Meandr

Aktuální verze stránky ještě nebyla zkontrolována zkušenými přispěvateli a může se výrazně lišit od verze recenzované 9. března 2022; kontroly vyžadují 7 úprav .

Meandr - ohyb (ohyb) koryta řeky, v důsledku uvolňování kamenů nebo převládajících větrů [1] .

Popis

Konkávní (vnější) břeh meandru je obvykle strmější, zatímco konvexní (vnitřní) je plošší [2] .

Někdy řeka narovná svůj tok a pak se na místě bývalého kanálu vytvoří mrtvé rameno .

Typ korytových procesů , který spočívá v přirozeném vývoji koryta s meandry, se nazývá meandrování . Poloostrov, který je obklopen tokem řeky a nachází se uvnitř meandru, se nazývá ostruha . Úzká část mezi sousedními ohyby je hrdlem meandru . Podle charakteru břehů a stupně jejich fixace se meandry dělí na volné, nařezané a vynucené [3] .

Oblast, ve které meandrující proud periodicky mění svůj směr, se nazývá meandrový pás . Je 15 až 18krát větší než šířka kanálu. Postupem času se meandry pohybují po proudu, někdy v tak krátké době, že vytvářejí problémy pro inženýrské stavby a místní samosprávy při údržbě silnic a mostů. [4] [5] Sinuozita toku je poměr délky koryta ke vzdálenosti v přímce dolů údolím. Potoky nebo řeky s jedním kanálem a sinusitou 1,5 nebo více jsou definovány jako meandrující toky nebo řeky. [4] [5]

Historicky

Historicky meandr (z řeckého Μαίανδρος  je starověký název meandrující Velké řeky Menderes v Malé Asii, nyní na území Turecka ). Výsledkem bylo, že i v klasickém Řecku (a v pozdějším řeckém umění) se název řeky stal pojmem, který znamenal vše, co se vinulo a vinulo, jako řeč, dekorativní vzory a geomorfologické rysy jeskyní. [6]

Meandrová geometrie

Technický popis meandrujícího vodního toku se nazývá meandrová geometrie nebo meandrová geometrie v rovině [7] Je charakterizována jako nepravidelný průběh. Ideální průběhy, jako je sinusovka , mají tloušťku jedné čáry, ale v případě toku je třeba vzít v úvahu šířku. Šířka plného břehu je vzdálenost přes koryto v průměrném příčném řezu na úrovni plného toku, obvykle odhadovaná z linie nejnižší vegetace.

Meandrující tok jako tvar vlny sleduje osu údolí, přímku přizpůsobenou křivce tak, že součet všech amplitud z ní naměřených je nulový. Tato osa představuje obecný směr proudění.

V libovolném průřezu proudění sleduje osu meandru, abstraktní středovou linii. Dva po sobě jdoucí průsečíky středové osy a osy kanálu tvoří meandrovou smyčku. Meandr jsou dvě po sobě jdoucí smyčky směřující v opačných příčných směrech. Vzdálenost jednoho meandru podél osy je délka meandru. Maximální vzdálenost od středové čáry k inflexnímu bodu smyčky je šířka nebo amplituda meandru.

Na rozdíl od sinusových vln jsou smyčky sinusového toku blíže ke kruhovým. Zakřivení se mění z maxima na vrcholu na nulu v bodě průsečíku (přímka), nazývané také zalomení, protože zakřivení mění směr v těchto sousedstvích. Poloměr obrysu je přímka kolmá na středovou čáru. Protože smyčka není dokonalá, je k její charakterizaci potřeba více informací. Orientační úhel je úhel mezi osou meandrové smyčky a osou středové osy.

Smyčka nahoře má vnější nebo konkávní val a vnitřní nebo konvexní val. Meandrový pás je definován střední šířkou meandru, měřeno od vnějšího břehu k vnějšímu břehu, nikoli od středové linie ke středové čáře. Pokud je niva, jde za pás meandru. Pak říkají, že meandr je volný - lze ho najít kdekoli v nivě. Pokud není záplavová oblast, jsou meandry fixovány.

Různé matematické vzorce spojují proměnné geometrie meandru. Ukázalo se, že můžete nastavit některé číselné parametry, které se objevují ve vzorcích. Tvar vlny nakonec závisí na charakteristikách proudění, ale parametry jsou na něm nezávislé a zdá se, že jsou způsobeny geologickými faktory. Délka meandru je obvykle 10-14krát, v průměru 11krát větší než šířka kanálu úplného pobřeží a 3-5krát, v průměru 4,7krát, poloměr zakřivení nahoře. Tento poloměr je 2-3krát větší než šířka kanálu [8] . Meandr má také hloubku. Přechody jsou vyznačeny trhlinami nebo mělkými vrstvami a na vrcholech tůněmi. V bazénu je směr proudění dolů a dochází k erozi vrstvy materiálu. Hlavní objem však teče pomaleji po vnitřní části oblouku, kde se vlivem snížené rychlosti ukládá sediment. [9] Čára maximální hloubky nebo kanálu je čára thalweg nebo thalweg. Obvykle se nazývá hranice, když se řeky používají jako politické hranice. Thalweg obejme vnější břehy a přes trhliny se vrátí do středu. Délka oblouku meandru je vzdálenost podél thalweg na meandr. Délka řeky je délka podél střední čáry. [9]

Fyzikální princip výchovy

Meandry jsou výsledkem interakce vody protékající zakřiveným korytem se dnem a břehy koryta. Vzniká tak šroubovité proudění, ve kterém se voda pohybuje z vnějšího břehu na vnitřní břeh po dně koryta řeky a poté teče zpět na vnější břeh na hladině řeky. To zase zvyšuje transport sedimentu z vnějšího břehu do vnitřního břehu, takže sedimenty jsou odplavovány z vnějšího břehu a znovu ukládány na vnitřním břehu dalšího meandru po proudu. [deset]

Když je tekutina zavedena do původně přímého kanálu, který se pak zakřivuje, boční stěny vytvářejí tlakový gradient, který nutí tekutinu změnit směr a sledovat křivku. Vznikají tak dva opačné procesy: (1) laminární (irotační) proudění a (2) turbulentní proudění. Aby řeka meandrovala, musí převládat turbulentní proudění.

(1) Podle Bernoulliho rovnic vede vysoký tlak k nízké rychlosti. Proto při absenci turbulentního proudění očekáváme nízkou rychlost tekutiny na vnější noze a vysokou rychlost tekutiny na vnitřní noze. Výsledkem klasické mechaniky tekutin je laminární proudění v lokti. V kontextu meandrů převažují jeho účinky nad účinky turbulentního proudění.

(2) Existuje rovnováha sil mezi tlakovými silami působícími na vnitřní ohyb řeky a odstředivými silami působícími na vnější ohyb řeky. V meandrujících řekách existuje hranice v tenké vrstvě tekutiny, která interaguje s korytem řeky. Uvnitř této vrstvy je podle klasické teorie rychlost mezní vrstvy tekutiny ve skutečnosti nulová. Odstředivá síla, která závisí na rychlosti, je také efektivně nulová. Mezní vrstva však neovlivňuje tlakovou sílu. V důsledku toho tlaková síla převládá uvnitř mezní vrstvy a kapalina se pohybuje po dně řeky od vnějšího ohybu k vnitřnímu ohybu. To vytváří spirálovitý tok: podél koryta tekutina zhruba sleduje ohyb kanálu, ale také směřuje k ohybu dovnitř; Směrem od řečiště tekutina také zhruba sleduje křivku kanálu, ale je do určité míry nucena zevnitř ven.

Vyšší rychlosti na vnějším ohybu vedou k vyšším smykovým napětím a následně ke zvýšení erozních procesů. Podobně nižší rychlosti na vnitřním ohybu způsobují menší smykové napětí, což má za následek sedimentaci suspendované hmoty. Meandr tedy podkopává vnější stranu ohybu, v důsledku čehož se koryto stále více klikatí (dokud tlak na hrdlo meandru nepřekročí práh a dojde k průrazu). Nánosy na vnitřním ohybu jsou vytvořeny tak, že u většiny přirozeně meandrujících řek zůstává šířka řeky téměř konstantní, i když řeka meandruje.

V projevu před Pruskou akademií věd v roce 1926 Albert Einstein navrhl, že jelikož Coriolisova síla Země může způsobit mírnou nerovnováhu v rozložení rychlostí, rychlost na jednom břehu je vyšší než na druhém, může způsobit erozi na jeden břeh a usazování sedimentu na druhém, což vytváří meandry, za předpokladu souvislosti mezi vývojem meandrů a Coriolisovou silou. [11] Coriolisovy síly jsou však ve srovnání s jinými silami působícími na meandrování řeky pravděpodobně zanedbatelné. [12]

Formace

Jakmile kanál začne sledovat sinusovou dráhu, amplituda a konkávnost smyček se dramaticky zvýší. To je způsobeno efektem spirálového toku, který posouvá hustý erodovaný materiál směrem dovnitř ohybu a ponechává vnější část ohybu vystavenou a zranitelnou vůči zrychlené erozi. To vytváří pozitivní zpětnou vazbu.

Podle Elizabeth A. Wood [13] :

„... Tento proces vytváření meandrů se zdá být samoposilujícím procesem... ve kterém větší zakřivení vede k větší erozi břehů, což má za následek větší zakřivení...“

Díky zachování momentu hybnosti je rychlost na vnitřním koleni vyšší než na vnějším [14] .

Skutečnost, že turbulentní tok řeky unáší hustý erodovaný materiál z vnějšku ohybu dovnitř, čímž se řeka postupem času stále více klikatí, je velmi podobná paradoxu čajových lístků [15] . Existuje řada teorií, proč se proudy jakékoli velikosti stávají klikatými, nemusí se nutně vzájemně vylučovat.

Stochastická teorie

Stochastická teorie může převzít formulace, ale jedno z nejobecnějších tvrzení je Scheideggerovo: "meandrování je považováno za výsledek náhodných fluktuací ve směru toku v důsledku náhodně se vyskytujících překážek v korytě řeky, které mění směr. " [16]

Na rovném hladkém svažitém umělém povrchu z něj srážky rovnoměrně stékají, ale i v tomto případě přilnavost vody k povrchu a přilnavost kapek vytvářejí náhodné proudy. Přírodní povrchy jsou v různé míře drsné a erodované. Výsledkem náhodného působení všech fyzikálních faktorů jsou klikaté kanály, které se následně postupně klikatí. Dokonce i kanály, které se zdají být rovné, mají meandrující thalweg , což nakonec vede k meandrování koryta.

Teorie rovnováhy

V teorii rovnováhy meandry snižují gradient toku, dokud není dosaženo rovnováhy mezi erodovatelností terénu a transportní kapacitou toku. [17] Klesající masa vody musí vydávat potenciální energii , která se při stejné rychlosti na konci poklesu jako na začátku ztrácí při interakci s erozivním materiálem koryta. Nejkratší vzdálenost, tedy přímý kanál, dává nejvíce energie na jednotku délky, více ničí břehy, vytváří více sedimentů a zvyšuje průtok. Přítomnost meandrů umožňuje toku upravit svou délku na rovnovážnou energii na jednotku délky, při které tok odnáší veškerý sediment, který produkuje.

Geomorfní a morfotektonická teorie

Geomorfismus odkazuje na povrchovou strukturu terénu, jako je vrásnění reliéfu. Morfotektonický znamená hlubší strukturu litosférické desky . Faktory zahrnuté v těchto kategoriích nejsou náhodné a přímé toky po tektonicky určených cestách. Tok může být například směrován do zlomové linie (morfotektonické).

Viz také

Poznámky

  1. ↑ Komp. S.T. Izmailová. Encyklopedie pro děti: Zeměpis . - M. : Avanta, 1994. - T. 3. - S. 452. - 640 s. — ISBN 5-86529-015-2 .
  2. ↑ Důvody vzniku meandrů v korytech řek a tzv. Baerův zákon Archivní kopie z 12. července 2014 u Wayback Machine // Uspekhi fizicheskikh nauk, 1956.
  3. ↑ Makkaveev, 1969 , s. 10-11.
  4. ↑ 1 2 Neuendorf, KKE, JP Mehl Jr., a JA Jackson, JA, ed. (2005) Glosář geologie (5. vyd.). Alexandria, Virginie, Americký geologický institut. 779 str. ISBN 0-922152-76-4
  5. ↑ 1 2 Charlton, R., 2007. Základy fluviální geomorfologie. Routledge, New York, New York. 234 stran. ISBN 0-415-33453-5
  6. ↑ Meandr . Online etymologický slovník. Získáno 12. července 2012. Archivováno z originálu 6. června 2014.
  7. ^ Technické definice této části se silně opírají o Julien, Pierre Y. River Mechanics . - Cambridge University Press, 2002. - S.  179-184 . - ISBN 0-521-52970-0 .
  8. ↑ Leopold, L.B.; Langbein, WB (1966). "Meandry řeky" . Scientific American . 214 (6): 60-73. JSTOR  24930965 .
  9. ↑ 1 2 Leopold, Luna; Wolman, M. Gordon (1957). „Vzorce říčních kanálů: pletené, meandrovité a rovné“ . Profesionální papír 282-B. United States Geological Survey: 50. Archivováno z originálu dne 2021-11-26 . Získáno 26. 11. 2021 . Použitý zastaralý parametr |deadlink=( nápověda )
  10. ↑ Callander, RA (leden 1978). "Meandrování řeky". Výroční přehled mechaniky tekutin . 10 (1): 129-158. doi : 10.1146/annurev.fl.10.010178.001021 .
  11. ↑ Albert Einstein, meandrování řeky, Hans Einstein, transport sedimentů, Victor Miguel Ponce . Archivováno z originálu 19. listopadu 2017.
  12. ↑ Martinez, Alberto A. (březen 2014). „Pochybné vynálezy chytrého Dr. Einstein: József Illy: Praktický Einstein: Experimenty, patenty, vynálezy. Baltimore: Johns Hopkins University Press, 2012, xiv+202 stran, 60,00 $ HB.“ metavěda . 23 (1): 49-55. DOI : 10.1007/s11016-013-9819-x .
  13. ↑ Wood, Elizabeth A. Věda z okna vašeho letadla: 2. přepracované vydání . - New York: Courier Dover Publications, 1975. - S.  45 . - ISBN 0-486-23205-0 .
  14. ↑ Hickin, 2003 , str. 432. "V nepřítomnosti turbulentního proudění má zakřivené proudění tendenci zachovávat moment hybnosti, takže může odpovídat momentu volné rotace vyšší rychlostí na menším poloměru vnitřního břehu a nižší rychlostí na vnějším břehu, kde je radiální zrychlení je nižší"
  15. ↑ Bowker, Kent A. (1988). Albert Einstein a meandrující řeky . Historie vědy o Zemi . 1 (1). Archivováno z originálu 2010-02-24 . Staženo 2016-07-01 . Použitý zastaralý parametr |deadlink=( nápověda )
  16. ↑ Scheidegger, Adrien E. Morfotektonika. - Berlin, New York: Springer, 2004. - S. 113. - ISBN 3-540-20017-7 .
  17. ↑ Riley, Ann L. Obnovení proudů ve městech: Průvodce pro plánovače, politiky a občany. - Washington DC : Island Press, 1998. - S. 137. - ISBN 1-55963-042-6 .

Literatura

  Přejděte na položku Wikidata  Slovníky a encyklopedie
V bibliografických katalozích
 Hlavní typy kanálových procesů