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

Trong trường hợp cuối cùng, trường vận tốc tuần hoàn ở các dạng phụ và cù lao không gây ra hoạt động xói lở tại các bờ sông do thời gian tác động của nó ngắn lên một đoạn cụ Để minh hoạ

Chương 4

n

tố xác định nó

các vấn đề ứng dụng của quá trình lòng sông Thường thay nó là

các

của địa hình lòng sông, nó điều khiển dòng chảy sôn

quan hệ với dòng chảy sông ngòi mùa kiệt

và

ng dẫn

đượ

Các lòng dẫn thẳng ít được nghiên cứu Chúng thường đặc trưng cho các sông ngòi miền núi và bán sơn địa với các dạng

ô lớn của aluvi các sông như vậy dẫn đến việc

thể của

bờ

Hình dạng lòng sông và các nhâ

nh dạng lòng dẫn" (dạng h

ng trong văn bản về lý

thuật ngữ tương đương khái niệm "dạng vĩ mô", "dạng quá

trình lòng sông" Định nghĩa dạng lòng sông còn thiếu ngay cả ở

các tác giả thường xuyên sử dụng khái niệm này [54] Trong khi

đó nó vẫn được dùng trong các văn bản "lòng dẫn ", trong số đó

– khi xây dựng phân loại hình thái và hình thái động lực lòng

dẫn sông ngòi

Dạng lòng dẫn sông ngòi (trên bình đồ) là sự phác hoạ lòng

dẫn xác định bởi các thành thung lũng và/hoặc các nguyên tố

bền vững nhất

g ngòi cả mùa kiệt lẫn mùa lũ Hình dạng lòng sông thường

bị chi phối nởi các dạng lòng dẫn tạo nên trong quá trình lòng

sông, nhưng về sau được củng cố bởi các thành tạo bãi bồi Các

dạng lòng dẫn vĩ mô như thế hình như đã vượt khỏi phạm vi

của chính lòng dẫn

Các dạng trung bình (doi) thường không được phủ bởi bãi

bồi và thảm thực vật, rất hoạt động vào thời kỳ lũ Chúng

thường ổn định theo

chủ yếu được điều kiển bởi nó Cho nên có thể nói về dạng

lòng dẫn mùa kiệt đã phác hoạ dạng trung mô xác định

Được thừa nhận là phân loại dạng lòng dẫn của K I Rosinski, I A Kuzmin [77] với sự hiệu chỉnh của O V Adreev

và I.A Iaroslavxev [6] và Leopold và Iolmen [120]: lò

c chia thành thẳng, uốn khúc và phân nhánh

4.1 Các lòng dẫn thẳng

aluvi phát triển Độ th thành tạo các dạng lòng dẫn và sự biến dạng chủ động của chúng chỉ có thể vào thời kỳ lũ mạnh nhất Vì thế quá trình thành tạo bão bồi không tăng độ ổn định của dạng lòng dẫn Aluvi bãi bồi được gia cố bởi thảm thực vật rất dễ bị bào mòn bởi dòng sôngcó khả năng tải các vật chất cuội sỏi Dạng lòng sông nước lũ được xác định chủ yếu bởi các nhân tố phi lòng dẫn – thạch địa chấn, thường chi phối tính thảng của thành thung lũng trên một khoảng dài Dạng lòng dẫn mùa kiệt ở các sông như vậy được xác định bằng tỷ số của phần đáy ngập của thung lũng sông ngòi và kích thước của dạng (xem hình 3.17)

Việc bảo toàn tính thẳng của các bờ sông được chi phối bởi tính kiên cố chống xói mòn cao của thành bờ gốc và/hoặc vận tốc xáo trộn lớn của dạng lòng dẫn xuôi theo dòng chảy

Trong trường hợp cuối cùng, trường vận tốc tuần hoàn ở các dạng phụ và cù lao không gây ra hoạt động xói lở tại các bờ sông do thời gian tác động của nó ngắn lên một đoạn cụ

Để minh hoạ có thể dẫn ra đây hình thái của lòng dẫn sông Alabugi (Kirgizia) sau đoạn hợp lưu với sông Ptran [63] Sự hiện diện của lòng chảo rộng lớn ở phần phía trên thung lũng sông ngòi dẫn đến việc phần thượng lưu đoạn sông này không có phù

sa đáy cuội sỏi Dòng phù sa đáy được hình thành do việc bào

mòn các trầm tích aluvi trên các thềm sông Sự tăng dòng phù

sa đáy theo dọc thung lũng sông với độ dốc đáy thung

lũngkhông đổi (~ 8%) và lượng nước sông (Q=25, ,30 m3

/s) gây nên sự thay đổi hình thái học lòng sông có quy luật Trong

miền thiếu hụt tuyệt đối phù sa vận tốc biến hình thẳng đứng

của lòng sông lớn (gần 0,3 m/năm) Trong hoà tương

đối của dòng chảy bởi phù sa di đáy (lưu lượng riêng trung bình

năm gần 0,5kg/(s.m) cho khả năng tích tụ phù sa và hình thành

các cồn phụ Với vận tốc dịch chuyển các cồn phụ về xuôi 30 –

50 m /năm tạo nên các đoạn sông thẳng Với vận tốc dịch

chuyển nhỏ (10 – 20 m/năm) vận tốc tạo lòng lớn (15–20

cm/năm) dẫn tới tạo thành các lõm cắt ngang Việc bão hoà lòng

sông bởi phù sa di đẩy tiếp tục (tới 190 – 200 ngàn m

miền bão

g Thông thường lòng sông thẳ

Hình thái học và động lực học các con sông uốn khúc liên quan tới một lượng lớn tài liệu lòng dẫn Đối với dạng này của

à địa sinh học và

địa

iều kiện địa chất và địa mạo - địa hình ngu

3

/năm) và

mở rộng đáy thung lũng tới 800 – 1000 m chi phối việc thành

tạo môt lòng sông dạng cù lao phức tạp Các cù lao dịch chuyển

về xuôi với vận tốc 60 –80 m/năm, kết quả là bờ gốc bị bào mòn

với vận tốc không quá 0,5 m/năm và bảo toàn tính thẳng Khi

đó vận tốc bào mòn các dạng lòng sông (trong đó kể cả bãi bồi

có thực vật phủ kín) đạt 25 m/năm

Lòng sông thẳng – hiện tượng trên các sông ngòi miền đồng

bằng rất hiếm, bởi vì ở đây quá trình thành tạo bãi bồi thường

dẫn tới việc phức tạp hoá lòng sôn

ng chỉ quan sát thấy ở các vết nứt và các suối trên đá gốc với

sự kiểm soát cấu trúc của các thành thung lũng Hiếm khi tạo

nên (ở các sông ngòi có bãi bồi) các lòng sông thẳng tự do chiều

dài > 20 40 độ rộng của lòng sông Sự bảo toàn dạng thẳng

của lòng sông trong các điều kiện như vậy là do sự kết hợp đặc

biệt của các nhân tố tạo lòng Trên địa phận châu Âu của Liên

bang Cộng hoà xã hội chủ nghĩa Xô viết thường xuyên quan sát

thấy sự phát triển của lòng dẫn sông ngòi trong các thung lũng

hồ, trong lòng chảo dòng chảy nước băng tan Các aluvi bãi bồi của các sông hiện đại có độ dày bé, phủ lên lớp aluvi và ít bị xói

lở và lòng dẫn thẳng trong các bờ bãi bồi được xác định bởi các nhân tố thạch học (như là sông Sukhôn ở lòng chảo Kuben) V.V Ivanov [30] đã phân loại các lòng dẫn thẳng bờ bãi bồi mang rất ít các trầm tích đáy ở đây không xét tới các điều kiện thuỷ lực thuận lợi, không tạo nên các con chắn, bãi vắt mà hoàn lưu dòng chảy quanh chúng có thể tạo nên xói lở của bờ bãi bồi

Có thể trên các sông miền đồng bằng việc dịch chuyển phù sa

đáy mạnh bao nhiêu thì việc xói lở các bờ thẳng không diễn ra

do việc cuyển động quá nhanh các thành tạo trầm tích

4.2 Các lòng sông uốn khúc

lòng dẫn đã phân ra các dạng : địa mạo học, v

động lực học nghiên cứu các vấn đề thuỷ lực dòng chảy ở khúc uốn, các đặc trưng cơ bản của động lực đoánong cong và sự xói lở các bờ của chúng

Sự uốn dòng chảy có thể là nguyên sinh theo quan hệ với

địa hình lòng dẫn tạo nên nó Các chỗ uốn nguyên sinh này có thể bị chi phối bởi các đ

yên sinh, thạch học lãnh thổ, nơi dòng chảy đi qua Các

điểm uốn lớn của lòng thác Kargalin sông Terec xuất hiện do sự hoà nhập dòng chảy ở các đoạn trên đồng bằng châu thổ, và các khúc uốn nhỏ hơn được thành tạo giữa các tầng aluvi á sét nặng Khúc uốn lớn sông Iana trên vùng đồi Kular từ 5 - 12 km

về kích thước không tương ứng với lượng nước sông mà tương ứng với độ nâng địa hình bao quanh xứ Kular Sự hiện diện của các khúc uốn nguyên sinh và dòng chảy tuần hoàn do chúng gây

nên ảnh hưởng tới hình thái và động lực cả chính các khúc uốn

nguyên sinh lẫn các dạng lòng dẫn phát triển trên đó Khúc uốn

đứt gãy sông Iana trong giới hạn miền đồi Kular trong vòng 1

triệu năm dịch chuyển theo chiều ngang và chiều dọc như là

các thung lũng tự do (với vận tốc 2 - 3 mm/năm), mặc dù lượng

nước sông không tương xứng với kích thước của chúng [71]

Trên sông Iuk (trên cửa Cutrment) độ uốn thung lũng tự do của

các sông với kích thước tương ứng với lượng nước hiện nay của

nó, thay đổi có quy luật theo chiều dài khúc uốn lớn bảo tồn từ

thời kỳ nước lên Trung bình theo đoạn vô thứ nguyên S/S0 (S0 -

độ dài khúc uốn lớn theo lòng dẫn) giá trị góc tới đối với độ uốn

tự do cực đại trên khúc uốn lớn và đạt giá trị cực tiểu ở đỉnh của

nó (Hình 4.1)

Dạng lòng dẫn cong thường xuyên xuất hiện do sự ổn định

dần ácc dạng sóng cát, sự xuất hiện thực vật trên đó và cấu

thành bãi bồi Điều này thấy rõ nhất nếu quan sát sự biến đổi

hình thái học lòng dẫn trên một khoảng thời gian của một và

chỉ một sông Sông Vưtregda ở thượng lưu (cách cửa sông 770

km) đặc trưng bởi đáy lòng dẫn uốn khúc tự do với các băng cát

và sóng cát (Hình 4.2) Khi tăng độ rộng lòng dẫn tới 200 m và

lưu lượng nước trung bình năm tới 140 m3

/s ở đoạn lòng cong trên các băng sóng cát tạo nên các đụn cát phân bố kiểu bàn cờ

với các bước nhỏ hơn bước thung lũng từ 2 - 2,5 lần Các đụn

này được cấu tạo từ các sóng cát có bước nhỏ hơn bước của đụn

cát từ 2,5 - 4,0 lần Theo mức độ tăng lưu lượng cũng tự do và

đụn cát với sóng cát tăng lên Điềuước trong sông và chiều rộng

lòng dẫn, kích thước các thung l này dẫn tới sự kiểm soát hình

dạng thành thung lũng lớn hơn bởi vì bước thung lũng tăng tới

quy mô khu vực có vách thung lũng đồng nhất về thạch học

Các thung lũng tự do trở nên giãn ra và ở khoảng 200 km cách

cửa ra đã không phân biệt được về thạch học các khúc uốn dọc

thung lũng

Hình 4.1 Các khúc uôn lớn hiện đại trên sông Iuk (a) và thay đổi trung bình trong khoảng thời gian 0,1 S 0 (đói với 20 khúc uốn lớn) góc tới α của các

thung lũng tự do (b) 1- trục lòng dẫn hiện đại , 2- vách khúc uốn lớn

Hình 4.2 Sự tăng kích thước khúc uốn và dạng lòng dẫn theo dọc sông

Vưtregda theo độ tăng nước sông và thay đổi thang tổ hợp các dạng lòng

dẫn khi ổn định các đụn và thành tạo chúng trên cơ sở lòng chảo lòng dẫn

1 - lòng chảo, 2- đụn, 3- băng sóng cát, 4- sóng cát, 5- bước sóng

Vưtregda đã hình thành các đảo vừa, và trên các cù lao lớn nhất

đã đ

lòng sôn

ứng hơn với sơ

đồ

Sự tăng kích thước các đụn và giảm tốc đọ chuyển động

xuôi theo lòng sông dẫn tới việc di trú trên đó các thảm thực

Khoảng 400 km cách cửa sông phần lớn các đụn trên s

ược phủ kín aluvi bãi bồi và phát triển hoặc thành đảo,

hoặc là thung lũng Trên một số đoạn sông (ví dụ như vào

khoảng 145 - 155 km cách cửa, tại vùng Knhiarin và Sônôms)

bước thung lũng tự do lòng dẫn và các đụn dịch chuyển theo nó

hầu như bằng nhau [95] Dưới khoảng 200 km tiếp theo từ cửa

hầu như mọi đụn cát lớn đã ổn định và tạo nên dạng uốn khúc

của lòng dẫn Diễn ra sự giảm đột ngột kích thước các khúc uốn

khi tăng lượng nước sông (xem hình 4.2) Tương ứng, trên đoạn

này diễn ra sự giảm kích thước các đụn, nhưng không quá đột

ngột vì khoảng dao động của nó khá rộng tỷ lệ bước uốn khúc

và đụn giảm cỡ 1,5 - 1,7 và chỉ ở cửa sông lại tăng đến 2,0 Kích thước các sóng cát trên các đụn ở vùng cửa sông cũng giảm xuống nhưng không đột ngột như chỗ uốn Như vậy tại vùng cửa sông Vưtregda tổ hợp bậc thang các dạng lòng dẫn có thể nhóm vào một hạng các dạng nhỏ hơn so với tổ hợp địa hình lòng dẫn dòng chảy trung bình của sông Khi đó bảo toàn các

đặc trưng địa mạo tương đối có trong thành tạo của chúng Dạng lòng sông ảnh hưởng mạnh mẽ đến hình thái học và

động lực học của các đụn cát và cù lao (dạng địa hình vừa) đặc

điểm dịch chuyển của các đụn qua bãi vắt trên khúc uốn

g đã được xem xét bởi N I Makaveev [52] Trên cơ sở của sơ

đồ dòng chảy tiềm năng trên đoạn ông chia ra vùng gia tốc (dọc

bờ lõm đến bờ lồi) và vùng giảm tốc (từ bờ lồi đến bờ lõm) của dòng chaytreen đó đặt các miền xoay các tia đáy từ bờ lõm đến

bờ lồi do tác động của hoàn lưu ngang Tương ứng với điều đó N

I Makaveev đã tách ra một miền chậm vận động của các đụn ở

bờ lồi sau mái uốn, phần còn lại của lòng dẫn các đụn dịch chuyển với gia tốc R S Tralov [95] đã khảo sát chi tiết sự dịch chuyển của các đụn cát bãi vắt trên hai khúc uốn lòng sông Vưtregda Ông đã xác định được vận tốc dịch chuyển đụn cát khá lớn dọc bờ lõm (gần 250 m/năm) với vận tốc bé (gần 25m/năm) của dịch chuyển bên bờ lồi khúc uốn

Trên bề mặt khúc uốn với hệ thống dòng chảy ngang ít phát triển hơn và với xác suất bé của sự ngắt dòng chảy từ bờ lồi khúc uốn sự chuyển động của các đụn cát tương

phân bố vùng gia tốc và giảm tốc trong dòng chảy vòng tại

đoạn cong Trên bình đồ khúc uốn sông Vưtregda vào khoảng 49

- 57 km cách cửa sông vơí sự kết hợp của đụn cát các bãi vắt Zaostrov, Ust - Vilegod và Xipuskin dọc bờ lõm trái vận tốc chuyển động của các đụn cát giảm từ bắt đầu chỗ cong đến đỉnh

của nó khoảng 600 - 40 m/năm Đụn cát tại đỉnh khúc uốn trong

khoảng một vài năm có thể bảo toàn vị trí ổn định Sự chuyển

động của các đụn cát dọc bờ lồi có tính chất phức tạp hơn Tại

đây nhìn thấy các vùng gia tốc dịch chuyển đụn cát lên mái trên

khúc uốn và sự ngưng trệ quá trình này tại mái dưới Tuy

nhiên tại đỉnh của khúc uốn cực đại vận tốc dịch chuyển các

đụn cát không quan sát thấy Tại đây diễn ra sự ổn định mái

dưới từ trên xuống dọc bờ lồi của các đụn cát trước khi các đụn

cát ổn định trên đỉnh khúc uốn ở bờ lõm Như vậy, ngay cả trên

bề mặt khúc uốn sơ đồ tiềm năng chảyvòng cũng thực hiện

trong dịch chuyển đụn cát với những sự thay đổi lớn gắn liền

với các tác động qua lại của hình thái học và động lực học dụn

cát

I V Popov đã quan sát được sự giảm miền biến động các

bước băng sóng cát với sự gia tăng độ cong khúc uốn mà trong

đó các băng sóng cát được phân bố [67] V B Borovcov trên cơ sở

thự

c động lên dạng lòng dẫn và

sự

c nghiệm tại phòng thí nghiệm đã chỉ ra ảnh hưởng của độ

cong dòng chảy đến kích thước, hình dạng và động lực của các

dạng đáy Trong lòng dẫn cong giảm chiều dài lẫn chiều cao các

đụn cát, nhưng với số Frud lớn [11]

Tính chất phức tạp của các ảnh hưởng qua lại các dạng lòng

dẫn lên hình thái học và động lực học của các dạng sóng cát lòng

dẫn, mà chúng về phần mình lại tá

thay đổi của chúng được ghi nhận tại lòng dẫn cong sông

Terec sau cửa Sundji

Bước uốn trung bình của lòng dẫn sông λ là 1750 m

(σL240m), hệ số dạng khúc uốn S/λ trung bình là 1,4 Theo hình

thái học và động lực học, về phần mình khúc uốn chia ra hai

nhóm: ổn định và không ổn định Trong giới hạn khúc uốn ổn

định, lòng dẫn đặc trưng bởi hệ thức R/b > 2,0 Vách ngăn dòng

phân bố dọc bờ lõm Tại bờ lồi tích tụ phù sa, hình thành nên các

bãi cát

Hình 4.3 Vận tốc dịch chuyển khúc uốn ngang (a) và dọc (b) sông Terec

phụ thuộc vào độ cong (đặc trưng bởi hệ số bán kính độ cong R và độ rộng

lòng dẫn b) và vị trí của đụn cát trên khúc uốn

với vận tốc khoảng 10 m/năm Đồng thời tồn tại dịch chuyển ngang

c uốn

1- khúc uốn ổn định; 2- khúc uốn không ổn định với đụn cát tại bờ lồi; 3-

khúc uốn không ổn định với đụn cát tại bờ lõm

Các khúc uốn ổn định chuyển động xuôi theo dòng sông

khoảng 5 m/năm Vận tốc dịch chuyển dọc và ngang của các khú này được xác định bởi chỉ tiêu R/b Với R/b ~ 3 vận tốc dịch chuyển khúc uốn là cực đại; với các giá trị lớn hơn và nhỏ hơn của R/b sự dịch chuyển các khúc uốn giảm (hình 4.3) Với độ rộng của dòng b = 500 600 m, bán kính đường cong R là 400 đến 700m

Tỷ số R/b trong trường hợp này nhỏ hơn 2; trong một số trường hợp nó giảm tới 0,7 Trong phạm vi các khúc uốn này trục động lực của dòng không ổn định Nó được phân bố một cách tuần hoàn ở bờ lõm hoặc bờ lồi của khúc uốn Tại bờ đối diện tạo nên

các đụn cát hay cù lao dần dần tạo ra các giai đoạn của bãi bồi

Sự bảo toàn ở bờ dòng chảy ở các bờ bãi bồi qua một thời gian nào

đó dẫn đến việc kéo theo dòng chảy chính vào miền đó Khi đó

diễn ra sự bào mòn mảng bãi bồi đến khi nó bị xói lở hoàn toàn

Chu kỳ phân bố này kéo dài khoảng 20 năm

Các khúc uốn không ổn định khi phân bố trực tiếp sát liền

nhau cùng phát triển đồng thời, tức là trục động học dịch hẳn về

một bờ trên khúc uốn trên gây nên sự thay đổi vị trí sống và ở bờ

đối

n ở mái dưới)

và

vận tốc xáo trộn ngang của khúc uốn Sự tích

được đặc trưn

ẫn [134] Hình dạng đơn giản của khúc uốn được mô tả chín

diện ở khúc uốn dưới Trên các đoạn uốn của lòng dẫn dài và

gồ ghề tính bất ổn định của trục dòng chảy xuất hiện có ính cục

bộ Sự hình thành các đụn cát tương đối ổn định gây nên sự xói

bờ tăng cường đại phương và tạo nên sự nới rộng lòng dẫn cục bộ

Khi nới rộng quan sát thấy sự chuyển đổi sống cát

Các khúc uốn ổn định có thể chuyển về nhóm không ổn định

nếu diễn ra sự co hẹp chúng (trong điều kiện ưu thế của dịch

chuyển dọc mái trên khúc uốn so với sự dịch chuyể

giảm bán kính đoạn cong đến R/b < 3 Thường thường điều

này diễn ra khi có sự biến hình lớn của đoạn sông phân bố trên

đoạn uốn ổn định hoặc khi củng cố bờ phía mái dưới của nó Hiện

tượng trầm tích xuất hiện khi đó ở bờ lõm của khúc uốn ổn định

kéo theo sự tăng bán kính đoạn cong của trục dòng chảy và khúc

uốn lại trở lại ổn định

Động lực học các khúc uốn không ổn định phụ thuộc vào vị

trí của vùng lắng đọng phù sa Nếu như nó phân bố ở phía bờ lồi

thì tăng (tới 10 m/năm)

luỹ phù sa sông ngòi ở bờ lõm, sự thành tạo ở đây các đụn cát

bền vững hay cù lao dẫn tới việc giảm mạnh vận tốc dịch chuyển

ngang của khúc uốn Vận tốc dịch chuyển dọc của các khúc uốn

khong ổn định thường không lớn do độ cong của nó lớn

Do Tính kéo dài trong tiến hoá của khúc uốn trên các giai

đoạn phát triển khác nhau của chúng, do ảnh hưởng của đa số

các nhân tố tự nhiên, hình dạng của đoạn lòng dẫn cong

g bởi sự phức tạp lớn Một số khúc uốn dạng chuẩn thường gặp ít hơn, và càng hiếm khi có một nhóm như thế Sự đa dạng các dạng khúc uốn nảy sinh ra nhiều thuật ngữ và sự 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 trưng các dạng phức tạp của lòng dẫn cong người ta

sử dụng hàm mật độ phổ hàng loạt góc phương vị của đoạn cong trục lòng d

h xác hơn cả bằng đường cong tựa hình sin của Leopold và Langbei [119]:

o

s 2 ds

θ

=

θ sin Biến đổi chuỗi Phure phương vị θ cũng dẫn tới khai triển các dạng phức tạp thành các thành phần đơn giản Bàn tới tiên đề

về tính chi phối của mỗi dạng thành phần đơn giản của lòng dẫn cong

như vậy các khúc uốn đã được R S Tralov phân loại [95]

bởi miền xác định của lưu lượng nước trong sông Mỗi lưu lượng nước chảy qua sông phản ánh ở dạng lòng dẫn dưới dạng khúc uốn đơn giản, bước của nó tỷ lệ thuận với lưu lượng, còn biên độ tỷ lệ thuận với độ lặp lại của lưu lượng và khả năng xói mòn của nó Siêu quan điểm khúc uốn đơn giản xây dựng nên cấu trúc phức tạp của lòng dẫn cong [83] Tiên đề này đã tìm thấy sự khẳng định ở các dạng lòng dẫn phức tạp hơn ở các sông cong mà

đối với chúng đường cong lưu lượng tạo lòng có dạng nhiều đỉnh [25]

Tính phức tạp của lòng dẫn uốn khúc cũng thể hiện ở sự thay

đổi có trật tự hình thái học và động lực học dọc theo sông Loạt tổ chức

trên sông Vưtregda và Lena theo quy luật giảm hoặc tăng bán

kính đoạn cong các khức uốn kế tiếp hay là trục động học của

dòng chảy Các khức uốn liên kết lại thành một nhóm cũng tuân

theo sự biến đổi một hướng có quy luật của bước λ, hay hệ số biểu

hiện uốn khúc S/λ Trong nhóm gộp khoảng 6 - 10 khúc uốn Cần

phải nhóm như vậy để kết quả nhận được không là ngẫu nhiên

đặc biệt cần phân biệt rõ ràng tính nhóm về độ uốn trên các thác

và các bar vùng cửa sông (hình 4.4)

Hình 4.4 Loạt các khúc uốn ghềnh ngập nước trên bar sông Indigirki

1- Ghềnh ngoặt; 2 - ba cửa nước nông; 3- vùng nông; 4- giới hạn bar

Trong loạt các khúc uốn với độ cong giảm dần xuôi theo

dòng chảy: một - hai khúc uốn cong phần thượng thường dịch

the

uyển cả dọc lẫn ngang trục thung lũng Các khúc uốn ti

o nhỏ hơn chủ yếu dịch chuyển theo hướng dọc (hình 4.5)

Vận tốc dịch chuyển dọc cực tiểu ở khúc uốn trên cùng của nhóm và tăng dần xuôi theo chiều dòng chảy Kết quả là toàn nhóm bị kéo dãn do giảm chiều dài của khúc uốn cuối cùng

Hình 4.5 Động lực loạt khúc uốn sông Terec 1- đường bờ năm 1958; 2- đường bờ năm 1979

Trong một số trường hợp chỉ dịch chuyển một trong số các khúc uốn nhỏ và được gọi là sự luân chuyển khúc uốn giãn và nén

Lòng sông được phân ra các nhánh đặc trưng bởi tính phong phú nhất của hình dạng Phân loại hình thái động lực chi tiết

ược soạn thảo bởi R.S Tralov [101]

ngu

4.3 Các sông phân nhánh

nhất các lòng dẫn như vậy đ

N I Makaveev nhận thấy rằng nếu như lòng dẫn có hai nhánh thì các đụn phân bố theo trật tự bàn cờ ở các bờ khác nhau nằm trên tiến đến mép phân nhánh và dần phủ của

ồn lúc nhánh này lúc nhánh khác Cho nên các nhánh sông lần lượt hoạt động lúc tích cực và lúc suy thoái [52] Trong trường hợp lòng sông nhiều nhánh hiệu ứng này làm phức tạp thêm chế độ biến hình lòng dẫn ở các nhánh Sự suy giảm nước

ở một số nhánh riêng theo quan hệ với lòng chính dẫn tới sự

giảm kích thước mọi dạng lòng dẫn của tổ hợp bậc thang Trong

mối liên hệ này phân tích cấu trúc địa hình ở các lòng dẫn

nhiều nhánh cần thiết phải tiến hành tại mỗi nhánh riêng biệt

Tồn tại cả sự tác động tương hỗ của chế độ lòng dẫn các

nhánh trong lòng sông nhiều nhánh R S Tralov qua ví dụ

phân nhánh hạ lưu lòng sông Lena đã chứng tỏ rằng trong các

lòng

h bởi quá

dẫn với sự phân nhánh phức tạp đi kèm quan sát thấy sự

thay đổi vai trò tương đối của mỗi nhánh trên hai nhánh chính

khi cho các lưu lượng nước khác nhau đi qua Với mực nước cao,

vai trò chủ yếu của lưu lượng nước tập trung ở các nhánh một

hệ thống, ở đây diễn ra sự biến hình tích cực Với mực nước

thấp, phần lớn dòng chảy sông ngòi đi qua các nhánh đối diện

[95] Trong sự phân nhánh phức tạp của châu thổ Enhixây sự

tái phân bố mùa và nhiều năm của dòng chảy nước giữa các

nhánh xác định xu hướng phát triển của chúng [1] Biểu đồ lưu

lượng tạo lòng (theo cách hiểu của N I Makaveev) là khác

nhau đối với các nhánh sông khác nhau Tại nhánh nhiều nước

hơn - Enhixây lớn - dòng phù sa lớn nhất diễn ra khi lưu lượng

nước nhỏ hơn so với nhánh ít nước hơn - Kamen Enhixây

Trong trường hợp như thế này có thể có ưu thế phát triển của

nhánh ít nước và ngưng trệ ở nhánh nhiều nước Sự tác động

qua lại của các nhánh trong lòng sông nhiều nhánh và phân bố

lại dòng nước giữa chúng theo thời gian gây ảnh hưởng lớn đến

xu thế phát triển các nhánh khi thay đổi chế độ thuỷ văn Các

tính toán được tiến hành cho châu thổ Enhixây khi điều tiết

dòng chảy bằng các hồ chứa bậc thang chứng tỏ rằng do sự thay

đổi biểu đồ lưu lượng tạo dòng tại một số nhánh tăng lưu lượng

nước, với nó diễn ra dòng phù sa cực đại Các nhánh như vậy sẽ

hoạt động tích cực Tại các nhánh khác, dòng phù sa cực đại

diễn ra với lưu lượng nước nhỏ hơn so với dòng không bị phá

huỷ Điều này làm tăng khả năng lầy hoá nhánh sông [1] Hình thái học và động lực học lòng sông được phân nhánh xác định bởi tình trạng các yếu tố thuỷ lực chi phối các dạng sóng cát lòng dẫn trong chuỗi bậc thang, chúng được ổn địn trình thành tạo bãi bồi Nếu sự ổn định như thế diễn ra trên mực cấu trúc của sóng cát lớn nhất thì hình thành nên các lòng sông với các dạng siêu lớn: phân nhánh các sông song song hoặc là bãi bồi nhiều nhánh, hoặc gần với cửa sông, tính đa nhánh vùng châu thổ Nếu như hình dạng lòng dẫn được xác

định bởi các dạng lòng dẫn ổn định trên mực cấu trúc các sóng cát lớn thì xuất hiện lòng dẫn đơn nhất với sự phân nhánh đơn giản kèm theo, nếu bãi bồi được cấu tạo trên toàn bộ tổ hợp sóng cát lớn Khi đó lượng nhánh chính phụ thuộc vào tỷ số b/L2 : với b/L2 < 5,0 lòng dẫn sẽ uốn khúc; 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 hiện diện củấcc bậc thang sóng cát lớn làm phức tạp hình dạng lòng dẫn Sự phân nhánh hỗn loạn và phức tạp diễn ra trên các sông nơi có quá trình ổn định và thành tạo bãi bồi bao phủ cả những sóng cát trung bình Lấy ví dụ như sông Obi ở vùng cửa sông Anui (Hình 4.6)

Hình 4.6 Hình thái học tổ hợp địa hình lòng dẫn thượng nguồn sông Obi ở

vùng cửa sông Anui

1 - đáy bùn; 2 - nước nông; 3 - gờ và đụn; 4 - đảo

Tại đây phổ biến rộng rãi các dạng đáy - gợn sóng (L ~

2,5m); đụn (L ~ 20m), vùng lồi (L ~ 70m) [89] Các sóng cát

trung bình với bước sóng L ~ 250m được phơi khô vào mùa kiệt

trở nên đa dạng như là cù lao và mô cát Nhiều dạng kích thước

như vậy được phủ bởi aluvi bãi bồi, ổn định và chuyển hoá

thành các đảo không lớn và xác định luôn hình dạng lòng dẫn

Các đảo kích thước trung bình (L ~ 1100m) cũng được gộp vào

mực cấu trúc các sóng cát trung bình, chính chúng đã xác định

hình dáng lòng sông thượng nguồn sông Obi Chỉ các đảo lớn và

các mảng đảo (L ~ 3000m) mới thưộc mực cấu trúc sóng cát lớn

ự kết dính các đả

lòng dẫn tập trung hẹp [9] có bước sóng

thuộc vào loại sóng cát lớn nhất

4.4 Các nhân tố xác định hình dạng lòng dẫn

Hệ thống dòng chảy - lòng dẫn là cơ sở cho thảo luận này

Đối với một đoạn lòng dẫn trong một thời khoảng trung bình

đặc trưng không chịu sự thay đổi đơn hướng, sự hao hụt năng

lượng ε0 có thể biểu diễn qua các tham số ngoại của hệ thống -

lưu lượng nước Q và góc nghiêng mặt nước l:

gQI

o =ρ

Mặt khác, sự tiêu ao năng lượng có thể biểu diễn qua các

tham số nội của hệ thống Theo tiên đề của A N Komogorov

tiêu hao năng lượng riêng ε ( '3) / λ

u k

ợng rối; λ - tỷ lệ tuyến tính đặc trưng của hệ; k - hệ số Tiên đề này đưa ra từ lý

phương trung bình được xácđịnh theo năng lư

thuyết đồng dạng hoàn toàn tương ứng với thể hiện ở dạng

thành phần tiêu tán của phương trình thuỷ lực:

F U

= ε

H

với U - vận tốc trung bình của dòng chảy, H - độ sâu trung bình, F - diện tích mặt cắt ướt, ρ và g - mật độ nước và gia tốc rơi tự do

Hệ số kháng C0 lại chính là một hàm phức tạp của các nhân tốc ngoại sinh của quá trình lòng sông và hình thái lòng dẫn

(H/D;H/h ;L /h ;L /L ;b/H )

f

Từ công thức (4.1) và (4.2) ta nhận được:

Giá trị Q và I0 được cho the F

HP

U C

1

2 o

kiện trong hệ thống mực cao hơn hệ thống dòng chảy - lòng sông

dẫn với Q và I0 không đổi có thể gặp trong các sự kết hợp

đa dạng Xuất phát từ số liệu của công trình [116] hệ thống dòng chảy - lòng sông có tối thiểu là 8 bậc tự do: chiều rộng lòng

hất tới bờ gần nhất

ba; độ sâu cực đại Hm; độ uốn khúc (độ phân nhánh) P; độ cao

t số bậc địa hình lòn

Chúng hầu như không thay đổi theo tỷ lệ trung bình thời gian vài chục năm Đồng thời các tham số hình thái học của lòng

dẫn b; độ sâu H; khoảng cách từ đường sâu n

át hr; chiều dài sóng cát Lr; vị t g cát LH Vì

nên số bậc tự do (đặc trưng hình thái lòng sông và dạng lòng dẫn) tăng thêm nhiều Điều này phù hợp với số lượng vô hạn các trạng thái cân bằng của hệ thống Các tính toán cơ bản chứng tỏ rằng nếu chỉ biết các giá trị Q và I0 thì dạng hình thái của lòng dẫn là không xác định Trên hình 4.7 chỉ ra miền tồn tại các dạng lòng sông (trong toạ độ độ cong và độ rộng tương đối b/H)

với Q = 100 m/s, I0 = 0,0003, hệ số nhám n = 0,02 và các vận tốc

dòng chảy trong khoảng 0,6 - 2,5 m/s Tại miền này phân bố chủ

yếu các dạng hình thái lòng sông : thẳng, cong và phân nhánh

[85]

Đồng thời một số yếu tố chứng tỏ rằng dạng hình thái mỗi

lòng sông cụ thể rất ổn định Thí dụ, đoạn uốn khúc của sông

Istuit ở trung lưu Uelse vào tháng 10 năm 1969 được nắn thẳng

và chuyển thành kênh, tuy nhiên chỉ sau một năm đoạn sông

lại phục hồi sự uốn Trong lòng dẫn sông này từ năm 1800 đến

1920 lấy nước để sản xuất khoáng sản Kết quả là lòng dẫn hẹp

đơn nhánh uốn khúc vào năm 1904 biến thành lòng dẫn rộng

hơi cong với các cù lao và các nhánh trên bãi bồi Nhưng sau

khi chấm dứt các tác động nhân sinh thì hình thái nguyên thuỷ

của lòng dẫn lại được phục hồi và đến năm 1978 lòng dẫn của

sông

Các biến độc lập

lại hẹp và đơn nhánh (tuy vẫn còn hơi cong) [121] Thậm

chí tại sau đập thuỷ điện, không xét tới sự tái tạo địa hình lòng

dẫn, dạng hình thái lòng dẫn đôi khi cũng không thay đổi Ví dụ

ở sau đập thuỷ điện Novosibia trên sông Obi trên đoạn 10 km

xói sâu lòng dẫn trở thành đa nhánh, mặc dầu trên một số khu

vực diễn ra sự phức tạp hoá các dạng đang tồn tại, còn trên một

số khu vực khác - thành tạo mới các mép phân nhánh [95]

Cũng khá tập trung theo thời gian kích thước các thành phần

riêng rẽ của lòng sông và các dạng lòng dẫn, lấy trung bình cho

các thời đoạn đặc trưng biến đổi nhiều năm của dòng chảy Chỉ

do thay đổi dòng chảy nước và phù sa rất lớn, hoặc là cảnh

quan lưu vực, dạng hình thái học lòng sông một con sông cụ thể

mới thay đổi rõ rệt

Mâu thuẫn giữa số lượng vô hạn các mối liên kết các

thành tố địa hình lòng sông với tính ổn định lớn của hình thái

học lòng sông cụ thể, từ khía cạnh thứ nhất và tính tập trung

kích thước các tham số hình học chính của nó, từ khía cạnh

khác được giải thích bởi sự hiện diện một lượng lớn các nhân tố

tự nhiên mà chúng kiểm soát các tham số hình thái lòng sông,

từ một phía và tính xác định địa lý chế độ lòng dẫn sông ngòi,

từ phía khác

Bảng 4.1 Các nhân tố quá trình lòng sông cần thiết để tính toán các thành

tố hình thái lòng sông

Các biến phụ thuộc (Từ số thành tố hình thái lòng dẫn)

Công thức tính toán Từ số thành

tố hình thái lòng dẫn

Từ số nhân tố quá trình lòng sông

hr (2.49)*;(3.1)**; (3.6)**

b, H, P D, σ, ρ s , ρ w+, đường

quá trình,

P (4.95)*; (4.129)*;

H

D, σ, ρs, ρw+, đường

Lr

quá trình, H , T,

0

tính chất địa chất công trình, thảm

b, H, hr,

B

t o C, Q, I , S, các

thực vật

nước

Như trên

b, P, h r , L r u vực, chế mạo

Như trên + cảnh quan lư

độ thuỷ văn dòng chảy, lịch sử phát triển thung lũng

Chú giải: 1 D - đường kính trung bình của đất đáy phương đất đáy; ρs, ρw- - mật độ đất đáy và mật độ nước ; lửng; HB - độ cao bờ; t o C - nhiệt độ nước; T - thời gian phát ốn; 2 Ký

u "*" - đánh số ình [90]; ký hiệu h số công thức trong sách nà

; σ - độ lệch quân

S - nồng độ phù sa lơ triển khúc u

hiệ công thức trong công tr

y

"**" - đán