Biến động lòng sông 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 sông có ảnh hưởng đến sự phát triển của các quá trình biến đổi lòng sông, cần phải xét đến chế độ mực nước, sự thay đổi lưu lượng (khối lượng nước) của sông và tốc độ dòng chảy của sông. Vì sự biến đổi tốc độ chảy có liên quan với đặc điểm chế độ thuỷ văn của sông và với độ nghiêng dọc hiện có của đáy thung lũng trên một đoạn nào đó. Chế độ của các sông phụ thuộc chủ yếu vào các điều kiện cung cấp của chúng. Đối với các lưu vực sông, 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 quá trình xói lở, người ta so sánh tốc độ dòng chảy hiện tại hoặc có thể có của sông trong các mùa nước lớn và mùa lũ với tốc độ cho phép (không gây rửa xói) đối với đất đá tạo nên đoạn nào đó của bờ và lòng sông. 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 lòng sông là không tránh được.
21
b. Điều kiện địa mạo
Theo các nguyên lý địa mạo thì hoạt động biến động lòng sông (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 dòng nước sẽ tăng lên và xâm thực sâu chiếm ưu thế; khi cơ sở xâm thực được nâng lên thì động năng của dòng 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 dòng sông, cuối cùng, đều nhằm đạt đến trạng thái cân bằng động. Cũng giống như các hệ tự nhiên khác, hệ địa mạo dòng 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 lòng sông 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 lòng sông
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 lòng sông sẽ xảy ra. Một chu kỳ tiến hóa mới của lòng sông 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 lòng sông. Tuy nhiên việc xác định độ dốc của đáy sông 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 xuyên, nếu không muốn nói còn chưa được chú ý nhiều lắm ở nước ta. Từ trước đến nay, việc xác định độ dốc lòng sông 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
22
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 luôn thay đổi phụ thuộc vào cả các nhân tố động lực sông lẫn động lực biển. Theo các kết quả thực nghiệm trong phòng, khi có sự nâng lên của mực nước (hạ thấp mực cơ sở xâm thực; giảm độ dốc lòng sông) thì sự phát triển của nhánh sông chính mới và sự không hoạt động (chết) của các dòng cũ xảy ra khá nhanh chóng chứ không 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 sông có ảnh hưởng đặc biệt to lớn đối với sự phát triển quá trình biến động lòng sông 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 dòng chảy trên mặt gặp trở ngại và sông 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 quá trình và hiện tượng xói lở thì thành phần và trạng thái của đất đá tạo nên lòng và hai bờ sông có ý nghĩa rất quan trọng (bảng 1.2).
Bảng 1.2: Phân loại các kiểu lòng sông aluvi trên cơ sở tải lượng trầm tích [9]
Kiểu lòng sông Lƣợng bùn sét (%) Vật liệu lăn theo đáy (%) Cách ứng xử của lòng sông 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 lòng 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 nông đáy sông Xói lở bờ mở rộng lòng sông
23
Trong đó: F = W/dtb hoặc W/d max; W: chiều rộng lòng sông, 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 sông suối. Do dòng sông 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 mòn theo xu thế chung là tạo cho mình dòng 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 sông.
Khi có vận động tân kiến tạo hoạt động tạo ra nếp lồi chắn ngang dòng sông 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 lòng không đổi. Trong trường hợp thứ hai, dòng sông hoặc không đủ khả năng cắt ngang hoàn toàn nếp lồi, hoặc do tốc độ nâng lên quá nhanh mà lòng sông 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 sông trở thành sông cụt, v.v... Ở trường hợp thứ nhất, ngoài việc làm các bậc thềm biến dạng, còn 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 sông dễ bị phá hủy, dòng sông có thể bị cưỡng bức chia làm hai nhánh, gọi là hiện tượng sông 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 quá 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, dòng sông 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, dòng sông đang uốn khúc mạnh trở nên thẳng một cách không bình
24
thường; ngược lại, khi có vận động giáng xuống - độ uốn khúc cao đến mức không bình thường so với xung quanh.
Trên đây là một số nhân tố chủ yếu ảnh hưởng đến dòng chảy sông ngòi. 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 dòng chảy sông ngòi.