CẤU TRÚC ĐỊA HÌNH LÒNG SÔNG

Chia sẻ: Nguyen Nhi | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:86

Thêm vào BST

Báo xấu

147
lượt xem 35
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

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...

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: CẤU TRÚC ĐỊA HÌNH LÒNG SÔNG

A.IU. Sidortrucs CÊu tróc ®Þa h×nh lßng s«ng Biªn dÞch: NguyÔn Thanh S¬n Hµ Néi - 2005 САНКТ - ПЕТЕРБУРГ - ГИДРОМЕТЕОИЗДАТ 1992
4.4. C¸c nh©n tè x¸c ®Þnh h×nh d¹ng lßng dÉn 123 Ch−¬ng 5. C¸c nguyªn lý ®iÒu tiÕt tèi −u cÊu tróc ®Þa h×nh 135 lßng s«ng nh»m khai th¸c tù nhiªn hîp lý Môc lôc 5.1. Lµm yÕu qu¸ tr×nh lßng s«ng 136 Më ®Çu 5 5.2. T¨ng c−êng qu¸ tr×nh lßng s«ng 139 Ch−¬ng 1. Ph©n tÝch cÊu tróc lµ thµnh phÇn tiÕp cËn hÖ 10 5.3 T¹o lËp c¸c dßng s«ng nh©n t¹o 142 thèng ®Õn lý thuyÕt qu¸ tr×nh lßng s«ng 5.4. C¸c vÊn ®Ò ®iÒu tiÕt lßng s«ng ë h¹ l−u s«ng Terek 144 1.1. C¸c nguyªn tè 11 b»ng ph−¬ng ph¸p t¨ng c−êng qu¸ tr×nh lßng s«ng 1.2. CÊu tróc 18 KÕt luËn 150 1.3. Tæ chøc 24 Phô lôc 153 Ch−¬ng 2. C¬ chÕ thµnh t¹o c¸c cÊu tróc bËc phøc t¹p cña 29 Tµi liÖu tham kh¶o 154 ®Þa h×nh lßng s«ng 2.1. CÊu tróc dßng ch¶y rèi 29 2.2. Ph¸t triÓn c¸c x¸o trén nhá trong dßng ch¶y lßng s«ng 39 2.3. CÊu tróc ®Þa h×nh lßng dÉn s«ng ngßi 52 Ch−¬ng 3. H×nh th¸i häc, ®éng lùc häc vµ ¶nh h−ëng qua 58 l¹i c¸c nguyªn tè cÊu tróc cña ®Þa h×nh lßng s«ng 3.1. Gîn sãng (sãng c¸t nhá nhÊt) 59 3.2. Sãng c¸t nhá vµ trung b×nh 70 3.3. C¸c sãng c¸t lín 92 3.4. C¸c sãng c¸t lín nhÊt 99 3.5. Ph©n lo¹i cÊu tróc ®Þa h×nh lßng dÉn s«ng ngßi 102 Ch−¬ng 4. H×nh d¹ng lßng s«ng vµ c¸c nh©n tè x¸c ®Þnh 107 nã 4.1. C¸c lßng dÉn th¼ng 108 4.2. C¸c lßng s«ng uèn khóc 110 4.3. C¸c s«ng ph©n nh¸nh 120 3 4
d¹ng tæng qu¸t nhÊt qu¸ tr×nh t¹o lßng cã thÓ x¸c ®Þnh nh− lµ qu¸ tr×nh "sao chôp " bÒ mÆt cña m«i tr−êng r¾n (tøc lµ ®Êt ®¸ cÊu t¹o ®¸y) bëi c¸c ®Æc thï chuyÓn ®éng cña n−íc vµ phï sa nã Më ®Çu mang theo". Dïng vÝ dô sù sao chôp nh− thÕ N. I. Macaveev dÉn ra sù thay ®æi ®Þa h×nh bÒ mÆt ph©n c¸ch hai m«i tr−êng Ph©n chia h×nh d¹ng lßng s«ng vµ h×nh d¹ng lßng dÉn nh− (sãng Genmgolxa) lµ c¸c m¾t xÝch cña ®Þa h×nh lßng s«ng, x¸c ®Þnh mèi quan hÖ h×nh th¸i vµ ®éng lùc cña c¸c h×nh d¹ng nµy víi c¸c ®Æc tr−ng ý t−ëng gÇn víi t− t−ëng cña N. I. Macaveev n»m trong nÒn thuû lùc dßng ch¶y lßng s«ng lµ nhiÖm vô truyÒn thèng cña t¶ng m« t¶ c¬ chÕ t¸c ®éng qua l¹i cña dßng ch¶y vµ lßng s«ng ph©n tÝch lßng dÉn. C«ng cô lµm viÖc cña nghiªn cøu lµ ph©n nh− lµ sù ph¸t triÓn c¸c khu©ý ®éng nhá ®Çu tiªn cña c¸c ®Æc tÝch cÊu tróc bao gåm nh− ph©n tÝch – chia ®èi t−îng ra c¸c tr−ng thuû lùc vµ h×nh th¸i.Mét chu tr×nh nguyªn vÑn c¸c c«ng phÇn nguyªn còng nh− tæng hîp – x¸c ®Þnh hÖ thèng quan hÖ tr×nh ®· më ra qua c¸c bµi b¸o cña Andersel [105], Li [129], gi÷a c¸c thµnh tè. §é tin cËy cña c¸c dù b¸o sù chuyÓn dÞch lßng Kenedi [117], N. B. Kereselidze [35]taoj nªn mét bøc tranh dÉn phô thuéc vµo møc ®é nÒn t¶ng lý thuyÕt cña nã. ch©n thËt cña giai ®o¹n tiÕn ho¸ ®Çu tiªn cña h×nh d¹ng lßng s«ng vµ lßng dÉn c¸c d¹ng h×nh th¸i kh¸c nhau, cho phÐp tÝnh C¸c luËn cø lý thuyÕt nÒn mãng ®Ó ph©n tÝch cÊu tróc ®Þa to¸n c¸c kÝch th−íc ®Æc tr−ng h×nh d¹ng lßng s«ng. Ph©n tÝch h×nh lßng s«ng lµ c¸c luËn cø sau ®©y: c¸c c«ng tr×nh nµy K. V. Krisanhin [21] l−u ý r»ng ph−¬ng ph¸p 1. Nguyªn t¾c t¸c ®éng qua l¹i gi÷a dßng ch¶y vµ lßng s«ng, khuÊy ®éng nhá ®· ®Æt lêi gi¶i c¸c vÊn ®Ò vÒ nguån gèc ®Þa h×nh ®−îc h×nh thµnh bëi M. A. Velicanov [12]. Nguyªn t¾c nµy xuÊt d¹ng sãng cña ®¸y chuyÓn ®éng mét c¬ së khoa häc. hiÖn víi t− t−ëng ¸p dông thùc tiÔn c¸c c«ng tr×nh hiÖu chØnh 2. Nguyªn lý ph©n ®o¹n qu¸ tr×nh lßng s«ng h×nh thµnh bëi (h−íng dßng, lµm hÑp dßng v.v..) trªn c¸c s«ng T©y ¢u vµo c¸c N. E. Kon®rachev [42]. Nguyªn lý nµy dùa trªn thùc tiÔn c«ng thÕ kû XVIII – XIX vµ n−íc Nga vµo cuèi thÕ kû XIX ®Çu thÕ kû tr×nh kh¾p n¬i ®iÒu tiÕt ®éng lùc h¹n chÕ cô thÓ theo kh«ng XX. Trong so¹n th¶o cña «ng cã ®ãng gãp to lín cña N. S. gian vµ theo thêi gian cña d¹ng lßng s«ng. VÝ dô kh¶o s¸t cña Leliavski [15]. M. A. Velicanov [12] ®· x¸c ®Þnh nguyªn lý t¸c N. S. Leliavski [15] sù dÞch chuyÓn sãng c¸t trªn s«ng Vonga lµ ®éng qua l¹i cña dßng ch¶y vµ lßng s«ng : " do kÕt qu¶ t¸c ®éng mét trong nh÷ng mÉu thùc hiÖn nguyªn lý ph©n ®o¹n khi ph©n t−¬ng hç dÇn dÇn cña c¸c dßng riªng rÏ lªn c¸c phÇn riªng biÖt tÝch ®Þa h×nh lßng s«ng. VÒ lÜnh vùc nghiªn cøu dßng ch¶y lßng cña ®Þa h×nh lßng s«ng lßng dÉn cña s«ng tiÕn dÇn ®Õn c¸c nÐt s«ng nguyªn lý ph©n ®o¹n dùa trªn kh¸i niÖm vÒ cÊu tróc rèi. ngµy cµng mÒm m¹i h¬n, vµ nã l¹i lµm cho c¸c dßng dÉn tr¬n ¸p dông ®Õn lßng dÉn s«ng ngßi M. A. Velicanov [12] ®· ph¸t tru h¬n cho ®Õn khi nµo mµ cuèi cïng lßng s«ng vµ dßng ch¶y triÓn chóng, «ng ®· chia c¸c xo¸y rèi ph©n ®o¹n víi kÝch th−íc trë nªn mét tæ hîp liªn kÕt h÷u c¬ duy nhÊt, khi mµ lßng s«ng cì ®é s©u dßng ch¶y. TiÕp theo ®· lµm râ cÊu tróc dßng ch¶y nhËn theo d¹ng dßng ch¶y vµ dßng ch¶y ph¶n ¸nh d¹ng lßng lßng s«ng víi c¸c kÝch th−íc ®Æc tr−ng cì chiÒu réng dßng ch¶y s«ng". N. I Macaveev [52] ®· më réng nguyªn lý nµy: " Trong vµ h¬n thÕ, b¶n chÊt vËt lý cña nã ®−îc lÆp l¹i bëi c¸c nhµ 5 6
nghiªn cøu kh¸c kh«ng chØ mét lÇn. HiÖn nay nguyªn lý ph©n c¸c kh¸i niÖm vÒ ®Þa h×nh lßng s«ng nh− lµ tæ hîp t−¬ng hç c¸c ®o¹n ®· chiÕm lÜnh sù thèng trÞ trong c¸c nghiªn cøu lý thuyÕt sãng ®¸y, sãng c¸t, b·i v¾t, mòi nh« vµ b·i c¹n, vùc s«ng vµ lßng vµ øng dông trong n−íc nh− ®· ghi nhËn trong NghÞ quyÕt §¹i th¼ng víi viÖc ph©n tÝch ¶nh h−ëng cña h×nh d¹ng lßng dÉn lªn héi thuû v¨n toµn liªn bang lÇn thø V [72]. chÕ ®é b·i v¾t vµ t¸c ®éng cña ®éng lùc h×nh th¸i cña sãng c¸t vµ b·i c¹n lªn h×nh d¹ng cña lßng dÉn ®· ®−îc N. N. Zjukovski 3. Nguyªn lý liªn tôc cña qu¸ tr×nh lßng s«ng. ChÊp nhËn [15] c«ng bè. K. I. Rosinski vµ I. A. Kuzmin [77] ®· ph©n chia: 1) tÝnh liªn tôc ( møc ®é vÜ m«) cña dßng ch¶y lßng s«ng vµ tr−êng sãng c¸t trong lßng dÉn – sãng, gê, b·i v¾t; 2) h×nh d¹ng lßng cao ®é ®¸y lßng dÉn s«ng ngßi tÝnh liªn kÕt lÉn nhau vµ chuyÓn dÉn: th¼ng ( Ýt uèn khóc), cong vµ l¹c h−íng. N. I. Macaveev ho¸ cho nhau c¸c d¹ng lßng s«ng. N»m trong c¬ së viÖc thµnh [52] mÆt c¾t däc cña s«ng, b·i båi, vùc s«ng, b·i v¾t. lËp ph−¬ng tr×nh chuyÓn ®éng vµ liªn tôc cña dßng ch¶y, c¸n c©n vËt chÊt r¾n, tÝnh ®Õn sù thay ®æi kh«ng ngõng cña c¸c §ét biÕn vÒ chÊt trong nghiªn cøu cÊu tróc ®Þa h×nh lßng nh©n tè t¹o lßng chñ yÕu. Nã t×m thÊy sù ph¶n ¸nh cña m×nh s«ng x¶y ra víi sù xuÊt hiÖn c¸c c«ng tr×nh cña N. E. trong viÖc ¸p dông ph−¬ng ph¸p ph©n tÝch t−¬ng quan vµ phæ Kon®rachev [42, 43, 78]. Trong chóng ®· h×nh thµnh c¸c luËn khi nghiªn cøu cÊu tróc dßng ch¶y vµ ®Þa h×nh lßng s«ng. Tuy ®iÓm vÒ tæ chøc ®Þa h×nh lßng s«ng. §· ph©n ra c¸c møc ®é nhiªn kÕt qu¶ øng dông chóng th−êng lÆp l¹i ngoµi quan ®iÓm chÝnh cña tæ chøc. N. E. Kon®rachev nªu ra ba møc tæ chøc: cña kh¸i niÖm ph©n ®o¹n vÒ qu¸ tr×nh lßng s«ng. h×nh d¹ng nhá, h×nh d¹ng trung gian vµ h×nh d¹ng lín. TiÕp theo, trong c¸c c«ng tr×nh cña I. V. Popov [67], B. Ph. Snhisenco 4. Nguyªn lý tæ chøc ®Þa h×nh lßng s«ng. §Þa h×nh lßng dÉn [92], V. V> Romanhisin [75], N. S. Znamenskaia [27], A. Iu. s«ng ngßi thÓ hiÖn mét tæ hîp t−¬ng ®èi æn ®Þnh còng nh− h×nh Si®ortruc [88] ph©n lo¹i nµy ®−îc bæ sung vµ lµm chÝnh x¸c d¹ng lßng dÉn th−êng xuyªn thay ®æi. Tù lßng dÉn còng cã HiÖn nay c¸c t¸c gi¶ kh¸c nhau ®· ph©n ra c¸c møc cÊu tróc nhøng h×nh d¹ng rÊt phøc t¹p. Tæ hîp nµy cã tæ chøc bªn trong nh− sau: 1) phÇn tö phï sa; 2) h×nh d¹ng cùc nhá; 3) h×nh d¹ng hay kh«ng, tæ chøc ®ã nh− thÕ nµo vµ nguyªn nh©n nµo lµm nhá; 4) h×nh d¹ng trung gian; 5) h×nh d¹ng lín, 6) h×nh d¹ng xuÊt hiÖn nã – ®ã lµ nh÷ng vÊn ®Ò nguyªn lý cña lý thuyÕt qu¸ cùc lín; 7) ®o¹n s«ng ®ång nhÊt; 8) toµn bé s«ng ngßi; 9) l−u vùc tr×nh lßng dÉn. tô thuû. §èi víi c¸c møc cÊu tróc chÝnh V. S. Borovcov [11] ®· C¸c ®èi t−îng thùc cña ph©n tÝch lßng dÉn lµ c¸c d¹ng lßng x¸c ®Þnh c¸c hÖ thøc quy m« kh«ng gian vµ thêi gian. Trong ®a s«ng riªng biÖt, tæ hîp cña chóng hoÆc c¸c ®o¹n s«ng trong tæng sè c¸c nghiªn cøu qu¸ tr×nh lßng s«ng, h×nh th¸i vµ ®éng lùc c¸c thÓ. Chóng kh«ng tån t¹i ngoµi mèi quan hÖ víi c¸c h×nh d¹ng d¹ng lßng dÉn, c¸c so¹n th¶o dù b¸o sù ph¸t triÓn cña chóng vµ lßng dÉn kh¸c, cho nªn ®Ó nghiªn cøu chóng cÇn so¹n ra c¸c c¸c h−íng dÉn thùc tÕ vÒ sö dông lßng dÉn s«ng ngßi cña nÒn nguyªn t¾c tÝnh to¸n h×nh d¹ng lßng dÉn, c¸c thµnh tè riªng, vµ kinh tÕ quèc d©n cÇn tÝnh ®Õn tæ chøc ®Þa h×nh lßng s«ng. nghiªn cøu chóng trong mèi t−¬ng t¸c víi c¸c nh©n tè lßng dÉn 5. Nguyªn lý x¸c ®Þnh ®Þa lý h×nh th¸i häc lßng dÉn. Nã kh¸c, tøc lµ tÝnh ®Õn cÊu tróc cña ®èi t−îng. Cho nªn tõ chÝnh ®−îc dùa trªn c¸c c«ng tr×nh cña N. I. Macaveev [57] vµ R. S. lóc b¾t ®Çu xuÊt hiÖn ph©n lo¹i h×nh th¸i c¸c d¹ng lßng dÉn nã Tralov [95, 101] vµ ph¶n ¸nh sù thay ®æi cã quy luËt theo thêi lµ thµnh tè cña ph©n lo¹i cÊu tróc. Tr×nh bµy tuÇn tù ®Çu tiªn 7 8
gian vµ kh«ng gian c¸c nh©n tè chñ yÕu cña qu¸ tr×nh lßng s«ng. §iÒu nµy cho phÐp nãi vÒ tÝnh ®Þa ®íi cña c¸c qu¸ tr×nh lßng s«ng, c¸c ®Æc ®iÓm biÓu hiÖn ph©n vïng cña chóng. `®ång thêi trªn møc ®é ®Þa ph−¬ng quan s¸t thÊy tÝnh biÕn ®éng lín Ch−¬ng1 vÒ h×nh th¸i còng nh− ®éng lùc c¸c d¹ng lßng s«ng riªng biÖt cho nªn cÇn tÝnh ®Õn ¶nh h−ëng lªn qu¸ tr×nh lßng s«ng mäi tæ hîp nh©n tè tù nhiªn, thËm chÝ tõ c¸i nh×n ®Çu tiªn, Ýt tån Ph©n tÝch cÊu tróc lµ thµnh phÇn t¹i.TÝnh x¸c ®Þnh ®Þa lý h×nh th¸i lßng dÉn s«ng ngßi, sù phô thuéc cña ®Þa h×nh lßng dÉn s«ng ngßi vµo c¶nh quan l−u vùc vµ tiÕp cËn hÖ thèng ®Õn lý thuyÕt ®ång thêi sù h×nh thµnh c¸c c¶nh quan ®Æc tr−ng vµ c¸c hÖ sinh qu¸ tr×nh lßng s«ng th¸i trong vïng ¶nh h−ëng cña hÖ thèng dßng ch¶y – lßng dÉn t¹o nªn c¬ së ®Ó nghiªn cøu sinh th¸i qu¸ tr×nh lßng dÉn vµ sù thay ®æi c«ng nghÖ sinh häc cña chóng. HÖ thèng dßng ch¶y – lßng s«ng thuéc lo¹i hÖ thèng ®éng HiÖn nay trong lý thuyÕt qu¸ tr×nh lßng dÉn theo ®uæi hai lùc tù ph¸t triÓn. Nã bao gåm hai bé phËn chÝnh: chÊt láng h−íng chñ yÕu : thuû ®éng lùc – thuû lùc vµ thuû ®Þa m¹o – ®Þa chuyÓn ®éng vµ lßng s«ng bÞ xãi lë. TÝnh chÊt c¸c bé phËn lµ lý. Trong khu«n khæ nhãm thø nhÊt chñ yÕu xem xÐt ®éng lùc kh¸c nhau râ rµng – chÊt láng chuyÓn ®éng tu©n theo c¸c quy häc dßng s«ng, sù vËn ®éng cña phï sa, cßn h×nh th¸i häc lßng luËt cña c¬ häc chÊt láng, ®Êt ®¸ t¹o ®¸y tu©n theo c¸c quy luËt s«ng chØ xÐt ®Õn møc ®é sãng c¸t. Trong h−íng thuû ®Þa m¹o vµ c¬ häc ®Êt. Gi÷a dßng ch¶y vµ lßng bÞ xãi lë diÔn ra sù t¸c ®éng ®Þa lý Ýt chó ý h¬n ®Õn cÊu tróc dßng ch¶y, nh−ng ®Þa h×nh lßng qua l¹i, ®ã chÝnh lµ b¶n chÊt cña qu¸ tr×nh lßng s«ng [12]. Do dÉn s«ng ngßi ®−îc xÐt tíi mäi khÝa c¹nh cña nã, tÝnh c¶ tÝnh kÕt qu¶ t¸c ®éng t−¬ng hç gi÷a dßng ch¶y vµ lßng s«ng trong hÖ ®a nh©n tè cña qu¸ tr×nh lßng s«ng [7, 54], bao gåm c¸c phÇn thèng sinh ra mét tÝnh chÊt míi – tÝnh cÊu tróc: trong dßng lín ch−a h¼n ®· g¾n kÕt víi nhau: ®éng lùc häc dßng ch¶y tõ ch¶y t¹o thµnh rèi lßng s«ng qui m« lín, cßn trong lßng dÉn – mét phÝa vµ h×nh th¸i häc vµ ®éng lùc häc lßng s«ng – phÝa thø ®Þa h×nh lßng s«ng. Ngoµi hÖ thèng dßng ch¶y – lßng s«ng kh«ng hai. thÓ tån t¹i ë tr¹ng th¸i tÝch cùc c¶ rèi lßng s«ng qui m« lín lÉn Ph©n tÝch cÊu tróc hÖ thèng dßng ch¶y – lßng s«ng h−íng ®Þa h×nh lßng s«ng. Nh− vËy hÖ thèng kh¸c víi phÐp céng ®¬n ®Õn viÖc g¾n kÕt c¸c h−íng c¬ b¶n Êy bëi v× nhiÖm vô chñ yÕu gi¶n c¸c thµnh phÇn cña nã. B¶n th©n ®Þa h×nh lßng s«ng kh«ng cña nã lµ x¸c ®Þnh mèi quan hÖ gi÷a c¸c thµnh tè ph©n tÝch ph¶i lµ mét hÖ thèng tù ph¸t triÓn. Cho nªn c«ng viÖc thùc tÕ kh¸ch quan cña hÖ thèng. MÆc dï sù chó ý lín nhÊt trong c¸c m« t¶ c¸c qu¸ tr×nh n¶y sinh, ph¸t triÓn vµ t−¬ng t¸c cña c¸c nghiªn cøu hiÖn nay dµnh cho cÊu tróc ®Þa h×nh lßng s«ng d¹ng ®Þa h×nh lßng s«ng lµ kh«ng thÓ nÕu kh«ng tÝnh ®Õn c¸c nh−ng còng thö tæng hîp c¸c kÕt qu¶ nghiªn cøu thuû lùc vµ chøc n¨ng toµn bé hÖ thèng vµ ®ßi hái viÖc thùc hiÖn tiÖm cËn ®Þa lý cña qu¸ tr×nh lßng s«ng. hÖ thèng, tøc lµ nghiªn cøu "tæ chøc c¸c thµnh phÇn t¸c ®éng 9 10
gian vµ kh«ng gian c¸c nh©n tè chñ yÕu cña qu¸ tr×nh lßng s«ng. §iÒu nµy cho phÐp nãi vÒ tÝnh ®Þa ®íi cña c¸c qu¸ tr×nh lßng s«ng, c¸c ®Æc ®iÓm biÓu hiÖn ph©n vïng cña chóng. `®ång thêi trªn møc ®é ®Þa ph−¬ng quan s¸t thÊy tÝnh biÕn ®éng lín Ch−¬ng1 vÒ h×nh th¸i còng nh− ®éng lùc c¸c d¹ng lßng s«ng riªng biÖt cho nªn cÇn tÝnh ®Õn ¶nh h−ëng lªn qu¸ tr×nh lßng s«ng mäi tæ hîp nh©n tè tù nhiªn, thËm chÝ tõ c¸i nh×n ®Çu tiªn, Ýt tån Ph©n tÝch cÊu tróc lµ thµnh phÇn t¹i.TÝnh x¸c ®Þnh ®Þa lý h×nh th¸i lßng dÉn s«ng ngßi, sù phô thuéc cña ®Þa h×nh lßng dÉn s«ng ngßi vµo c¶nh quan l−u vùc vµ tiÕp cËn hÖ thèng ®Õn lý thuyÕt ®ång thêi sù h×nh thµnh c¸c c¶nh quan ®Æc tr−ng vµ c¸c hÖ sinh qu¸ tr×nh lßng s«ng th¸i trong vïng ¶nh h−ëng cña hÖ thèng dßng ch¶y – lßng dÉn t¹o nªn c¬ së ®Ó nghiªn cøu sinh th¸i qu¸ tr×nh lßng dÉn vµ sù thay ®æi c«ng nghÖ sinh häc cña chóng. HÖ thèng dßng ch¶y – lßng s«ng thuéc lo¹i hÖ thèng ®éng HiÖn nay trong lý thuyÕt qu¸ tr×nh lßng dÉn theo ®uæi hai lùc tù ph¸t triÓn. Nã bao gåm hai bé phËn chÝnh: chÊt láng h−íng chñ yÕu : thuû ®éng lùc – thuû lùc vµ thuû ®Þa m¹o – ®Þa chuyÓn ®éng vµ lßng s«ng bÞ xãi lë. TÝnh chÊt c¸c bé phËn lµ lý. Trong khu«n khæ nhãm thø nhÊt chñ yÕu xem xÐt ®éng lùc kh¸c nhau râ rµng – chÊt láng chuyÓn ®éng tu©n theo c¸c quy häc dßng s«ng, sù vËn ®éng cña phï sa, cßn h×nh th¸i häc lßng luËt cña c¬ häc chÊt láng, ®Êt ®¸ t¹o ®¸y tu©n theo c¸c quy luËt s«ng chØ xÐt ®Õn møc ®é sãng c¸t. Trong h−íng thuû ®Þa m¹o vµ c¬ häc ®Êt. Gi÷a dßng ch¶y vµ lßng bÞ xãi lë diÔn ra sù t¸c ®éng ®Þa lý Ýt chó ý h¬n ®Õn cÊu tróc dßng ch¶y, nh−ng ®Þa h×nh lßng qua l¹i, ®ã chÝnh lµ b¶n chÊt cña qu¸ tr×nh lßng s«ng [12]. Do dÉn s«ng ngßi ®−îc xÐt tíi mäi khÝa c¹nh cña nã, tÝnh c¶ tÝnh kÕt qu¶ t¸c ®éng t−¬ng hç gi÷a dßng ch¶y vµ lßng s«ng trong hÖ ®a nh©n tè cña qu¸ tr×nh lßng s«ng [7, 54], bao gåm c¸c phÇn thèng sinh ra mét tÝnh chÊt míi – tÝnh cÊu tróc: trong dßng lín ch−a h¼n ®· g¾n kÕt víi nhau: ®éng lùc häc dßng ch¶y tõ ch¶y t¹o thµnh rèi lßng s«ng qui m« lín, cßn trong lßng dÉn – mét phÝa vµ h×nh th¸i häc vµ ®éng lùc häc lßng s«ng – phÝa thø ®Þa h×nh lßng s«ng. Ngoµi hÖ thèng dßng ch¶y – lßng s«ng kh«ng hai. thÓ tån t¹i ë tr¹ng th¸i tÝch cùc c¶ rèi lßng s«ng qui m« lín lÉn Ph©n tÝch cÊu tróc hÖ thèng dßng ch¶y – lßng s«ng h−íng ®Þa h×nh lßng s«ng. Nh− vËy hÖ thèng kh¸c víi phÐp céng ®¬n ®Õn viÖc g¾n kÕt c¸c h−íng c¬ b¶n Êy bëi v× nhiÖm vô chñ yÕu gi¶n c¸c thµnh phÇn cña nã. B¶n th©n ®Þa h×nh lßng s«ng kh«ng cña nã lµ x¸c ®Þnh mèi quan hÖ gi÷a c¸c thµnh tè ph©n tÝch ph¶i lµ mét hÖ thèng tù ph¸t triÓn. Cho nªn c«ng viÖc thùc tÕ kh¸ch quan cña hÖ thèng. MÆc dï sù chó ý lín nhÊt trong c¸c m« t¶ c¸c qu¸ tr×nh n¶y sinh, ph¸t triÓn vµ t−¬ng t¸c cña c¸c nghiªn cøu hiÖn nay dµnh cho cÊu tróc ®Þa h×nh lßng s«ng d¹ng ®Þa h×nh lßng s«ng lµ kh«ng thÓ nÕu kh«ng tÝnh ®Õn c¸c nh−ng còng thö tæng hîp c¸c kÕt qu¶ nghiªn cøu thuû lùc vµ chøc n¨ng toµn bé hÖ thèng vµ ®ßi hái viÖc thùc hiÖn tiÖm cËn ®Þa lý cña qu¸ tr×nh lßng s«ng. hÖ thèng, tøc lµ nghiªn cøu "tæ chøc c¸c thµnh phÇn t¸c ®éng 9 10
qua l¹i cña tæng thÓ" [56]. th¼ng ®øng cña ®Þa h×nh (däc hay ngang) hay lµ c¸c sao chÐp bÒ mÆt kh«ng xuÊt hiÖn c¸c phøc t¹p cã tÝnh nguyªn t¾c khi x¸c VÒ phÇn m×nh, hÖ thèng dßng ch¶y – lßng dÉn ®−îc coi lµ ®Þnh c¸c d¹ng ®Þa h×nh lßng dÉn ©m hay d−¬ng. Chu tr×nh ph©n mét hÖ nhá trong mét hÖ thèng lín h¬n dßng ch¶y mÆt – l−u vùc t¸ch tuÇn tù c¸c sãng kÝch th−íc kh¸c nhau (bËc) ra c¸c mÆt c¾t s«ng ngßi, lµ mét phÇn cña hÖ ®Þa lý. C¸c qu¸ tr×nh xãi mßn – däc ®· ®−îc so¹n th¶o khi ph©n tÝch ®Þa h×nh sãng trong h¹ l−u tÝch tô trªn l−u vùc (mét trong sè ®ã lµ qu¸ tr×nh lßng s«ng) Enhixei [93]. th−êng g©y ¶nh h−ëng ®¸ng kÓ ®Õn sù h×nh thµnh ®Þa h×nh lßng s«ng, tuy nhiªn c¸c vÊn ®Ò nµy n»m ngoµi khu«n khæ nghiªn cøu nµy. Trong lý thhuyÕt hÖ thèng tæng qu¸t ®· x¸c ®Þnh c¸c h¹ng chñ yÕu cho phÐp nghiªn cøu hÖ thèng c¸c d¹ng kh¸c nhau trªn c¬ së ph−¬ng ph¸p luËn duy nhÊt. C¸c h¹ng nµy tËp trung xem xÐt trong phô lôc ®Õn hÖ thèng dßng ch¶y – lßng dÉn. 1.1. C¸c nguyªn tè §Þa h×nh lßng s«ng – ®ã lµ d¹ng bÒ mÆt kÕt nèi (liªn tôc hay cã chu kú) c¸c ®Êt ®¸ xãi lë víi chÊt láng chuyÓn ®éng, thay ®æi h×nh d¸ng cña m×nh do t¸c ®éng qua l¹i cña chóng. C¸c nguyªn tè chÝnh trong tæ hîp ®Þa h×nh lßng s«ng lµ c¸c d¹ng sãng. D¹ng sãng cña ®Þa h×nh lßng s«ng lµ mét phÇn bÒ mÆt (th−êng mét ∂z møc ®¼ng cÊp x¸c ®Þnh), trong ph¹m vi cña nã gradient vµ H×nh 1.1. S¬ ®å ph©n chia c¸c nguyªn tè ®Þa h×nh lßng s«ng trªn l¸t c¾t ∂x ∂z a – ®èi víi s«ng Niger theo h×nh th¸i häc c¸c tæ hîp h×nh d¹ng ®¸y, b – ®èi víi trong hÖ thèng hÖ to¹ ®é cong trùc giao, g¾n liÒn víi bÒ mÆt ∂y lßng dÉn th−îng nguån s«ng Obi cã tÝnh ®Õn ®éng lùc h×nh d¹ng ®¸y. so s¸nh kh«ng cã chç nµo thay ®æi tõ ©m (kh«ng) sang d−¬ng. 1 – r·nh; 2 – cån c¸t; 3 – ®iÓm c¶n dßng; 4 – ranh giíi lßng dÉn Víi cÊu tróc bËc x¸c ®Þnh cña ®Þa h×nh lßng s«ng (tr−êng hîp Ph−¬ng ph¸p t−¬ng tù ®−îc G. A. Alecxayev [2] sö dông. phæ biÕn nhÊt) bÒ mÆt so s¸nh g¾n víi hÖ to¹ ®é cña c¸c bÒ mÆt Trªn mÆt c¾t ®¸y s«ng (®−êng 0) t¸ch ra c¸c ®iÓm, n¬i mµ d¹ng nhá lµ bÒ mÆt lín h¬n. gradient thay ®æi tõ ©m (kh«ng) sang d−¬ng. C¸c ®iÓm ®Æc biÖt Th−êng víi viÖc xö lý b»ng tay c¸c b¶n ®å t−¬ng tù cña lßng nµy ®¸nh dÊu ®¸y gi÷a hai sãng (hâm). Sau ®ã nèi c¸c ®¸y b»ng dÉn trong c¸c ®−êng ®ång møc, mÆt c¾t håi ©m, c¸c l¸t c¾t mét ®−êng mÒm m¹i I, nã ®· lo¹i bá c¸c sãng nhá nhÊt trªn ®¸y 11 12
s«ng ra khái tËp c¸c sãng lín. Sau ®ã trªn ®−êng I l¹i ®¸nh dÊu mét ®−êng. Khi thiÕu c¸c sè liÖu nh− vËy ®µnh ph¶i sö dông c¸c c¸c ®iÓm, t¹i ®ã diÔn ra sù thay thÕ gradient tõ ©m (kh«ng) th«ng tin chung vÒ d¹ng x¸c suÊt c¸c d¹ng lßng dÉn d−¬ng ®−îc sang d−¬ng vµ nèi c¸c ®iÓm bëi ®−êng II. C¸c ®−êng I vµ II h¹n t¸ch ra. Ph−¬ng ph¸p m« t¶ mét c¸ch tù nhiªn ®−îc phæ biÕn chÕ c¸c sãng bËc cao h¬n. Chu tr×nh m« t¶ trªn ®−îc lÆp l¹i cho ®Õn viÖc ph©n chia c¸c d¹ng bÒ mÆt ®¸y víi sù hiÖn diÖn cña ®Õn khi trªn mÆt c¾t kh«ng cßn l¹i ®iÓm thay ®æi gradient tõ b¶n ®å ®Þa thÕ vÞ t−¬ng tù cña lßng dÉn b»ng c¸c ®−êng ®¼ng ©m (kh«ng) sang d−¬ng (H×nh 1.1a). thÕ vÞ. VÒ h×nh thøc, chu tr×nh nµy kh«ng tÝnh ®Õn c¸c liªn kÕt th¹ch häc vµ ®Þa tÇng. Tuy nhiªn ranh giíi th¹ch häc vµ ®Þa tÇng th−êng lµ ®ång thêi vµ c¶ víi ranh giíi d¹ng lßng dÉn. C¸c ranh giíi quan träng nhÊt víi sù biÕn ®æi ®ét ngét th¹ch häc vµ ®Êt ®¸ t¨ng vät. D¹ng ranh giíi nh− vËy cÇn ®−îc lµm râ tr−íc khi t¸ch c¸c d¹ng ®Þa h×nh sãng d−¬ng. Nã ®−îc coi lµ bÒ mÆt so s¸nh cuèi cïng . Trªn c¸c ®o¹n riªng biÖt cña ®¸y s«ng, cÊu tróc ®¼ng cÊp cña ®Þa h×nh ®¬n gi¶n h¬n. Khi ®ã ®−êng 0 cã thÓ trïng víi c¸c ®−êng I vµ II vµ h¬n thÕ. Trong tr−êng hîp nµy chu tr×nh ®· m« t¶ dÉn tíi sù ph©n chia kh«ng cã c¬ së c¸c d¹ng ®Þa h×nh d−¬ng lín vµ ph©n chia kh¸ch quan kh«ng tån t¹i c¸c d¹ng nhá h¬n (xem h×nh 1.1b). §Ó triÖt tiªu ®iÒu ®ã cÇn tËp trung ph©n tÝch tÝnh linh ®éng cña ranh giíi c¸c d¹ng, tøc lµ so s¸nh ®¹o hµm ∂z . NÕu nh− trong ph¹m vi ®−êng m cã ®o¹n, tÝnh linh ®éng ∂t cña c¸c ®iÓm trªn ®ã ph©n biÖt víi tÝnh linh ®éng trung b×nh ⎛ ∂z ⎞ ®−êng m ⎜ ⎟ vµ ®ång thêi xÊp xØ víi tÝnh linh ®éng trung ⎜ ∂t ⎟ ⎝ ⎠m H×nh 1.2. C¸c nguyªn tè h×nh häc chÝnh cña h×nh d¹ng lßng dÉn ⎛ ∂z ⎞ b×nh ⎜ ⎟ tøc lµ cã lÏ ®o¹n ®· cho thuéc ®−êng m+k. KÕt qu¶ C¸c d¹ng lßng dÉn chÝnh: a.lßng th¼ng; b. cong; c. ®o¹n më réng; d. ®o¹n th¾t; ⎜ ∂t ⎟ ⎝ ⎠ m+k e. ph©n nh¸nh; f. hîp l−u; g – låi; h – lâm; i – l−în; k – ®¶o C¸c ®iÓm ®Æc biÖt: 1– uèn; 2 – gÊp khóc; 3. ®Ønh; 4 – quay vßng; 5 – mÐp ph©n cña viÖc ph©n tÝch nh− vËy cã thÓ lµm râ c¶ ranh giíi th¹ch häc, nh¸nh; 6 – ®Çu ®¶o; 7 – mÐp hîp l−u; 8 – ®−êng trôc; 9 – ®−êng bê kh«ng khÐp nh−ng ®Ó lµm ®iÒu ®ã cÇn ph¶i thùc hiÖn mét lo¹t mÆt c¾t ®¸y kÝn; 10 – ®−êng bê khÐp kÝn; 11 – h−íng dßng ch¶y nhËn ®−îc vµo c¸c thêi gian kh¸c nhau theo cïng mét vµ chØ 13 14
§−êng (hay mÆt) bËc cao nhÊt ®èi víi tËp hîp c¸c ®Þa h×nh theo chiÒu dµi lßng dÉn x¸c ®Þnh ®−îc mäi d¹ng h×nh th¸i cã thÓ lßng dÉn sÏ phï hîp víi d¹ng ©m cña lßng dÉn cã sù bæ sung lín c¸c nguyªn tè lßng dÉn, mét sè ®ã ®−îc chØ ra trªn h×nh 1.2. nhÊt. Lßng dÉn nh− lµ phÇn thÊp nhÊt cña thung lòng s«ng ngßi , ngËp n−íc, cã thÓ chia ra c¸c møc ngËp kh¸c nhau (mùc n−íc, l−u l−îng n−íc). Khi ®ã nhiÒu bÒ mÆt víi mùc n−íc cao h¬n lµ c¸c bÒ mÆt d¹ng lßng dÉn d−¬ng, víi mùc n−íc thÊp h¬n sÏ lµ bÒ mÆt d¹ng lßng dÉn ©m. Cã thÓ chia ra hai d¹ng ranh giíi lßng dÉn: kh«ng kÝn vµ kÝn. Ranh giíi kÝn ®−îc vÏ nªn bëi ®¶o. C¸c nh¸nh lßng dÉn cã Ýt nhÊt lµ mét ranh giíi kÝn, hai ranh giíi hë lµ lßng ph©n nh¸nh. Th−êng d¹ng lßng dÉn m« t¶ thuËn lîi kh«ng nhê vµo ranh giíi mµ nhê ®−êng trôc (víi sù hiÖn diÖn c¸c ranh giíi kÝn – ®−êng). X©y dùng ®−êng trôc dÉn tíi viÖc t×m kiÕm kho¶ng c¸ch nhá nhÊt gi÷a c¸c ®iÓm ranh giíi vµ dÉn ®−êng trôc qua trung t©m c¸c mÉu ®ã. NhËn lµm ®−êng trôc cã thÓ sö dông ®−êng tanvec hoÆc lµ trôc dßng ch¶y. Trªn c¸c ranh giíi hay ®−êng trôc t¸ch ra c¸c ®iÓm ®Æc biÖt, qua ®ã dÉn c¸c tuyÕn ®o ngang, h¹n chÕ c¸c thµnh tè h×nh d¹ng lßng dÉn. T¹i c¸c ®iÓm uèn cña ®o¹n th¼ng ®−êng bÞ uèn cong vµ ng−îc l¹i. T¹i ®iÓm uèn ®¹o ∂θ – sù thay ®æi gãc ph−¬ng vÞ θ theo chiÒu dµi lßng dÉn hµm ∂s s, tøc lµ ®o¹n cong ®i qua ®iÓm tíi h¹n. T¹i ®iÓm uèn diÕn ra sù ∂θ thay ®æi dÊu ®o¹n cong . T¹i ®Ønh cña ®iÓm uèn ®é cong ®¹t ∂s gi¸ trÞ cùc ®¹i. Víi sù cong kh«ng thay ®æi theo chiÒu dµi ®o¹n ®iÓm ®Ønh x¸c ®Þnh theo cùc ®¹i c¸nh cung ®−êng uèn cong. C¸c ®iÓm ®Çu vµ cuèi thuéc ranh giíi kÝn t−¬ng øng víi gi¸ trÞ cùc H×nh 1.3. C¸c th«ng sè ®o ®¹c h×nh th¸i chÝnh cña ®Þa h×nh lßng dÉn. ®¹i vµ cùc tiÓu cña to¹ ®é däc trªn thùc tÕ ®èi víi vßng trßn. a. ®èi víi h×nh d¹ng ®¸y ; b – ®èi víi lßng ch¶o Trªn ®−êng trôc chóng øng víi c¸c mÐp ph©n nh¸nh vµ hîp l−u n»m trªn vµ d−íi ®iÓm ®Çu vµ ®iÓm cuèi. KÕt hîp c¸c ®iÓm ®Æc Trong lßng s«ng cã thÓ t¸ch ra c¸c ®iÓm ph©n tÇng ®Æc biÖt, biÖt, dÊu cña ®o¹n cong, c¸c ranh giíi thay ®æi cña ®o¹n cong lµm t¨ng m¹nh sè l−îng c¸c d¹ng lßng dÉn cã thÓ. Chu tr×nh 15 16
t¸ch c¸c d¹ng lßng dÉn cì kh¸c nhau Ýt kh¸c víi chu tr×nh t¸ch thêi gian cña c¸c tham sè ®o ®¹c h×nh th¸i. sãng ë trªn. Th−êng khi ®ã sö dông ®−êng trôc. VËy nªn, C¸c ph−¬ng ph¸p ®· dÉn ®Ó t¸ch c¸c d¹ng nguyªn cña ®Þa Sinnok vµ Rao [133] ®· ph©n tÝch c¸c ph−¬ng ¸n ®¬n gi¶n nhÊt h×nh lßng dÉn kh«ng trïng víi c¸c ph−¬ng ph¸p ®−îc phæ biÕn cña d¹ng lßng dÉn – s«ng ®æi h−íng theo kinh tuyÕn. T¸ch réng r·i trong ph©n tÝch ®Þa m¹o m« t¶ ®Þa h×nh b»ng c¸c ®iÓm ®−êng bËc nhÊt – trôc lßng dÉn biÕn ®æi, ®−êng bËc hai – nèi c¸c ®Æc tr−ng vµ c¸c ®−êng cÊu tróc [94]. CÇn ph¶i nhÊt trÝ víi A. ®iÓm uèn cña ®−êng bËc nhÊt; ®−êng bËc ba – nèi c¸c ®iÓm uèn N. Lastoskin [48] r»ng c¸c ®−êng cÊu tróc vµ c¸c ®iÓm ®Æc cña ®−êng bËc hai v.v.. tiÕp tôc cho ®Õn khi thu ®−îc ®−êng ®¸y tr−ng cña c¸c d¹ng x¸c ®Þnh cho phÐp m« t¶ ®¬n trÞ d¹ng ®Þa s«ng. Sù phøc t¹p chñ yÕu cña sù ph©n t¸ch nh− vËy lµ kh¶ h×nh bÊt kú. Nh−ng viÖc ph©n t¸ch ë c¸c nguyªn tè bé phËn lßng n¨ng trïng c¸c ®−êng bËc kh¸c nhau. §Ó kh¾c phôc ®iÒu ®ã dÉn m©u thuÉn víi nguyªn t¾c t¸c ®éng t−¬ng hç cña dßng vµ còng nh− ®èi víi sãng c¸t cã thÓ sö dông chØ tiªu ®éng häc cña lßng dÉn mµ theo ®ã nguyªn tè trong tæ hîp ®Þa h×nh lßng s«ng ®o¹n lßng dÉn , tuy nhiªn hay lµm h¬n lµ xuÊt ph¸t tõ c¸c kh¸i t−¬ng øng víi nguyªn tè xo¸y trong dßng. Nguyªn tè xo¸y niÖm tæng qu¸t vÒ h×nh häc d¹ng lßng dÉn. chiÕm øu thÕ hoµn toµn chØ trong ph¹m vi toµn bé d¹ng lßng Khi ph©n t¸ch c¸c nguyªn tè h×nh d¹ng lßng dÉn, chØ tiªu s«ng. quan träng lµ ®é cong tíi h¹n cña lßng dÉn, x¸c ®Þnh ranh giíi gi÷a c¸c ®−êng cong vµ ®−êng th¼ng. C¸c ®−êng th¼ng h×nh häc 1.2. CÊu tróc trong tù nhiªn hÇu nh− kh«ng cã, nªn khÝa c¹nh nµy ®èi víi lßng dÉn s«ng ngßi chØ cã thÓ nãi vÒ ®o¹n s«ng th¼ng ®éng lùc CÊu tróc trong khu«n khæ cña tiÕp cËn hÖ thèng [56] – lµ häc. V. V. Ivanov [30] ®Ò xuÊt ®Ó x¸c ®Þnh gi¸ trÞ ®é cong sö tËp hîp c¸c quan hÖ trong hÖ thèng ®−îc lùa chän b»ng mét dông møc ®é ¶nh h−ëng cña h×nh häc ph¼ng lßng dÉn lªn h×nh c¸ch cã tæ chøc ®Ó tæng hîp hÖ thèng. Trong hÖ thèng dßng ch¶y d¹ng mÆt c¾t ngang cña nã. Trong lßng dÉn th¼ng ®éng lùc häc – lßng s«ng cã thÓ t¸ch ra hai líp quan hÖ: 1) t¹o hÖ thèng vµ 2) kh«ng xuÊt hiÖn mét m¾t xÝch ngang nµo cña dßng vµ sù bÊt ®èi h×nh th¸i. T¹o hÖ thèng lµ c¸c quan hÖ nh©n qu¶ t¸c ®éng vµ xøng ngang cña lßng dÉn. RÊt hiÕm khi cã lßng dÉn víi mÆt c¾t t−¬ng hç: trùc tiÕp, ng−îc l¹i, d−¬ng vµ ©m. C¸c quan hÖ t−¬ng ngang bÊt ®èi xøng. V. V. Ivanov ®· x¸c ®Þnh gi¸ trÞ ®é cong tíi tù kh«ng thùc hiÖn trùc tiÕp gi÷a c¸c nguyªn tè ®Þa h×nh lßng h¹n cña lßng dÉn víi s / λ ≈ 1,15 . s«ng riªng biÖt, mµ cßn cã sù tham gia cña c¸c nguyªn tè dßng ch¶y. C¸c quan hÖ h×nh th¸i cã thÓ kh«ng ph¶n ¸nh trong trang Mçi d¹ng lßng dÉn h×nh sãng vµ d¹ng lßng dÉn trong tæng th¸i toµn bé hÖ thèng (hoÆc mét phÇn nguyªn vÑn cña nã), thÓ cã h×nh d¸ng phøc t¹p, nã thay ®æi trong qu¸ tr×nh tiÕn ho¸ chóng cã thÓ xÐt trong giíi h¹n cña tæ hîp ®Þa h×nh lßng s«ng, cña chóng. Cho nªn ¸p dông tËp hîp c¸c tham sè h×nh th¸i mÆc dï c¸c quan hÖ nh− vËy sinh ra do hËu qu¶ cña c¸c quan (thuËt ng÷ cña I. V. Popov [67], nhµ ®o ®¹c) mµ ë mét møc ®é hÖ t¹o hÖ thèng. Thuéc nhãm quan hÖ h×nh th¸i lµ c¸c quan hÖ kh¸ x¸c ®Þnh ®· ®Æc tr−ng cho nguyªn tè lßng dÉn (H×nh 1.3). l©n cËn, kÕt hîp vµ theo bËc. §éng lùc häc d¹ng lßng dÉn th−êng ®−îc m« t¶ cã tÝnh tíi kÕt qu¶ ph©n tÝch sù dÞch chuyÓn c¸c ®iÓm ®Æc biÖt vµ thay ®æi theo Ph©n biÖt c¸c quan hÖ l©n cËn – ®Êy lµ phÐp v¹ch s¬ bé ®Þa 17 18
ni ni +1 (ni + ni +1 − 2)( xi − xi +1 ) 2 h×nh dÉn tíi viÖc x¸c lËp c¸c ranh giíi kh«ng gian kh¸ch quan Fj = (ni + ni +1 )(ni + 1)Di + (ni +1 + 1)Di +1 gi÷a c¸c nguyªn tè ®Þa h×nh. X¸c ®Þnh quan hÖ l©n cËn ®ßi hái viÖc sö dông ®ång thêi c¸c nguyªn t¾c liªn tôc vµ ph©n lËp ®Þa Theo c«ng thøc: h×nh lßng s«ng. Mçi h×nh d¹ng ®Þa h×nh lßng s«ng hay mçi 1 N −1 ∑ Fj d¹ng lßng s«ng ®Òu cã tÝnh liªn tôc ®Æc tr−ng bëi sù biÕn ®æi F= N − 1 j =1 tuÇn tù cao ®é víi c¸c to¹ ®é thêi gian vµ kh«ng gian t−¬ng øng. §Ó lµm râ mèi quan hÖ gi÷a c¸c nguyªn tè cÇn ph¶i hoÆc giíi x¸c ®Þnh møc ®é kh«ng trïng hîp cña c¸c nhãm ®−îc chia. ë h¹n chóng, hoÆc ph¶i x¸c ®Þnh c¸c tÝnh chÊt cña chóng b»ng giai ®o¹n tiÕp theo c¸c ph©n nhãm cã Fj cùc tiÓu ®−îc gép vµo c¸ch lùa chän c¸c tham sè rêi r¹c. Kh¸i niÖm ph©n lËp nh− vËy lµm mét vµ chu tr×nh ®−îc lÆp l¹i víi N – 1 nhãm. ViÖc tÝnh liªn quan chñ yÕu tíi cÊu tróc hÖ thèng. to¸n diÔn ra cho ®Õn khi sè nhãm kh«ng cßn lµ 2. Sau ®ã theo Ph©n biÖt c¸c quan hÖ kÕt hîp – lµ phÐp ph©n lo¹i, nhãm cùc ®¹i cña chØ tiªu F còng nh− tõ c¸c gi¶ thiÕt vËt lý lùa chän buéc c¸c d¹ng lßng s«ng. Sù kÕt hîp tiÕn hµnh theo viÖc lùa hÖ thèng kh«ng trïng nhÊt gi÷a c¸c ph©n nhãm. chän c¸c dÊu hiÖu h×nh th¸i, ®o ®¹c h×nh th¸i, ®éng lùc vµ th¹ch NÕu tiÕn hµnh sù ph©n nhãm theo tËp hîp m tham sè th× sö häc. C¸c quan hÖ nµy x¸c ®Þnh tÝnh liªn tôc cña d¹ng lßng s«ng. dông quan hÖ F – tæng qu¸t [70]. n n (n + ni+1 − m − 1) T XuÊt hiÖn tÝnh liªn tôc ë d¹ng kh¸c c¶ trong c¸c d¹ng nguyªn tè ( ) x i − x iT 1 H −1 (x i − x i+1 ) F j = i i+1 i (ni + ni+1 ) lßng s«ng còng nh− c¸c ®èi t−îng ®−îc nhãm kh«ng theo c¸c + m dÊu hiÖu l©n cËn gi¶n ®¬n trong kh«ng gian mµ theo c¸c dÊu víi xi – vect¬ c¸c gi¸ trÞ trung b×nh c¸c tham sè xi; H = Si + Si+1; hiÖu trïng hîp tæ hîp c¸c tÝnh chÊt. Si = U iU iT − ni x i x iT ; Ui – ma trËn cã c¸c cét lµ c¸c gi¸ trÞ §Ó ph©n biÖt c¸c d¹ng ®Þa h×nh lßng s«ng ¸p dông c¶ c¸c tham sè xi ; T – ký hiÖu biÕn ho¸. ph−¬ng ph¸p liªn tôc vµ rêi r¹c. Trong khu«n khæ c¸c ph−¬ng Mçi nhãm d¹ng lßng s«ng liªn kÕt ®−îc ph©n theo kiÓu nh− ph¸p rêi r¹c viÖc ph©n lo¹i dùa trªn viÖc lùa chän c¸c tham sè vËy ®Æc tr−ng bëi tËp hîp c¸c tham sè ®o ®¹c h×nh th¸i (trong ®Æc tr−ng h×nh d¹ng lßng s«ng. C¸c tham sè d¹ng lßng s«ng hay tr−êng hîp nµy lµ c¸c gi¸ trÞ trung b×nh c¸c tham sè vµ ph−¬ng sö dông nhÊt lµ chiÒu dµi cña chóng (b−íc). Ph−¬ng ph¸p ph©n sai cña chóng), chóng ®èi víi c¸c d¹ng lßng s«ng c¬ së ®−îc coi lo¹i theo dÊu hiÖu nµy cã b¶n chÊt nh− sau [88]. nh− c¸c chØ sè rêi r¹c cña mét thµnh t¹o liªn tôc nµo ®ã. NhËn ®−îc do kÕt qu¶ tham sè ho¸ chuçi ®é dµi (b−íc) C¸c tham sè ®o ®¹c h×nh th¸i trung b×nh chÝnh cña d¹ng d¹ng lßng s«ng s¾p xÕp theo trËt tù gi¶m dÇn gi¸ trÞ. TiÕp theo lßng s«ng thµnh lËp nªn c¸c nhãm vÒ phÇn m×nh l¹i cã thÓ phñ logarit ho¸ c¸c gi¸ trÞ ®ã vµ chia chuçi ra N nhãm ban ®Çu sao cho trong mçi nhãm cã ni gi¸ trÞ. X¸c ®Þnh gi¸ trÞ trung b×nh xi ®Þnh sù ph©n nhãm vµ t¹o ra c¸c nhãm gÇn nhau theo h×nh th¸i c¸c d¹ng cÊu t¹o chóng so víi c¸c chØ tiªu kh¸c. vµ ph−¬ng sai Di cña chóng. §èi víi mçi cÆp nhãm c¹nh nhau i Ph−¬ng ph¸p liªn tôc ho¸ ph©n líp c¸c d¹ng ®Þa h×nh lßng vµ i + 1 tÝnh chØ tiªu sai kh¸c – hÖ thøc F: s«ng kh«ng ®ßi hái sù rêi r¹c ho¸ ban ®Çu – ph©n chia c¸c 19 20
nguyªn tè riªng rÏ mµ dùa trªn viÖc xö lý tr−êng (hay nãi c¸ch hîp c¸c d¹ng lßng s«ng. Th−êng c¸c gi¸ trÞ c¸c tham sè nµy kh¸c lµ chuçi) c¸c cao ®é th¼ng ®øng cña bÒ mÆt (®−êng) thèng kh«ng kh¸c nhiÒu víi c¸c gi¸ trÞ nhËn ®−îc tõ viÖc nhãm c¸c nhÊt. B−íc ph©n chia kh«ng qu¸ 1/10 – 1/20 chiÒu dµi d¹ng lßng d¹ng lßng s«ng b»ng ph−¬ng ph¸p rêi r¹c. s«ng bÞ ph©n chia, vµ kho¶ng hiÖn thùc kh«ng Ýt h¬n 20 – 100 C¸c ph−¬ng ph¸p ph©n tÝch liªn tôc vµ rêi r¹c khi ph©n ®é dµi d¹ng ®· lùa chän. nhãm ®Þa h×nh lßng s«ng cã mÆt m¹nh vµ yÕu vµ víi viÖc sö Chuçi (b¶ng) cao ®é ®¸y lßng s«ng nhËn ®−îc (hoÆc c¸c dông ®ång thêi sÏ bæ sung tèt cho nhau. tham sè thay ®æi liªn tôc kh¸c nh− chiÒu réng, diÖn tÝch mÆt c¾t Trong qu¸ tr×nh ph©n tÝch rêi r¹c lµm s¸ng tá c¸c d¹ng lßng −ít, ®é uèn trôc lßng s«ng) ®−îc kh¼ng ®Þnh bëi ph©n tÝch phæ s«ng riªng biÖt, nghiªn cøu ®−îc tÝnh chÊt cña mçi d¹ng trong vµ t−¬ng quan. Theo kho¶ng c¸ch gi÷a c¸c cùc trÞ cña hµm ®ã, ¶nh h−ëng cña toµn bé hÖ thèng lªn d¹ng cô thÓ nµy vµ t−¬ng quan vµ b−íc sãng t−¬ng øng víi cùc trÞ cña mËt ®é phæ, ng−îc l¹i. ThuËt to¸n liªn kÕt c¸c d¹ng riªng biÖt trong nhãm x¸c ®Þnh chiÒu dµi (b−íc) cña d¹ng lßng s«ng. Hµm mËt ®é phæ theo tæ hîp c¸c dÊu hiÖu kh¸ râ rµng. §èi víi mçi nhãm cã thÓ ngoµi ra cßn cho phÐp ®¸nh gi¸ phÇn tr¨m ph−¬ng sai chung ®¸nh gi¸ kh«ng chØ c¸c tham sè trung b×nh c¸c thµnh phÇn cña cña chuçi diÔn ra trong kho¶ng dao ®éng ®é dµi cña c¸c d¹ng d¹ng lßng s«ng mµ cßn c¶ tÝnh chÊt ®−êng cong ph©n bè c¸c lßng s«ng, thÓ hiÖn qua d¹ng c¸c ®Ønh. Còng nhê thÕ x¸c ®Þnh tham sè cña d¹ng, c¸c m«men cña chóng. Tuy nhiªn møc ®é chñ ®−îc ®é cao trung b×nh cña c¸c d¹ng ®ã. quan c¶ khi lµm s¸ng tá c¸c d¹ng riªng biÖt lÉn khi lùa chän c¸c Nhê mét hµm mËt ®é phæ khã m« t¶ d¹ng ®Þa h×nh lßng chØ tiªu c¸c sù kh¸c biÖt cùc ®¹i lµ kh¸ cao. s«ng cã kÝch th−íc kh¸c nhau lín. TËp trung vµo mét thÓ hiÖn Ph©n tÝch liªn tôc theo dÊu c¸c d¹ng lßng s«ng cô thÓ dÉn liªn tôc cao ®é ®¸y ®Ó lµm râ c¸c d¹ng cã kÝch th−íc kh¸c nhau tíi viÖc lµm s¸ng tá trùc tiÕp c¸c tæ hîp cña chóng theo c¸c lùa chän c¸c ®o¹n cã chiÒu dµi kh¸c nhau vµ ph©n lo¹i chóng tham sè ®o ®¹c h×nh th¸i chÝnh kh«ng tèn c«ng lµm rêi r¹c, vµ víi c¸c b−íc kh¸c nhau, xuÊt ph¸t tõ h−íng dÉn ®· nªu trªn, v× thÕ kh¸ch quan h¬n. Nã ®Æc biÖt hiÖu qu¶ víi c¸c ®Þa h×nh cßn tiÕp theo sau khi tiÕn hµnh ph©n tÝch phæ, trén hµm mËt ®é lßng s«ng cã ®é phøc t¹p lín. §Ó nghiªn cøu cÊu tróc dßng ch¶y, phæ t−¬ng øng víi c¸c kho¶ng dao ®éng ®é dµi. HÖ thøc ®é dµi c¸c ph−¬ng ph¸p ph©n tÝch phæ vµ ph©n tÝch t−¬ng quan th−êng ®o¹n cÇn ph¶i ®¹t sao cho ®é dµi ®o¹n cña thÓ hiÖn ®−îc c¸c lµ con ®−êng duy nhÊt do kh«ng thÓ rêi r¹c ho¸ c¸c tr−êng vËn d¹ng lßng s«ng nhá nhÊt, kh«ng v−ît qu¸ Ýt h¬n 6 lÇn ®é dµi tèc trong thùc tÕ. kho¶ng ph©n líp c¸c ®o¹n dïng ®Ó lµm râ c¸c d¹ng lín. Tuy nhiªn, ph©n tÝch phæ th−êng dùa trªn viÖc sö dông KÕt qu¶ cña ph©n tÝch phæ trùc tiÕp lµm s¸ng tá kh«ng ph¶i khai triÓn c¸c m¶ng sè liÖu theo chuçi Phure theo c¸c hµm tam lµ c¸c d¹ng lßng s«ng riªng biÖt mµ gép chóng theo tæ hîp c¸c gi¸c trùc giao. TÝnh dao ®éng h×nh sin kh«ng chuÈn cña ®a sè dÊu hiÖu: sù gÇn gòi vÒ chiÒu dµi, chiÒu réng vµ chiÒu cao cña c¸c d¹ng lßng s«ng dÉn tíi viÖc t¨ng c¸c phæ réng vµ gi¶m ®é d¹ng víi ph©n tÝch phæ hai chiÒu tr−êng cao ®é ®¸y; sù gÇn gòi chÝnh x¸c cña viÖc x¸c ®Þnh c¸c tham sè ®o ®¹c h×nh th¸i ®Æc c¸c b−íc uèn trong ph©n tÝch chuèi ®é uèn lßng s«ng. Nh− vËy tr−ng. x¸c ®Þnh ®−îc c¸c tham sè ®o ®¹c h×nh th¸i ®Æc tr−ng cña liªn 21 22
Hµm mËt ®é phæ còng cho phÐp ®¸nh dÊu c¸c ranh giíi c¸c nhãm kh¸i qu¸t ®Þa h×nh lßng s«ng mµ kh«ng cÇn tiÕn hµnh rêi r¹c hãa. Ngoµi c¸c cùc trÞ ®Þa ph−¬ng, t−¬ng øng víi c¸c nhãm h×nh d¹ng, trªn nÒn phæ th−êng lµm s¸ng tá mét sè vïng réng lín cña b−íc sãng víi c¸c gi¸ trÞ mËt ®é phæ gÇn nhau (H×nh 1.4). Chóng ®−îc ph©n biÖt mét c¸ch t−¬ng ®èi ®íi thÊp mµ trong giíi h¹n cña nã mËt ®é phæ Ýt thay ®æi. Trªn c¸c ®å thÞ hµm mËt ®é phæ x©y dùng theo tû lÖ loga nhÞ thøc c¸c vïng vµ c¸c ®íi ®−îc ph©n biÖt râ rµng nh− c¸c bËc thang mËt ®é phæ. Mçi bËc nh− vËy cã thÓ coi nh− mét møc tæ chøc tiÕp theo cña ®Þa h×nh lßng s«ng. Ph©n tÝch cÊu tróc ®Þa h×nh lßng s«ng cho phÐp kÕt luËn r»ng trong qu¸ tr×nh lßng s«ng c¸c tÝnh chÊt têi r¹c vµ liªn tôc xuÊt hiÖn vµ bæ sung lÉn nhau; cho nªn thiÕu tÝnh to¸n mét trong c¸c khÝa c¹nh cña hiÖn t−îng thùc tÕ sÏ lµm nghÌo ®i c¶ lý thuyÕt lÉn øng dông cña khoa häc. 1.3. Tæ chøc ë mét møc ®é nµo ®ã lín h¬n c¶ tÝnh liªn tôc vµ rêi r¹c, trong hÖ thèng dßng ch¶y – lßng s«ng kÕt hîp c¸c dÊu hiÖu v« trËt tù ë c¶ tæ chøc. §éng lùc häc cña c¸c d¹ng lßng s«ng cã thÓ thÓ hiÖn hoµn toµn cã trËt tù theo mét tû lÖ kh«ng gian – thêi gian nµo ®ã vµ hoµn toµn hçn ®én ë mét tû lÖ kh¸c. DÉn c¸c chØ tiªu trËt tù lµm râ c¸c khÝa c¹nh kh«ng mong ®îi cña c¸c qu¸ tr×nh. VËy nªn Iu. L. Klim«ntvich [39] ®· x©y dùng ®Þnh lý S, theo ®ã hÖ thèng cã trËt tù lµ hÖ mµ vËt chÊt cña nã n»m ë trªn H×nh 1.4. Hµm mËt ®é phæ ®é s©u s«ng ngßi cïng mét mùc n¨ng l−îng so s¸nh sÏ nhá h¬n. Nhê ®Þnh lý S mµ Iu. L. Klim«ntvich ®· ®Æt nÒn mãng v÷ng ch¾c, trªn trùc diÖn, 1– Amazon; 2– Enhix©y; 3– Lena; 4– Nigiª; 5– ranh giíi gi÷a c¸c mùc cÊu tróc; kÕt luËn r»ng dßng chÊt láng ph©n tÇng víi vËt chÊt Sl hçn lo¹n 6– sè mùc sãng cÊu tróc lín (I), nhá vµ võa (II) vµ rÊt nhá (III) h¬n nhiÒu so víi chuyÓn ®éng rèi hçn lo¹n, vËt chÊt ST- nhá h¬n 23 24
gi¸ trÞ: møc tæ chøc cao nhÊt – ®ã lµ thèng nhÊt c¸c nhãm t−¬ng øng víi S − S T ≈ (u ' 2 ) ≥ 0 møc cÊu tróc ®Þa h×nh lßng s«ng cña N. E. Kon®rachev. Nhê tËp hîp c¸c ph−¬ng ph¸p ph©n tÝch liªn tôc vµ rêi r¹c víi u' – vËn tèc rèi tøc thêi ®· tiÕn hµnh ph©n tÝch cÊu tróc tæ chøc ®Þa h×nh lßng s«ng cña Do kÕt qu¶ ¸p dông tuÇn tù ®Þnh lý S ®Õn dßng ch¶y s«ng s«ng ngßi cã kÝch th−íc vµ l−îng n−íc kh¸c nhau. ngßi (®¸y sãng, sù hiÖn diÖn cña rèi quy m« lín) cã thÓ ®−a ra Ph©n tÝch sè liÖu quan tr¾c chøng tá r»ng ngay c¶ ë trong kÕt luËn r»ng hÖ thèng dßng ch¶y – lßng s«ng trËt tù h¬n so víi c¸c s«ng nhá vµ c¸c m¸ng thùc nghiÖm ®· h×nh thµnh kh«ng Ýt dßng ch¶y rèi phi cÊu tróc. h¬n 3 kiÓu nh©n d¹ng lßng s«ng. Theo møc ®é t¨ng quy m« cña TÝnh trËt tù gi¶ thiÕt sù hiÖn diÖn c¸c d¹ng x¸c ®Þnh c¸c s«ng sè l−îng c¸c kiÓu nh− vËy t¨ng vät. §èi víi ®èi t−îng quan hÖ h×nh th¸i. Trong hÖ thèng dßng ch¶y – lßng s«ng gièng nghiªn cøu cña chóng ta s« l−îng cùc ®¹i ®ång thêi c¸c kiÓu tån nh− ®a sè c¸c hÖ thèng phøc t¹p, ®ã lµ quan hÖ ph©n bËc; mçi t¹i nh©n cÊu tróc d¹ng lßng s«ng lµ 8 ( Verkhnaia Obi, d−íi hîp nguyªn tè cña hÖ thèng lµ mét bé phËn cña nguyªn tè lín vµ vÒ l−u cña Bi vµ Katunhi). phÇn m×nh chøa c¸c nguyªn tè nhá h¬n. Quan hÖ ph©n bËc ®Én Trong c¸c tµi liÖu th−êng gÆp c¸c ý kiÕn r»ng cÊu tróc phøc ®Õn sù t¹o thµnh trong hÖ thèng c¸c mÆc tæ chøc kh¸c nhau. t¹p cña ®Þa h×nh lßng s«ng, sè l−îng lín vµ kÝch th−íc kh¸c Kh¸i niÖm "mùc cÊu tróc" ®−îc N. E. Kon®rachev [78] ®−a nhau c¸c d¹ng ®Þa h×nh lßng s«ng ®· x¸c ®Þnh sù hiÖn diÖn vµo lý thuyÕt qu¸ tr×nh lßng s«ng, «ng chia ra 3 mùc cÊu tróc trong lßng s«ng c¸c d¹ng lßng s«ng cÊu t¹o víi c¸c ®iÒu kiÖn ®Þa h×nh lßng s«ng chÝnh: d¹ng ®Þa h×nh vi m«, trung b×nh vµ vÜ thuû lùc kh¸c vµ chÕ ®é thuû v¨n kh¸c b¶o tån trong lßng s«ng m«, m« t¶ c¸c tÝnh chÊt chÝnh cña chóng. Tuy nhiªn N. E. do tÝnh qu¸n tÝnh cña qu¸ tr×nh biÕn d¹ng lßng s«ng [103]. C¸c Kon®rachev kh«ng x©y dùng c¸ch x¸c ®Þnh mùc cÊu tróc ®Þa cÊu tróc nh− vËy trong ®Þa h×nh lßng s«ng ch¾c ch¾n cã vµ t¹o h×nh lßng s«ng, kh«ng nguyªn lý, vµ t−¬ng øng lµ mét tæ hîp nªn c¬ së cña chóng. V× thÕ khi ph©n tÝch cÊu tróc ®Þa h×nh lßng nµy hoÆc kia cña d¹ng lßng s«ng cã thÓ xÕp vµo mét mùc cÊu s«ng nhÊt thiÕt ph¶i lµm râ giai ®o¹n ph¸t triÓn d¹ng lßng s«ng tróc ®· cho. N. S. Znamenskhaia [29] trªn c¬ së nguyªn t¾c – tÝch cùc hay thô ®éng. ChØ tiªu chÝnh khi ®ã sÏ lµ xu h−íng trung lËp ký hiÖu c¸c dÊu hiÖu chÝnh cho phÐp ®−a c¸c d¹ng ph¸t triÓn cña d¹ng – tiÕn triÓn phï hîp cña cÊu tróc dßng lßng s«ng kh¸c nhau vµo mét mùc cÊu tróc: c¸c quy luËt diÔn ra ch¶y vµ lßng s«ng ®èi víi d¹ng tcÝh cùc vµ kh«ng phï hîp, chèng ®ång nhÊt cña qu¸ tr×nh lßng s«ng, kh¸c nhau vÒ quy luËt ®èi ®èi – ®èi víi d¹ng thô ®éng [26, 43]. víi c¸c d¹ng lßng s«ng trªn c¸c mùc cÊu tróc kh¸c. Nh− vËy, cÊu tróc ®Þa h×nh lßng s«ng ®Æc tr−ng bëi tÝnh Tæ chøc cÊu tróc cña mét tæ hîp ®Þa h×nh lßng s«ng [88] tèi phøc t¹p lín, kh¶ n¨ng cïng tån t¹i c¸c d¹ng lßng s«ng tÝch cùc thiÓu lµ ba bËc: 1) c¸c d¹ng lßng s«ng riªng – c¸c nguyªn tè cña vµ thô ®éng, mµ chóng ë mét møc ®é nµo ®ã lµ kû niÖm cña hÖ liªn hîp – t¹o nªn bËc thÊp nhÊt cña tæ chøc; 2) c¸c d¹ng riªng thèng. TÝnh phøc t¹p cña tæ hîp c¸c d¹ng lßng s«ng ®−îc x¸c ®−îc nhãm vµo mét liªn kÕt d¹ng thø nhÊt ®−îc ®Ò nghÞ gäi lµ ®Þnh bëi l−îng c¸c nh©n cÊu tróc vµ c¸c mùc cÊu tróc ®−îc lµm nh©n cÊu tróc (chóng t¹o thµnh møc tæ chøc trung b×nh); 3) râ. Quan hÖ thang bËc trong tæ hîp ®Þa h×nh lßng s«ng ®−îc 25 26
biÓu hiÖn kh«ng chØ khi lµm s¸ng tá c¸c mùc chñ yÕu cña tæ tù [50] vµ ký hiÖu bëi c¸c ch÷ c¸i [2]. Sù thiÕu hÖ thuËt ng÷ chøc: d¹ng lßng s«ng – nh©n cÊu tróc – mùc cÊu tróc. Trong mçi ®−îc c«ng nhËn réng r·i c¸c dangk ®Þa h×nh lßng s«ng, tÝnh hÕt bËc tæ chøc cÊu tróc lµm râ c¸c chuçi ph©n bËc. Mçi d¹ng lßng sù phøc t¹p lín cña cÊu t¹o cña chóng n¶y sinh ra c¸c cuéc s«ng riªng – mét phÇn cña d¹ng lín h¬n (vµ d¹ng lín nhÊt lµ tranh c·i thuËt ng÷ [47] vµ kh«ng thóc ®Èy sù hiÓu biÕt lÉn phÇn cña nguyªn tè bªn ngoµi theo quan hÖ víi hÖ thèng dßng nhau cña c¸c chuyªn gia. ch¶y – lßng s«ng cña ®Þa hÖ thèng). Trong khi ®ã mçi d¹ng lßng VÊn ®Ò xÕp h¹ng c¸c d¹ng lßng s«ng, nh©n cÊu tróc vµ s«ng riªng biÖt l¹i chøa ®ùng trong nã c¸c nguyªn tè ë c¸c d¹ng chuçi bËc thang cã ý nghÜa vÒ mÆt nguyªn t¾c. ViÖc ph©n h¹ng lßng s«ng nhá h¬n. Riªng c¸c phÇn tö phï sa tån t¹i trong hÖ cÇn ph¶i tÝnh ®Õn: 1) tËp hîp bËc thang c¸c d¹ng lßng s«ng ( c¸c thèng dßng ch¶y – lßng s«ng nh− lµ c¸c nguyªn tè ®¬n gi¶n nh©n cÊu tróc) trong giøoi h¹n mét ®o¹n h×nh th¸i ®ång nhÊt nhÊt. Tõ quan ®iÓm nµy c¸c c¬ së cña N. E. Kon®rachev [78] vÒ cña mét lßng s«ng; 2) sù phï hîp h×nh th¸i ®éng lùc c¸c d¹ng ®Þa h×nh lßng s«ng vi m« vµ quy m« võa lµ c¸c d¹ng ®¬n gi¶n lßng s«ng ( c¸c nh©n cÊu tróc) cña mét h¹ng trong c¸c lßng s«ng nhÊt tá ra thiÕu c¬ së. Sù hiÖn diÖn cña c¸c chuçi bËc thang kh¸c nhau. CÇn lùa chän nguyªn tè cÊu tróc c¬ së, t−¬ng øng d¹ng lßng s«ng phÇn lín ®· chi phèi c¸c ph−¬ng ¸n ph©n chia víi nã lµ x©y dùng c¶ bËc thang. Lßng s«ng ®−îc ®Æc tr−ng bëi c¸c nguyªn tè víi c¸ch tiÖm cËn rêi r¹c ®Õn sù ph©n tÝch tæ hîp. hai tû lÖ néi tuyÕn tÝnh – chiÒu réng vµ ®é s©u. Cho nªn hiÖn Tuy nhiªn c¸c ph−¬ng ph¸p liªn tôc, kh«ng lÖ thuéc vµo c¸ch nay ®Ò xuÊt hai hÖ thèng ph©n h¹ng d¹ng lßng s«ng: 1) b¾t ®Çu ph©n chia chñ quan còng kh¼ng ®Þnh sù tån t¹i kh¸ch quan cña tõ d¹ng lín nhÊt, kÝch th−íc chiÒu dµi cì chiÒu réng lßng s«ng kiÓu bËc thang c¸c d¹ng lßng s«ng. CÊu tróc bËc thang ®Þa h×nh [82]; 2) b¾t ®Çu tõ c¸c d¹ng nhá nhÊt, lÊy kÝch th−íc theo ®é s©u lßng s«ng x¸c ®Þnh c¸c ®iÒu kiÖn nhãm c¸c d¹ng lßng s«ng – lßng s«ng [104]. trong mét nh©n cÊu tróc kh«ng gép ®−îc c¸c d¹ng n»m trªn c¸c Tuy nhiªn c¸c c¶m nhËn h×nh häc ®¬n gi¶n sÏ lµ kh«ng ®ñ, céng ®ång bËc thang do tæ chøc nh©n cÊu tróc hoµn toµn t−¬ng do khi ®ã trong c¶ hai hÖ thèng kh«ng ®¶m b¶o ®iÒu kiÖn thø øng víi d¹ng lßng s«ng mµ chóng lµ mét thÓ thèng nhÊt. Nh©n hai cña viÖc ph©n h¹ng. §Ó gi¶i quyÕt vÊn ®Ò ®ã cÇn chó ý ®Õn cÊu tróc còng t¹o nªn chuçi bËc thang. Tæ hîp ®Þa h×nh lßng lý thuyÕt ph¸t sinh vµ ph¸t triÓn c¸c d¹ng lßng s«ng. s«ng kh¸ ph¸t triÓn th−êng bao gåm c¸c nh©n cÊu tróc nh− sau (theo sù t¨ng dÇn kÝch th−íc): 1) mÆt n−íc gîn; 2) r¹n; 3) ®ôn c¸t; 4) hâm 5) gê 6) sãng c¸t; 7) tÝch tô (cï lao, d¶i c¸t); 8) khóc uèn, ph©n nh¸nh, ®o¹n s«ng th¼ng: 9) tËp hîp c¸c khóc uèn, khóc uèn lín ; 10) c¸c nh¸nh song song, ph¸t triÓn b·i båi vµ ch©u thæ. TÊt c¶ c¸c thuËt ng÷ nµy ®−îc sö dông trong c¸c Ên phÈm "lßng s«ng" (víi c¸c tÇn suÊt kh¸c nhau), tuy nhiªn kh«ng th−êng xuyªn theo trËt tù phèi hîp nªu trªn. §«i khi mét nhãm d¹ng lßng s«ng trong chuçi bËc thang ph©n bè theo trËt 27 28
mét ®o¹n lßng s«ng uèn gÊp. §Ó ®¸nh gi¸ cÊu tróc dßng ch¶y trªn mét kho¶ng biÕn ®éng tÇn sè réng nhê c¸c m¸y ®o vËn tèc nhá ®· tiÕn hµnh hµng lo¹t ®ît ®o dµi h¬n 10 phót víi viÖc ghi Ch−¬ng 2 vËn tèc tõng 0,4 gi©y, nhê m¸y l−u tèc GR–99, ®o 2 giê vµ ghi nhËn vËn tèc tõng 10 gi©y vµ ®o 16 giê víi ghi nhËn vËn tèc tõng 600 gi©y. c¬ chÕ thµnh t¹o c¸c cÊu tróc bËc phøc t¹p cña ®Þa h×nh lßng s«ng 2.1. CÊu tróc dßng ch¶y rèi Sù tån t¹i cÊu tróc tùa tuÇn hoµn cùc trong dßng ch¶y lßng s«ng, kÝch th−íc cña nã ®−îc so víi ®é s©u dßng ch¶y ®· ®−îc M. A. Velicanov [12] vµ N. A. Mikhailova [57] cïng céng sù cña hä c«ng bè. Hä cßn nghiªn cøu sù ¶nh h−ëng cña chóng ®Õn sù h×nh thµnh ®Þa h×nh sãng trªn ®¸y lßng s«ng bÞ bµo mßn. A. B. Klaven [36, 37] ®· chøng minh c¸c cÊu t¹o phøc t¹p cña c¸c xo¸y nµy: c¸c xo¸y nhá nhÊt (kÝch th−íc cì ®é s©u) kÕt hîp thµnh xo¸y lín (chiÒu dµi xo¸y cì ®é s©u lín nhÊt). §o ®¹c nhiÔu ®éng vËn tèc trong mét kho¶ng thêi gian dµi ®· cho cÊu tróc tr−êng vËn tèc víi chu kú tõ 10 – 15 phót [19], chiÒu dµi cña nã ®−îc so s¸nh víi ®é réng cña dßng ch¶y. N. A. Mikhailova [58] vµ O. P. Petrosan ®· nhËn ®−îc c¸c cÊu tróc nh− vËy trong dßng ch¶y thùc nghiÖm. D. I. Grinvald vµ V. I. H×nh 2.1. Hµm mËt ®é phæ cña c¸c nhiÔu ®éng tÇn sè thÊp cña vËn tèc Nhicora [17] ®· m« t¶ mét lo¹t c¸c vÝ dô c¸c nhiÔu ®éng vËn tèc dßng ch¶y tÇn sè thÊp, cô thÓ hä ®· dÉn ra hµm mËt ®é phæ trong kho¶ng tÇn sè tõ 10 –7–100 rad/s ®èi víi s«ng Dnhestr. CÊu tróc tÇn sè 1 – Trong s«ng Terec (tr¹m Parabotrs); 2– trong lßng s«ng Protva. B−íc sãng thÊp nhÊt trªn miÒn phæ rèi víi chu kú ~ 10 phót theo trËt tù khuÊy trén: LM – bËc b−íc uèn khóc; b – bËc ®é réng dßng ch¶y t; Lr – cì chiÒu dµi v−ît qu¸ ®é réng s«ng Dnhestr. chiÒu dµi sãng c¸t Trªn s«ng Terec sù ®o ®¹c vËn tèc ®−îc tiÕn hµnh bëi t¸c Trong c¸c hµm mËt ®é phæ vËn tèc dßng ch¶y (H×nh 2.1, 1) gi¶ (cïng víi I.N. Gurin) trªn mét m¸i h¹ t−¬ng ®èi th¼ng cña 29 30
ph©n ra 3 vïng n¨ng l−îng xo¸y kÝch th−íc ~ 1000 m (cì b−íc vßng uèn lín cña dßng ch¶y ®¹i d−¬ng) nhá h¬n vËn tèc chuyÓn ®−êng cong cña lßng s«ng), ~ 100 m (cì ®é réng lßng s«ng) vµ 3– ®éng t¹o nªn c¸c dßng ch¶y ®ã rÊt nhiÒu, tøc lµ kh¸ æn ®Þnh. 5m (cì ®é s©u lßng s«ng). øng víi c¸c ®íi nµy lµ c¸c ®o¹n phæ cã a) sù thay ®æi mËt ®é phæ (n¨ng l−îng dßng ch¶y) víi sè sãng tu©n theo quy luËt (–5/3). §ã lµ c¸c kho¶ng qu¸n tÝnh, n¬i mµ sù truyÒn n¨ng l−îng theo bËc diÔn ra kh«ng cã tiªu hao. Trªn s«ng Protva vËn tèc ®o b»ng l−u tèc kÕ bÐ trong kho¶ng 15 phót, trong kho¶ng 3,5 giê b»ng l−u tèc kÕ GR–99 vµ trong kho¶ng 12 giê – l−u tèc kÕ BPV –2r. T¹i ®©y còng lµm râ ®−îc cùc trÞ mËt ®é phæ t−¬ng øng víi ®é réng cña lßng s«ng (H×nh 2.1, 2) K. V. Grisanhin [19] gi¶ thiÕt r»ng, c¸c dao ®éng tÇn sè thÊp cña vËn tèc dßng ch¶y lµ hËu qu¶ cña sù thay ®æi tÇn sè qua c¸c xo¸y chÝnh tÇm cì ®é s©u dßng ch¶y. D. I. Grinvald vµ V. I. Nhicora [17] ®· ph©n biÖt ®èi víi c¸c xo¸y nµy mét kho¶ng biÕn ®éng thµnh t¹o rèi ®Æc thï (rèi vÜ m«) vµ g¾n nã víi sù xuÊt hiÖn víi tÝnh kh«ng æn ®Þnh cña dßng ch¶y chÝnh trong c¸c quy m« t−¬ng øng. V.V. Kovalenco [40] b»ng lý thuyÕt vµ thùc nghiÖm ®· chøng minh r»ng dao ®éng vËn tèc tÇn sè thÊp lµ ®Æc tÝnh cho dßng ch¶y lßng s«ng trong miÒn ®−êng n−íc rót cña mÆt tho¸ng n−íc. Cho dï b¶n chÊt cÊu tróc t−¬ng tù cña dßng ch¶y nh− thÕ nµo ®i n÷a, kÝch th−íc cña chóng, bËc ®é s©u, chiÒu réng dßng H×nh 2.2. Tr−êng vËn tèc dßng ch¶y trªn ®ôn c¸t trong lßng s«ng Niger vµo ch¶y c¸c thø kh¸c ®Òu dÞch chuyÓn däc lßng s«ng víi vËn tèc ®Çu (a) vµ cuèi (b) ®−êng lò rót. gÇn víi vËn tèc dßng ch¶y, vµ cùc tiÓu cì 3–5 lÇn lín h¬n so víi vËn tèc x¸o trén d¹ng lßng s«ng. NhiÔu ®éng vËn tèc d¹ng nh− 1 – §iÓm ®o vËn tèc ; 2– §−êng ®ång vËn tèc; 3– Sù thay ®æi vËn tèc trung b×nh thÕ kh«ng thÓ lµ nguyªn nh©n h×nh thµnh ®Þa h×nh lßng s«ng. theo thuû trùc däc ®ôn c¸t; 4– sù thay ®æi vËn tèc ®Çu tiªn (cã ¶nh h−ëng cña ®Þa Trong khÝ quyÓn vµ ®¹i d−¬ng ®· biÕt ®Õn c¸c cÊu tróc xo¸y h×nh ®¸y) theo däc dßng ch¶y; 5– mÆt ®¸y; 6– cuén xo¸y d−íi ®ôn c¸t. víi c¸c kÝch th−íc th¼ng, thuéc cì lín h¬n chiÒu dµy cña tÇng b×nh l−u vµ ®é s©u ®¹i d−¬ng. VËn tèc cña c¸c thµnh t¹o xo¸y quy m« lín (c¸c hoµn l−u thuËn vµ nghÞch trong khÝ quyÓn, c¸c 31 32
ch¶y cong, dßng ch¶y sinh ra trªn b·i v¾t, c¸c xo¸y lín víi trôc b) quay ngang vµ däc (thÝ dô, trªn ®o¹n héi l−u). C¸c chuyÓn ®éng nµy lµ thø sinh so víi dßng ch¶y nguyªn thuû, nã m« t¶ bëi tr−êng vËn tèc trung b×nh. §èi víi mét ®o¹n s«ng ®ång nhÊt cô thÓ vËn tèc nguyªn thuû lµ vËn tèc trung b×nh theo däc ®o¹n vµ trong kho¶ng thêi gian mµ trong dßng ch¶y cña nã vËn tèc trung b×nh nµy Ýt thay ®æi. Suy ra vËn tèc thø sinh cã thÓ lµ vËn tèc dßng ch¶y ®Þa ph−¬ng trung b×nh theo thêi gian. Trªn s«ng Niger , trong thêi gian trËn lôt n¨m 1978 ®· tiÕn hµnh tr¾c ®¹c tr−êng vËn tèc quanh ®ôn c¸t vµ cï lao. KÝch th−íc kh«ng lín cña ®ôn c¸t cho phÐp bá qua lùc kh¸ng. Khi ®ã ¶nh h−ëng cña ®Þa h×nh ®Õn vËn tèc däc cña dßng ch¶y trung b×nh theo thuû trùc víi ®iÒu kiÖn kh«ng thay ®æi mùc n−íc vµ ®é réng cña dßng c¬ së ®−îc m« t¶ bëi ph−¬ng tr×nh liªn tôc: ∂H ∂U +H =0 U ∂x ∂x cßn vËn tèc ban ®Çu U0 (®èi víi sù h×nh thµnh sãng c¸t) cã thÓ tÝnh theo c«ng thøc: ∆ U o = UΦ − q (H − ∆ )H víi U Φ – vËn tèc dßng ch¶y ®o ®¹c trung b×nh theo thuû trùc; q – Theo b¶n chÊt cña m×nh, chóng lµ c¸c thµnh t¹o xo¸y vÜ m«, l−u l−îng n−íc riªng trªn sãng c¸t; ∆ – ®é cao sãng c¸t trªn tu©n theo (víi truyÒn tông vÒ qu¸ tr×nh hai chiÒu ®ang tån t¹i) quy luËt nhËn ®−îc tõ rèi quy m« nhá. C¸c cÊu tróc xo¸y nµy hâm t¹i ®iÓm ®o vËn tèc; H – ®é s©u dßng ch¶y t¹i hâm. ®−îc nghiªn cøu b»ng ph−¬ng ph¸p c¬ häc chÊt láng thèng kª, C¸c tÝnh to¸n ®· chøng tá r»ng (H×nh 2.2), trong ph¹m vi h¬n n÷a c¸c kÝch th−íc lín vµ c¸c vËn tèc dÞch chuyÓn xo¸y nhá sãng c¸t c¸c vËn tèc dßng ch¶y nguyªn thuû gi¶m tõ bông sãng t−¬ng ®èi cho phÐp ¸p dông kh«ng chØ ph©n tÝch thêi gian mµ ®Õn ®Ønh sãng vµ sau ®ã t¨ng lªn, tøc lµ tån t¹i sù thay ®æi vËn cßn c¶ ph©n tÝch kh«ng gian [6]. tèc dßng ch¶y d¹ng sãng (tÝnh rèi cÊu tróc) víi b−íc sãng gÇn Trong dßng ch¶y s«ng ngßi c¸c thµnh t¹o xo¸y æn ®Þnh ®Òu víi b−íc h×nh thµnh sãng c¸t. Trªn miÒn suy gi¶m vËn tèc diÔn nh− thÕ ®−îc M. A. Velicanov [12] t¸ch ra thµnh c¸c chuyÓn ra sù tÝch tô phï sa vµ h×nh thµnh sãng c¸t, nã lµm thay ®æi ®éng thø sinh vµ g¾n chóng víi hoµn l−u ngang trªn ®o¹n dßng d¹ng cña tr−êng vËn tèc ban ®Çu. 33 34
Tr−êng vËn tèc nguyªn thuû râ rµng nhÊt trªn ®ôn c¸t ®−îc t¸ch tõ ®Çu ®−êng lò xuèng; vµo cuèi lò vµ vµo thêi gian cÊu tróc sãng cña tr−êng vËn tèc nguyªn thuû ch−a cã. Trong vïng cña cï lao lín s«ng Niger ¶nh h−ëng cña ®Þa h×nh ®Õn vËn tèc dßng ch¶y thÓ hiÖn trong hÖ qu¶ chñ yÕu cña sù t¨ng kh¸ng trë khi gi¶m ®é s©u. VËn tèc ban ®Çu cã thÓ tÝnh nhê c«ng thøc: [( )]( ) U o = U Φ − Q/ bH 5/3 H 2/3 − H tb/3 2 víi Q – l−u l−îng n−íc trong lßng s«ng; b – chiÒu réng, Htb– ®é s©u dßng ch¶y trung b×nh Tr−êng vËn tèc ban ®Çu trong miÒn h×nh thµnh cï lao cã tÝnh chÊt sãng vµ xo¸y. MiÒn vËn tèc cùc tiÓu (tÝch tô phï sa cùc ®¹i) ph©n bè ë miÒn trung t©m cï lao (H×nh 2.3), khi ®ã cùc tiÓu cña vËn tèc ban ®Çu cña dßng ch¶y sÏ s©u h¬n so víi sau khi h×nh thµnh cï lao. Trong xÊp xØ ®Çu tiªn tr−êng vËn tèc trong cÊu tróc dßng ch¶y t−¬ng tù nh− thÕ cã thÓ tÝnh ®−îc nhê vµo lý thuyÕt xo¸y Karman [46]. Nã kh«ng Ýt lÇn ®−îc sö dông ®Ó m« t¶ ®éng lùc cña sãng c¸t [20], h×nh th¸i vµ ®éng lùc cña khóc uèn lßng s«ng [53, 87]. Tr−êng vËn tèc trong ®ã t¹o thµnh c¸c d¹ng ®¸y, h×nh thµnh c¸c ®−êng xo¸y, ®èi xøng qua ®−êng ®¸y (H×nh 2.4). §èi víi dßng ch¶y cã bÒ mÆt n−íc tù do Ýt biÕn d¹ng, c«ng thøc ®èi víi vËn tèc dßng ch¶y nhËn ®−îc bëi Rozenkhed [130]: Γ ⎡ θ1 (z + id) θ1 (z − id) ⎤ ' ' U = U∞ + − ⎢ ⎥ 4bi ⎢ θ1 (z + id) θ1 (z − id) ⎥ ⎣ ⎦ τ = i2c/b (tham sè hµm θ); víi z = ( x + yi )/( 2b ); d = a/( 2b ); H×nh 2.3. §Þa h×nh ®¸y 2b – kho¶ng c¸ch gi÷a c¸c xo¸y trong mét sãng; 2a – kho¶ng c¸ch gi÷a c¸c t−êng ch¾n; θ1 – hµm Jacobian d¹ng thø nhÊt; (a) vËn tèc dßng ch¶y vµo thêi kú ®Ønh lò, b– vËn tèc dßng ch¶y ban ®Çu sau khi U ∞ – vËn tèc dßng ch¶y kh«ng xo¸y. tÝnh ¶nh h−ëng cña ®Þa h×nh vµ c– dßng ch¶y quanh cï lao 35 36
H×nh 2.5. S¬ ®å nguyªn lý cña c¸c xo¸y æn ®Þnh ®Òu sinh ra rèi vÜ m« cña dßng ch¶y lßng s«ng. Hoµn l−u Γ, theo sè liÖu cña c«ng tr×nh [46] cã thÓ tÝnh theo c«ng thøc: Γ = − qb/ a víi q – l−u l−îng n−íc riªng NÕu trong miÒn vËn tèc h¹ thÊp x¶y ra sù l¾ng ®äng phï sa, th× t¹o nªn c¸c sãng c¸t d¹ng elip, n»m ë d¹ng bÊt ®èi xøng (xem h×nh 2.4 b). Phô thuéc vµo vËn tèc trÇm tÝch phï sa tíi h¹n uH cø 3 xo¸y t¹o nªn 4 sãng c¸t (víi uH nhá), hoÆc 2 sãng c¸t (víi uH lín). Sö dông l−íi Karman, chÆn bëi c¸c t−êng ch¾n, ®èi víi c¸c xo¸y víi trôc ®øng cho phÐp nhËn ®−îc c¸c sãng c¸t d¹ng elip trªn bÒ mÆt. C¸c d¹ng nµy kh¸c nhau phô thuéc vµo sù ph©n bè H×nh 2.4. §−êng Karman cña c¸c xo¸y ®èi xøng giíi h¹n (a) vµ sù h×nh xo¸y trªn ®−êng Karman – ®èi xøng hay bÊt ®èi xøng. S¬ ®å thµnh tr−êng vËn tèc bëi chóng (b) 37 38