nên dễ dàng hơn.
1.2.2. Các nhân tố ảnh hưởng tới biến động lịng sơng
Biến động lịng sơng liên quan chặt chẽ với động lực của dòng chảy và còn chịu tác động của nhiều yếu tố khác như địa chất, địa mạo, thuỷ văn… Sự thay đổi của các yếu tố này tại các vùng có điều kiện tự nhiên khác nhau sẽ tạo nên những đặc trưng biến động cho các thung lũng khác nhau.
a. Chế độ thủy văn
Trong các đặc điểm về chế độ thuỷ văn của các sơng có ảnh hưởng đến sự phát triển của các q trình biến đổi lịng sơng, cần phải xét đến chế độ mực nước, sự thay đổi lưu lượng (khối lượng nước) của sơng và tốc độ dịng chảy của sơng. Vì sự biến đổi tốc độ chảy có liên quan với đặc điểm chế độ thuỷ văn của sơng và với độ nghiêng dọc hiện có của đáy thung lũng trên một đoạn nào đó. Chế độ của các sơng phụ thuộc chủ yếu vào các điều kiện cung cấp của chúng. Đối với các lưu vực sơng, phương trình cân bằng nước có dạng:
x + q = y + z u
Trong đó : x - lượng mưa khí quyển; q - lượng ngưng tụ; y- lượng nước chảy
của sông; z- tổng lượng bốc hơi từ lục địa và các mực nước; u - lượng tích đọng (+) và hao hụt (-) độ ẩm trong đất đá của lưu vực sông.
Khi đánh giá và dự báo sự phát triển của các q trình xói lở, người ta so sánh tốc độ dòng chảy hiện tại hoặc có thể có của sơng trong các mùa nước lớn và mùa lũ với tốc độ cho phép (khơng gây rửa xói) đối với đất đá tạo nên đoạn nào đó của bờ và lịng sơng. Nếu tốc độ hiện có hoặc có thể có lớn hơn tốc độ cho phép đối với đất đá được xét đến (vth>vcp), thì tác dụng xói lở và sập đổ bờ và lịng sơng là khơng tránh được.
b. Điều kiện địa mạo
Theo các nguyên lý địa mạo thì hoạt động biến động lịng sơng (xói lở và bồi tụ) đều liên quan chặt chẽ với cơ sở xâm thực. Khi cơ sở xâm thực hạ thấp thì động năng của dịng nước sẽ tăng lên và xâm thực sâu chiếm ưu thế; khi cơ sở xâm thực được nâng lên thì động năng của dịng nước giảm, khả năng tích tụ sẽ chiếm ưu thế. Nguyên nhân nâng cao hay hạ thấp mức cơ sở xâm thực có thể do nội sinh (nâng hạ kiến tạo) hoặc do ngoại sinh (sự thay đổi khí hậu, sự thay đổi mực nước đại dương, v.v...).
Các hoạt động xâm thực sâu, xâm thực ngang hay uốn khúc của dịng sơng, cuối cùng, đều nhằm đạt đến trạng thái cân bằng động. Cũng giống như các hệ tự nhiên khác, hệ địa mạo dịng chảy cũng là một hệ mở có cấu trúc khá phức tạp. Các phản ứng trong hệ đều nhằm đạt đến trạng thái cân bằng động. Trong đó, giới hạn điều kiện cân bằng của lịng sơng nói chung và phần hạ lưu nói riêng được xác định bởi biểu thức sau:
đến 11 (1) và đến 3 (2)
: là chiều dài của khúc uốn; rc: là bán kính của khúc uốn; w: là chiều rộng lịng sơng
Từ hai biểu thức trên, khi (1) < 7 hoặc (2) > 3 thì hoạt động xâm thực ngang chiếm ưu thế. Ngược lại, khi giá trị biểu thức (1) > 11 và (2) < 2 thì xâm thực sâu sẽ chiếm ưu thế. Tuy nhiên nếu giá trị của biểu thức (1) quá nhỏ và biểu thức (2) quá lớn thì quá trình nắn thẳng lịng sơng sẽ xảy ra. Một chu kỳ tiến hóa mới của lịng sơng lại bắt đầu.
Độ dốc của đáy sông là một nhân tố quan trọng nhất, có ý nghĩa quyết định đối với sự biến đổi lịng sơng. Tuy nhiên việc xác định độ dốc của đáy sơng lại khó hơn nhiều so với việc đo lưu lượng nước và bùn cát. Mặt khác, công việc này hầu như không được nghiên cứu thường xun, nếu khơng muốn nói cịn chưa được chú ý nhiều lắm ở nước ta. Từ trước đến nay, việc xác định độ dốc lịng sơng mới chỉ được thực hiện ở khu vực miền núi hoặc trung du nơi có sự chênh lệch rõ rệt về mặt độ cao, còn ở
w7 2
w rc
phần đồng bằng mọi người đều cho rằng đáy sông nằm ngang và hầu như không thay đổi. Thực tế không phải như vậy, đáy sông ở phần đồng bằng cũng có độ nghiêng của nó và ln thay đổi phụ thuộc vào cả các nhân tố động lực sông lẫn động lực biển. Theo các kết quả thực nghiệm trong phịng, khi có sự nâng lên của mực nước (hạ thấp mực cơ sở xâm thực; giảm độ dốc lịng sơng) thì sự phát triển của nhánh sơng chính mới và sự khơng hoạt động (chết) của các dịng cũ xảy ra khá nhanh chóng chứ khơng phải từ từ. Sự thay đổi như vậy chính là do sự hoạt động tích cực của xâm thực ngang.
c. Cấu trúc địa chất - tân kiến tạo
Các đặc điểm cấu trúc địa chất khu vực và điạ phương của thung lũng sơng có ảnh hưởng đặc biệt to lớn đối với sự phát triển quá trình biến động lịng sơng tại đó. Ví dụ ở những vùng karst phát triển rộng rãi, đất đá bị vỡ vụn nứt nẻ do kiến tạo, trong lưu vực của sông hay gặp đất đá bở rời dễ thấm nước thì dịng chảy trên mặt gặp trở ngại và sơng có lưu lượng nhỏ nhất do khối lượng nước rất lớn bị tiêu hao vì thấm xuống nước và mất hút vào các hang hốc. Trong các yếu tố địa chất có ảnh hưởng đến sự phát triển của các q trình và hiện tượng xói lở thì thành phần và trạng thái của đất đá tạo nên lòng và hai bờ sơng có ý nghĩa rất quan trọng (bảng 1.2).
Bảng 1.2: Phân loại các kiểu lịng sơng aluvi trên cơ sở tải lượng trầm tích [9]
Kiểu lịng sơng Lƣợng bùn sét (%) Vật liệu lăn theo đáy (%) Cách ứng xử của lịng sơng Nhặn định Tích tụ dư thừa vật liệu Xói lở thiếu hụt vật liệu Vật lơ lửng >20 <3 F <10 P >2 độ nghiêng thoải tích tụ theo bờ làm hẹp lịng Xói lở đáy làm sâu lòng Vởt liệu hỗn hợp 5 -20 3-11 10<F<40 Tích tụ 1,3 <P<2 độ nghiêng trung bình tích tụ theo bờ sau đó là đáy
Xói lở đáy sau đó là bờ Vởt liệu lăn theo đáy <5 >10 F >40 P <1,3 độ nghiêng dốc tích tụ đáy thành bar vàg làm nơng đáy sơng Xói lở bờ mở rộng lịng sơng
Trong đó: F = W/dtb hoặc W/d max; W: chiều rộng lịng sơng, dtb: độ sâu trung
bình, d max: độ sâu cực đại; P = l/L; l: chiều dài thực của một cặp khúc uốn kề nhau; L: chiều dài thẳng giữa chúng; P: hệ số uốn khúc
Vận động tân kiến tạo có ảnh hưởng lớn đối với địa hình thung lũng và mạng
lưới sơng suối. Do dịng sơng có khả năng tự điều chỉnh nhạy bén hoạt động của mình cho phù hợp với trạng thái độ dốc của đáy và vị trí gốc xói mịn theo xu thế chung là tạo cho mình dịng chảy trơn tru (nhằm cân bằng trắc diện dọc), nên mọi sự biến dạng mặt đất do vận động tân kiến tạo gây nên trong thung lũng sông đều được phản ánh trong địa hình của nó, đặc biệt là trong địa hình bãi bồi và các bậc thềm sơng.
Khi có vận động tân kiến tạo hoạt động tạo ra nếp lồi chắn ngang dịng sơng thì có thể xảy ra hai trường hợp. Trường hợp thứ nhất: tốc độ nâng lên không quá lớn, dòng chảy đủ sức khắc phục hậu quả nâng lên, giữ cho trắc diện dọc của lịng khơng đổi. Trong trường hợp thứ hai, dịng sơng hoặc khơng đủ khả năng cắt ngang hồn tồn nếp lồi, hoặc do tốc độ nâng lên q nhanh mà lịng sơng bị ứ đọng rồi phần thượng nguồn có thể biến thành hồ hoặc chảy sang thung lũng bên cạnh; phần kể từ nếp lồi về phía cửa sơng trở thành sơng cụt, v.v... Ở trường hợp thứ nhất, ngoài việc làm các bậc thềm biến dạng, cịn có sự biến đổi khác nữa về hình thái: trắc diện ngang của thung lũng tại chỗ có nếp lồi bị thu hẹp lại đột ngột, hai vách dốc đứng khác hẳn so với những đoạn sát trên và dưới nếp lồi. Nhiều khi các nếp lồi tân kiến tạo có thể phát triển nhanh và nếu có điều kiện nham thạch ở hai bờ sơng dễ bị phá hủy, dịng sơng có thể bị cưỡng bức chia làm hai nhánh, gọi là hiện tượng sơng phân nhánh cưỡng bức.
Khi có nếp lõm tân kiến tạo trong đáy thung lũng, cũng quan sát thấy những biến đổi về hình thái. Ở đây có thể có hai khả năng: Nếu q trình này diễn ra nhanh chóng, phần thượng nguồn có thể biến thành hồ. Trong trường hợp thứ hai, tốc độ giáng xuống từ từ, dịng sơng đủ khả năng tích tụ đền bù, lấp đầy hố lõm, khiến cho bề dày aluvi dày một cách dị thường và đáy thung lũng mở rộng thành đồng bằng phù sa
thung lũng. Tại những chỗ đang có vận động nâng lên, nhất là trong điều kiện đồng bằng tích tụ, dịng sơng đang uốn khúc mạnh trở nên thẳng một cách khơng bình
thường; ngược lại, khi có vận động giáng xuống - độ uốn khúc cao đến mức khơng bình thường so với xung quanh.
Trên đây là một số nhân tố chủ yếu ảnh hưởng đến dịng chảy sơng ngịi. Việc tách riêng từng nhân tố chỉ là để xem xét những ảnh hưởng của chúng theo chiều hướng nào. Các yếu tố của môi trường địa lý có thể tác động riêng rẽ như trên nhưng đồng thời chúng cũng phối hợp thành một tổng thể tự nhiên hoặc một hệ địa sinh thái để tác động đến động lực dịng chảy sơng ngịi.
1.2.3. Sản phẩm của biến đổi lịng sơng
Q trình biến đổi lịng sơng để lại một số sản phẩm đặc trưng, thơng qua đó có thể cho phép chúng ta khôi phục được diễn biến của chúng trong quá khứ. Các sản phẩm quan trọng nhất chính là bãi bồi (bao gồm cả hình thái địa hình và cấu tạo vật chất), các bộ phận chi tiết của bãi bồi là hồ móng ngựa, gờ cao ven lịng.
a. Bãi bồi
Bãi bồi là bộ phận đáy thung lũng tương đối rộng và khá bằng phẳng, được bao phủ bởi lớp trầm tích aluvi và chỉ bị ngập về mùa lũ. Quá trình hình thành bãi bồi diễn ra lâu dài và bề mặt khơng hồn tồn bằng phẳng với nhiều dạng vi địa hình đồi hay rãnh tạo nên đời sống của bãi bồi (ngập úng rãnh về mùa lũ, lắng đọng phù sa…). Đối với những khúc uốn thứ sinh thì địa hình thường tạo ra những bãi bồi sắp xếp xen kẽ trái, phải lịng sơng, tạo ra bãi bồi phân đoạn hay bãi bồi hai phía. (Hình1.11)
Theo lát cắt ngang vng góc với thung lũng, cấu trúc bề mặt bãi bồi thể hiện tính chất ít nhiều đối xứng và gồm những bộ phận: Bãi cát ven lịng sơng, dải bãi bồi cao có dạng gợn sóng, (đây là những đê cát ven lịng sơng), phần bãi bồi trung tâm trũng (có dạng lõm, cao dần về hai phía, có dạng đường tanvec), phần bãi bồi chân bậc thềm (là dải bãi bồi cao thứ hai - những đê cát ven bờ cổ, hình thành ở chỗ bờ lồi xưa kia của lịng sơng, nay đã bị dịng sơng bỏ rơi) và dãi trũng nằm giữa bãi bồi cao và chân bậc thềm (là di tích của lịng sơng cũ đã bị bùn cát lầy hố, ngập nước). Tuy nhiên mặt cắt bãi bồi không phải bao giờ cũng đầy đủ các thành tạo trên.
1. Bờ khơng cịn bị ngập về mùa lũ; 2. Đoạn bờ bãi bồi bị xâm thực; 3. Đoạn bờ bãi bồi tích tụ; 4. Ranh giới nham tướng aluvi; 5.Bãi bồi trung tâm;
6.Bãi bồi chân bậc thềm; 7. Bãi bồi ven lịng sơng;
8.Hướng dịng chảy chính trong lịng sơng;
9. Hướng dịng chảy khi có lũ.
Hình 1.11.: Cấu tạo của một bãi bồi hoàn chỉnh (theo N.I.Macaveiev)