Kanalås - en ökning av bottenreliefen av en långsträckt form som uppstår i kanalerna i vattendrag som utför transport av bottensediment .
Det finns flera faser i rörelsen av bottenryggar:
Under övergången av en platt eroderad botten till en vågliknande form förändras sedimentflödet .
F. M. Exner (Exner FM, 1920), N. Kramer, V. N. Goncharov (1938), M. A. Velikanov (1948b) gav ett betydande bidrag till teorin om bottensedimentmedryckning och bildandet av kanalrelief (ryggar och sanddyner
Början till riktade laboratoriestudier av bildandet av sandryggar lades av P. Dubois 1879 och sedan av J. Deacon. Experimentella studier av åsarna utfördes av J. Gilbert (1914), M. A. Velikanov och N. M. Bochkov (1931), V. N. Goncharov och G. V. Lapshin (Goncharov V. N., 1938), V. F Pushkarev (1948), D. Bogardi (197) ), V.S. Knoroz (1959), N.A. Mikhailova (1966), D. Allen (1969), N.S. Znamenskaya (1968). Experiment av E.M. Minsky (1935) utfördes i en vindtunnel med luft. Den mest kompletta naturliga studien av åsar i flodflöden utfördes av G. I. Shamov (1935), A. K. Proskuryakov och B. V. Proskuryakov (1938), K. I. Rossinsky och I. A. Kuzmin (1950), B. Colby och C. Humphrey (1955), H. Einstein och N. Chain (1955), Yu. M. Korchokha (1968), N. M. Kapitonov et al. (1974). K. I. Rossinsky och I. A. Kuzmin (1950) studerade sambandet mellan bildandet av sandvågor i strömkanalen och kanalens konfiguration i plan.
Detaljerade översikter och bibliografier ägnade åt fält-, laboratorie- och teoretiska studier av bottenryggar ges i verk av N. A. Mikhailova (1966), N. S. Znamenskaya (1968), B. A. Shulyak (1971).
Det finns ett antal klassificeringar av former av åsrelief, där i synnerhet uppkomsten av dessa former, deras morfologiska struktur och relativa storlekar ges som särdrag hos vissa former från andra (Makkaveev N. I., 1955; Kondratiev N. E. et al. ., 1959; Karaushev A. V., 1960; Grishanin K. V., Kondratiev N. E. et al., 1972; 1982; Sidorchuk A. Yu., 1992; Alekseevskiy N. I., 1998; Alekseevskiy N.
Det finns ett antal empiriska formler som relaterar storleken på åsar till de hydrauliska elementen i flöden (Mikhailova N.A., 1966), och flera hypoteser om orsakerna till bildandet av åsar. Ett tjugotal klassificeringstabeller har föreslagits, i vilka skillnader mellan formerna av åsar är förknippade med flödesparametrar (Rossinsky K.I., 1972, s. 22).
De för närvarande existerande modellerna av processen för bildande av åsar kan villkorligt delas in i följande grupper: turbulenta teorier som kopplar samman bildandet av åsar med hastighetsfluktuationer i ett turbulent flöde (M. A. Velikanov, N. A. Mikhailova, K. I. Rossinsky, I. A. Kuzmin ), virvelteorier som anta närvaron av orörliga virvlar i flödet, roterande som en solid kropp (N.T. Povalo-Shveikovsky (1938), AJ Raudkivi, K.V. Grishanin), teorier som undersöker stabiliteten hos ett tvåfas- och enfasflöde (Candoll, Lui Hsin -Kuan, B. F. Snishchenko).
MA Velikanov (1949) kopplade samman åsarnas ursprung med närvaron av mikroskalig turbulens. Enligt denna teori bör en platt botten under påverkan av lågfrekventa hastighetspulseringar anta en åsform. År 1948 övervägde V. M. Makkaveev, baserat på studiet av oscillerande processer i ett turbulent flöde, problemet med bildandet av en bottenrelief med periodiskt upprepade former. 1953 föreslog F. I. Frankl en teoretisk modell för bildandet av åsar och 1963 och 1969. — Kennedy. De gjorde ett försök att fastställa orsaken till förekomsten av periodiska strukturella former i botten och att förklara processen för deras bildning. Dessa författare ser detta skäl i egenskaperna hos flödesstrukturen, men de närmar sig lösningen av problemet på olika sätt. Exner (Exner FM, 1925) betonade likheten mellan detta fenomen och sanddynerna i öknen, vars form är ungefär densamma som sandryggarna i floden.
Vissa författare (Exner FM, 1925; Kondratiev NE et al., 1959) betraktar åsar som ett resultat av effekten av genomsnittliga strömhastigheter på botten. Uppenbarligen påverkas bildandet av åsarna av både medelflödeshastigheterna och pulsationskomponenterna. Den kinematiska strukturen av själva flödet förändras när formen på åsarna utvecklas (K. I. Rossinsky, I. A. Kuzmin, 1958).
Villkoret för bildandet av åsar är närvaron av en alluvial bädd av floden eller en tillräckligt stor avrinning av dragkraft (kanalbildande) sediment. På den icke eroderade (till exempel steniga) botten av bäcken, med en liten mängd dragsediment, bildas "bristiga" åsar (Debolsky, Kotkov, 1977).
V. K. Debolsky och S. M. Antsyferov (1968) anser att de initiala bottenoregelbundenheterna är orsaken till bildandet av bottenformer, som skapar diskontinuiteter i hastighetsprofilen och bildar fästa mikrovirvlar, vars arbete leder till utvecklingen av bottenformer. Enligt andra åsikter (Shulyak B.A., 1971; Raudkivi AI, 1963) utvecklas de från slumpmässiga oregelbundenheter i botten, vilket orsakar uppkomsten av rullströmmar i strömmen.
Ett antal författare (Grishanin K.V., 1974; Kennedy JF, 1969) associerar ursprunget till bottenformer med utvecklingen av vågor med låg amplitud vid botten och den fria ytan av strömmen under förhållanden av allmän instabilitet i vattenströmmens rörelse .
En stor grupp forskare associerar utvecklingen av åsar med närvaron av turbulens och dess egenskaper. Denna idé utvecklades avsevärt av M. A. Velikanov (1948b), som förlitade sig på principen om minimal energiförlust: "Allmänt sett måste en sandbotten, även om den initialt är platt, oundvikligen anta en oregelbunden vågform under påverkan av ett turbulent flöde" ( M. A. Velikanov, 1948a, s. 482). Man kan inte helt hålla med om detta, med tanke på att det finns flera typer av flodbottens tillstånd och flera sätt för sedimentrörelse. "Flödeskanal"-systemet tar inte en enda form, utan en annan, utan motsvarar yttre påverkan. Hypotesen om kanalformers turbulenta ursprung utvecklades också av N. A. Mikhailova (1966).
Nyligen har denna idé utvecklats i verk av K. V. Grishanin (1979) och B. F. Snishchenko (Kondratiev N. E. et al., 1982). Genom att använda teorin om potentiella strömmar för att överväga rörelsen av ett kanalflöde, vilket representeras som en kombination av potentiella translations- och virvelrörelser, erhåller K. V. Grishanin bottendeformationsekvationen för korta tider, värdet av den initiala lilla deformationen, nära på höjden till storleken av flera sandkorn och förklarar orsaken till den asymmetriska åsprofilen genom inverkan av en fäst virvel.
Anhängare av den "turbulenta" hypotesen tror att källan till de initiala oregelbundenheterna som utvecklas till åsar är flödets turbulens. Man tror att det är hon som ger en tydlig periodicitet som är inneboende i åsarna från början av deras förekomst.
A. Yu. Sidorchuk (1992), efter att ha analyserat omfattande naturmaterial, fann att den komplexa strukturen hos turbulenta virvlar visas i hela hierarkin av kanalreliefformer - från stora åsar i proportion till kanalens bredd (makroformer) till minsta åsformationer som utgör tusendelar av dess andelar (mikroformer) (Alekseevskiy N.I., Chalov R.S., 1997). A. N. Lyapin (1956), och sedan O. N. Melnikova (1997) anser att stationära (stående) vågor på ytan av vattenflödet är orsaken till bildandet av bottenryggar. Stationära vågor observerades av N. E. Kondratiev och O. V. Makrinov (1953), samt A. A. Levashov och I. A. Levashova (2003). O. N. Melnikova menar att parametrarna för vågor i en ström med kända egenskaper bestämmer parametrarna för åsarna i botten av strömmen (Melnikova O. N., 1997).
I experimenten av A. N. Lyapin (1956) orsakades den periodiska processen med vågbildning artificiellt av flödet runt tröskeln, skölden etc. I experimenten fanns det dock fall då flödet var separerat från skölden under en lång tid tid och rörde inte vid dess nedre kant, och eventuella överträdelser efterföljande vågor observerades inte. Ett liknande fenomen observerades av B. A. Bakhmetev, som han specifikt nämnde när han beskrev dem (1928).
En liknande förekomst av böljande rörelse förekommer mycket ofta i naturliga flodbäddar, som har en stor längsgående sluttning och en eroderad bas. Samtidigt är dessa rörelser så stabila att de, artificiellt störda, dyker upp igen, och i början av en sådan vågkedja finns det vanligtvis inget främmande föremål (Lyapin A.N., 1956).
O. N. Melnikova genomförde experiment där åsar bildades på vattenytan i den nedre delen av rännan under stationära vågor. I den övre delen av rännan, där det inte fanns några stationära vågor, förblev botten platt (Melnikova O.N., 1997). I områden med maximala sluttningar, där Froude-talen översteg de kritiska, uppstod ett system av stoppade vågor på vattenytan, och åsarna rörde sig uppströms. Resultaten av liknande observationer av A. N. Lyapin i överkritiska naturliga flöden publiceras i arbetet (Kondratiev N. E. et al., 1959). Åsens longitudinella storlek korrelerade med längden på den stationära vågen. Åsar bildades på en platt botten under en redan existerande stationär våg (Melnikova O.N., 1997).
Hypotesen om orsakerna till periodiska deformationer av ytan på ett granulärt medium (i förhållande till snöns rörelse) finns i verk av A. K. Dyunin (1962, 1963), vilket bevisar oundvikligheten av makropulsationer av fast flöde på grund av faktum att när det är mättat med fasta partiklar, förlorar flödet periodvis sin transportkapacitet , vilket leder till bildandet av olika former av mikrorelief.
Hypotesen om den enhet av regelbundenheter som de beskrivna spontana formationerna i livlig och livlös natur är föremål för föreslogs av A.F. Kudryashov (1949) och underbyggdes av honom under ett antal år. Dess väsen ligger i likheten mellan kroppens form och fiskens skalskydd med formen av ytor som spontant bildas av turbulent flöde i flodbäddar, vilket i synnerhet bekräftas av enheten av ekvationer som beskriver de morfometriska och dynamiska parametrarna av sidobäckar och fisk. Kanske ger detta anledning att överväga inte bara analogin av lateralerna med fisk, utan också slingrande med ormar, förgreningar med spindelväv, etc.
Sandvågor spelar en viktig roll i kanalprocesser . De första försöken att koppla sandvågor i floder med det allmänna förloppet av kanalprocesser gjordes i slutet av förra seklet och början av detta århundrade av N. S. Lelyavsky (1893), V. M. Lokhtin (1897), Blazius (1910). Många sovjetiska forskare uppmärksammar sambandet mellan kanalformer och arten av rörelsen av sandvågor - M. A. Velikanov, K. I. Rossinsky och I. A. Kuzmin, N. I. Makkaveev, N. E. Kondratiev, I. V. Popov , N. S. Znamenskaya och andra. Denna fråga övervägdes i detalj. av N. S. Sharashkina, som var den första i Sovjetunionen att börja studera kanalprocesser på laboratoriemikrofloder (Kromskaya T. P. et al., 1970).
Observationer av sandiga åsar och arten av flodslingring finns i verk av A.F. Kudryashov och Kinoshita, där slingrande förhållanden betraktas ur synvinkeln av bildandet av sandvågor. K. I. Rossinsky och I. A. Kuzmin (1950) studerade sambandet mellan bildandet av sandvågor i strömkanalen och kanalens konfiguration i plan. I. I. Levi, K. I. Rossinsky, N. S. Znamenskaya, B. A. Shulyak gjorde ett stort bidrag till området för sandvågsmodellering.
V. S. Knoroz (1949, 1951, 1960) indikerar att storleken på åsarna och deras hastigheter inte är konstanta värden, utan fluktuerar runt några medelvärden som är karakteristiska för en given flödesregim. Om mängden fast material som kommer in i flödet överstiger dess transportkapacitet, byggs de rörliga åsarna upp hela tiden under bildningsprocessen och lutningen på den fria ytan av flödet förändras (Mikhailova N.A., 1966).
Endast i sällsynta fall motsvarar bottentopografin idén om en ås med idealisk form och med en relativt svag övre lutning och ett skarpt hopp i bottenmärken vid övergången från toppen till källaren av åsformationen. Mycket oftare är det en samling åsformationer av olika längder och höjder, som bildar en underordnad hierarki av kanalformer (Rossinsky, Debolsky, 1980; Alekseevsky, 1987).
Efter storlek, förhållande till strömmens bredd och djup, såväl som sinsemellan, kan alla åsar i kanalen delas in i mikro-, meso- och makroformer. Makroformerna för åsreliefen av kanaler inkluderar de största åsarna, vars höjd och bredd står i proportion till kanalens djup och bredd. Makroformer bestämmer huvudformen på kanalreliefen, vilket orsakar förändringar i djupet både längs och över floden. Förändringen i makroformernas roll i kanalprocesser i olika faser av den hydrologiska regimen bevisades av K. M. Berkovich et al (1983) med användning av naturligt material. Delar av makroformer som torkar ut i lågt vatten kan förvandlas till stora detaljer i själva kanalen (konvexa slingrar, öar, etc.) när de är igenvuxna (Alekseevskiy N.I., Chalov R.S., 1997).
Kanalreliefens mikroformer är mycket små åsformationer, vars dimensioner (i bredd och höjd) är oproportionerligt små jämfört med kanalens dimensioner. De är förknippade med fluktuationer i flödeshastigheten i området nära botten och påverkar inte flödets struktur. Höjden på sådana åsar sträcker sig från några centimeter till 20-30 cm, och längden är från flera tiotals centimeter till 10 m. Ultramikroformer urskiljs också - åsar inte mer än 2-3 cm höga och upp till 10-25 cm lång (Alekseevsky N.I., Chalov R.S., 1997).
Mesoformer inkluderar åsar, vars bredd är tiondelar och hundradelar av kanalens bredd. Mesoformer i form av sandvågor är tydligt synliga på kanalnära grunda och i kustnära grunda delar av kanalen. Bildandet av mesoformer är nästan uteslutande förknippat med flödets makroturbulens (Alekseevskiy N.I., Chalov R.S., 1997).
Makroformerna av åsreliefen av kanalernas botten motsvarar sprickor - stora alluviala åsar som korsar kanalen från en bank till en annan och orsakar bakvatten i det överliggande området under låga vattenstånd (Makkaveev N.I., 1955), såväl som åsar som utgör 0,5-0,1 bredd av kanalen (sidoväggar, spottar, bandkanter, zastrugi) (Alekseevskiy N.I., Chalov R.S., 1997). På floder med en liten mängd kanalbildande sediment, bildandet av bristfälliga åsar eller direkt kontakt av flödet med berggrunden och bildandet av delar av den steniga kanalen med skulpturala landformer (övre och delvis mellersta Lena, Vitim, övre Aldan, Angara, övre och mellersta Yenisei) är möjliga (Chalov R. S., 1997, s. 31).
För att ta hänsyn till alla former av sedimentåsrörelser vid bestämning av deras avrinning har en speciell teknik utvecklats (Alekseevsky, 1987), enligt vilken den största åsen anses vara en morfologisk formation motsvarande sidoväggar eller räfflar. (Alekseevskiy N.I., Chalov R.S., 1997). N. I. Alekseevsky (1987; Alekseevsky N. I., Gorbatenko A. V., 1989) betecknar åsarna på olika hierarkiska nivåer med bokstäverna i det ryska alfabetet, medan bokstaven "A" tilldelas sidorna av sprickorna - stora åsar och mindre åsar som deras förenklingar och längdminskningar betecknas B, C, D och D. Dessutom utvecklades proceduren för att successivt identifiera åsar av olika storlekar (rang) på längsgående profiler när man analyserade åsens topografi i de nedre delarna av Jenisej (Babich D. B. et al., 1983).