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

Mở đầu Phân chia hình dạng lòng sông và hình dạng lòng dẫn như là các mắt xích của địa hình lòng sông, xác định mối quan hệ hình thái và động lực của các hình dạng này với các đặc trưng

A.IU Sidortrucs

Cấu trúc địa hình lòng sông

Biên dịch: Nguyễn Thanh Sơn

Hà Nội - 2005

САНКТ - ПЕТЕРБУРГ - ГИДРОМЕТЕОИЗДАТ 1992

Mục lục

Chương 1 Phân tích cấu trúc là thành phần tiếp cận hệ

thống đến lý thuyết quá trình lòng sông

10

1.1 Các nguyên tố 11

Chương 2 Cơ chế thành tạo các cấu trúc bậc phức tạp của

địa hình lòng sông

29

2.1 Cấu trúc dòng chảy rối 29

2.2 Phát triển các xáo trộn nhỏ trong dòng chảy lòng sông 39

2.3 Cấu trúc địa hình lòng dẫn sông ngòi 52

Chương 3 Hình thái học, động lực học và ảnh hưởng qua

lại các nguyên tố cấu trúc của địa hình lòng sông

58

3.1 Gợn sóng (sóng cát nhỏ nhất) 59

3.2 Sóng cát nhỏ và trung bình 70

3.3 Các sóng cát lớn 92

3.4 Các sóng cát lớn nhất 99

3.5 Phân loại cấu trúc địa hình lòng dẫn sông ngòi 102

Chương 4 Hình dạng lòng sông và các nhân tố xác định

nó

107

4.1 Các lòng dẫn thẳng 108

4.2 Các lòng sông uốn khúc 110

4.3 Các sông phân nhánh 120

4.4 Các nhân tố xác định hình dạng lòng dẫn 123 Chương 5 Các nguyên lý điều tiết tối ưu cấu trúc địa hình lòng sông nhằm khai thác tự nhiên hợp lý

135

5.1 Làm yếu quá trình lòng sông 136 5.2 Tăng cường quá trình lòng sông 139 5.3 Tạo lập các dòng sông nhân tạo 142 5.4 Các vấn đề điều tiết lòng sông ở hạ lưu sông Terek bằng phương pháp tăng cường quá trình lòng sông

144

Tài liệu tham khảo 154

Mở đầu

Phân chia hình dạng lòng sông và hình dạng lòng dẫn như

là các mắt xích của địa hình lòng sông, xác định mối quan hệ

hình thái và động lực của các hình dạng này với các đặc trưng

thuỷ lực dòng chảy lòng sông là nhiệm vụ truyền thống của

phân tích lòng dẫn Công cụ làm việc của nghiên cứu là phân

tích cấu trúc bao gồm như phân tích – chia đối tượng ra các

phần nguyên cũng như tổng hợp – xác định hệ thống quan hệ

giữa các thành tố Độ tin cậy của các dự báo sự chuyển dịch lòng

dẫn phụ thuộc vào mức độ nền tảng lý thuyết của nó

Các luận cứ lý thuyết nền móng để phân tích cấu trúc địa

hình lòng sông là các luận cứ sau đây:

1 Nguyên tắc tác động qua lại giữa dòng chảy và lòng sông,

được hình thành bởi M A Velicanov [12] Nguyên tắc này xuất

hiện với tư tưởng áp dụng thực tiễn các công trình hiệu chỉnh

(hướng dòng, làm hẹp dòng v.v ) trên các sông Tây Âu vào các

thế kỷ XVIII – XIX và nước Nga vào cuối thế kỷ XIX đầu thế kỷ

XX Trong soạn thảo của ông có đóng góp to lớn của N S

Leliavski [15] M A Velicanov [12] đã xác định nguyên lý tác

động qua lại của dòng chảy và lòng sông : " do kết quả tác động

tương hỗ dần dần của các dòng riêng rẽ lên các phần riêng biệt

của địa hình lòng sông lòng dẫn của sông tiến dần đến các nét

ngày càng mềm mại hơn, và nó lại làm cho các dòng dẫn trơn

tru hơn cho đến khi nào mà cuối cùng lòng sông và dòng chảy

trở nên một tổ hợp liên kết hữu cơ duy nhất, khi mà lòng sông

nhận theo dạng dòng chảy và dòng chảy phản ánh dạng lòng

sông" N I Macaveev [52] đã mở rộng nguyên lý này: " Trong

dạng tổng quát nhất quá trình tạo lòng có thể xác định như là quá trình "sao chụp " bề mặt của môi trường rắn (tức là đất đá cấu tạo đáy) bởi các đặc thù chuyển động của nước và phù sa nó mang theo" Dùng ví dụ sự sao chụp như thế N I Macaveev dẫn ra sự thay đổi địa hình bề mặt phân cách hai môi trường (sóng Genmgolxa)

ý tưởng gần với tư tưởng của N I Macaveev nằm trong nền tảng mô tả cơ chế tác động qua lại của dòng chảy và lòng sông như là sự phát triển các khuâý động nhỏ đầu tiên của các đặc trưng thuỷ lực và hình thái.Một chu trình nguyên vẹn các công trình đã mở ra qua các bài báo của Andersel [105], Li [129], Kenedi [117], N B Kereselidze [35]taoj nên một bức tranh chân thật của giai đoạn tiến hoá đầu tiên của hình dạng lòng sông và lòng dẫn các dạng hình thái khác nhau, cho phép tính toán các kích thước đặc trưng hình dạng lòng sông Phân tích các công trình này K V Krisanhin [21] lưu ý rằng phương pháp khuấy động nhỏ đã đặt lời giải các vấn đề về nguồn gốc địa hình dạng sóng của đáy chuyển động một cơ sở khoa học

2 Nguyên lý phân đoạn quá trình lòng sông hình thành bởi

N E Konđrachev [42] Nguyên lý này dựa trên thực tiễn công trình khắp nơi điều tiết động lực hạn chế cụ thể theo không gian và theo thời gian của dạng lòng sông Ví dụ khảo sát của

N S Leliavski [15] sự dịch chuyển sóng cát trên sông Vonga là một trong những mẫu thực hiện nguyên lý phân đoạn khi phân tích địa hình lòng sông Về lĩnh vực nghiên cứu dòng chảy lòng sông nguyên lý phân đoạn dựa trên khái niệm về cấu trúc rối

áp dụng đến lòng dẫn sông ngòi M A Velicanov [12] đã phát triển chúng, ông đã chia các xoáy rối phân đoạn với kích thước

cỡ độ sâu dòng chảy Tiếp theo đã làm rõ cấu trúc dòng chảy lòng sông với các kích thước đặc trưng cỡ chiều rộng dòng chảy

và hơn thế, bản chất vật lý của nó được lặp lại bởi các nhà

nghiên cứu khác không chỉ một lần Hiện nay nguyên lý phân

đoạn đã chiếm lĩnh sự thống trị trong các nghiên cứu lý thuyết

và ứng dụng trong nước như đã ghi nhận trong Nghị quyết Đại

hội thuỷ văn toàn liên bang lần thứ V [72]

3 Nguyên lý liên tục của quá trình lòng sông Chấp nhận

tính liên tục ( mức độ vĩ mô) của dòng chảy lòng sông và trường

cao độ đáy lòng dẫn sông ngòi tính liên kết lẫn nhau và chuyển

hoá cho nhau các dạng lòng sông Nằm trong cơ sở việc thành

lập phương trình chuyển động và liên tục của dòng chảy, cán

cân vật chất rắn, tính đến sự thay đổi không ngừng của các

nhân tố tạo lòng chủ yếu Nó tìm thấy sự phản ánh của mình

trong việc áp dụng phương pháp phân tích tương quan và phổ

khi nghiên cứu cấu trúc dòng chảy và địa hình lòng sông Tuy

nhiên kết quả ứng dụng chúng thường lặp lại ngoài quan điểm

của khái niệm phân đoạn về quá trình lòng sông

4 Nguyên lý tổ chức địa hình lòng sông Địa hình lòng dẫn

sông ngòi thể hiện một tổ hợp tương đối ổn định cũng như hình

dạng lòng dẫn thường xuyên thay đổi Tự lòng dẫn cũng có

nhứng hình dạng rất phức tạp Tổ hợp này có tổ chức bên trong

hay không, tổ chức đó như thế nào và nguyên nhân nào làm

xuất hiện nó – đó là những vấn đề nguyên lý của lý thuyết quá

trình lòng dẫn

Các đối tượng thực của phân tích lòng dẫn là các dạng lòng

sông riêng biệt, tổ hợp của chúng hoặc các đoạn sông trong tổng

thể Chúng không tồn tại ngoài mối quan hệ với các hình dạng

lòng dẫn khác, cho nên để nghiên cứu chúng cần soạn ra các

nguyên tắc tính toán hình dạng lòng dẫn, các thành tố riêng, và

nghiên cứu chúng trong mối tương tác với các nhân tố lòng dẫn

khác, tức là tính đến cấu trúc của đối tượng Cho nên từ chính

lúc bắt đầu xuất hiện phân loại hình thái các dạng lòng dẫn nó

là thành tố của phân loại cấu trúc Trình bày tuần tự đầu tiên

các khái niệm về địa hình lòng sông như là tổ hợp tương hỗ các sóng đáy, sóng cát, bãi vắt, mũi nhô và bãi cạn, vực sông và lòng thẳng với việc phân tích ảnh hưởng của hình dạng lòng dẫn lên chế độ bãi vắt và tác động của động lực hình thái của sóng cát

và bãi cạn lên hình dạng của lòng dẫn đã được N N Zjukovski [15] công bố K I Rosinski và I A Kuzmin [77] đã phân chia: 1) sóng cát trong lòng dẫn – sóng, gờ, bãi vắt; 2) hình dạng lòng dẫn: thẳng ( ít uốn khúc), cong và lạc hướng N I Macaveev [52] mặt cắt dọc của sông, bãi bồi, vực sông, bãi vắt

Đột biến về chất trong nghiên cứu cấu trúc địa hình lòng sông xảy ra với sự xuất hiện các công trình của N E Konđrachev [42, 43, 78] Trong chúng đã hình thành các luận

điểm về tổ chức địa hình lòng sông Đã phân ra các mức độ chính của tổ chức N E Konđrachev nêu ra ba mức tổ chức: hình dạng nhỏ, hình dạng trung gian và hình dạng lớn Tiếp theo, trong các công trình của I V Popov [67], B Ph Snhisenco [92], V V> Romanhisin [75], N S Znamenskaia [27], A Iu Siđortruc [88] phân loại này được bổ sung và làm chính xác Hiện nay các tác giả khác nhau đã phân ra các mức cấu trúc như sau: 1) phần tử phù sa; 2) hình dạng cực nhỏ; 3) hình dạng nhỏ; 4) hình dạng trung gian; 5) hình dạng lớn, 6) hình dạng cực lớn; 7) đoạn sông đồng nhất; 8) toàn bộ sông ngòi; 9) lưu vực

tụ thuỷ Đối với các mức cấu trúc chính V S Borovcov [11] đã xác định các hệ thức quy mô không gian và thời gian Trong đa

số các nghiên cứu quá trình lòng sông, hình thái và động lực các dạng lòng dẫn, các soạn thảo dự báo sự phát triển của chúng và các hướng dẫn thực tế về sử dụng lòng dẫn sông ngòi của nền kinh tế quốc dân cần tính đến tổ chức địa hình lòng sông

5 Nguyên lý xác định địa lý hình thái học lòng dẫn Nó

được dựa trên các công trình của N I Macaveev [57] và R S Tralov [95, 101] và phản ánh sự thay đổi có quy luật theo thời

gian và không gian các nhân tố chủ yếu của quá trình lòng

sông Điều này cho phép nói về tính địa đới của các quá trình

lòng sông, các đặc điểm biểu hiện phân vùng của chúng `đồng

thời trên mức độ địa phương quan sát thấy tính biến động lớn

về hình thái cũng như động lực các dạng lòng sông riêng biệt

cho nên cần tính đến ảnh hưởng lên quá trình lòng sông mọi tổ

hợp nhân tố tự nhiên, thậm chí từ cái nhìn đầu tiên, ít tồn

tại.Tính xác định địa lý hình thái lòng dẫn sông ngòi, sự phụ

thuộc của địa hình lòng dẫn sông ngòi vào cảnh quan lưu vực và

đồng thời sự hình thành các cảnh quan đặc trưng và các hệ sinh

thái trong vùng ảnh hưởng của hệ thống dòng chảy – lòng dẫn

tạo nên cơ sở để nghiên cứu sinh thái quá trình lòng dẫn và sự

thay đổi công nghệ sinh học của chúng

Hiện nay trong lý thuyết quá trình lòng dẫn theo đuổi hai

hướng chủ yếu : thuỷ động lực – thuỷ lực và thuỷ địa mạo – địa

lý Trong khuôn khổ nhóm thứ nhất chủ yếu xem xét động lực

học dòng sông, sự vận động của phù sa, còn hình thái học lòng

sông chỉ xét đến mức độ sóng cát Trong hướng thuỷ địa mạo và

địa lý ít chú ý hơn đến cấu trúc dòng chảy, nhưng địa hình lòng

dẫn sông ngòi được xét tới mọi khía cạnh của nó, tính cả tính

đa nhân tố của quá trình lòng sông [7, 54], bao gồm các phần

lớn chưa hẳn đã gắn kết với nhau: động lực học dòng chảy từ

một phía và hình thái học và động lực học lòng sông – phía thứ

hai

Phân tích cấu trúc hệ thống dòng chảy – lòng sông hướng

đến việc gắn kết các hướng cơ bản ấy bởi vì nhiệm vụ chủ yếu

của nó là xác định mối quan hệ giữa các thành tố phân tích

khách quan của hệ thống Mặc dù sự chú ý lớn nhất trong các

nghiên cứu hiện nay dành cho cấu trúc địa hình lòng sông

nhưng cũng thử tổng hợp các kết quả nghiên cứu thuỷ lực và

địa lý của quá trình lòng sông

Chương1

Phân tích cấu trúc là thành phần tiếp cận hệ thống đến lý thuyết

quá trình lòng sông

Hệ thống dòng chảy – lòng sông thuộc loại hệ thống động lực tự phát triển Nó bao gồm hai bộ phận chính: chất lỏng chuyển động và lòng sông bị xói lở Tính chất các bộ phận là khác nhau rõ ràng – chất lỏng chuyển động tuân theo các quy luật của cơ học chất lỏng, đất đá tạo đáy tuân theo các quy luật cơ học đất Giữa dòng chảy và lòng bị xói lở diễn ra sự tác động qua lại, đó chính là bản chất của quá trình lòng sông [12] Do kết quả tác động tương hỗ giữa dòng chảy và lòng sông trong hệ thống sinh ra một tính chất mới – tính cấu trúc: trong dòng chảy tạo thành rối lòng sông qui mô lớn, còn trong lòng dẫn –

địa hình lòng sông Ngoài hệ thống dòng chảy – lòng sông không thể tồn tại ở trạng thái tích cực cả rối lòng sông qui mô lớn lẫn

địa hình lòng sông Như vậy hệ thống khác với phép cộng đơn giản các thành phần của nó Bản thân địa hình lòng sông không phải là một hệ thống tự phát triển Cho nên công việc thực tế mô tả các quá trình nảy sinh, phát triển và tương tác của các dạng địa hình lòng sông là không thể nếu không tính đến các chức năng toàn bộ hệ thống và đòi hỏi việc thực hiện tiệm cận

hệ thống, tức là nghiên cứu "tổ chức các thành phần tác động