Meandru

Versiunea actuală a paginii nu a fost încă examinată de colaboratori experimentați și poate diferi semnificativ de versiunea revizuită la 9 martie 2022; verificările necesită 7 modificări .

Meandru - o curbă (cot) a canalului râului, din cauza eliberării rocilor sau a vântului dominant [1] .

Descriere

Malul concav (exterior) al meandrei este de obicei mai abrupt, în timp ce cel convex (interior) este mai plat [2] .

Uneori , râul își îndreaptă cursul și apoi se formează un arc de boi pe locul fostului canal .

Tipul proceselor de canal , care constă în dezvoltarea naturală a unui canal fluvial cu meandre, se numește șerpuire . Peninsula, care este înconjurată de cursul râului și situată în interiorul meandrei, se numește pinten . Partea îngustă dintre coturile adiacente este gâtul meandrei . După natura malurilor și gradul de fixare a acestora, meandrele se împart în libere, incizate și forțate [3] .

Zona în care un curs de șerpuire își schimbă periodic cursul este cunoscută sub numele de centură de meandri . Este de 15 până la 18 ori lățimea canalului. De-a lungul timpului, meandrele se deplasează în aval, uneori într-un timp atât de scurt încât creează probleme construcțiilor civile și municipalităților locale întreținerea drumurilor și podurilor. [4] [5] Sinuozitatea unui pârâu este raportul dintre lungimea canalului și distanța în linie dreaptă în josul văii. Pârâurile sau râurile cu un singur canal și o sinuozitate de 1,5 sau mai mult sunt definite ca pâraie sau râuri serpuitoare. [4] [5]

Din punct de vedere istoric

Din punct de vedere istoric, un meandre (din grecescul Μαίανδρος  este numele antic al râului marele Menderes din Asia Mică, acum teritoriul Turciei ). Drept urmare, chiar și în Grecia clasică (și în arta greacă ulterioară), numele râului a devenit un nume de uz casnic, ceea ce înseamnă tot ce este șerpuit și șerpuit, cum ar fi vorbirea, modelele decorative , precum și caracteristicile geomorfologice ale peșterilor. [6]

Geometria meandrelor

Descrierea tehnică a unui curs de apă meandr se numește geometrie meandre sau geometrie meandre în plan [7] Se caracterizează ca o formă de undă neregulată. Formele de undă ideale, cum ar fi o undă sinusoidală , au o grosime de o linie, dar în cazul unui flux, lățimea trebuie luată în considerare. Lățimea malului complet este distanța de-a lungul canalului în secțiunea transversală medie la nivelul debitului complet, de obicei estimată de la linia vegetației celei mai joase.

Ca formă de undă, curgerea serpuitoare urmează axa văii, o linie dreaptă montată pe curbă, astfel încât suma tuturor amplitudinilor măsurate din aceasta să fie zero. Această axă reprezintă direcția generală a curgerii.

În orice secțiune transversală, fluxul urmează axa meandrei, linia centrală abstractă. Două puncte succesive de intersecție ale axei centrale și ale axei canalului formează o buclă de meandre. Un meadru este două bucle consecutive îndreptate în direcții transversale opuse. Distanța unui meadru de-a lungul liniei centrale este lungimea meandrei. Distanța maximă de la linia centrală până la punctul de inflexiune al buclei este lățimea sau amplitudinea meandrei.

Spre deosebire de undele sinusoidale, buclele de curgere sinuoase sunt mai aproape de circulare. Curbura se schimbă de la un maxim la vârf la zero în punctul de intersecție (linie dreaptă), numită și îndoire, deoarece curbura își schimbă direcția în aceste vecinătăți. Raza conturului este o linie dreaptă perpendiculară pe linia centrală. Deoarece bucla nu este perfectă, sunt necesare mai multe informații pentru a o caracteriza. Unghiul de orientare este unghiul dintre axa buclei meandre și axa liniei centrale.

Bucla din partea de sus are un mal exterior sau concav și un mal interior sau convex. Centura meandre este definită de lățimea medie a meandrei, măsurată de la malul exterior la malul exterior, nu de la linia centrală la linia centrală. Dacă există o câmpie inundabilă, aceasta trece dincolo de centura meandrelor. Apoi se spune că meandrul este liber - poate fi găsit oriunde în lunca inundabilă. Dacă nu există câmpie inundabilă, meandrele sunt fixate.

Diverse formule matematice relaționează variabilele geometriei meandrelor. Rezultă că puteți seta niște parametri numerici care apar în formule. Forma de undă depinde în cele din urmă de caracteristicile fluxului, dar parametrii sunt independenți de acesta și par a fi cauzați de factori geologici. De obicei, lungimea meandrei este de 10-14 ori, în medie de 11 ori lățimea canalului de pe coasta plină și de 3-5 ori, în medie de 4,7 ori, raza de curbură în vârf. Această rază este de 2-3 ori lățimea canalului [8] . Meandrul are și adâncime. Tranzițiile sunt marcate de rupturi sau straturi de mică adâncime, iar la vârf de bazine. În piscină, direcția curgerii este în jos, erodând stratul de material. Totuși, volumul principal curge mai lent de-a lungul părții interioare a cotului, unde, datorită vitezei reduse, se depun sedimente. [9] Linia de adâncime maximă sau canal este linia thalweg sau thalweg. Este denumită în mod obișnuit graniță atunci când râurile sunt folosite ca granițe politice. Talweg îmbrățișează malurile exterioare și se întoarce în centru peste rupturi. Lungimea arcului de meandru este distanța de-a lungul talvegului pe meadru. Lungimea unui râu este lungimea de-a lungul liniei mediane. [9]

Principiul fizic al educației

Meandrele sunt rezultatul interacțiunii apei care curge printr-un canal curbat cu fundul și malurile albiei. Acest lucru creează un flux elicoidal în care apa se deplasează de la malul exterior spre malul interior de-a lungul fundului albiei râului și apoi curge înapoi pe malul exterior de la suprafața râului. Aceasta, la rândul său, mărește transportul sedimentelor de la malul exterior către malul interior, astfel încât sedimentele sunt spălate de malul exterior și re-depuse pe malul interior al următorului meandre în aval. [zece]

Când fluidul este introdus într-un canal inițial drept care apoi se curbe, pereții laterali creează un gradient de presiune care forțează fluidul să schimbe direcția și să urmeze curba. Acest lucru dă naștere la două procese opuse: (1) flux laminar (irotațional) și (2) flux turbulent. Pentru ca un râu să meargă, trebuie să predomine un flux turbulent.

(1) Conform ecuațiilor lui Bernoulli, presiunea ridicată duce la viteză scăzută. Prin urmare, în absența curgerii turbulente, ne așteptăm la o viteză scăzută a fluidului pe piciorul exterior și la o viteză mare a fluidului pe piciorul interior. Rezultatul mecanicii clasice a fluidelor este fluxul laminar în cot. În contextul meandrelor, efectele sale prevalează asupra efectelor curgerii turbulente.

(2) Există un echilibru de forțe între forțele de presiune care acționează asupra cotului interior al râului și forțele centrifuge care acționează asupra cotului exterior al râului. În râurile cu șerpuire, granița există într-un strat subțire de fluid care interacționează cu albia râului. În interiorul acestui strat, conform teoriei clasice, viteza stratului limită al fluidului este de fapt zero. Forța centrifugă, care depinde de viteză, este efectiv zero. Cu toate acestea, stratul limită nu afectează forța de presiune. În consecință, forța de presiune predomină în interiorul stratului limită, iar lichidul se deplasează de-a lungul fundului râului de la cotul exterior în cotul interior. Aceasta creează un flux elicoidal: de-a lungul albiei, fluidul urmează aproximativ cotul canalului, dar se îndreaptă și spre cotul interior; Departe de albia râului, fluidul urmează, de asemenea, aproximativ curba canalului, dar este forțat într-o oarecare măsură din interior spre exterior.

Vitezele mai mari la curbura exterioară duc la solicitări de forfecare mai mari și, în consecință, la o creștere a proceselor de eroziune. În mod similar, viteze mai mici pe cotul interior provoacă mai puține solicitări de forfecare, ducând la sedimentarea materiei în suspensie. Astfel, meandrul subminează partea exterioară a cotului, drept urmare albia râului devine din ce în ce mai sinuoasă (până când presiunea asupra gâtului meandrei depășește pragul și are loc o străpungere). Depunerile de pe cotul interior se formează în așa fel încât pentru majoritatea râurilor cu șerpuire naturală, lățimea râului rămâne aproape constantă, chiar și atunci când râul este șerpuit.

Într-un discurs în fața Academiei Prusace de Științe în 1926, Albert Einstein a sugerat că, deoarece forța Coriolis a Pământului ar putea provoca un ușor dezechilibru în distribuția vitezelor, că viteza pe un mal era mai mare decât pe celălalt ar putea provoca eroziune pe un mal și depunerea sedimentelor.pe de altă parte, care creează meandre, presupunând o legătură între dezvoltarea meandrelor și forța Coriolis. [11] Cu toate acestea, forțele Coriolis sunt probabil neglijabile în comparație cu alte forțe care acționează asupra șerpuirii râului. [12]

Formare

De îndată ce canalul începe să urmeze o cale sinusoidală, amplitudinea și concavitatea buclelor cresc dramatic. Acest lucru se datorează unui efect de curgere în spirală care deplasează materialul dens erodat către interiorul cotului și lasă exteriorul cotului expus și vulnerabil la eroziunea accelerată. Acest lucru stabilește feedback pozitiv.

Potrivit lui Elizabeth A. Wood [13] :

„... Acest proces de creare a meandrelor pare a fi un proces de auto-întărire... în care mai multă curbură duce la mai multă eroziune a malurilor, rezultând mai multă curbură...”

Datorită conservării momentului unghiular, viteza pe genunchiul interior este mai mare decât pe cel exterior [14] .

Faptul că fluxul turbulent al unui râu poartă material dens erodat din exteriorul unui cot spre interior, făcând râul din ce în ce mai șerpuit în timp, este foarte asemănător cu paradoxul frunzei de ceai [15] . Există o serie de teorii cu privire la motivul pentru care fluxurile de orice dimensiune devin sinuoase, nu neapărat care se exclud reciproc.

Teoria stocastică

Teoria stocastică poate lua formulări, dar una dintre cele mai generale enunțuri este cea a lui Scheidegger: „meandarea este considerată a fi rezultatul fluctuațiilor aleatorii în direcția curgerii din cauza obstacolelor care apar aleatoriu în canalul râului și care își schimbă direcția. [16]

Pe o suprafață artificială plană, netedă, în pantă, precipitațiile curg uniform, dar chiar și în acest caz, aderența apei la suprafață și aderența picăturilor creează fluxuri aleatorii. Suprafețele naturale sunt rugoase și erodate în diferite grade. Rezultatul acțiunii aleatorii a tuturor factorilor fizici sunt canalele sinuoase, care ulterior devin treptat sinuoase. Chiar și canalele care par drepte au un talweg șerpuit , care duce în cele din urmă la șerpuirea albiei.

Teoria echilibrului

În teoria echilibrului, meandrele reduc gradientul de curgere până când se ajunge la un echilibru între erodabilitatea terenului și capacitatea de transport a curgerii. [17] Masa descendentă de apă trebuie să degaje energie potențială , care, cu aceeași viteză la sfârșitul picăturii ca la început, se pierde la interacțiunea cu materialul eroziv al albiei râului. Cea mai scurtă distanță, adică un canal drept, oferă cea mai mare energie pe unitatea de lungime, distrugând mai mult malurile, creând mai mult sediment și mărind debitul. Prezența meandrelor permite fluxului să-și ajusteze lungimea la o energie de echilibru pe unitatea de lungime la care fluxul duce tot sedimentul pe care îl produce.

Teoria geomorfică și morfotectonică

Geomorfismul se referă la structura de suprafață a unui teren, cum ar fi plierea unui relief. Morfotectonic înseamnă structura mai profundă a plăcii litosferice . Factorii incluși în aceste categorii nu sunt fluxuri aleatorii și directe de-a lungul căilor determinate tectonic. De exemplu, fluxul poate fi direcționat către o linie de falie (morfotectonic).

Vezi și

Note

  1. ↑ Comp. S.T. Izmailova. Enciclopedie pentru copii: geografie . - M. : Avanta, 1994. - T. 3. - S. 452. - 640 p. — ISBN 5-86529-015-2 .
  2. ↑ Motivele formării meandrelor în albiile râurilor și așa-numita lege a lui Baer Copie de arhivă din 12 iulie 2014 la Wayback Machine // Uspekhi fizicheskikh nauk, 1956.
  3. ↑ Makkaveev, 1969 , p. 10-11.
  4. ↑ 1 2 Neuendorf, KKE, JP Mehl Jr. și JA Jackson, JA, eds. (2005) Glosar de geologie (ed. a 5-a). Alexandria, Virginia, Institutul American de Geologie. 779 p. ISBN 0-922152-76-4
  5. ↑ 1 2 Charlton, R., 2007. Fundamentele geomorfologiei fluviale. Routledge, New York, New York. 234 pp. ISBN 0-415-33453-5
  6. ↑ Meandru . Dicţionar de etimologie online. Preluat la 12 iulie 2012. Arhivat din original la 6 iunie 2014.
  7. ^ Definițiile tehnice ale acestei secțiuni se bazează în mare măsură pe Julien, Pierre Y. River Mechanics . - Cambridge University Press, 2002. - P.  179-184 . - ISBN 0-521-52970-0 .
  8. ↑ Leopold, L.B.; Langbein, WB (1966). „Râul șerpuiește” . științific american . 214 (6): 60-73. JSTOR  24930965 .
  9. ↑ 1 2 Leopold, Luna; Wolman, M. Gordon (1957). „Modele de canale ale râului: împletite, șerpuitoare și drepte” . Lucrare profesională 282-B. United States Geological Survey: 50. Arhivat din original pe 2021-11-26 . Consultat 2021-11-26 . Parametrul depreciat folosit |deadlink=( ajutor )
  10. ↑ Callander, RA (ianuarie 1978). „Merpuirea râului”. Revizuirea anuală a mecanicii fluidelor . 10 (1): 129-158. doi : 10.1146/annurev.fl.10.010178.001021 .
  11. ↑ Albert Einstein, șerpuirea râului, Hans Einstein, transportul sedimentelor, Victor Miguel Ponce . Arhivat din original pe 19 noiembrie 2017.
  12. ↑ Martinez, Alberto A. (martie 2014). „Invențiile discutabile ale inteligentului Dr. Einstein: József Illy: Einstein practic: Experimente, brevete, invenții. Baltimore: Johns Hopkins University Press, 2012, xiv+202pp, 60,00 USD HB.” metastiinta . 23 (1): 49-55. DOI : 10.1007/s11016-013-9819-x .
  13. ↑ Wood, Elizabeth A. Science from Your Airplane Window: 2nd Revised Edition . - New York: Courier Dover Publications, 1975. - P.  45 . - ISBN 0-486-23205-0 .
  14. ↑ Hickin, 2003 , p. 432. „În absența curgerii turbulente, fluxul curbat tinde să conserve momentul unghiular astfel încât să poată potrivi momentul de rotație liberă cu viteză mai mare pe raza mai mică a malului interior și viteză mai mică pe malul exterior unde accelerația radială. este mai jos"
  15. ↑ Bowker, Kent A. (1988). Albert Einstein și râurile Meandering . Istoria Științei Pământului . 1 (1). Arhivat din original pe 24.02.2010 . Extras 2016-07-01 . Parametrul depreciat folosit |deadlink=( ajutor )
  16. ↑ Scheidegger, Adrien E. Morphotectonics. - Berlin, New York: Springer, 2004. - P. 113. - ISBN 3-540-20017-7 .
  17. ↑ Riley, Ann L. Restaurarea fluxurilor în orașe: un ghid pentru planificatori, factori de decizie și cetățeni. - Washington DC : Island Press, 1998. - P. 137. - ISBN 1-55963-042-6 .

Literatură

  Accesați articolul Wikidata  Dicționare și enciclopedii
În cataloagele bibliografice
 Principalele tipuri de procese de canal