Kanavan harjanne - pitkänomaisen pohjan kohokuvion lisäys, joka tapahtuu vesistöjen kanavissa , jotka kuljettavat pohjasedimenttejä .
Pohjaharjanteiden liikkeessä on useita vaiheita:
Litteän kuluneen pohjan siirtyessä aaltomaiseen muotoon sedimentin virtaus muuttuu .
F. M. Exner (Exner FM, 1920), N. Kramer, V. N. Goncharov (1938), M. A. Velikanov (1948b) antoivat merkittävän panoksen pohjasedimentin tunkeutumisen teoriaan ja kohokuvioiden (harjujen ja dyynien
Hiekkaharjujen muodostumista koskevien kohdennettujen laboratoriotutkimusten aloittivat P. Dubois vuonna 1879 ja sitten J. Deacon. Harjujen kokeellisia tutkimuksia suorittivat J. Gilbert (1914), M. A. Velikanov ja N. M. Bochkov (1931), V. N. Goncharov ja G. V. Lapshin (Goncharov V. N., 1938), V. F. Pushkarev (1948), D. Bogardi (1974). ), V. S. Knoroz (1959), N. A. Mikhailova (1966), D. Allen (1969), N. S. Znamenskaya (1968). E.M. Minskyn (1935) kokeet suoritettiin tuulitunnelissa ilman kanssa. Täydellisimmän luonnollisen tutkimuksen harjuista jokien virtauksissa suorittivat G. I. Shamov (1935), A. K. Proskuryakov ja B. V. Proskuryakov (1938), K. I. Rossinsky ja I. A. Kuzmin (1950), B. Colby ja C. Humphrey (1955), H. Einstein ja N. Chain (1955), Yu. M. Korchokha (1968), N. M. Kapitonov et ai. (1974). K. I. Rossinsky ja I. A. Kuzmin (1950) tutkivat hiekka-aaltojen muodostumisen yhteyttä virtauskanavassa ja kanavan konfiguraatiota suunnitelmassa.
Yksityiskohtaisia katsauksia ja bibliografioita, jotka on omistettu pohjaharjanteiden kenttä-, laboratorio- ja teoreettisille tutkimuksille, on esitetty N. A. Mikhailovan (1966), N. S. Znamenskajan (1968), B. A. Shulyakin (1971) teoksissa.
Harjanteen kohokuvioiden muodoille on olemassa useita luokituksia, joissa erityisesti näiden muotojen synty, niiden morfologinen rakenne ja suhteellinen koko on annettu joidenkin muotojen erottavina piirteinä muista (Makkaveev N. I., 1955; Kondratiev N. E. et al. ., 1959; Karaushev A. V., 1960; Grishanin K. V., Kondratiev N. E. et ai., 1972; 1982; Sidorchuk A. Yu., 1992; Alekseevskiy N. I., 1998; Alekseevskiy, Chalov N. I. 0.1).
On olemassa useita empiirisiä kaavoja, jotka yhdistävät harjanteiden koot virtausten hydraulisiin elementteihin (Mikhailova N.A., 1966), ja useita hypoteeseja harjanteiden muodostumisen syistä. Noin kaksikymmentä luokitustaulukkoa on ehdotettu, joissa harjanteiden muotojen väliset erot liittyvät virtausparametreihin (Rossinsky K.I., 1972, s. 22).
Tällä hetkellä olemassa olevat harjanteen muodostumisprosessin mallit voidaan jakaa ehdollisesti seuraaviin ryhmiin: turbulenttiset teoriat, jotka yhdistävät harjanteiden muodostumisen nopeuden vaihteluihin turbulentissa virtauksessa (M. A. Velikanov, N. A. Mikhailova, K. I. Rossinsky, I. A. Kuzmin), pyörteiden teoriat, jotka olettaa, että virtauksessa on liikkumattomia pyörteitä, jotka pyörivät kuin kiinteä kappale (N. T. Povalo-Shveikovsky (1938), AJ Raudkivi, K. V. Grishanin), kaksivaiheisen ja yksivaiheisen virtauksen stabiilisuutta tutkivat teoriat (Candoll, Lui Hsin -Kuan, B. F. Snishchenko).
MA Velikanov (1949) yhdisti harjanteiden alkuperän mikromittakaavan turbulenssin olemassaoloon. Tämän teorian mukaan matalataajuisten nopeuspulsaatioiden vaikutuksesta tasaisen pohjan tulisi saada harjanteen muoto. Vuonna 1948 V. M. Makkaveev pohti värähtelevien prosessien tutkimukseen pohjautuen turbulenttisessa virtauksessa ongelmaa, joka liittyy pohjan kohokuvion muodostumiseen ajoittain toistuvilla muodoilla. Vuonna 1953 F. I. Frankl ehdotti teoreettista mallia harjujen muodostumiselle ja vuosina 1963 ja 1969. – Kennedy. He yrittivät selvittää syyn jaksollisten rakennemuotojen esiintymiseen pohjassa ja selittää niiden muodostumisprosessia. Nämä kirjoittajat näkevät tämän syyn virtausrakenteen ominaisuuksissa, mutta he lähestyvät ongelman ratkaisua eri tavoin. Exner (Exner FM, 1925) korosti samankaltaisuutta tämän ilmiön ja aavikon hiekkadyynien välillä, joiden muoto on suunnilleen sama kuin joen hiekkaharjut.
Jotkut kirjoittajat (Exner FM, 1925; Kondratiev NE et al., 1959) pitävät harjuja keskimääräisten virrannopeuksien vaikutuksena pohjaan. Ilmeisesti harjanteiden muodostumiseen vaikuttavat sekä keskimääräiset virtausnopeudet että pulsaatiokomponentit. Itse virtauksen kinemaattinen rakenne muuttuu harjujen muodon kehittyessä (K. I. Rossinsky, I. A. Kuzmin, 1958).
Harjanteiden muodostumisen edellytyksenä on joen tulvapohja tai riittävän suuri veto (kanavaa muodostavien) sedimenttien valuma. Viron erodoitumattomaan (esimerkiksi kiviseen) pohjaan, jossa on pieni määrä vetosedimenttiä, muodostuu "puutteellisia" harjuja (Debolsky, Kotkov, 1977).
V. K. Debolsky ja S. M. Antsyferov (1968) pitävät pohjamuotojen muodostumisen syynä alkuperäisiä pohjan epäsäännöllisyyksiä, jotka luovat nopeusprofiiliin epäjatkuvuuksia ja muodostavat kiinnittyneitä mikropyörteitä, joiden toiminta johtaa pohjamuotojen kehittymiseen. Muiden näkemysten mukaan (Shulyak B.A., 1971; Raudkivi AI, 1963) ne kehittyvät satunnaisista pohjan epäsäännöllisyyksistä aiheuttaen rullausvirtojen ilmaantumista virtaan.
Useat kirjailijat (Grishanin K.V., 1974; Kennedy JF, 1969) yhdistävät pohjamuotojen alkuperän matalaamplitudisten aaltojen kehittymiseen virran pohjalla ja vapaalla pinnalla vesivirran liikkeen yleisen epävakauden olosuhteissa. .
Suuri joukko tutkijoita yhdistää harjanteiden kehittymisen turbulenssiin ja sen ominaisuuksiin. Tätä ajatusta kehitti merkittävästi M. A. Velikanov (1948b) tukeutuen energian minimihäviön periaatteeseen: "Yleisesti ottaen hiekkapohjan, vaikka se alun perin tasainenkin, on väistämättä otettava epäsäännöllinen aaltoileva muoto myrskyisen virtauksen vaikutuksesta" ( M. A. Velikanov, 1948a, s. 482). Tästä ei voi täysin yhtyä, kun otetaan huomioon, että joen pohjan tilaa on useita ja sedimenttien liikkumistapoja on useita. "Flow-channel" -järjestelmä ei ota yhtä muotoa, vaan erilaista, mutta vastaa ulkoisia vaikutuksia. Hypoteesin kanavamuotojen turbulenttisesta alkuperästä kehitti myös N. A. Mikhailova (1966).
Viime aikoina tätä ajatusta on kehitetty K. V. Grishaninin (1979) ja B. F. Snishchenkon teoksissa (Kondratiev N. E. et al., 1982). K. V. Grishanin saa pohjan muodonmuutosyhtälön lyhyitä aikoja varten, alkuperäisen pienen muodonmuutoksen arvon, pienen muodonmuutoksen arvon tarkasteltaessa kanavavirtauksen liikettä, joka on esitetty mahdollisten translaatio- ja pyörreliikkeiden yhdistelmänä. useiden hiekkajyvien kokoon ja selittää harjanteen profiilin epäsymmetrian syyn kiinnittyneen pyörteen vaikutuksesta.
"Turbulentin" hypoteesin kannattajat uskovat, että harjuiksi kehittyvien alkuperäisten epäsäännöllisyyksien lähde on virtauksen turbulenssi. Uskotaan, että juuri hän tarjoaa harjanteille ominaisen selkeän jaksollisuuden niiden esiintymisen alusta alkaen.
A. Yu. Sidorchuk (1992) havaitsi laajan luonnonmateriaalin analysoinnin jälkeen, että turbulenttien pyörteiden monimutkainen rakenne näkyy koko kanavan kohokuvioiden hierarkiassa - suurista kanavan leveyden mukaisista harjuista (makromuodot) pienimmät harjumuodostelmat, jotka muodostavat tuhannesosan sen osuudesta (mikromuodot) (Alekseevskiy N.I., Chalov R.S., 1997). A. N. Lyapin (1956) ja sitten O. N. Melnikova (1997) pitävät paikallaan olevia (seisovia) aaltoja vesivirran pinnalla syynä pohjaharjanteiden muodostumiseen. Pysyviä aaltoja havaitsivat N. E. Kondratiev ja O. V. Makrinov (1953) sekä A. A. Levashov ja I. A. Levashova (2003). O. N. Melnikova uskoo, että virran aaltojen parametrit, joilla on tunnetut ominaisuudet, määrittävät virran pohjassa olevien harjujen parametrit (Melnikova O. N., 1997).
A. N. Lyapinin (1956) kokeissa jaksollinen aallonmuodostusprosessi aiheutettiin keinotekoisesti kynnyksen, suojan yms. ympärillä olevalla virtauksella. Kokeissa oli kuitenkin tapauksia, joissa virtaus erotettiin suojasta pitkäksi aikaa. aikaa eikä koskettanut sen alareunaa, eikä myöhempiä aaltoja havaittu. Samanlaisen ilmiön havaitsi B. A. Bakhmetev, jonka hän mainitsi erityisesti kuvaillessaan niitä (1928).
Samanlaista aaltoilevaa liikettä esiintyy hyvin usein luonnollisissa jokiuomissa, joissa on suuri pituuskaltevuus ja eroosoitunut pohja. Samaan aikaan nämä liikkeet ovat niin vakaita, että ne ilmaantuvat keinotekoisesti häirittyinä, ja tällaisen aaltoketjun alussa ei yleensä ole vieraita esineitä (Lyapin A.N., 1956).
O. N. Melnikova suoritti kokeita, joissa veden pinnalle muodostui harjuja uon alaosaan paikallaan olevien aaltojen alla. Virran yläosassa, jossa ei ollut paikallaan olevia aaltoja, pohja pysyi tasaisena (Melnikova O.N., 1997). Suurin rinteillä alueilla, joilla Frouden luvut ylittivät kriittiset luvut, syntyi pysähtyneiden aaltojen järjestelmä veden pinnalle ja harjut siirtyivät ylävirtaan. A. N. Lyapinin vastaavien havaintojen tulokset ylikriittisissä luonnollisissa virroissa on julkaistu työssä (Kondratiev N. E. et al., 1959). Harjanteen pituussuuntainen koko korreloi paikallaan olevan aallon pituuden kanssa. Harjanteet muodostettiin tasaiselle pohjalle jo olemassa olevan kiinteän aallon alle (Melnikova O.N., 1997).
Hypoteesi rakeisen väliaineen pinnan jaksottaisten muodonmuutosten syistä (suhteessa lumen liikkeeseen) sisältyy A. K. Dyuninin (1962, 1963) teoksiin, jotka todistavat kiinteän virtauksen makropulsaatioiden väistämättömyyden johtuen tosiasia, että kun virtaus on kyllästetty kiinteillä hiukkasilla, se menettää ajoittain kuljetuskykynsä, mikä johtaa erilaisten mikroreljefin muotojen muodostumiseen.
A. F. Kudryashov (1949) ehdotti hypoteesin säännönmukaisuuksien ykseydestä, jolle kuvatut spontaanit muodostelmat elävässä ja elottomassa luonnossa ovat, ja hän on perustellut sitä useiden vuosien ajan. Sen ydin on kalojen rungon muodon ja suomupeitteen samankaltaisuus pintojen muodon kanssa, jotka muodostuvat spontaanisti turbulenttisesta virtauksesta jokien uomissa, minkä vahvistaa erityisesti morfometrisiä ja dynaamisia parametreja kuvaavien yhtälöiden yhtenäisyys. sivuvirroista ja kaloista. Ehkä tämä antaa aiheen pohtia paitsi sivusuunten analogiaa kalojen kanssa, myös mutkittelua käärmeiden kanssa, haaroja hämähäkinseittien kanssa jne.
Hiekkaaalloilla on keskeinen rooli kanavaprosesseissa . Ensimmäiset yritykset yhdistää jokien hiekka-aallot kanavaprosessien yleiseen kulkuun tehtiin viime vuosisadan lopulla ja tämän vuosisadan alussa N. S. Lelyavsky (1893), V. M. Lokhtin (1897), Blazius (1910). Monet Neuvostoliiton tutkijat kiinnittävät huomiota kanavamuotojen ja hiekkaaaltojen liikkeen väliseen yhteyteen - M. A. Velikanov, K. I. Rossinsky ja I. A. Kuzmin, N. I. Makkaveev, N. E. Kondratiev, I. V. Popov, N. S. Znamenskaya ja muut. Tätä asiaa pohdittiin yksityiskohtaisesti N. S. Sharashkina, joka aloitti ensimmäisenä Neuvostoliitossa kanavaprosessien tutkimisen laboratoriomikrojoilla (Kromskaya T. P. et al., 1970).
Havaintoja hiekkaharjuista ja jokien mutkittelun luonteesta on esitetty A.F. Kudryashovin ja Kinoshitan teoksissa, joissa mutkittelevia olosuhteita tarkastellaan hiekka-aaltojen muodostumisen näkökulmasta. K. I. Rossinsky ja I. A. Kuzmin (1950) tutkivat hiekka-aaltojen muodostumisen yhteyttä virtauskanavassa ja kanavan konfiguraatiota suunnitelmassa. I. I. Levi, K. I. Rossinsky, N. S. Znamenskaya, B. A. Shulyak antoivat suuren panoksen hiekka-aaltomallinnuksen alalla.
V. S. Knoroz (1949, 1951, 1960) osoittaa, että harjanteiden koot ja niiden nopeudet eivät ole vakioarvoja, vaan vaihtelevat joidenkin tietylle virtausjärjestelmälle tyypillisten keskiarvojen ympärillä. Jos virtaukseen tulevan kiinteän aineen määrä ylittää sen kuljetuskapasiteetin, muodostumisprosessissa liikkuvia harjuja muodostuu koko ajan ja virtauksen vapaan pinnan kaltevuus muuttuu (Mikhailova N.A., 1966).
Vain harvoissa tapauksissa pohjatopografia vastaa ajatusta ihanteellisen muotoisesta harjanteesta, jolla on suhteellisen loiva yläkaltevuus ja jyrkkä hyppy pohjamerkkien siirtymisessä harjanteen muodostuksen yläosasta kellariin. Paljon useammin se on kokoelma eripituisia ja -korkuisia harjumuodostelmia, jotka muodostavat kanavamuotojen alisteisen hierarkian (Rossinsky, Debolsky, 1980; Alekseevsky, 1987).
Koon, suhteen virran leveyteen ja syvyyteen sekä keskenään kaikki kanavan harjanteet voidaan jakaa mikro-, meso- ja makromuotoihin. Kanavien harjanteen kohokuvion makromuotoihin kuuluvat suurimmat harjanteet, joiden korkeus ja leveys ovat verrannollisia kanavan syvyyden ja leveyden kanssa. Makromuodot määrittävät väylän kohokuvion päämuodon aiheuttaen muutoksia syvyydessä sekä joen varrella että poikki. Makromuotojen roolin muutoksen kanavaprosesseissa hydrologisen järjestelmän eri vaiheissa osoittivat K. M. Berkovich ym. (1983) luonnonmateriaalia käyttäen. Makromuotojen osat, jotka kuivuvat matalassa vedessä, voivat muuttua itse kanavan suuriksi yksityiskohdiksi (kuperat mutkit, saaret jne.), kun ne kasvavat umpeen (Alekseevskiy N.I., Chalov R.S., 1997).
Kanavan kohokuvion mikromuodot ovat hyvin pieniä harjamuodostelmia, joiden mitat (leveys ja korkeus) ovat suhteettoman pieniä kanavan mittoihin verrattuna. Ne liittyvät virtausnopeuden vaihteluihin lähellä pohjaa eivätkä vaikuta virtauksen rakenteeseen. Tällaisten harjanteiden korkeus vaihtelee muutamasta senttimetristä 20-30 cm:iin ja pituus useista kymmenistä senttimetreistä 10 metriin. Erotetaan myös ultramikromuotoja - harjanteita, jotka ovat enintään 2-3 cm korkeat ja jopa 10-25 cm. pitkä (Alekseevsky N.I., Chalov R.S., 1997).
Mesomuodot sisältävät harjanteita, joiden leveys on kymmenesosat ja sadasosat kanavan leveydestä. Hiekkaaaltojen muodossa olevat mesomuodot näkyvät selvästi väylän läheisillä matalilla ja rannikon matalilla osilla. Mesomuotojen muodostuminen liittyy lähes yksinomaan virtauksen makroturbulenssiin (Alekseevskiy N.I., Chalov R.S., 1997).
Kanavien pohjan harjanteen kohokuvion makromuodot vastaavat halkeamia - suuria tulvaharjuja, jotka ylittävät kanavan rannalta toiselle ja aiheuttavat supistusta yläpuolella olevalle alueelle matalan vedenkorkeuden aikana (Makkaveev N.I., 1955), sekä harjuja. jotka muodostavat 0,5-0,1 kanavan leveyden (sivuseinät, vardat, nauhaharjat, zastrugi) (Alekseevskiy N.I., Chalov R.S., 1997). Joilla, joissa on vähän uoman muodostavaa sedimenttiä, puutteellisten harjujen muodostuminen tai virtauksen suora kosketus kallioperään ja kallioväylän osien muodostuminen veistoksellisilla maamuodoilla (ylempi ja osittain keskimmäinen Lena, Vitim, ylempi Aldan, Angara, ylä- ja keski-Jenisei) ovat mahdollisia (Chalov R. S., 1997, s. 31).
Kaikkien sedimentin harjanteen liikkeiden huomioon ottamiseksi niiden valumista määritettäessä on kehitetty erityinen tekniikka (Alekseevsky, 1987), jonka mukaan suurimmaksi harjanteeksi pidetään sivuseiniä tai riffejä vastaavaa morfologista muodostumaa. (Alekseevskiy N.I., Chalov R.S., 1997). N. I. Alekseevsky (1987; Alekseevsky N. I., Gorbatenko A. V., 1989) merkitsee eri hierarkkisten tasojen harjanteita venäjän aakkosten kirjaimilla, kun taas kirjain "A" on osoitettu halkeamien sivuille - suuria harjuja ja pienempiä harjuja kuten niiden yksinkertaistamista ja pituuden lyhennyksiä on merkitty B:llä, C:llä, D:llä ja D:llä. Myös menetelmä erikokoisten harjujen (luokkien) peräkkäiseksi tunnistamiseksi pitkittäisprofiileista kehitettiin analysoitaessa harjanteen topografiaa Jenisein alajuoksulla (Babich D. B. et ai., 1983).