stringtranslate.com

Ротовая планка

Гарачико

Устьевой бар — элемент дельтовой системы , который относится к типичному отложению осадка в середине русла, переносимого речным руслом в устье реки . [1]

Механизм формирования

Речные устьевые бары образуются из-за того, что площадь поперечного сечения расширяющегося оттока , содержащего осадки, увеличивается, и, следовательно, скорость переноса осадка вниз по центральной линии струи уменьшается в направлении бассейна по мере того, как поток переходит от ограниченного к неограниченному. [1] Более конкретно, четыре стадии формирования речного устьевого бара таковы: (1) Турбулентная струя, расширяющаяся в мелководный и наклонный бассейн, сначала создает параллельные подводные валы, простирающиеся в направлении бассейна и начинающие устьевой бар в направлении бассейна от оконечностей дамбы из-за уменьшения потока импульса струи и, как следствие, высокой скорости седиментации в этом регионе; (2) Подводные валы простираются в направлении бассейна, а устьевой бар наращивается и продвигается, поскольку его присутствие вызывает ускорение потока на линиях тока над баром, и впоследствии это ускорение изменяет градиент переноса осадка над баром, вызывая эрозию на поверхности бара выше по течению и осаждение в следе бара ниже по течению ; (3) Прогрессирование устьевого вала прекращается и застаивается, когда глубина над баром становится достаточно малой, чтобы создать давление жидкости на верхней стороне вала, заставляя поток огибать бар, и, следовательно, уменьшая скорость и касательное напряжение на вершине вала; (4) Наконец, поскольку дамбы продолжают расти и распространяться из-за наличия вала, увеличенный сброс воды и наносов вокруг вала вызывает расширение и создание классического треугольного устьевого вала в плане. [1]

Контроль эволюции ротовой планки

Эрозия отложений и динамика отложений в эстуарной области, а следовательно, и формирование и рост устьевых баров, зависят от нескольких естественных и искусственных факторов. Человеческая деятельность, такая как строительство водохранилищ , крупномасштабная мелиорация и строительство насыпей, полностью нарушает гидродинамический баланс системы и постоянно влияет на морфологию устьевых баров. [2] Более того, гидродинамические факторы, такие как сток воды , колебания расхода рек, т. е. неравномерные условия потока, связанные с гидрографом реки , потоком отложений, характеристиками отложений, геометрией устья реки, растительностью, наличием приливов и волн, играют жизненно важную роль в эрозии отложений и динамике отложений в устьях рек и активируют серьезные геоморфологические контроли над развитием устьевых баров. [2] [3]

Что касается характеристик отложений, масса и связность играют важную роль в развитии устьевого бара. Поскольку более грубые отложения плохо взвешиваются струей, они, вероятно, будут откладываться близко к устью реки и приводить к образованию устьевого бара. С другой стороны, поскольку мелкие отложения, как правило, переносятся во взвешенном состоянии, они могут переноситься дальше и широко рассеиваться, и в большинстве случаев приводят к образованию дамбы. [2] [4] Более того, связность отложений, а также растительность , играют роль в морфологии устьевых отложений, усиливая стабилизацию, следовательно, изменяя гидравлическую геометрию устья и изменяя гидродинамику струи. [2] [5] [6] Размер зерна , который контролирует скорость осаждения частиц, также влияет на расположение устьевого бара в сторону бассейна от выхода. [7] Кроме того, результаты моделирования [1] недавно показали, что ширина речного русла, глубина, скорость оттока и уклон бассейна являются наиболее важными переменными, влияющими на расстояние до устьевого бара.

В дополнение к контролю, связанному с речными процессами , влияние морских факторов контроля, таких как волновая активность и приливы, на устья рек имеет важное значение для эволюции устьевых баров. Волны оказывают двойное влияние на рост устьевых баров; в то время как небольшие и локально генерируемые волны способствуют образованию баров , увеличивая распространение струи, большие волны зыби подавляют развитие баров. [2] С другой стороны, сложные эффекты приливов зависят от относительной силы инерции реки по отношению к приливной энергии. Когда приливная энергия намного выше речной, гидродинамика струи, выходящей из устья реки, доминирующая в отложении осадков, сильно страдает. [8] Постоянно изменяющаяся скорость приливной волны, ширина распространяющейся струи, глубина воды и, следовательно, придонное трение на протяжении всего приливного цикла вызывают развитие различных морфологий устьевых баров. [9] [10] [11] Речной сток , приливы и волны также могут одновременно влиять на динамику оттока в зависимости от плавучести, которая играет важную роль в эволюции устьевых баров. [10] [12]

Важность мундштуков

Когда рассматривается дельта с преобладанием реки, формирование и эволюция конечных распределительных каналов дельты, которые являются наиболее активными частями распределительной сети каналов, тесно связаны с образованием устьевого бара. [13] Бифуркация руслового потока из-за первоначального образования устьевого бара образует новые распределительные каналы, и они расширяются по мере миграции устьевого бара. Боковой и восходящий рост устьевого бара снижает скорость потока и поток осадка, т. е. способность потока переносить осадки, через этот канал, что приводит к заполнению и отказу от конечного распределительного канала. Активный канал, куда поток отклоняется, снова разветвляется после образования другого устьевого бара и создает еще одну единицу каналов.

Более того, устьевые бары рек являются важными резервуарами углеводородов [ 14] [15] и широко интерпретируются в геологических записях . [16] [17] Анализ гидравлических и седиментологических условий формирования устьевых баров рек, их выдвижения и намыва , а также прогнозирование их формы, размера и расстояния между ними чрезвычайно ценны для прогнозирования резервуаров.

В конце концов, в эстуарных регионах существует взаимное взаимодействие между морфологией и динамикой потока. В то время как морфология устья формируется и подвергается влиянию динамики потока и осадков или волновых и течений, устье также изменяет эту динамику и изменяет морфологию эстуариев. [13] Таким образом, понимание эволюции устья является ключом к дальнейшей и лучшей количественной оценке изменений в речной гидравлике и морфодинамике из-за существования устья.

Разные типы

Устьевые бары классифицируются на основе основных сил, доминирующих при их формировании: [10] (1) инерция оттока, (2) турбулентное трение о дно, (3) плавучесть стока , (4) вызванные волнами и, наконец, (5) приливные силы.

Устьевые бары реки, в которых доминирует инерция

Процессы, связанные с высокими скоростями оттока в месте глубоководного выхода и рассеиванием осадка из-за турбулентной струи, приводят к образованию узких, вытянутых полулунных отмелей с плоской или плавно восходящей спинкой, которые также называются устьевыми отмелями «типа Гилберта», обычно встречающимися в глубоководных районах дельты .

Устьевые бары реки с преобладанием трения

Боковое распространение турбулентной струи, усиленное увеличением сопротивления трения в мелководных прибрежных водах, также связанное с высокой доночной нагрузкой, создает почти треугольную «срединную полосу» в устье реки, заставляя русло раздваиваться. По мере продолжения продвижения в устьях раздвоенных каналов образуются новые полосы, которые усиливают рост дельты в сторону бассейна . Дельта Миссисипи состоит из мелководных типов с преобладанием трения на востоке (Северо-восточный проход).

Устьевые бары реки с преобладанием плавучести

Доминирование процессов плавучести в устье реки, связанных с сильной стратификацией плотности оттока и мелкозернистым осадочным материалом, а не донными наносами , приводит к образованию латерально ограниченных, узких радиальных баров с пологими склонами в мелководных районах дельты. Дельта Миссисипи состоит из широко разнесенных типов устьевых баров с преобладанием плавучести на юге ( Юго-Западный проход и Южный проход).

Устьевые бары, где преобладают волны

Мощная и постоянная энергия волн и соответствующие процессы, такие как переработка волн, преломление оттока, смешивание из-за разрушения волн , вдольбереговое и поперечнобереговое рассеивание осадков, создают регулярные, обычно заполненные песком, серповидные бары, расположенные на небольшом расстоянии от устья. Форма и местоположение устьевого бара также изменяются при нормальном или косом падении волн.

Приливно-отливные устьевые бары реки

Развитие приливно-отливных устьевых баров в значительной степени зависит от двунаправленного переноса осадков приливными течениями, вызывающего значительный возврат осадков вверх по течению в русло. Приливно-отливные переносы осадков создают широкий, прерывистый, радиальный устьевой бар, в котором преобладают крупные приливные хребты, разделенные глубокими каналами.

Последствия для управления эстуарием

Эволюция речных устьевых баров чрезвычайно важна в прибрежном ландшафте. Большую часть времени они находятся под водой и недоступны. Однако после того, как они появляются и их надводная часть становится видимой, они превращаются в дельтовые острова. Следовательно, способствуя расширению земель, они восстанавливают искусственно измененные береговые линии и смягчают прибрежную эрозию , [18] [19] [20] защищают прибрежные сообщества, [21] способствуют росту растительности, обеспечивают среду обитания для богатых и продуктивных эстуарных экосистем, [22] и потенциально могут использоваться для сельского хозяйства, проживания и инженерии. Более того, отложения устьевых баров предлагают стратегическое местоположение для исследовательских проектов по восстановлению эстуариев и дельт, что делает их идеальными для изучения эффектов сокращения речных отложений и относительного повышения уровня моря , а также для оценки эволюции, включая потерю земель и затопление, речных дельт. [23]

Серьезным примером является дельта реки Миссисипи , где прибрежные водно-болотные угодья исчезают со скоростью приблизительно 1% земли в год. [24] [25] В дельте Миссисипи, чтобы исключить потерю земель и смягчить прибрежную эрозию, были построены искусственные отводы, воссоединяющие реку с дельтовыми водно-болотными угодьями . [18] [26] [27] По сути, эти отводы, как ожидается, сформируют устьевые бары в нижнем течении. Поэтому планы восстановления и исследования многих ученых и инженеров направлены в конечном итоге на содействие отложению устьевых баров путем стратегического выбора мест отвода и геометрии отвода и, следовательно, стабилизации струи, повышения донного трения и эффективности улавливания осадков. [6] [28] [29] [30] Этот пример показывает, насколько важно понимать динамику речных устьевых баров и физику, лежащую в основе их формирования, для будущих обсуждений нового освоения земель, восстановления эстуария, а также мер по смягчению потери дельтовых водно-болотных угодий.

Смотрите также

Ссылки

  1. ^ abcd Эдмондс, DA; Слингерленд, RL (2007). "Механика формирования устьевого бара реки: последствия для морфодинамики сетей дельтовых рукавов". Журнал геофизических исследований . 112 (F2): F02034. Bibcode : 2007JGRF..112.2034E. doi : 10.1029/2006JF000574.
  2. ^ abcde Фагерацци, Серджио; Эдмондс, Дуглас А.; Нардин, Уильям; Леонарди, Николетта; Канестрелли, Альберто; Фальчини, Федерико; Джеролмак, Дуглас Дж.; Мариотти, Джулио; Роуленд, Джоэл К.; Слингерленд, Руди Л. (сентябрь 2015 г.). «Динамика устьевых отложений рек: ДИНАМИКА УСТЬЕВЫХ ОТЛОЖЕНИЙ». Обзоры геофизики . 53 (3): 642–672. дои : 10.1002/2014RG000451 .
  3. ^ Лэмб, Майкл П.; Ниттруэр, Джеффри А.; Мориг, Дэвид; Шоу, Джон (март 2012 г.). «Контроль подпора и речного шлейфа при размыве вверх по течению от устьев рек: последствия для флювио-дельтовой морфодинамики». Журнал геофизических исследований: Поверхность Земли . 117 (F1): н/д. Bibcode : 2012JGRF..117.1002L. doi : 10.1029/2011JF002079 .
  4. ^ Изуми, Норихиро; Танака, Хитоши; Дата, Масанао (2003). «Первоначальная топография устьевых террас рек с преобладанием речных вод: теория». Добоку Гаккай Ронбунсю . 2003 (740): 95–107. дои : 10.2208/jscej.2003.740_95 . ISSN  1882-7187.
  5. ^ Хойал, DCJD; Шитс, BA (2009-04-23). ​​"Морфодинамическая эволюция экспериментальных связных дельт". Журнал геофизических исследований . 114 (F2): F02009. Bibcode : 2009JGRF..114.2009H. doi : 10.1029/2007JF000882 . ISSN  0148-0227.
  6. ^ ab Эдмондс, Дуглас А.; Слингерленд, Руди Л. (февраль 2010 г.). «Значительное влияние сцепления осадков на морфологию дельты». Nature Geoscience . 3 (2): 105–109. Bibcode :2010NatGe...3..105E. doi :10.1038/ngeo730. ISSN  1752-0894.
  7. ^ Ван, Флора К.; Экспериментальная станция инженерных водных путей армии США; Соединенные Штаты; Университет штата Луизиана (Батон-Руж, Луизиана). (1985). Дельта реки Атчафалайя. Отчет 7, Аналитический анализ развития дельты реки Атчафалайя. Виксбург, Миссисипи: Спрингфилд, Вирджиния: Экспериментальная станция инженерных водных путей армии США; [Доступно в Национальной технической информационной службе].
  8. ^ Cai, H.; Savenije, HHG; Toffolon, M. (2013-07-15). «Связывание реки с эстуарием: влияние речного стока на приливное затухание». Обсуждения гидрологии и наук о системах Земли . 10 (7): 9191–9238. doi : 10.5194/hessd-10-9191-2013 . ISSN  1812-2116.
  9. ^ Леонарди, Николетта; Канестрелли, Альберто; Сан, Тао; Фагерацци, Серджио (2013). «Влияние приливов на морфологию и гидродинамику устья бара». Журнал геофизических исследований: Океаны . 118 (9): 4169–4183. Bibcode : 2013JGRC..118.4169L. doi : 10.1002/jgrc.20302 . ISSN  2169-9291.
  10. ^ abc Райт, Л. Д. (1977-06-01). «Перенос и осаждение осадков в устьях рек: синтез». Бюллетень GSA . 88 (6): 857–868. Bibcode : 1977GSAB...88..857W. doi : 10.1130/0016-7606(1977)88<857:STADAR>2.0.CO;2. ISSN  0016-7606.
  11. ^ Абрамович, ГН (1963). Теория турбулентных струй . Кембридж, Массачусетс: MIT Press.
  12. ^ Роуленд, Джоэл С.; Дитрих, Уильям Э.; Стейси, Марк Т. (2010). «Морфодинамика формирования подводных дамб: понимание морфологии устьев рек на основе экспериментов». Журнал геофизических исследований: Поверхность Земли . 115 (F4). Bibcode : 2010JGRF..115.4007R. doi : 10.1029/2010JF001684 . ISSN  2156-2202.
  13. ^ ab Olariu, C.; Bhattacharya, JP (2006-02-01). «Конечные распределительные каналы и архитектура фронта дельты речных дельтовых систем». Журнал седиментологических исследований . 76 (2): 212–233. Bibcode : 2006JSedR..76..212O. doi : 10.2110/jsr.2006.026. ISSN  1527-1404.
  14. ^ Роберт С. Тай; Янок П. Бхаттачар ( 1999). «Геология и стратиграфия флювио-дельтовых отложений в формации Ивишак: применение для разработки месторождения Прудо-Бей, Аляска». Бюллетень AAPG . 83. doi :10.1306/e4fd421f-1732-11d7-8645000102c1865d. ISSN  0149-1423.
  15. ^ Роберт С. Тай ; Джеймс Дж. Хики (2001). «Характеристика проницаемости песчаников устья рукава в месторождении Прудо-Бей, Аляска: как горизонтальные керны снижают риск при разработке дельтовых резервуаров». Бюллетень AAPG . 85. doi :10.1306/8626c91f-173b-11d7-8645000102c1865d. ISSN  0149-1423.
  16. ^ Тай, Роберт С. (август 2004 г.). «Геоморфология: подход к определению размеров подземного резервуара». Бюллетень AAPG . 88 (8): 1123–1147. Bibcode : 2004BAAPG..88.1123T. doi : 10.1306/02090403100. ISSN  0149-1423.
  17. ^ Janok P. Bhattacharya; Brian J. Wi (2001). "Низкоуровневые дельты в формации Frontier, бассейн реки Паудер, Вайоминг: выводы для моделей стратиграфии последовательности". AAPG Bulletin . 85 . doi :10.1306/8626c7b7-173b-11d7-8645000102c1865d. ISSN  0149-1423.
  18. ^ ab Paola, Chris; Twilley, Robert R.; Edmonds, Douglas A.; Kim, Wonsuck; Mohrig, David; Parker, Gary; Viparelli, Enrica; Voller, Vaughan R. (15.01.2011). «Естественные процессы восстановления дельты: применение к дельте Миссисипи». Annual Review of Marine Science . 3 (1): 67–91. Bibcode : 2011ARMS....3...67P. doi : 10.1146/annurev-marine-120709-142856. ISSN  1941-1405. PMID  21329199.
  19. ^ Эдмондс, Дуглас А. (ноябрь 2012 г.). «Реставрационная седиментология». Nature Geoscience . 5 (11): 758–759. Bibcode : 2012NatGe...5..758E. doi : 10.1038/ngeo1620. ISSN  1752-0894.
  20. ^ Ким, Вонсук (август 2012 г.). «Земля, созданная наводнением». Nature Geoscience . 5 (8): 521–522. doi :10.1038/ngeo1535. ISSN  1752-0894.
  21. ^ Костанца, Роберт; Перес-Макео, Октавио; Мартинес, М. Луиза; Саттон, Пол; Андерсон, Шаролин Дж.; Малдер, Кеннет (июнь 2008 г.). «Значение прибрежных водно-болотных угодий для защиты от ураганов». Ambio: Журнал окружающей среды человека . 37 (4): 241–248. doi :10.1579/0044-7447(2008)37[241:TVOCWF]2.0.CO;2. ISSN  0044-7447. PMID  18686502. S2CID  15164978.
  22. ^ Госселинк, Джеймс Г. (1984). Экология дельтовых болот прибрежной Луизианы: профиль сообщества / Джеймс Г. Госселинк. Вашингтон, округ Колумбия: Национальная группа по прибрежным экосистемам, Отдел биологических служб, Научно-исследовательские разработки, Служба охраны рыбных ресурсов и диких животных, Министерство внутренних дел США. doi :10.5962/bhl.title.4037.
  23. ^ Чжан, Сяодун; Фан, Дайду; Ян, Цзошэн; Сюй, Шумей; Чи, Ваньцин; Ван, Хунмин (01 ноября 2020 г.). «Устойчивый рост устьевых баров в уязвимой дельте Чанцзяна». Журнал гидрологии . 590 : 125450. Бибкод : 2020JHyd..59025450Z. doi :10.1016/j.jгидрол.2020.125450. ISSN  0022-1694. S2CID  224923372.
  24. ^ Дей, Джон В.; Бритч, Луис Д.; Хоуз, Сюзанна Р.; Шаффер, Гэри П.; Рид, Дениз Дж.; Кахун, Дональд (август 2000 г.). «Модель и процесс потери земель в дельте Миссисипи: пространственный и временной анализ изменения среды обитания водно-болотных угодий». Estuaries . 23 (4): 425. doi :10.2307/1353136. JSTOR  1353136. S2CID  84606861.
  25. ^ Пенланд, Ши; Коннор, Пол Ф.; Билл, Эндрю; Фернли, Сара; Уильямс, С. Джеффресс (2005). «Изменения в береговой линии Луизианы: 1855–2002». Журнал прибрежных исследований : 7–39. ISSN  0749-0208. JSTOR  25737047.
  26. ^ Ким, Вонсак; Мориг, Дэвид; Твилли, Роберт; Паола, Крис; Паркер, Гэри (2009-10-20). «Возможно ли построить новую землю в дельте реки Миссисипи?». Eos, Transactions American Geophysical Union . 90 (42): 373–374. Bibcode : 2009EOSTr..90..373K. doi : 10.1029/2009EO420001 .
  27. ^ Фальчини, Федерико; Хан, Николь С.; Мачеллони, Леонардо; Хортон, Бенджамин П.; Латкен, Кэрол Б.; Макки, Карен Л.; Сантолери, Розалия; Колелла, Симона; Ли, Чунянь; Вольпе, Джанлука; Д'Эмидио, Марко (ноябрь 2012 г.). «Связь исторического наводнения на реке Миссисипи в 2011 году с отложением отложений на прибрежных водно-болотных угодьях». Природа Геонауки . 5 (11): 803–807. Бибкод : 2012NatGe...5..803F. дои : 10.1038/ngeo1615. ISSN  1752-0894.
  28. ^ Фальчини, Федерико; Джеролмак, Дуглас Дж. (2010-12-21). "Потенциальная теория вихреобразования для формирования удлиненных русел в дельтах рек и озерах". Журнал геофизических исследований . 115 (F4): F04038. Bibcode : 2010JGRF..115.4038F. doi : 10.1029/2010JF001802 . ISSN  0148-0227.
  29. ^ Колдуэлл, Ребекка Л.; Эдмондс, Дуглас А. (2014). «Влияние свойств осадков на дельтовые процессы и морфологию: исследование с помощью численного моделирования». Журнал геофизических исследований: Поверхность Земли . 119 (5): 961–982. Bibcode : 2014JGRF..119..961C. doi : 10.1002/2013JF002965 . ISSN  2169-9011. S2CID  128778862.
  30. ^ Канестрелли, Альберто; Нардин, Уильям; Эдмондс, Дуглас; Фагерацци, Серджио; Слингерланд, Руди (январь 2014 г.). «Значение эффектов трения и неустойчивости струи для морфодинамики устьевых баров и дамб рек: ТРЕНИЕ И НЕУСТОЙЧИВОСТЬ СТРУИ». Журнал геофизических исследований: Океаны . 119 (1): 509–522. doi : 10.1002/2013JC009312 .