Xem mẫu
- 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
nguon tai.lieu . vn