t lớn có kích th−ớc cỡ chiều rộng của dòng sông.
Mù
sóng (1), đụn cát (2) và cồn cát (3) với việc tính (a) và không tính (b) độ phức tạp của tổ hợp sóng cát.
Các sóng cá
c cấu trúc này đ−ợc tạo nên nh− là các dạng sóng cát phức
tạp cấu tạo bởi aluvi lòng sông – các sóng cát dải, cồn, cù lao cũng nh− các dạng sóng cát phủ bởi aluvi bãi bồi.
Các điều kiện hình thành địa hình lòng sông địa phương và khu vực gây ảnh h−ởng
đến hình thái học và
động lực học các sóng cát lớn, đến tính phức tạp của cấu tạo của chúng, đến tỷ lệ của các dạng đáy lớn và nhỏ.
Cách tiệm cận thực nghiệm nghiên cứu các sóng cát lớn dẫn tới sự phân loại hình thái học và hình thái động lực học rất phức tạp [90], chúng gây nên phiền phức không kém khi chuyển sang đối t−ợng thiên nhiên khác. Cần thiết phát triển lý thuyết thành tạo các sóng cát lớn, tìm kiếm cơ sở lý luận của quan hệ các tham số hình thái chính của chúng với các đặc tr−ng thuỷ lực của dòng sông.
Trong xấp xỉ đầu tiên bài
hệ phương trình (2.11) trong miền cực trị địa phương của vận tốc tăng trưởng biên độ xáo trộn cao trình đáy, được xác định bởi chiều dài và chiều rộng của sóng cát xác suất lớn nhất. Giải phương trình (2.25) trong đới vận tốc dòng sông U =0,5...3,0 m/s, độ sâu H =0,5...50 m, đường kính đất đáy 0,1–100 mm, hệ số trong công thức I. L. Rozovski 1/β 1–20 chỉ ra (hình 3.16) rằng chiều d của sóng cát lớn tăng cùng sự tăng độ sâu dòng sông và giảm với sự tăng vận tốc dòng sông và độ nhám của nó. Chiều rộng các sóng cát lớn đ−ợc xác định bằng hệ thức cường độ hoàn lưu nagng và độ nhám dòng sông . Đồ thị như
trên hình 3.16 có thể xấp xỉ bằng các công thức:
1 1 1 0,21Co2HFr ,
L = − víi 0,07 Fr 0,5 ài cực đại
≤
< ; (3.13)
( ,Fr)
exp H C ,
L1 =21 o2 −31 víi 0,5<Fr≤0,9;
( ) 2 −1 (3.14)
2
1/L = β/gCo L
Hình 3.17. Hình thái học lòng sông với các tỷ số khác nhau của chiều rộng dạng lòng sông L2 và chiều rộng lòng dẫn b
1-. b/L =
Sự phân bố các dạng trong lòng dẫn phụ thuộc vào tỷ số
Hình 3.16. Phụ thuộc chiều dài sóng cát lớn
5
=0, ; 2. b/L2 =1,0; 3. b/L2 =1,5; 4. b/L
2 2 2,0
toán này đ−ợc giải bằng khảo sát số
chiều rộng của sóng cát lớn thống trị L2 và chiều rộng lòng dẫn b:
việc tăng
phổ hai chiều liên L2
/
φ b , nếu nh− Kφ ≤0,5 thì trong lòng dẫn tạo nên các dạng đáy phụ phân bố dọc theo bờ theo trật tự các ô cờ. Cùng với Kφ trong c của dạng đáy phụ tạo nên các dòng nhánh phụ, còn với Kφ =1,0 kết thúc việc tái tạo lòng dẫn với các l−ới cù lao. Trong khoảng 1,0<Kφ <1,5 l−ới cù lao kết hợp với các dạng đáy phụ gắn với các bờ v.v.. (hình 3.17). Do các sóng cát lớn đ−ợc đặc tr−ng bằng tục với các dạng quy mô khác nhau nên việc tập trung hoá các dạng bị phức tạp (hình 3.18)
K =
phÇn gè
Hình 3.18. Hình thái học các sóng cát lớn tính toán với việc tính đến phổ biên độ liên tục của cao trình đáy
thụ động. động sóng cát lớn dịch chuyển nh−
n bắt đầu . Lisl [122]
mô
áng dòng sông trên chúng. Nếu nh− sóng dài trên bề mặt
hạ lưu
1. cù lao và dạng đáy phụ; 2– đáy lạch (các đường đồng mức qua đơn vị độ sâu Nig
tương đối) 3. bờ lòng dẫn
Các sóng cát lớn có thể tồn tại ở tạng thái chủ động hoặc Với sự phát triển chủ
là một thể thống nhất và thể hiện sự phản chiếu trong đáy xói lở của dòng sông tạo nên cấu trúc xoáy của nó. Trạng thái
phát triển chủ động của các sóng cát lớn đ−ợc thực hiện chỉ trong thời gian lũ lớn. Trong các thời kỳ đó hình thành kích thước đặc trưng các thành tạo tích tụ này – chiều dài và chiều rộng. Chiều cao các sóng cát lớn tăng với sự tăng của lưu lượng n−ớc cũng nh− là các sóng cát vừa và nhỏ.
Tuy nhiên sau khi nâng cao bởi vận tốc dòng sông các giá
trị ng−ỡng sự bào mòn cả các sóng cát lớ
tả một trận lũ lớn trên các con sông nhỏ của Caliphornia, khi các bãi vắt bị bào mòn, các lũng sâu bị phủ bởi phù sa.
Chiều rộng lòng dẫn tăng lên, biên độ các sóng cát lớn giảm đột ngột. Theo mức độ rút xuống của lũ dạng địa hình đầu tiên đ−ợc xác lập.
Chỉ tiêu trạng thái chủ động của sóng cát lớn là hình dạng mặt tho
dòng sông nằm đối pha với sóng dài cao trình đáy sông và
điều này chỉ ra sự dịch chuyển chủ động của các sóng cát lớn do sự bào mồn trong các lạch và tích tụ trên các bãi vắt. Tình huống này đã nhận đ−ợc ở lòng sông Niger mùa thu năm 1957 vào thời kỳ lũ với lưu lượng nước cực đại 37000 m3/s. trong thời kỳ diễn ra trận lũ thấp hơn năm 1978, với lưu lượng nước cực
đại 20000 m3/s mặt thoáng của dòng sông là hầu nh− bằng phẳng, góc nghiêng đồng đều cả ở lạch và cả ở bãi. Sự dịch chuyển chủ động của sóng cát lớn không quan trắc đ−ợc.
Nh− vậy, động lực học sóng cát lớn phần nhiều đ−ợc xác
định bởi chế độ thuỷ văn của sông ngòi. Trong lòng dẫn
er các dạng đáy phụ đ−ợc hình thành ở các chỗ giãn cục bộ của lòng dẫn, th−ờng là ở phía các bờ. Trong những năm nhiều n−ớc ở đây diễn ra sự bứt phá dòng khỏi bờ, tạo nên một vùng n−ớc yên tĩnh hoặc thậm chí là vùng chảy ng−ợc. Diễn ra sự tích tụ phù sa và tạo nên dạng đáy phụ . Trong thời kỳ nhiều nước trong chu kỳ nước nhiều năm của sông ngòi các dạng đáy phụ
phát triển về kích th−ớc và bắt đầu dịch chuyển xuôi theo lòng dẫn với vận tốc 100- – 150 m/năm. Trên các đoạn uốn của lòng dẫn chính hay tại chỗ lộ diện đất đá gốc các dạng đáy phụ này th−ờng chia cắt dòng chính và tạo thành cù lao. Nếu nh− dạng
đáy phụ ở rìa bờ xảy ra vào thời kỳ nước ít trong chu kỳ nước, thì vào những năm nước ít tiếp theo dạng đáy phụ bị bào mòn.
Trong vòng một năm thuỷ văn cũng diến ra sự chuyển hoá khá
rõ của dạng đáy phụ này với cù lao. Vậy nên cù lao tại trạm Adjaokut (xem hình 2.3) vào mùa lũ đ−ợc phủ một lớp n−ớc 3 –4 mét. Hướng dòng trên đó xác định bởi sự tập trung các bờ bãi bồi. đến 56% tổng lưu lượng nước đi về phía nhánh phải, thẳng hơn. Mũi cù lao thiên về phía trên dòng chảy, thỉnh thoảng chập vào bờ phải tại miền tiếp cận của nó. Đuôi cù lao kéo về xuôi dòng (đến 200 m riêng năm 1978). Vào mùa kiệt cù lao nổi lên và hình dạng của nó xác định hướng dòng trong dòng sông.
Tăng lưu lượng nước về nhánh cong hơn bên trái (52% tổng lưu l−ợng). Mũi cù lao bị xói. Trong năm ít n−ớc đuôi cũng bị xói và khí đó cù lao bị giảm kích thước. Với mùa kiệt nhiều nước cù lao dịch chuyển xuôi dòng (đến 250 m các năm 1978–1979).
Đối với sóng cát lớn đặc tr−ng nhất là sự phát triển thụ
động, khi mà sóng cát lớn có cấu tạo phức tạp, bề mặt của nó mô
phá
hiện do sự phân hoá độ sâu và vận tốc dòng sông
mặt
ên các cơ sở sau: 1) miền sóng cát
tục. Tuy nhiên độ rộng của kha
ng tổ hợp sóng cát cấu tạo bậc thang. Sóng của bề mặt thoáng nằm cùng pha với sự thay đổi cao trình đáy. Diến ra sự bào mòn thân các bãi vắt và tích tụ ở các lạch. Đồng thời với sự dịch chuyển các dạng đáy nhỏ hơn trên thân các sóng cát lớn tạo nên phù sa mà kết quả là nó tr−ợt xuôi dòng thụ động do tích tụ các phù sa đó ở mái dưới. ảnh hưởng của sóng cát nhỏ và vừa
đến hình thái học và động lực học của sóng cát lớn với sự dịch chuyển thụ động của sóng cát lớn đã đ−ợc N. S. Znamenski [26]
nghiên cứu chi tiết.
Đến lượt mình, ảnh hưởng của sóng cát lớn đến sóng cát
nhỏ và gợn sóng thể
trong phạm vi sóng cát lớn. Cho nên trên thân sóng cát lớn các sóng cát nhỏ ít hơn so với trên các mái th−ợng. Trên các mái d−ới các sóng cát nhỏ th−ờng không tạo thành do tính bất ổn
định của đất đá ở mái cong. Trong các rãnh giữa các sóng cát lớn dưới mái cong thường hình thành vùng lắng đọng, nơi tập hợp các phù sa nhỏ, và trên các đất đá hạt nhỏ tạo nên các sống.
Các sóng cát lớn là các thành tạo lòng dẫn tương đối ổn
định. Trong các điều kiện khí hậu cảnh quan thuận lợi trên bề của chúng xuất hiện thảm thực vật, cấu tạo nên lớp mùn mỏng, tạo nên bãi bồi. Các dạng sóng cát lớn của địa hình lòng dẫn – các dạng đáy phụ và cù lao – trở nên các dạng vĩ mô bền vững hơn – các mảng bồi ở phía bờ lồi và đảo. Tuy nhiên không chỉ có sóng cát lớn mà cả sóng cát vừa cũng có thể đ−ợc ổn định trong quá trình thành tạo bãi bồi.
Sự phân chia các sóng cát lớn thành các mực cấu trúc riêng của địa hình lòng dẫn đ−ợc chia tr
lớn đặc thù hình thái từ các miền mực cấu trúc khác của dạng lòng dẫn trên phổ lý thuyết hai chiều và các phổ thực nghiệm một chiều; 2) đối với sóng cát lớn dạng quan hệ kích thước với các đặc trưng thuỷ lực chính khác với các quan hệ tương tự của sóng cát nhỏ và rất nhỏ; 3) đối với sóng cát lớn đặc tr−ng bởi sự kéo dài không lớn của trạng thái chủ động và thống trị bởi trạng thái thụ động, dẫn tới việc xuất hiện trong động lực học của nó các quy luật chi phối bởi hình thái học và động lực học của các dạng lòng dẫn bé hơn.
Phương pháp xáo trộn nhỏ đối với miền phát triển sóng cát lớn dẫn đến phổ hai chiều liên
ỏng chiều dài xáo trộn không ổn định tạo ra khả năng (cúng giống các trường hợp sóng cát vừa và nhỏ) tạo dạng đáy ngắn hơn trở thành dài hơn và thành tạo các sóng cát lớn ở các mực
thang khác nhau.