Mutkitella

Kokeneet kirjoittajat eivät ole vielä tarkistaneet sivun nykyistä versiota, ja se voi poiketa merkittävästi 9. maaliskuuta 2022 tarkistetusta versiosta . tarkastukset vaativat 7 muokkausta .

Meander - jokiväylän mutka (mutka), joka johtuu kivien vapautumisesta tai vallitsevista tuulista [1] .

Kuvaus

Kaaren kovera (ulompi) ranta on yleensä jyrkempi, kun taas kupera (sisä) on tasaisempi [2] .

Joskus joki oikaisee kulkuaan, ja sitten entisen väylän paikalle muodostuu holkkikaari .

Väyläprosessien tyyppiä , joka muodostuu joen uoman luonnollisesta kehittymisestä mutkitella, kutsutaan mutkitetuksi . Niemimaa, jota ympäröi joen kulku ja joka sijaitsee mutkan sisällä, on nimeltään spur . Vierekkäisten mutkien välinen kapea osa on mutkan kaula . Pankkien luonteen ja kiinnitysasteen mukaan mutkit jaetaan vapaisiin, viiltoisiin ja pakotettuihin [3] .

Vyöhyke, jossa mutkitteleva puro muuttaa kulkuaan ajoittain, tunnetaan mutkailuvyöhykkeenä . Se on 15-18 kertaa kanavan leveys. Ajan myötä mutkit siirtyvät alavirtaan, joskus niin lyhyessä ajassa, että ne aiheuttavat ongelmia maa- ja vesirakentamiselle sekä kunnille teiden ja siltojen kunnossapidossa. [4] [5] Virran mutkaisuus on väylän pituuden suhde etäisyyteen suorassa linjassa alas laaksossa. Purot tai joet, joissa on yksi väylä ja joiden mutkaisuus on 1,5 tai enemmän, määritellään mutkitteleviksi puroiksi tai joiksi. [4] [5]

Historiallisesti

Historiallisesti mutka ( kreikan kielestä Μαίανδρος  on muinainen nimi kiemurtelevalle Suurelle Menderes -joelle Vähässä-Aasiassa, nykyään Turkin alueella ). Seurauksena oli, että jopa klassisessa Kreikassa (ja myöhemmässä kreikkalaisessa taiteessa) joen nimestä tuli kotinimi, joka tarkoitti kaikkea mutkittelevaa, kuten puhetta, koristekuvioita sekä luolien geomorfologisia piirteitä. [6]

Meander-geometria

Polveilevan vesistön teknistä kuvausta kutsutaan meandergeometriaksi tai tasossa meandergeometriaksi [7] Sitä luonnehditaan epäsäännölliseksi aaltomuodoksi. Ihanteelliset aaltomuodot, kuten siniaalto , ovat yhden viivan paksuisia, mutta virtauksen tapauksessa leveys on otettava huomioon. Täysrannan leveys on etäisyys väylän poikki keskimääräisessä poikkileikkauksessa täyden virtauksen tasolla, yleensä arvioituna alimman kasvillisuuden viivasta.

Aaltomuotona mutkitteleva virtaus seuraa laakson akselia, käyrälle sovitettua suoraa linjaa siten, että kaikkien siitä mitattujen amplitudien summa on nolla. Tämä akseli edustaa yleistä virtaussuuntaa.

Missä tahansa poikkileikkauksessa virtaus seuraa meanderin akselia, abstraktia keskilinjaa. Kaksi peräkkäistä keskiakselin ja väylän akselin leikkauspistettä muodostavat mutkaisen silmukan. Käänteinen on kaksi peräkkäistä silmukkaa, jotka on suunnattu vastakkaisiin poikkisuuntiin. Yhden meanderin etäisyys keskiviivaa pitkin on meanderin pituus. Suurin etäisyys keskiviivasta silmukan käännepisteeseen on meanderin leveys tai amplitudi.

Toisin kuin siniaallot, kiemurtelevat virtaussilmukat ovat lähempänä pyöreitä. Kaarevuus muuttuu huipussa olevasta maksimista nollaan leikkauspisteessä (suora viiva), jota kutsutaan myös mutkaksi, koska kaarevuus muuttaa suuntaa näissä naapurustoissa. Ääriviivan säde on suora viiva, joka on kohtisuorassa keskiviivaan nähden. Koska silmukka ei ole täydellinen, sen luonnehtimiseen tarvitaan enemmän tietoa. Suuntakulma on meandersilmukan akselin ja keskiviivan akselin välinen kulma.

Yläosassa olevassa silmukassa on ulompi tai kovera palkki ja sisempi tai kupera ranta. Käänteinen vyö määritellään meanderin keskimääräisellä leveydellä mitattuna ulkoreunasta ulkorantaan, ei keskilinjasta keskiviivaan. Jos on tulva, se ylittää mutkialueen. Sitten he sanovat, että mutka on ilmainen - se löytyy mistä tahansa tulva-alueelta. Jos tulvatankoa ei ole, mutkit korjataan.

Erilaiset matemaattiset kaavat liittyvät meander-geometrian muuttujiin. Osoittautuu, että voit asettaa joitain numeerisia parametreja, jotka näkyvät kaavoissa. Aaltomuoto riippuu viime kädessä virtauksen ominaisuuksista, mutta parametrit ovat siitä riippumattomia ja näyttävät johtuvan geologisista tekijöistä. Yleensä mutkan pituus on 10-14-kertainen, keskimäärin 11-kertainen koko rannikon väylän leveys ja 3-5-kertainen, keskimäärin 4,7-kertainen kaarevuussäde huipulla. Tämä säde on 2-3 kertaa kanavan leveys [8] . Muvella on myös syvyyttä. Siirtymiä leimaavat halkeamat tai matalat kerrokset ja huipuissa altaat. Altaassa virtaussuunta on alaspäin, mikä kuluttaa materiaalikerrosta. Päätilavuus virtaa kuitenkin hitaammin mutkan sisäosaa pitkin, jonne laskeutuu alentuneen nopeuden vuoksi sedimenttiä. [9] Suurin syvyyden tai kanavan viiva on thalweg- tai thalweg-viiva. Sitä kutsutaan yleisesti rajaksi, kun jokia käytetään poliittisina rajoina. Thalweg halaa ulkorantoja ja palaa keskelle halkeamia pitkin. Kaaren pituus on etäisyys polvea pitkin mutkia kohti. Joen pituus on pituus keskiviivaa pitkin. [9]

Koulutuksen fyysinen periaate

Muvekkeet ovat seurausta kaarevan kanavan läpi virtaavan veden vuorovaikutuksesta joen pohjan ja rantojen kanssa. Tämä luo helikoidisen virtauksen, jossa vesi liikkuu ulkorannalta sisärannalle joen pohjaa pitkin ja sitten virtaa takaisin ulkorannalle joen pinnalla. Tämä puolestaan ​​lisää sedimentin kulkeutumista ulkorannalta sisärennalle niin, että sedimentit huuhtoutuvat pois ulkorannasta ja laskeutuvat uudelleen alavirtaan seuraavan mutkan sisärantaan. [kymmenen]

Kun nestettä johdetaan alun perin suoraan kanavaan, joka sitten kaareutuu, sivuseinämät luovat painegradientin, joka pakottaa nesteen muuttamaan suuntaa ja seuraamaan käyrää. Tämä saa aikaan kaksi vastakkaista prosessia: (1) laminaarinen (irrotaatio) virtaus ja (2) turbulentti virtaus. Jotta joki mutkittelee, pyörteisen virtauksen on vallitseva.

(1) Bernoullin yhtälöiden mukaan korkea paine johtaa alhaiseen nopeuteen. Siksi turbulenttisen virtauksen puuttuessa odotamme alhaisen nesteen nopeuden ulkohaarassa ja suurta nesteen nopeutta sisähaarassa. Klassisen nestemekaniikan tulos on laminaarinen virtaus kyynärpäässä. Muveissa sen vaikutukset ylittävät turbulenttisen virtauksen vaikutuksia.

(2) Joen sisäkaareen vaikuttavien painevoimien ja joen ulkokaareen vaikuttavien keskipakovoimien välillä vallitsee voimien tasapaino. Muttereissa jokien raja on ohuessa nestekerroksessa, joka on vuorovaikutuksessa joen uoman kanssa. Tämän kerroksen sisällä, klassisen teorian mukaan, nesteen rajakerroksen nopeus on itse asiassa nolla. Nopeudesta riippuva keskipakovoima on myös käytännössä nolla. Rajakerros ei kuitenkaan vaikuta painevoimaan. Näin ollen painevoima vallitsee rajakerroksen sisällä ja neste liikkuu joen pohjaa pitkin ulkokaaresta sisäkaareen. Tämä synnyttää helikoidisen virtauksen: joenuomaa pitkin neste seuraa suunnilleen kanavan mutkaa, mutta suuntaa myös sisäänpäin suuntautuvaa mutkaa; Pois uomasta neste seuraa myös karkeasti uoman käyrää, mutta pakotetaan jossain määrin sisältä ulos.

Suuremmat nopeudet ulkokaaressa johtavat suurempiin leikkausjännityksiin ja siten eroosioprosessien lisääntymiseen. Samoin pienemmät nopeudet sisämutkassa aiheuttavat vähemmän leikkausjännitystä, mikä johtaa suspendoituneen aineen sedimentoitumiseen. Siten mutka heikentää mutkan ulkopuolta, minkä seurauksena joenuoma muuttuu yhä mutkikkaammaksi (kunnes mutkan kaulan paine ylittää kynnyksen ja tapahtuu läpimurto). Sisäkaaren kerrostumat muodostuvat siten, että suurimmassa osassa luonnostaan ​​mutkittelevia jokia joen leveys pysyy lähes vakiona, vaikka joki mutkittelee.

Vuonna 1926 Preussin tiedeakatemiassa pitämässään puheessa Albert Einstein ehdotti, että koska Maan Coriolis-voima voi aiheuttaa lievän epätasapainon nopeuksien jakautumisessa, nopeus toisella rannalla oli suurempi kuin toisella, voisi aiheuttaa eroosion. toinen ranta ja sedimentin laskeuma, toisaalta se, mikä luo mutkisia, olettaen, että mutkien kehittymisen ja Coriolis-voiman välillä on yhteys. [11] Coriolis-joukot ovat kuitenkin todennäköisesti mitättömiä verrattuna muihin joen mutkittelussa toimiviin voimiin. [12]

Muodostelu

Heti kun kanava alkaa seurata sinimuotoista polkua, silmukoiden amplitudi ja koveruus kasvavat dramaattisesti. Tämä johtuu spiraalivirtausilmiöstä, joka siirtää tiheää kulunutta materiaalia kohti mutkan sisäosaa ja jättää mutkan ulkopinnan alttiiksi ja alttiiksi kiihtyvälle eroosiolle. Tämä synnyttää positiivista palautetta.

Elizabeth A. Woodin mukaan [13] :

"… Tämä mutkien luomisprosessi näyttää olevan itseään vahvistava prosessi… jossa enemmän kaarevuutta johtaa enemmän rantaeroosioon, mikä lisää kaarevuutta…"

Kulmamomentin säilymisestä johtuen nopeus sisemmässä polvessa on suurempi kuin ulomman [14] .

Se tosiasia, että joen myrskyinen virtaus kuljettaa tiheää kulunutta materiaalia mutkan ulkopuolelta sisäänpäin, mikä tekee joesta ajan myötä yhä mutkikkaamman, on hyvin samankaltainen kuin teelehden paradoksi [15] . On olemassa useita teorioita siitä, miksi minkä tahansa kokoisista virroista tulee mutkaisia, eivätkä välttämättä sulje toisiaan pois.

Stokastinen teoria

Stokastinen teoria voi ottaa muotoja, mutta yksi yleisimmistä väitteistä on Scheideggerin: "Merkityksen katsotaan olevan seurausta satunnaisista virtaussuunnan vaihteluista, jotka johtuvat satunnaisesti esiintyvistä esteistä joen väylässä, jotka muuttavat suuntaa. [16]

Tasaisella, sileällä, kaltevalla keinopinnalla sade virtaa pois siitä tasaisesti, mutta myös tässä tapauksessa veden tarttuminen pintaan ja pisaroiden tarttuminen muodostavat satunnaisia ​​virtoja. Luonnonpinnat ovat karkeita ja kuluvat vaihtelevasti. Kaikkien fyysisten tekijöiden satunnaisen toiminnan seurauksena syntyy mutkaisia ​​kanavia, jotka vähitellen muuttuvat mutkiksi. Jopa suorilta näyttävillä väylillä on mutkitteleva thalweg , joka lopulta johtaa joenuoman mutkitteluun.

Tasapainoteoria

Tasapainoteoriassa mutkit vähentävät virtausgradienttia, kunnes saavutetaan tasapaino maaston erodoituvuuden ja virtauksen kuljetuskapasiteetin välillä. [17] Laskeutuvan vesimassan on luovutettava potentiaalienergiaa , joka samalla nopeudella pudotuksen lopussa kuin alussa häviää vuorovaikutuksessa joenuoman erosiivisen materiaalin kanssa. Lyhin etäisyys, eli suora kanava, antaa eniten energiaa pituusyksikköä kohti, tuhoaen pankkeja enemmän, luoden lisää sedimenttiä ja lisäämällä virtausta. Muvelien läsnäolo mahdollistaa virtauksen säätämisen pituuteensa tasapainoenergiaan pituusyksikköä kohti, jossa virtaus kuljettaa pois kaiken tuottaman sedimentin.

Geomorfinen ja morfotektoninen teoria

Geomorfismi viittaa maaston pintarakenteeseen, kuten maaperän taittumiseen. Morfotektonisella tarkoitetaan litosfäärilevyn syvempää rakennetta . Näihin luokkiin sisältyvät tekijät eivät ole satunnaisia ​​ja suoria virtauksia tektonisesti määrättyjä polkuja pitkin. Virtaus voidaan esimerkiksi suunnata murtoviivalle (morfotektoninen).

Katso myös

Muistiinpanot

  1. ↑ Comp. S.T. Izmailova. Tietosanakirja lapsille: Maantiede . - M .: Avanta, 1994. - T. 3. - S. 452. - 640 s. — ISBN 5-86529-015-2 .
  2. ↑ Syitä mutkien muodostumiseen joenuomiin ja ns. Baerin laki Arkistokopio 12.7.2014 Wayback Machinessa // Uspekhi fizicheskikh nauk, 1956.
  3. ↑ Makkaveev, 1969 , s. 10-11.
  4. ↑ 1 2 Neuendorf, KKE, JP Mehl Jr. ja JA Jackson, JA, toim. (2005) Glossary of Geology (5. painos). Alexandria, Virginia, American Geological Institute. 779 s. ISBN 0-922152-76-4
  5. ↑ 1 2 Charlton, R., 2007. Fluviaaligeomorfologian perusteet. Routledge, New York, New York. 234 s. ISBN 0-415-33453-5
  6. ↑ mutkittelee . Online-etymologinen sanakirja. Haettu 12. heinäkuuta 2012. Arkistoitu alkuperäisestä 6. kesäkuuta 2014.
  7. ^ Tämän osan tekniset määritelmät perustuvat suuresti Julien, Pierre Y. River Mechanicsiin . - Cambridge University Press, 2002. - S.  179-184 . - ISBN 0-521-52970-0 .
  8. ↑ Leopold, L.B.; Langbein, WB (1966). "Joki mutkittelee" . Tieteellinen amerikkalainen . 214 (6): 60-73. JSTOR  24930965 .
  9. ↑ 1 2 Leopold, Luna; Wolman, M. Gordon (1957). "Jokuovien kuviot: punottu, mutkitteleva ja suora" . Ammattimainen paperi 282-B. United States Geological Survey: 50. Arkistoitu alkuperäisestä 26.11.2021 . Haettu 26.11.2021 . Käytöstä poistettu parametri |deadlink=( ohje )
  10. ↑ Callander, RA (tammikuu 1978). "Joken mutkitteleminen". Fluid Mechanicsin vuosikatsaus . 10 (1): 129-158. doi : 10.1146/annurev.fl.10.010178.001021 .
  11. ↑ Albert Einstein, joen mutkitteleminen, Hans Einstein, sedimentin kuljetus, Victor Miguel Ponce . Arkistoitu alkuperäisestä 19. marraskuuta 2017.
  12. ↑ Martinez, Alberto A. (maaliskuu 2014). "Älykkään Dr. Einstein: József Illy: Käytännön Einstein: Kokeilut, patentit, keksinnöt. Baltimore: Johns Hopkins University Press, 2012, xiv+202 sivua, 60,00 dollaria HB. metatiede . 23 (1): 49-55. DOI : 10.1007/s11016-013-9819-x .
  13. ↑ Wood, Elizabeth A. Tiede lentokoneikkunasta: 2. tarkistettu painos . - New York: Courier Dover Publications, 1975. - s  . 45 . - ISBN 0-486-23205-0 .
  14. ↑ Hickin, 2003 , s. 432. "Jos turbulenttia virtausta ei ole, kaareva virtaus pyrkii säilyttämään kulmamomentin niin, että se voi sopia vapaan pyörimismomentin kanssa suuremmalla nopeudella sisemmän rannan pienemmällä säteellä ja pienemmällä nopeudella ulkorantaan, jossa säteittäinen kiihtyvyys on alempi"
  15. ↑ Bowker, Kent A. (1988). Albert Einstein ja Meandering Rivers . Maantieteen historia . 1 (1). Arkistoitu alkuperäisestä 2010-02-24 . Haettu 01.07.2016 . Käytöstä poistettu parametri |deadlink=( ohje )
  16. ↑ Scheidegger, Adrien E. Morphotectonics. - Berliini, New York: Springer, 2004. - S. 113. - ISBN 3-540-20017-7 .
  17. ↑ Riley, Ann L. Virtojen palauttaminen kaupungeissa: opas suunnittelijoille, päättäjille ja kansalaisille. - Washington DC: Island Press, 1998. - S. 137. - ISBN 1-55963-042-6 .

Kirjallisuus

  Siirry Wikidata-kohteeseen  Sanakirjat ja tietosanakirjat
Bibliografisissa luetteloissa
 Kanavaprosessien päätyypit