Site Loader

Содержание

Устройства защиты от скачков напряжения УЗМ-51М, УЗМ-16

Параметр

Ед.изм.

УЗМ-51М, УЗМ-51МТ

УЗМ-16

Параметры защиты

 

Уровень ограничения напряжения при токе помехи 100А, не более

кВ

1,2

 

Максимальная энергия поглощения (одиночный импульс 10/1000мкс)

Дж

200

42

Максимальный ток поглощения, одиночный импульс 8/20мкс / повторяющиеся импульсы 8/20мкс

А

6000

1200

Время срабатывания импульсной защиты

нс

<25

Порог отключения нагрузки при повышении напряжения, U

верх

В

240, 250, 255, 260, 265, 270, 275, 280, 285, 290

Верхний порог ускоренного отключения нагрузки при повышении напряжения выше верхнего критического порога, Uверх. кр.

В

300 ± 15В

Порог отключения нагрузки при снижении напряжения, Uниз

В

210, 190, 175, 160, 150, 140, 130, 120, 110, 100

210, 200, 190, 180, 175, 160, 150, 140, 130, 120

Порог ускоренного отключения нагрузки при снижении напряжения ниже нижнего критического порога, U

низ.кр

В

80± 10В

100± 10

Гистерезис возврата верхнего и нижнего порога от установленного значения

%

3

2

Питание

 

Номинальное напряжение питания

В

230

Частота напряжения питания

Гц

50

50/60

Максимальное напряжение питания

В

440

400
Электроэрозионная стойкость контактов, не менее циклов   100000

Потребляемая мощность, не более

Вт

1,5

2

Коммутирующая способность контактов

Номинальный ток нагрузки (при сечении подключаемых проводов не менее 16мм2,медь), нагрузка АС1 (активная, резистивная)

А

63

16
Номинальный ток нагрузки (при сечении подключаемых проводов не менее 16мм2,медь), нагрузка АС3 (индуктивная, реактивная) А 25 4,5
Максимальный ток нагрузки, (не более30мин)
А 80 16

Номинальная мощность нагрузки (при AC230В)

кВт

14,5

 

Максимальная мощность нагрузки (не более30мин)

кВт

18,4

3,5
Ток перегрузки/время воздействия, мс  без сваривания контактов А/мс 2000/10  

Задержка включения /повторного включения, выбирается пользователем

 

6мин/10с

Пороги напряжения верхний > 300 ± 15В верхний 240 — 290 нижний 210 — 100 нижний <80 ± 15В
Время отключения нагрузки 0,02 сек. 0,1 сек. 10 сек. 0,5 сек.

Сечение подключаемых проводников

мм²

0,5-33 (20-2AWG)

 
Момент затяжки винтового соединения клеммы Hm
2,8
0,4

Диапазон рабочих температур (по исполнениям)

°С

-25…+55 (УХЛ4)

-40…+55 (УХЛ2)

Температура хранения °С -40…+70
Помехоустойчивость от пачек импульсов в соответствии с
ГОСТ Р 51317.4.4-99 (IEC/EN 61000-4-4)
  уровень 3 (2кВ/5кГц)
Помехоустойчивость от перенапряжения в соответствии с
ГОСТ Р 51317. 4.5-99 (IEC/EN 61000-4-5)
  уровень 3 (2кВ А1-А2)
Климатическое исполнение и категория размещения по ГОСТ 15150-69 (без образования конденсата)   УХЛ4 или УХЛ2
Степень защиты реле по корпусу / по клеммам по ГОСТ 14254-96   IP40/IP0 IP40/IP20
Степень загрязнения в соответствии с ГОСТ 9920-89   2
Виброустойчивость g 4
Ударопрочность g 6
Максимальная механическая износостойкость   1*106
Максимальная электрическая износостойкость   1*105
Габаритные размеры мм
83х35х63
18х93х62

Масса, не более

кг

0,16

0,07

Срок службы, не менее (на изделия выпущенные после 2015 г. )

лет

10

Пластиковые ПВХ карнизы оптом :: бленда для карниза оптом :: Багет для карнизов оптом :: карнизы для штор оптом :: карнизы для штор потолочные пластиковые :: пластиковые карнизы

Наше предприятие специализируется на выпуске декоративных профилей из ПВХ, полистирола, используемых при производстве как алюминиевых, так и пластиковых потолочных карнизов.

Продукция изготавливается на современных экструзионных линиях с дополнительными технологическими узлами, не имеющими аналогов, сконструированными своими инженерами. На производстве ведется постоянный контроль качества, позволяющий предлагать своим клиентам стабильный и качественный товар. В производстве используются материалы только высокого качества. Это термопереводные пленки производства Германии, Южной Кореи, Китая, качественные красители, а так же смеси ПВХ собственного производства.

Одна из успешных наших собственных разработок – это бленда для потолочных пластиковых карнизов с золоченым рельефным орнаментом, который называется “Меандр”. На данный момент нами выпускается бленда для потолочных пластиковых карнизов шириной 55 миллиметров и шириной 68 миллиметров.

Бленда для потолочных пластиковых карнизов “Меандр” шириной 5 см.

Бленда для потолочных пластиковых карнизов “Ажур” шириной 5 см.

Бленда для потолочных пластиковых карнизов “Одиссея” шириной 7 см.


Бленда для потолочных пластиковых карнизов “Талисман” шириной 7 см.

Бленда для потолочных пластиковых карнизов “Меандр” шириной 7 см.

Бленда для потолочных пластиковых карнизов “Ажур” шириной 7 см.

Сейчас мы производим более 50 расцветок, идет постоянная работа над удешевлением продукции и повышением качества. Так же идут разработки новых орнаментов с учетом пожеланий заказчиков и учетом новых направлений в оформлении интерьера.

Стремясь соответствовать самым современным тенденциям на рынке карнизов для штор, наше предприятие в 2012 году запустило в производство багета из вспененного полистирола. На данный момент выпускаются более 40 профилей интерьерного, карнизного и картинного багета. К плюсам нашего багета относится широкая цветовая гамма и универсальный размерный ряд.

Интерьерный и карнизный багет

Картинный багет

Кроме декоративных профилей для пластиковых потолочных карнизов, мы являемся производителями двух и трёхрядной шины для потолочных карнизов, всевозможной фурнитуры для потолочных карнизов (повороты, крючки, стопора), интерьерного багета, картинного багета.
Наше предприятие поддерживает постоянный запас продукции, что позволяет своевременно обеспечить потребности оптовых клиентов.

Наши клиенты, работая с нами, уверены что всегда будут на шаг впереди конкурентов
и будут иметь самые приятные цены.

Меандр: Бракованные УЗМки ‘2018 (заминированные щиты).

Отказываюсь от УЗМок и ухожу на НоваТек! – CS-CS.Net: Лаборатория Электрошамана

Коробка новых УЗМок на замену брака и разные виды УЗМ-51м от 2018 года

Ну, что? Срочно в номер, блин! Я ПОЛНОСТЬЮ ОТКАЗЫВАЮСЬ ОТ УЗМок НАПРОЧЬ и перехожу на реле напряжения от НоваТек (РН-260t)! Потому что в прошлом, в 2018 году, Меандр «заминировал» некоторые УЗМ-51м и почти все УЗМ-50Ц: они совершенно непредсказуемо СДЫХАЮТ! При этом самое «вкусное» в этой ситуации, что волна смерти УЗМок пошла где-то с августа (то есть народ покупал их летом, поставил, а к августу они начали умирать), но официально Меандр начал признавать косяки только в 2019 году и вообще — совсем в недавнее время. Ща я про всё и всех расскажу по порядку!

Для моих заказчиков: если у вас сдохли УЗМки в щите моей сборки в 2018 году, то прям пишите-звоните — я заменю на новые. За свой счёт, конечно! Тем, у кого УЗМки стопроцентно сдохнут, я позвоню сам и выдам новые (пока это Победа-2 и Золотая Звезда с Logo)!

L-аргинин чудо молекула. Профессор, микробиолог Н.П.Петросян об уникальности продуктов Вита-Ра:

Меандр. Ответы на вопросы от создателя формулы. Киуила Иван Георгиевич

Меандр базовый, для мозга, для мужчин. О разнице, составе и применении:

Утренники «Вита-Ра»:

 

Сертификаты:

Meandr ru официальный сайт — Вместе мастерим

07.11.2019

В ходе проведения заводских испытаний устройств УЗМ-50Ц и УЗМ-50ЦМ была обнаружена некорректная работа текущей версии программного обеспечения. А именно, при скачкообразном увеличении тока нагрузки на 30 или более Ампер, с установленным верхним порогом срабатывания по напряжению в 260 и менее Вольт, в некоторых случаях контроллер может воспринять данный скачек тока, как ошибочное превышение верхнего порога по напряжению, с записью данного значения в память устройства, с отключением нагрузки и последующим повторным включением через время АПВ. На сегодняшний день ошибка в ПО устранена.

Если вы, в ходе эксплуатации устройств УЗМ-50Ц и УЗМ-50ЦМ столкнулись с описанной ситуацией, компания МЕАНДР готова осуществить замену устройств. Процесс замены осуществляется по предварительному согласованию с ООО «ТД «МЕАНДР», путем предварительного направления клиенту новых устройств и дальнейшей обратной пересылки приборов после замены, за счет ООО «ТД «МЕАНДР».

01.11.2019
16.10.2019

В начале 2019 года была выпущена партия УЗМ-51М, УЗМ-50Ц и УЗМ-50МД где на клеммном блоке (шине) для подключения нейтрали было нанесено специальное покрытие. По окончани пробной партии все клеммные блоки будут с таким покрытием.

АВТОМАТИЧЕСКИЕ ВЫКЛЮЧАТЕЛИ

Автоматические выключатели ВА-9-1, ВА-9-2, ВА-9-3 и ВА-9-4. ВА – современное поколение аппаратов, предназначенных для защиты электрических цепей от перегрузок и токов короткого замыкания (сверхтоков), а также для осуществления оперативного управления участками электрических цепей. Выключатели выпускаются с защитными характеристиками В, С, D.

ШИНЫ СОЕДИНИТЕЛЬНЫЕ МЕДНЫЕ ШМС
Предназначены для подсоединения нескльких электрических цепей.
ПЕРЕМЫЧКИ СОЕДИНИТЕЛЬНЫЕ МЕДНЫЕ ПСМ
  • Возможная длина — 70, 90 или 220мм
  • Варианты сечений — 2,5, 4 или 6 мм 2
  • Цвет изоляции — белый, красный, коричневый, синий или чёрный
  • Медные ПУГВ кабель
  • Поставка только на 10, 50, 100 или 500шт. в упаковке.
Модульные реверсивные переключатели серии РП
  • Номинальный рабочий ток: 40А
  • Модульное исполнение ширины стандартного автомата: 18 мм
  • Максимальное сечение присоединяемых проводников: 16 мм2
  • Номинальное рабочее напряжение: AC230/400В
  • Клеммы с защитой от не правильного подключения провода
  • Материал корпуса — ABS пластик светло серого цвета (RAL7035), класс горючести V0, самозатухающий пластик.

Устройство защиты абонентских линий (АЗУ) предназначено для защиты оборудования распределённых сетей аппаратуры промышленной автоматизации (АСУ ТП, АСКУЭ и др.), высокоскоростных цифровых интерфейсов передачи данных, цифровых абонентских линий, сигнальных линий систем управления и измерения и др. со скоростями передачи данных до 10 Мбит/с от импульсных перенапряжений (грозовых, электростатических разрядов и др.).

Блоки питания являются источниками вторичного электропитания с гальванической развязкой и предназначены для питания стабилизированным напряжением различных устройств (датчики бесконтактные, тиристорные коммутаторы, контроллеры управления и т.п.).

Поставляются блоки питания со стабилизированным номинальным выходным напряжением на 5, 6, 9, 12, 24, 48В.

Электротехническая компания «МЕАНДР», основанная в 1992 году в Санкт-Петербурге, специализируется на разработке и производстве средств промышленной автоматики.

За более, чем 25 лет существования фирма стала признанным лидером по производству отечественных электронных реле различного назначения. Номенклатура выпускаемых изделий насчитывает более 500 наименований.

istgeography.net вики — ib_meanders





Меандры и сопутствующие товары Формы рельефа



Что такое Это?


Меандр поворотный река или изменение ее направления. Реки размывают русло реки за пределами меандра, где река быстрее и наносит осадок и ил на внутренней стороне меандра, где меньше энергии.В конце концов старицы могут образовываться в процессе эрозии и отложений, поскольку два канала закрываются, образуя отдельное озеро. Меандры в основном встречаются дальше по реке, где равнины плоский.


Истоки, возможно?


Возникают меандры из довольно прямых каналов с развивающимися бассейнами и перекатами. Обычно в реке обнаружены препятствия, которые замедляют речной сток и вода должна течь по ним, что ускоряет движение воды поток.Чем выше скорость после препятствия, тем больше происходит эрозия, эта область большей эрозии в конечном итоге превращается в бассейн, и более медленная область нарастает из-за отложений наносов, переносимых в река и превращается в перекат.


Что означают меандры стали?


Бассейны — это области в река, где вода глубже и расход больше из-за отсутствие трения, в то время как перекаты — это мелкие участки воды, где выгрузка замедляется из-за более высокого трения о кровать.В изгиб происходит из-за того, как вода размывается; у воды есть второй геликоидальное (штопорное) движение, которое начинает размывать стороны банк. Как только начинает происходить изгиб, река разрушается еще на один сторона банка и вкладывает больше на другой, делая более резкий изгиб, как только этот изгиб становится слишком крутым, чаще всего во время наводнений, изгиб превращается в старица озеро, где река течет по земле, а не огибает изгиб.


Человек Использует


Меандры предлагают стратегическое преимущество. В меандре может находиться город или город. в оборонительных целях. Сегодня города расположены в меандрах и вокруг них. в торговых целях. Лодки и баржи могут в некоторой степени добраться до города. для торговли. Однако торговля возможна только в том случае, если река полноводная. достаточно. Меандры могут использоваться туристами для катания на лодках. поездки.


Пример использования: Шрусбери
Шрусбери (http: // www.webbaviation.co.uk/shrewsbury/aerial-shrewsbury.htm)

Шрусбери — это уездный город, расположенный на реке Северн в В регионе Уэст-Мидлендс проживает около 71 000 жителей. Он находится внутри меандр, и первоначально был средневековым торговым городом. Меандр был очень полезен для импорта и экспорта, а также для путешествий в средневековье. С 1990 года Шрусбери столкнулся с серьезными проблемами наводнения из-за его расположение — в 2005 году системы защиты были резко увеличены до сдержать потенциальное наводнение.

Земельный участок очень плодородный из-за всех слоев наносов и ила, которые были формируется на протяжении многих лет. Следовательно, сельское хозяйство возможно при наводнении. равнины, вокруг меандры. Эти культуры должны быть устойчивыми к высоким сброс во время наводнения.



Страница, первоначально найденная по адресу: Меандры и связанные с ними формы рельефа (более недоступна)

Почему ручьи изгибаются? | Ausable River Association

Когда вы видите ручей с воздуха, с самолета или на спутниковой фотографии, быстро становится очевидным одно: ручьи изгибаются.Они извилистые, с каналами, которые изгибаются, изгибаются или петляют. В крутом рельефе каналы более прямые, подвержены влиянию уклона и ограничены долинами. На широких равнинах с пологими склонами ручьи текут туда-сюда. Эти изгибы и повороты управляют энергией воды, когда она движется по местности канала и над ним, увеличивая сопротивление и уменьшая уклон канала. Геометрия меандра сводит к минимуму объем работы или затрачиваемой энергии при равномерном использовании той же энергии. Потоки меандрируют для поддержания равновесия — динамически стабильная форма и функция.

Помните, ручьи — это транспортные машины, которые неуклонно перемещают воду и отложения со своих водоразделов вниз по склону. Меандры образуются, когда вода в русле ручья размывает отложения внешнего изгиба ручья и откладывает этот и другие отложения на последующих внутренних поворотах вниз по течению. Этот процесс усиливает структуру водоема. Как известно каждому рыболову, на внешних изгибах меандров образуются глубокие лужи, а на внутренних изгибах — низкие наклонные полосы скопившегося гравия или булыжника.В этих бассейнах и изгибах одна сторона канала значительно глубже. Далее вниз по потоку, выходя из изгиба, канал выпрямляется, и поперечное сечение канала становится более равномерным через выступ.

Эрозия в устойчивом потоке может быть минимальной из года в год, но по мере того, как меандр движется наружу и становится более извилистым, потоки усиливаются на внешних поворотах. Со временем меандр может быть отрезан от основного русла, образуя старицу. Быки вдоль реки Уэст-Бранч-Аусейбл возле Лейк-Плэсид, вдоль Ривер-роуд, легко видны на снимках со спутника Google; они указывают на прежний путь реки до эпохи лесозаготовок на Ausable.

Меандр встречается повсеместно; трудно найти примеры прямых потоков большой длины, и даже тогда самая глубокая часть русла — тальвег — будет изгибаться внутри прямого русла. Меандровые узоры следуют удивительно предсказуемой геометрии, описываемой длиной волны, радиусом кривизны и шириной полного берега канала — высотой на берегу, где при более высоких потоках вода начинает опускаться на пойму (см. Рисунок ниже). Независимо от размера потока, длина волны примерно в 11 раз больше ширины канала и неизменно в 10–14 раз больше ширины.Радиус кривизны центральной части изгиба канала составляет в среднем около 1/5 длины волны. Каналы во всем мире следуют этой геометрии меандра так близко, что форма большой реки напоминает небольшие ручьи. Без масштаба может быть трудно различить, что есть что на аэрофотоснимках.

Волновой узор в виде меандра проявляется зимой в виде ледяных ручьев. Часто тальвег замерзает последней, оставляя видимую извилистую нить бегущей воды.Атлантический Гольфстрим также извивается, как показано на изображении из Википедии ниже. Луна Леопольд, пионер в уточнении геоморфологии и гидрологии потоков, отмечает, что явление Гольфстрима показывает, что меандры являются чисто гидродинамическими и не зависят от фиксированных границ или наносов.

Меандры отражают законы физики. Потоки представляют собой классический случай открытой системы, позволяя массе и энергии течь через нее и уточнять ее границы. Для потоков, управляющих потоком воды вниз по склону, противоположные потребности минимизации работы и равномерного распределения работы или энергии приводят к компромиссу.Компромисс принимает извилистую форму для достижения динамичной, но относительно стабильной формы.

Понимание того, что ручьи изгибаются, необходимо для жизни со свободными ручьями. Вода необходима для всех форм жизни, а здоровые ручьи предоставляют нам множество ресурсов. Забота о них помогает гарантировать, что пресная вода останется здоровой для нас и для нашей окружающей среды. Обеспечение потока места для блуждания снижает конфликты, которые возникают, например, когда дороги закругляются во внешнем изгибе или когда дом строится внутри бывшего старица.Везде, где это возможно, сведение к минимуму нарушения потребности ручья в извилинах — удержание новой застройки вдали от пойм и от ручьев, сведение к минимуму ограждения берегов — снижает ущерб человеческой инфраструктуре, защищает здоровье ручья и сохраняет качество воды.


Подпишитесь на нашу электронную рассылку, чтобы получать еженедельные обновления последних новостей от ассоциации Ausable River Association.


Верхнее изображение: Предоставлено Geology is Easy

Среднее изображение: адаптировано из книги К.А. Лемке

Меандровая формация и особенности меандровых водотоков

Меандровая формация и особенности меандровых водотоков

Меандровая формация и особенности извилистых водотоков

Образование естественных дамб в результате разлива наносов во время паводков. Рядом с каналом в основном залегает песок (наибольшие скорости потока), а также песок. уплотняется меньше, чем грязь, которая оседает дальше.Таким образом, со временем эти прибрежные песчаные отложения со временем поднимутся над (более уплотненной) поймой и образуют естественные дамбы.
Обзор функций, связанных с извилистыми потоками. А извилистый поток мигрирует в боковом направлении за счет эрозии наносов на внешней стороне меандра (что является частью работы трения) и осаждения внутри ( геликоидальный поток , замедление, запаздывание канала, последовательность стержней точек , плавность вверх).Рядом с канал дамба отложения накапливаются и постепенно поднимаются вверх по реке над поймой (в основном мелкие отложения). В условиях влажного климата пойма за дамбами может быть покрытым водой большую часть времени и может образовывать болото ( болото, ). Реки которые хотят войти в основной поток, могут не преодолевать дамбу и опустошаться либо в заболоченный (постепенно опиливая) или течь параллельно ручью на большое расстояние пока они, наконец, не присоединятся ( потоков yazoo ).Меандры могут врезаться друг в друга, растут ( отсечки шеи ), а затем сокращаются реки (растущие меандры уменьшают крутизна, отсечки — это средство снова увеличить наклон, петля обратной связи) и старый меандр заброшен и медленно заполняется мелкими наносами во время паводков ( старицы, ). Также, как река строит дамбы и поднимается над поймой, склонами и уменьшается транспортная мощность ручья, русло постепенно заполняется наносами, и наконец (часто во время паводков) река прорывает дамбу (этот процесс называется отрывом ) и следуйте по более крутой дороге вниз по долине.
Как меандры растут сбоку за счет эрозии (внешний изгиб) и отложение осадка (внутренний изгиб, острие). Когда петли становятся слишком большими и потребляют слишком много энергии (трение), река в конечном итоге найдет менее энергичный «налоговый» ярлык, и часть старого канала будет заброшена и станет Озеро старица .
Аэрофотоснимок извилистых ручьев.На этих фотографиях видно множество заброшенные участки русла или старицы. Озера Оксбоу, заполненные осадки по-прежнему видны на фотографиях из-за разного рисунка растительности (почвенных различий) и называются «меандровыми рубцами».

Меандр | Геология вики | Fandom

Шаблон: Другое

Файл: Meander.svg

Гипотетическое русло ручья, идущее по наклонной долине. Максимальный градиент находится вдоль оси впадины, представленной гипотетическим прямым каналом.Возникают меандры, которые удлиняют течение потока, уменьшая уклон.

Файл: Rio-cauto-cuba.JPG

Меандры трассы Rio Cauto на набережной Гуамо, Куба.

Меандр , как правило, представляет собой излучину извилистого водотока или реки. Меандр образуется, когда движущаяся вода в ручье размывает внешние берега и расширяет его долину, а внутренняя часть реки имеет меньше энергии и откладывает то, что несет. Поток любого объема может принять извилистое русло , попеременно размывая отложения снаружи изгиба и откладывая их внутри.Результатом является извилистый узор , когда поток изгибается взад и вперед по своей оси вниз по долине. Когда меандр отрезан от основного потока, образуется старица. Со временем меандры перемещаются вниз по течению, иногда за такое короткое время, что это создает проблемы в области гражданского строительства для местных муниципалитетов, пытающихся поддерживать стабильные дороги и мосты.

Пока нет полной согласованности или стандартизации научной терминологии, используемой для описания водотоков. Существуют самые разные символы и схемы.Параметры, основанные на математических формулах или числовых данных, также различаются в зависимости от базы данных, используемой теоретиком. Если иное не определено в конкретной схеме, «извилистость» и «извилистость» здесь являются синонимами и означают любой повторяющийся узор изгибов или форм волны. В некоторых схемах «меандр» применяется только к рекам с увеличенными кольцевыми петлями или вторичными меандрами; то есть меандры на меандрах.

Извилистость — это один из типов каналов, которые поток может принимать на всем протяжении или на его части.Все ручьи в какой-то момент своей геологической истории на некоторой части своей длины имеют извилистую форму.

Термин происходит от реки, расположенной на территории современной Турции и известной грекам как ( Μαίανδρος ) Майандрос или Маеандр, [1] , характеризующаяся очень извилистой тропой в нижнем течении. Таким образом, даже в классической Греции (и в более поздней греческой мысли) название реки стало нарицательным, означающим все извилистые и извилистые, такие как декоративные узоры, речь и идеи, а также геоморфологические особенности. [2] Страбон сказал: «… его путь настолько извилистый, что все извилистое называется извилистым». [3]

Река Меандр расположена к югу от Измира, к востоку от древнегреческого города Милет, ныне Милет, Турция. Он протекает через грабен в массиве Мендерес, но имеет пойму намного шире, чем зона меандра в ее нижнем течении. В турецком названии реки Бююк Мендерес Мендерес происходит от слова «меандр».

Файл: Meandri uvca.jpg

Меандр каньона Увац, Сербия

Техническое описание извилистого водотока называется геометрией меандра или геометрией меандра в плане. [4] Он характеризуется неправильной формой волны. Идеальные формы волны, такие как синусоида, имеют толщину в одну линию, но в случае потока необходимо учитывать ширину. Ширина полного берега — это расстояние поперек русла в среднем поперечном сечении на уровне полного русла, обычно оцениваемое по линии самой низкой растительности.

В виде формы волны извилистый поток следует вдоль оси впадины, прямой линии, соответствующей кривой, так что сумма всех амплитуд, измеренных от нее, равна нулю.Эта ось представляет общее направление потока.

В любом поперечном сечении поток следует по извилистой оси, центральной линии слоя. Две последовательные точки пересечения осей извилистой и нисходящей. определить петлю меандра. Меандр представляет собой две последовательные петли, направленные в противоположных поперечных направлениях. Расстояние одного меандра по оси впадины — длина меандра или длина волны. Максимальное расстояние от оси впадины до извилистой оси петли — это ширина или амплитуда меандра.Курс на этом этапе — вершина.

В отличие от синусоидальных волн, петли извилистого потока более близки к круглой. Кривизна варьируется от максимума на вершине до нуля в точке пересечения (прямая линия), также называемая перегибом, потому что кривизна меняет направление в этой окрестности. Радиус петли считается прямой линией, перпендикулярной оси впадины, пересекающей извилистую ось на вершине. Поскольку петля не идеальна, необходима дополнительная информация для ее характеристики.Угол ориентации — это угол между извилистой осью и осью впадины в любой точке извилистой оси.

Файл: Рельефный канал Грейт-Уз.jpg

Вогнутый берег и выпуклый берег, Рельефный канал Грейт-Уз, Англия.

Петля на вершине имеет внешний или выпуклый ряд и внутренний или вогнутый ряд. Пояс меандра определяется средней шириной меандра, измеренной от внешнего берега к внешнему берегу, а не от средней линии к средней линии. Если есть пойма, она выходит за пределы меандрового пояса.Тогда говорят, что меандр свободный — его можно найти где угодно в пойме. Если поймы нет, меандры фиксируют.

Различные математические формулы связывают переменные геометрии меандра. Оказывается, можно установить некоторые числовые параметры, которые фигурируют в формулах. Форма волны в конечном итоге зависит от характеристик потока, но параметры не зависят от него и, по-видимому, вызваны геологическими факторами. В целом длина меандра составляет 10-14 раз, в среднем 11 раз, ширину канала полного берега и 3-5 раз, в среднем 4 раза.В 7 раз радиус закругления на вершине. Этот радиус в 2-3 раза больше ширины канала.

Файл: Meander-Cuckmere River-MT.JPG

Меандр реки Cuckmere в Южной Англии

Меандр также имеет структуру глубины. Переходы отмечены перекатами или неглубокими пластами, а на вершинах — бассейнами. В бассейне направление потока — вниз, размывая слой материала. Однако основной объем течет медленнее по внутренней части изгиба, где из-за пониженной скорости осаждается осадок.

Линия максимальной глубины или русла является линией тальвега или тальвега. Обычно ее называют границей, когда реки используются в качестве политических границ. Тальвег обнимает внешние берега и возвращается к центру над перекатами. Длина дуги меандра — это расстояние по тальвегу на один меандр. Длина реки — это длина по средней линии.

Файл: Meandro.png

История жизни меандра.

Файл: Рио-Негро меандры.JPG

Эффектные меандровые шрамы, старицы и заброшенные меандры в широкой пойме реки Рио-Негро, Аргентина.Фотография космонавта 2010 года с МКС.

Образование меандра — результат природных факторов и процессов. Конфигурация формы волны потока постоянно меняется. Жидкость обтекает изгиб в вихре. [5] Как только канал начинает следовать по синусоидальному пути, амплитуда и вогнутость петель резко возрастают из-за эффекта спирального потока, охватывающего плотный эродированный материал по направлению к внутренней части изгиба, и оставляя внешнюю часть изгиба незащищенной. и поэтому уязвимы для ускоренной эрозии, образуя петлю положительной обратной связи.По словам Элизабет А. Вуд: [6]

«… этот процесс создания меандров кажется самоусиливающимся процессом … в котором большая кривизна приводит к большей эрозии берега, что приводит к большей кривизне …. «

Поперечное течение вдоль дна канала является частью вторичного потока и сметает плотный эродированный материал внутрь изгиба. [7] Перекрестный ток затем поднимается к поверхности около внутренней части и течет наружу, образуя спиральный поток.Чем больше кривизна изгиба и чем быстрее поток, тем сильнее поперечное течение и подметание. [8]

Из-за сохранения углового момента скорость внутри изгиба выше, чем снаружи. [9]

Поскольку скорость потока уменьшается, уменьшается и центробежное давление. Однако давление сверхподнятого столба преобладает, создавая неуравновешенный градиент, который перемещает воду обратно через дно снаружи внутрь.Поток обеспечивается встречным потоком по поверхности изнутри наружу. [10] Вся эта ситуация очень похожа на парадокс чайного листа. Этот вторичный поток переносит наносы с внешней стороны изгиба внутрь, делая реку более извилистой. [11]

Что касается того, почему потоки любого размера становятся извилистыми, существует ряд теорий, не обязательно взаимоисключающих.

Теория стохастика [править | править источник]

Стохастическая теория может принимать разные формы, но одно из наиболее общих утверждений — это утверждение Шайдеггера: [12]

«Меандровый ряд считается результатом стохастических колебаний направления потока из-за случайных наличие на пути реки препятствий, меняющих направление движения.»

На плоской, гладкой, наклонной искусственной поверхности осадки стекают с нее листами, но даже в этом случае прилипание воды к поверхности и сцепление капель образуют случайные ручейки. Натуральные поверхности в разной степени шероховаты и подвержены эрозии. Результатом случайного действия всех физических факторов являются непрямые каналы, которые затем постепенно становятся извилистыми. Даже каналы, которые кажутся прямыми, имеют извилистый тальвег, который в конечном итоге ведет к извилистому каналу.

Теория равновесия [править | править источник]

В теории равновесия меандры уменьшают градиент потока до тех пор, пока не будет достигнуто равновесие между эродируемостью местности и транспортной способностью потока. [13] Нисходящая масса воды должна отдавать потенциальную энергию, которая при той же скорости в конце капли, что и в начале, удаляется при взаимодействии с материалом русла ручья. Кратчайшее расстояние; то есть прямой канал дает наибольшую энергию на единицу длины, больше разрушая берега, создавая больше наносов и усиливая поток.Наличие меандров позволяет потоку регулировать длину до равновесной энергии на единицу длины, при которой поток уносит весь образующийся осадок.

Геоморфо-морфотектоническая теория [править | править источник]

Геоморфизм относится к структуре поверхности местности. Морфотектонический означает более глубокую или тектоническую (пластинчатую) структуру породы. Функции, включенные в эти категории, не являются случайными и направляют потоки по неслучайным путям.Это предсказуемые препятствия, которые вызывают образование меандра, отклоняя поток. Например, поток может быть направлен в линию разлома (морфотектонический).

Файл: Меандр в пепельной лощине.jpg

Слева находится откос осадконакопления, а справа — небольшой речной обрыв. Река Пепельная лощина, Великобритания.

Спусковой откос [редактировать | править источник]

На внутренней стороне меандра есть пологий склон, называемый откосом соскальзывания. Это часто отмечается точкой на реке.

Утес, высеченный рекой [править | править источник]

говорит вам На внешней стороне меандра река врезается в берег, что часто приводит к обрыву реки, также известному как обрыв или обрыв.

Механика эрозии [править | править источник]

Большинство меандров встречается в районе русла реки с небольшими уклонами, хорошо развитой поймой и связным материалом поймы. Отложение наносов происходит на внутреннем крае, потому что вторичный поток реки [14] сметает и катит песок, камни и другие затопленные объекты через русло реки к внутреннему радиусу изгиба реки, создавая точечную полосу ниже откоса.Эрозия сильнее на внешней стороне изгиба, где почва не защищена отложениями песка и камней. Течение на внешнем изгибе более эффективно для размывания незащищенной почвы, а внутренний изгиб принимает постоянно увеличивающиеся отложения песка и камней, а меандр имеет тенденцию расти в направлении внешнего изгиба, образуя небольшой утес, называемый насечкой. . Это можно увидеть в местах, где растут ивы на берегах рек; на внутренней стороне меандров ивы часто находятся далеко от берега, в то время как на внешней стороне изгиба корни ив часто обнажены и подрезаны, что в конечном итоге приводит к падению деревьев в реку.Это демонстрирует движение реки. Оползание обычно происходит на вогнутых сторонах берегов, что приводит к массовым движениям, таким как оползни.

Депозитов [править | править источник]

Меандры с надрезом [править | править источник]

говорит вам

Файл: Glen Canyon Dam MC.jpg

Glen Canyon, USA

Если наклон устоявшегося меандрирующего потока внезапно увеличится, он возобновит нисходящую эрозию — это происходит, когда нижний уровень потока понижается, например, из-за тектонических поднятие региона, глобальное падение уровня моря, обрушение озера с моренными дамбами ниже по течению или захват потока более крутым.По мере того, как поток размывается вниз, его сложившаяся извилистая форма останется в виде глубокой долины, известной как изрезанный меандр или засаженный меандр . Реки на плато Колорадо и ручьи на плато Озарк отмечены этими врезанными меандрами.

Файл: Гусиные шеи Сан-Хуана, Юта.jpg

Гусиные шеи реки Сан-Хуан, Юго-Восточная Юта. Обратите внимание на обрезной меандр справа по центру.

Оксбоу озера [править | править источник]

говорит вам Озера Окбоу образуются, когда растущие меандры пересекают друг друга и срезают петлю меандра, оставляя ее без активного режущего потока.Эти старицы со временем пересыхают или заполняются отложениями.

Заброшенный меандр (ринкон) [править | править источник]

Шаблон: Wiktionarypar Иногда срезают врезанный меандр, похожий на старицу. Образовавшаяся форма рельефа известна как заброшенный меандр . На юго-западе США он также известен как rincon . Один из ярких примеров на озере Пауэлл называется «Ринкон».

Полосы прокрутки [править | править источник]
Файл: SonghuaRiver ASTER 20020401.jpg

Меандры, полосы прокрутки и старицы в реке Сунгари.

Полосы прокрутки являются результатом непрерывной поперечной миграции петли меандра, которая создает асимметричный гребень и рельеф канавы [15] на внутренней стороне излучин. Топография, как правило, параллельна меандру и связана с перемещающимися формами стержней и желобами для задних стержней [16] , которые вырезают осадок с внешней стороны кривой и откладывают осадок в более медленно текущей воде внутри петли, в процесс, называемый боковой аккрецией.Спиральные отложения характеризуются косослоистостью и рисунком оребрения вверх. [17] Эти характеристики являются результатом динамической речной системы, где крупные зерна транспортируются во время паводков с высокой энергией, а затем постепенно умирают, осаждая со временем более мелкий материал (Batty 2006). Залежи для извилистых рек обычно однородны и обширны в поперечном направлении, в отличие от более неоднородных речных отложений с перемычкой. [18] Есть два различных шаблона расположения полос прокрутки; шаблон полосы прокрутки вихревой аккреции и шаблон полосы прокрутки точечной полосы.Глядя вниз на долину реки, их можно различить, потому что полосы прокрутки точечной полосы выпуклые, а полосы прокрутки нарастания вихрей — вогнутые. [19] Полосы прокрутки часто выглядят светлее на вершинах гребней и темнее на выступах. Это связано с тем, что вершины могут формироваться ветром, добавляя мелкие зерна или сохраняя территорию без растительности, в то время как темнота в канавах может быть связана с илом и глинами, смываемыми в периоды паводка. Этот добавленный осадок в дополнение к воде, которая улавливается в канавах, в свою очередь, является благоприятной средой для растительности, которая также будет накапливаться в канавах.

Коэффициент извилистости [20] или индекс извилистости [21] — это средство количественной оценки того, насколько река или ручей изгибается (насколько ее курс отклоняется от кратчайшего пути). Он рассчитывается как длина ручья, деленная на длину долины. У идеально прямой реки коэффициент меандра равен 1 (это будет такая же длина, как и ее долина), в то время как чем выше это отношение выше 1, тем больше меандр реки.

Индексы извилистости рассчитываются на основе карты или аэрофотоснимка, измеренного на расстоянии, называемом досягаемостью, которое должно как минимум в 20 раз превышать среднюю ширину русла на всем берегу.Длина потока измеряется по длине русла или тальвега на участке досягаемости, в то время как нижнее значение коэффициента — это длина вниз по долине или расстояние по воздуху потока между двумя точками на нем, определяющими досягаемость.

Индекс извилистости играет важную роль в математическом описании потоков. Индекс, возможно, потребуется разработать, потому что долина также может извиваться; т. е. длина нижней части не совпадает с вылетом. В этом случае индекс долины — это коэффициент меандра долины, а индекс канала — это коэффициент меандра канала.Индекс извилистости канала — это длина канала, деленная на длину впадины, а стандартный индекс извилистости — это индекс канала, деленный на индекс впадины. Различия могут стать еще более тонкими. [22]

Индекс извилистости также имеет нематематическую полезность. Потоки можно размещать в упорядоченных им категориях; например, при индексе от 1 до 1,5 река извилистая, а если от 1,5 до 4 — извилистая. Индекс также является мерой скорости потока и наносов, эти количества максимизируются при индексе 1 (прямой).

  1. ↑ «Меандр». Мерриам-Вебстер. http://www.merriam-webster.com/dictionary/meander. Проверено 12 июля 2012 года.
  2. ↑ «Меандр». Интернет-словарь этимологии. http://www.etymonline.com/index.php?term=meander&allowed_in_frame=0. Проверено 12 июля 2012 года.
  3. ↑ Страбон, География , Книга 12 Глава 8 Раздел 15.
  4. ↑ Технические определения этого раздела в значительной степени опираются на Жюльена, Пьера Й. (2002). Речная механика . Издательство Кембриджского университета.С. 179–184. ISBN 0-521-52970-0 ISBN 0-521-52970-0. Кроме того, используются концепции Graf, Walter (1984). Гидравлика транспорта осадка . Публикации по водным ресурсам. С. 261–265. ISBN 0-918334-56-X ISBN 0-918334-56-X.
  5. ↑ Леваль, Жак (2006). «Разделение потоков и вторичный поток: Раздел 9.1». Конспект лекций по динамике несжимаемой жидкости: феноменология, концепции и аналитические инструменты . Сиракузы, штат Нью-Йорк: Сиракузский университет. http: // www.ecs.syr.edu/faculty/lewalle/FluidDynamics/fluidsCh9.pdf. .
  6. ↑ Вуд, Элизабет А. (1975). Наука из окна вашего самолета: 2-е пересмотренное издание . Нью-Йорк: Courier Dover Publications. п. 45. ISBN 0-486-23205-0 ISBN 0-486-23205-0.
  7. ↑ Шаблон: Harvnb. «Одним из важных последствий спирального потока в меандрах является то, что отложения, эродированные снаружи изгиба меандра, имеют тенденцию перемещаться во внутренний берег или острие следующего изгиба вниз по потоку».
  8. ↑ Шаблон: Harvnb.
  9. ↑ Шаблон: Harvnb. «В отсутствие вторичного потока изгибный поток стремится сохранить угловой момент, чтобы он имел тенденцию соответствовать моменту свободного вихря с высокой скоростью на меньшем радиусе внутреннего берега и более низкой скоростью на внешнем берегу, где радиальное ускорение меньше. . »
  10. ↑ Шаблон: Harvnb. «Вблизи дна, где скорость и, следовательно, центробежные эффекты самые низкие, в балансе сил преобладает внутренний гидравлический градиент сверхподнятой водной поверхности, и вторичный поток движется к внутреннему берегу.»
  11. ↑ Калландер, Р.А. «Река извилистая», Annual Review of Fluid Mechanics, , 1978. 10: 129-58
  12. ↑ Scheidegger, Adrien E. (2004). Морфотектоника . Берлин, Нью-Йорк: Springer. п. 113. ISBN 3-540-20017-7. ISBN 3-540-20017-7.
  13. ↑ Райли, Энн Л. (1998). Восстановление водотоков в городах: руководство для планировщиков, политиков и граждан . Вашингтон, округ Колумбия: Island Press. п. 137. ISBN 1-55963-042-6 ISBN 1-55963-042-6.
  14. ↑ Напев, Роберт Дж.(2002). «Вторичная циркуляция в области кривизны потока: взаимосвязь с приливным воздействием и речным стоком». Журнал геофизических исследований 107 . http://www.agu.org/pubs/crossref/2002/2001JC001082.shtml.
  15. ↑ Вулф и Пёрдон; Пэрдон, Ричард (1996). «Отложения быстро размывающейся извилистой реки: террасы, прорезанные и заполненные вулканической зоной Таупо». Новозеландский журнал геологии и геофизики 39 (2): 243–249. DOI: 10.1080 / 00288306.1996.9514708 DOI: 10.1080 / 00288306.1996.9514708.
  16. ↑ К. Уиппл (сентябрь 2004 г.). «Аллювиальные русла и их формы рельефа». Поверхностные процессы и эволюция ландшафта .
  17. ↑ Сэм Боггс младший (2003). Принципы седиментологии и стратиграфии (4-е изд.). Нью-Джерси: Пирсон Прентис Холл. ISBN 0-13-099696-3 ISBN 0-13-099696-3.
  18. ↑ Шаблон: Цитировать новости
  19. ↑ Норман Д. Смит и Джон Роджерс (1999). Флювиальная седиментология (6 изд.). блэквелл издательство. ISBN 0-632-05354-2 ISBN 0-632-05354-2.
  20. ↑ Шоу, Льюис К. (1984). Газеттер ручьев Пенсильвании, часть II . Бюллетень № 16. Содружество Пенсильвании, Департамент природных ресурсов. п. 8. OCLC 17150333 OCLC 17150333.
  21. ↑ Gordon, Nancy D .; Томас А. МакМахон; Кристофер Дж. Гиппель; Рори Дж. Натан (2005). Гидрология ручьев: введение для экологов: второе издание . Джон Уайли и сыновья. стр.183–184. ISBN 0-470-84357-8 ISBN 0-470-84357-8.
  22. ↑ Сингх Р. (2005). «Анализ межфазного дренажа водораздела». в Янском, Либор; Хей, Мартин Дж .; Прасад, Хушила. Устойчивое управление ресурсами истоков: исследования Африки и Индии . Токио, Нью-Йорк: Издательство Университета ООН. С. 87–106. ISBN 92-808-1108-8 ISBN 92-808-1108-8.
  • Хикин, Эдвард Дж. (2003). «Извилистые каналы». в Миддлтоне, Джерард В.. Энциклопедия отложений и осадочных пород . Kluwer Академическая энциклопедия наук о Земле. Дордрехт; Бостон: Kluwer Academic Publishers. С. 430–434. ISBN 1-4020-0872-4
 ISBN 1-4020-0872-4.
 
  • Leopold, Luna B .; Лангбейн, В. (Июнь 1966 г.). «Речные меандры». Scientific American : 60.
  • Thonemann, P., Долина Меандр: историческая география от античности до Византии (Кембридж, 2011 г.) (Серия «Греческая культура в римском мире»).

Шаблон: категория Commons

Шаблон: Морфология реки

Экспериментальное подтверждение условий, необходимых для поддержания меандрирования на крупнозеленых реках

Реферат

Извилистые реки обычны на Земле и на других планетах, но условия, необходимые для поддержания извилистых каналов, неясны. Как следствие, самоподдерживающиеся меандрирующие каналы с отсечками не воспроизводились в лаборатории. Такие экспериментальные каналы необходимы для изучения механизмов, контролирующих скорость миграции, извилистость, формирование поймы и морфодинамику плоских форм, а также для проверки теорий распространения длин волн и изгибов.Здесь мы сообщаем об эксперименте, в котором меандрирование с почти постоянной шириной сохранялось во время повторной отсечки и регенерации изгибов меандра. Мы обнаружили, что повышенная прочность берега (обеспечиваемая проростками люцерны) по сравнению с несвязным слоем материала и блокирование желобов (желобов) в подветренной части выступов за счет отложения взвешенных наносов были необходимыми ингредиентами для успешного извилистого движения. Различный сброс паводка не требовался. Масштабный анализ показывает, что экспериментальная миграция меандра была быстрой по сравнению с большинством естественных каналов.Эта высокая скорость миграции привела к тому, что почти весь слой донных отложений сменился в боковом направлении, так что рост бара в первую очередь зависел от отложений с берега, поступающих в результате боковой миграции вверх по течению. Высокая скорость миграции, возможно, способствовала относительно низкой извилистости 1,19, и это говорит о том, что для получения гораздо более высокой извилистости эксперименты в этом масштабе, возможно, придется проводить в течение нескольких лет. Хотя для их развития требуется терпение, эти экспериментальные каналы дают возможность исследовать несколько фундаментальных вопросов морфодинамики рек.Наши результаты также предполагают, что подача песка может быть важным элементом управления при восстановлении самоподдерживающихся, активно перемещающихся меандров с гравийными пластами.

Извилистость реки — боковой сдвиг берега, образующий извилистые однонаправленные каналы — присущ связанному потоку и переносу наносов в каналах с гравийным и песчаным слоем в широком диапазоне отношений ширины русла к глубине (1). Классификация формы русла в плане, основанная на полевых наблюдениях, качественно показывает, что меандрирование сильно зависит от уклона русла, размера зерна, прочности берега и поступления наносов (2, 3).Теоретические модели меандрирования реки (2–8), однако, предполагают, что внутренний и внешний берега перемещаются с одинаковой скоростью во время меандрирования, независимо от прочности берега и наличия наносов. Процессы, с помощью которых отложение внутреннего берега идет в ногу с эрозией внешнего берега, плохо изучены. Это фундаментальный пробел в нашем понимании извилистых рек.

Лабораторные эксперименты продемонстрировали, что в каналах с песчаным или гравийным дном и берегами будут образовываться полосы и кривизна в плане, но они неизбежно будут оплетаться (9–11), потому что слабые внешние берега разрушаются быстрее, чем полосы могут расти и срастаться с внутренним берегом.Плетение часто возникает из-за отвода потока по желобам, которые образуются между перекладиной и поймой. Желоба возникают из-за того, что зона максимального отложения крупных наносов расположена не на границе между полосой и поймой, а, скорее, ближе к центру русла. Эти желоба являются местом бифуркации каналов и плетения (12). Эксперименты с использованием глинистых и иловых материалов для укрепления берегов привели к образованию извилистых каналов и, при некоторых условиях, каналов с высокой извилистостью (13–16), но в этих экспериментах не удалось создать извилистые каналы с повторяющимися отсечениями, которые одновременно создают пойму и поддерживают ее. геометрия.Вместо этого в таких экспериментах канал упрощается до одного изгиба после отсечки (16), или миграция берегов прекращается, когда развивается извилистость (15). В последнее время проростки люцерны стали использовать для обеспечения прочности берегов экспериментальных каналов (17–18). Добавление проростков люцерны в плетеные каналы лотков преобразовало их в динамические каналы с характеристиками как однониточной, так и островной морфологии. Эксперименты с люцерной воспроизводят многие процессы, наблюдаемые в поле, включая отрывы и отсечки, но меандрирование было прерывистым и ограничивалось относительно небольшой частью лотка (18).

Хотя в предыдущих экспериментах можно было инициировать извилистость каналов, они не смогли сохранить миграцию каналов после того, как возникла извилистость. Неспособность создать самоподдерживающиеся каналы латеральной миграции с отсечками в лаборатории не позволяет нам проводить масштабные эксперименты, которые были бы полезны в различных проблемах, от разработки практических рекомендаций по восстановлению потока до реакции канала на изменение климата и понимания необходимых условий. для поддержки извилистых каналов, наблюдаемых на Марсе и Титане.Эти практические и теоретические вопросы побудили нас конкретно изучить, как создать извилистую реку с гравийным дном. Мы фокусируемся на меандрах гравийных пластов из-за их важности для водной среды обитания (19) и восстановления водотоков (20), а также потому, что их легче масштабировать до лабораторных размеров и гидравлических условий.

Здесь мы сообщаем об успешном экспериментальном создании бокового мигрирующего меандрирующего канала с преобладанием донной нагрузки с повторяющимися отсечениями. Ключевыми проблемами были создание условий, которые позволяли бы эрозию внешнего берега и осаждение внутреннего берега (в том числе до высоты прилегающей поймы) с одинаковой скоростью и которые приводили бы к отложению в желобе, прилегающем к бару, таким образом, чтобы зарождающееся меандрирование не происходило. быстрое отключение за счет отклонения потока вниз по желобу.Мы выдвинули гипотезу, что в дополнение к гидравлическим условиям, которые поддерживают меандрирование (1), необходимые условия для получения успешного экспериментального меандрирования были ( i ) большей прочностью берега, чем из-за отложенной нагрузки на пласт (для замедления скорости эрозии внешнего берега), ( ii ) добавление подвешенной нагрузки (чтобы оседать в желобах, уменьшая тенденцию к отсечке с низкой волнистостью, и оседать на вершине штанги, поднимая поверхность до уровня поймы), и ( iii ) периодически выходить за пределы берега. поток (для поднятия поверхности осаждения точечной планки и для рассеивания взвешенных отложений в близлежащие низкие области).Наш эксперимент убедительно подтверждает первые две гипотезы, но, что удивительно, извилистость сохранилась без переменных пиков. Эксперимент также предполагает, что подача и отложение песка должны быть включены в проект извилистых рек гравийного русла для проектов восстановления и включены в численные модели роста гравийных валов в извилистых реках.

Экспериментальные процедуры

Мы вырезали канал шириной 40 см и глубиной 1,9 см в желобе шириной 6,1 м и длиной 17 м, установленном с уклоном 0 °.0046. Нижние 12 м лотка были немного круче (0,0052), чем бассейн в целом; этот более крутой участок, как правило, находился ниже по потоку от первого поворота и влияния входного отверстия желоба. Размеры, наклон и расход помещали канал в меандрирующий режим, определенный Паркером (1). Лоток был заполнен отсортированным песком со средним диаметром 0,8 мм (Таблица 1), и на входе был вырезан начальный изгиб, чтобы ускорить начало меандрирования (Рис. 1). Следуя Талу и Паоле (18), мы использовали проростки люцерны для обеспечения прочности берегов, что требовало повторного посева в лоток каждые 15–20 часов работы и ожидания 7–10 дней для роста люцерны.Люцерна в основном использовалась как средство для обеспечения прочности берега, но она также увеличивала сопротивление потоку вдоль потенциальных срезов желоба и тем самым способствовала нарастанию мелкого осадка вдоль внутреннего берега.

Таблица 1.

Условия эксперимента

Рисунок 1.

Карта положения канала во времени. ( A ) показывает положение канала в течение первых 71 часа эксперимента, когда сброс включал как полный берег, так и паводковый поток, в то время как ( B ) показывает эволюцию канала от 71 до 136 часов, когда разряд был постоянным потоком, заполненным берегом.Исходная вырезанная граница канала представлена ​​пунктирными линиями, а граница канала на 10 часах не видна ниже границы на 20 часах, когда ширина канала увеличивалась. Кратковременная отсечка на 29 ч на этом рисунке не видна. Желоба не показаны на рисунке для ясности, но морфология желобов показана на рис. 3.

Лоток проработан 136 ч при двух гидрологических режимах. В течение первых 71 ч мы повторяли простой двухступенчатый гидрограф, состоящий из 5.5 ч полного потока (1,8 л / с) и 1,5 ч паводкового потока (2,7 л / с). В течение оставшихся 65 часов сброс состоял из постоянного потока, полного банка (рис. 2 и таблица 2). Кроме того, в течение первых 30 часов мы провели три кратковременных паводковых потока с гораздо более высокими скоростями (3,7, 4,2 и 4,4 л / с), чтобы проверить влияние высоких потоков на сопротивление берегам, отложение наносов над берегами и устойчивость формы русла. (Рис. 2). Канал находился в стадии затопления примерно 25% от первого 71 часа эксперимента и 13% от общего времени работы.В течение последних 65 часов сброс представлял собой постоянный полный поток 1,8 л / с. Хотя предполагалось, что этот поток будет на стадии заполнения берега, канал обмелел, так что в течение последних 65 часов сток выходил за берег с потоками глубиной от 2 до 5 мм в пойме. Как это типично для небольших экспериментальных каналов, течение протекало в гидравлически гладком, а не в грубом режиме.

Рис. 2.

Расход, ширина канала и волнистость меняются со временем. Ширина канала — это среднее значение 10 измерений ниже верхних 5 м, длина прямого участка зависит от условий на входе.Извилистость измеряется после первого изгиба и не включает прямой участок непосредственно после входа. Провалы в извилистости связаны с отсечками.

Таблица 2.

Сравнение условий для двух прогонов

Подача осадка состояла из крупнозернистого (песок) и мелкого (легкий пластик) осадка (таблица 1), которые подавались отдельно на верхнем конце лотка. Песок чешуйчатый, как гравий, найденный в естественных равнинных реках с гравийным слоем. Унимодальный мелкий осадок находится в диапазоне от 0.25 и 0,42 мм в диаметре и не сцеплялись. Мелкодисперсный осадок покрылся гравием в ручьях, покрытых гравием, как песок, перемещаясь как в виде грунта, так и в виде взвешенного груза. Легкий пластик имел решающее значение для обеспечения такого поведения, сочетая низкую скорость осаждения (позволяющую осадку перемещаться во взвешенном состоянии), при одновременном снижении критического напряжения по сравнению с естественным осадком с эквивалентной скоростью осаждения (например, ил). Из-за избыточного напряжения Шилдса менее 2 для большей части донных отложений, отношения глубины потока к среднему размеру зерна менее 16 и отсутствия масштабированных по глубине форм пластов (например.д., дюны и рябь), мы рассматриваем этот канал как типичный представитель русловых потоков гравия, пропускающих мелкие наносы.

Грубый корм был идентичен осадку в резервуаре, но был окрашен в синий цвет. Скорость грубой подачи периодически снижалась, чтобы ограничить разложение перед первым коленом (см. SI Text ). Мы варьировали скорость подачи мелкого осадка в начале эксперимента со средней скоростью подачи 3,4 кг / ч на протяжении всего эксперимента. В течение последних 65 ч скорость тонкой подачи поддерживалась постоянной на уровне 3 кг / ч.В этих экспериментах легкий осадок перемещался и как постельный, и как взвешенный груз. Мелкодисперсный корм составлял ≈82% от общего количества поступающих наносов, что выше, чем доля песка, уловленного в ловушках для донных отложений на извилистых реках с гравийным дном (21–23), которая составляет от 20% до 70% от донных отложений (в зависимости от реки, сцена и расположение в пределах поворота). Поскольку мелкие частицы перемещаются как во взвешенном состоянии, так и во взвешенном состоянии, мы устанавливаем долю тонкодисперсного сырья выше, чем уловителей загрузки в поле, которые не улавливают взвешенные в толще воды отложения.В качестве модельного песка мы использовали два вида коммерчески доступного легкого пластикового осадка. Оба типа пластика имели диаметр 0,25–0,42 мм и не были когезионными. Легкий пластик, использованный в течение первых 71 часа эксперимента, имел удельный вес 1,5, а пластик, использованный до конца эксперимента, имел удельный вес 1,3. Дополнительные подробности относительно легкого пластикового осадка приведены в SI Text .

В ходе экспериментов было проведено несколько измерений.Во время эксперимента с 5-минутными интервалами делались фотографии над головой, чтобы зафиксировать положение канала. Рельеф дна и отметки поверхности воды измерялись с помощью передвижной тележки над лотком. Высота поверхности воды измерялась точечным измерителем, а топография дна измерялась с помощью лазерного листа, сфотографированного наклонной камерой, когда лоток был сухим. Скорость измерялась с помощью индикатора красителя, и фотографии над головой делались каждые 10 с. Сброс наносов из лотка не отслеживался на регулярной основе из-за неоднократных отказов оборудования.

Результаты

В течение 136-часового эксперимента канал перемещался как в боковом направлении, так и вниз по течению, образуя пять изгибов и испытав пять различных событий отсечки. В конце эксперимента канал был полностью самоформирован (Рис. 1, Movie S1 и SI Text ). Длина волны стабилизировалась на уровне ≈14 ширины русла, что несколько больше, чем обычно сообщается для извилистых рек (24). Альтернативные стержни отсутствовали до появления кривизны, несмотря на условия, которые должны были благоприятствовать развитию альтернативных стержней.Изгибы росли за счет комбинации нисходящего и поперечного перемещения, и в среднем изгибы перемещались примерно на две ширины канала вбок и примерно на пять ширины канала вниз по течению. Скорость миграции была самой высокой во время начального развития изгиба в начале эксперимента и сразу после отсечки. Эти быстрые периоды миграции русла были связаны с высокими скоростями отложения наносов, которые перенаправляли поток и увеличивали скорость миграции вниз по течению бар (см. Фильм S1 и SI Text ).

Ширина канала увеличивалась в течение первых 40 часов эксперимента до стабилизации и оставалась в пределах ± 12% от результирующей ширины канала до конца эксперимента (рис. 2). Первоначальное большое увеличение ширины канала соответствовало высоким пикам потока, когда береговая эрозия происходила быстрее, чем точечные выступы могли срастаться вертикально, создавая отложения поймы. На протяжении оставшейся части эксперимента граница бара поспевает за эрозией берега, поскольку столб поднимается вертикально до отметки поймы.Глубина была более изменчивой, чем ширина, с локальными изменениями глубины из-за изменений эрозии берегов вверх по течению. По завершении экспериментов средняя глубина составила 1,3 см.

Проростки люцерны увеличивают прочность берегов по сравнению с песком без ростков (25) и тем самым снижают скорость эрозии берегов, давая время для наращивания наносов на внутренних берегах, чтобы поспевать за эрозией внешних берегов. Банки подорвали из-за уноса зерна по краю, а не из-за крупномасштабного банкротства банков.Ростки сделали прибрежную зону шероховатой и увеличили напряжение, необходимое для перемещения частиц. Эрозия берегов не была постоянным процессом и часто происходила импульсами, поскольку поток перенаправлялся из-за миграции стержня вверх по течению и отсечки. Пиковая скорость эрозии имела место, когда минимальный радиус кривизны изгиба был от одного до трех раз больше средней ширины канала, что ниже, чем обычно сообщается в литературе (26), но аналогично низовьям реки Миссисипи (27).

Бары были построены путем отложения грубых наносов, эродированных с берегов, расположенных выше по течению, и мелких наносов, поступающих с конца лотка, расположенного выше по течению.Небольшое количество крупнозернистого подаваемого осадка наблюдалось ниже по потоку от первой полосы до момента первой отсечки (рис. 3 и 4, Movie S1 и SI Text ). Раньше отложение поступившего осадка на самом верхнем выступе вызывало эрозию внешнего берега, из-за чего отложения попадали в нижние участки реки. Когда мы снизили скорость подачи грубых частиц, чтобы предотвратить разложение на входе в конец лотка, эрозия слоя перед первым стержнем отправила осадок вниз по потоку.

Рис. 3.

Верхний снимок и затемненное топографическое изображение через 103 ч после начала эксперимента.Топографическое изображение не охватывает всю длину или всю ширину лотка. На топографическом изображении более темные области — это более низкие высоты. Этикетки обозначают каналы желобов, мелкие отложения наносов на нижнем конце стержней и участки отложений над берегом. На фотографии синий осадок — это песок, поступающий из верхнего течения, коричневый осадок происходит из дна и берегов канала, а белый осадок — это мелкий осадок, поступающий из верхнего течения. Правый берег был немного ниже левого.Особенность, похожая на канал прорыва, образовавшийся во время периодов нарастания на верхнем конце желоба на нижнем правом берегу возвышения.

Рис. 4.

Фации отложений во второй и третьей полосах ниже по потоку от входа в лоток. Картированы фации мелкозернистых наносов, где большая часть толщи поймы составляла мелкие отложения. Накопление органических веществ в мертвой люцерне приводит к тому, что часть столбика становится коричневой, если это в основном мелкий осадок.

Мелкий осадок имел решающее значение для соединения стержней с поймой путем заполнения верхнего конца желобов.Развитие желоба между полосами и поймой было ограничено быстрыми периодами миграции в начале эксперимента и после отсечки (см. Фильм S1 и SI Text ). После их образования верхний конец желобов сначала будет путями слабого внутреннего берегового потока, который будет уносить с собой мелкодисперсный осадок. Здесь осадки оседали, в конечном итоге блокируя дальнейший приток. Ниже по потоку от вершины пласта крупный осадок будет перемещаться наружу за счет скатывания вниз по передней полосе, в то время как мелкий осадок будет уноситься внутрь за счет вторичной циркуляции (как описано Дитрихом и Смитом) (28).Этот мелкий осадок имеет тенденцию оседать на нижнем конце стержней (рис. 3, отметка F и рис. 4, белые фации) и оседать на нижнем конце желобов, дополнительно блокируя этот путь. Желоба для двух самых верхних стержней также были закупорены на их нижнем конце за счет осаждения мелкодисперсного осадка. Следствием этих процессов, в которых преобладала тонкая осадка, было то, что желоба за каждым стержнем были запечатаны на их верхнем конце, а иногда и на нижнем по течению, и вода внутри них не текла.Следовательно, желоб не увеличивался в ходе эксперимента (что приводило к обрезке или плетению). Мелкие наносы также были отложены на берегу, образуя дамбы вдоль правого края канала (если смотреть вниз по течению) (рис. 3, отметка O). В естественных меандрах такие процессы будут способствовать укреплению берегов за счет отложения отложений (ила и глины), которые имеют высокое критическое напряжение сдвига при повторном уносе.

Извилистость увеличивалась на протяжении всего эксперимента до максимального значения 1.19 с провалами во время отсечки, что ограничивало извилистость канала (рис. 2). Наклон водной поверхности и дна находился в диапазоне от 0,0044 до 0,0047 ниже по течению от первого изгиба в течение последних 50 часов эксперимента. Канал выпрямлялся через отсечки желоба пять раз в течение 136-часового эксперимента, или в среднем одно отсечение каждые 25 часов (рис. 1 и 2). Из пяти отсечок четыре были вызваны миграцией канала в заброшенный и изолированный желоб, а в двух из этих отсечок канал вернулся на свое предварительно отсеченное место в течение нескольких часов (рис.1). Пятая (и последняя) отсечка произошла, когда эрозия верхнего берега вызвала локальное ухудшение, увеличивая глубину потока над пойменными отложениями, даже несмотря на то, что сток был постоянным. Поток через берег стал концентрированным там, где рост растительности был наиболее слабым, и образовал небольшой канал, который в конечном итоге соединился с желобом вниз по течению и расширился до отсечки. После всех отсечок каналы регенерировали бары, а заброшенные каналы были быстро забиты мелким осадком (рис.5).

Рис. 5.

Фотография запорного канала и мелкого осадка, заполняющего бывший канал. Цвета осадка такие же, как на рис. 3. Мелкие частицы также включали нижний по потоку конец полосы, видимый на фотографии. Это был последний предел экспериментов, и он был вызван эрозией в направлении головы, а не перемещением стержня в желоб.

Обсуждение

Хотя мы ожидали, что для создания поймы потребуется переменный расход за счет роста точечных полос, мы обнаружили, что меандрирование сохранялось и во время устойчивых потоков.Это произошло из-за того, что по мере развития канала наш спроектированный поток, заполненный банками, стал слегка выходить за пределы берега, что позволило отложить избыточный поток во время устойчивого потока. Если бы шероховатость поймы была больше (из-за более высокой плотности люцерны), поток, возможно, вынудил устойчивый поток полностью удерживаться внутри берегового канала, как наблюдалось в (18). Испытания с высоким пиковым потоком в течение первых 40 часов эксперимента привели к постепенному расширению канала (рис. 2), так как у столбов не было достаточно времени, чтобы срастаться по вертикали с возвышением поймы, и если бы мы продолжали с этими высокими пиками, то канал скорее всего заплел бы.Наши результаты предполагают, что ограничение скорости эрозии берегов до скорости, с которой могут расти стержни, имеет решающее значение для сохранения извилистой морфологии. Они также предполагают, что эрозия во время редких высоких событий может влиять на то, имеет ли канал плетеную или извилистую морфологию.

Сравнение экспериментальных скоростей миграции с полевыми требует масштабирования времени между экспериментом и полем, а также учета количества дней в году, в течение которых происходят банковские потоки или больше (см. SI Text для дальнейшего обсуждения).Средние значения размера зерна пласта (40 мм), ширины берега (43 м) и глубины (1,5 м) извилистых рек гравийного русла, проанализированные ван ден Бергом (29), предполагают масштабный коэффициент длины (λ) для нашего лоток должен быть от 1/50 до 1/100. Однако время масштабируется иначе, чем длина в экспериментах с лотками, и процедура масштабирования отличается в зависимости от интересующего процесса (30, 31). Здесь мы используем подход в масштабе Фруда, распространенный в лабораторных экспериментах (32, 33). Для потоков, масштабированных по шкале Фруда, это означает, что время в лотке составляет около 0.От 1 до 0,14 в масштабе поля (т.е. λ 0,5 ). Если мы предположим, что большая часть миграции в русле происходит во время полных береговых потоков, которые обычно равны или превышают 8 дней в году (см. 34, 35), то наш 136-часовой эксперимент соответствует 5–7 годам высоких потоков. Исключая быстрые скорости миграции в начале этого эксперимента, средняя скорость миграции в бассейне, рассчитанная в соответствии с процедурой, описанной в Micheli и Kirchner (36), варьировалась от 0,5 до 0,7 ширины канала в год, в зависимости от масштабного коэффициента.Скорости миграции, сообщаемые в литературе для естественных каналов, часто указываются для отдельных изгибов и варьируются от менее 0,01 до максимальной ширины канала 0,18 в год с кластеризацией данных с шириной канала от 0,01 до 0,02 в год (37, 38). Следовательно, наша скорость намного выше, чем обычно в естественных каналах. Чтобы уменьшить миграцию, мы могли вырастить люцерну до высокой плотности (прочность берегов линейно связана с плотностью люцерны) (25). Однако снижение нашей скорости миграции до типичных значений поля потребует увеличения продолжительности экспериментов примерно на порядок, что потребует нескольких лет для завершения.

Поддержание извилистой морфологии и постоянной ширины при таких высоких скоростях миграции требует столь же быстрой скорости роста стержней. В нашем эксперименте мелкий осадок имел решающее значение для поддержания этой быстрой скорости роста стержня, потому что мелкий осадок откладывался в тех областях, где не происходил крупный осадок: на верхней отметке стержней, на вершинах желобов и ниже по потоку от вершины стержня. Отметим, что в относительно извилистых меандрах гравийного пласта с высокой скоростью миграции песок составляет большую часть наносов, нарастающих вдоль внутреннего берега (39, 40).Без мелкодисперсных отложений решетки не выросли бы до отметки поймы, а желоба были бы намного больше.

Если бы скорость миграции была намного медленнее, могло быть достаточно времени для роста бара, чтобы поспевать за эрозией берегов в отсутствие мелкодисперсных отложений, но несколько линий доказательств указывают на то, что это может быть не так. Как обсуждалось выше, исследования совместного потока и переноса наносов в изгибах меандра показывают, что донная нагрузка и взвешенная нагрузка следуют разными путями, при этом донная нагрузка переносится к внешнему берегу ниже по потоку от вершины стержня, а взвешенные отложения переносятся к штанге (28), а ниже по течению. поэтому конец стержней более тонкий (41–45).Даже при разгрузке при наводнении транспорт грунта через вершину штанги имеет тенденцию перемещаться к внешнему берегу. Следовательно, в отсутствие материала подвешенного слоя, который может перемещаться с вторичными токами к внутреннему берегу и откладываться (поднимая штангу вдоль внутреннего берега и закрывая желоба задней штанги), нет механизма для прикрепления штанги к берегу и для предотвращения отключения желоба при высоком расходе. Густая растительность может способствовать стабилизации поверхности и задерживать отсечение желоба, но без мелкодисперсных отложений, заполняющих желоб, поток может повторно занять этот путь (и способствовать образованию островных полос).Рост растительности на открытых поверхностях баров также замедляет поток, улавливает мелкий осадок и вызывает вертикальное нарастание. В исключительных случаях медленно перемещающихся меандров с обильной растительностью органический детрит может собираться и консолидироваться, чтобы замедлить срезание желоба и сохранить извилистость. Эти эксперименты показывают, что модели роста полос в извилистых ручьях должны включать как крупнозернистые, так и мелкие отложения, чтобы позволить полосам образовывать отложения поймы. Эксперименты также противоречат практике ограничения подачи песка во многих проектах восстановления извилистых рек.

Хотя скорость миграции в этом эксперименте была высокой по сравнению с естественными реками, извилистость была относительно низкой. Наша максимальная извилистость ниже первого изгиба составила 1,19, что значительно ниже, чем у большинства извилистых каналов с гравийными пластами, где извилистость часто превышает 1,5 (38, 46). Несмотря на небольшую извилистость, процессы роста штанг, эрозии берегов и отсечки были аналогичны меандрам гравийных пластов на месторождении. Эти процессы привели к образованию канала с отношением ширины к глубине и отношением длины волны изгиба к ширине в пределах диапазона естественных каналов (47).Как также заметил Фридкин (13), извилистость ограничивалась частотой среза. В нашем случае быстрая миграция (особенно миграция вниз по течению) увеличила частоту отсечки за счет увеличения скорости, с которой канал мигрировал в открытые желоба. Кроме того, быстрая миграция во время развития кривизны может ограничить заполнение желобов, поскольку основной поток и высокие концентрации наносов мигрируют от желобов. Заполнение всего желоба осадком уменьшит частоту отсечки и, следовательно, позволит увеличить извилистость, но это потребует либо гораздо более высоких концентраций осадка, либо ограничения скорости миграции, чтобы увеличить время осаждения мелкого осадка в желобе.Основываясь на этих экспериментах, мы ожидаем, что извилистые каналы в полевых условиях будут иметь более высокую извилистость, где отсечки подавляются быстрым заполнением желобов во время роста стержня.

Взятые вместе, эти результаты предполагают, что для развития сильно извилистых каналов требуется достаточно времени для того, чтобы мелкий осадок полностью заполнил низкие области вдоль внутреннего берега, так что желоба практически исчезли и не могут использоваться во время отсечки желобов. Это уменьшило бы частоту отсечки желоба и позволило бы каналу развить большую извилистость.Экспериментально может быть трудно достичь каналов такой высокой извилистости с помощью метода укрепления берегов с помощью проростков люцерны, потому что рост проростков требует значительных временных задержек в проведении экспериментов. В наших экспериментах нам приходилось делать перерывы в 1 неделю каждые 15-20 часов, чтобы повторно засеять люцерну и дать ей возможность вырасти. Следующей экспериментальной задачей будет создание самоподдерживающихся лабораторных меандров с высокой извилистостью.

Выводы

Путем увеличения прочности берега относительно несвязных отложений и способствования отложению мелких отложений в желобах между точечными брусьями и поймой мы создали самоподдерживающийся извилистый канал в лабораторном лотке.Первоначальные седиментологические и гидравлические условия были достаточными для извилистости, как определено Паркером (1). Ширина канала стабилизировалась после первых 40 часов эксперимента, что указывает на то, что эрозия берегов и рост стержней происходили примерно с одинаковой скоростью, и было небольшое изменение ширины по мере перемещения канала и обрыва. Желоба оставались за решетками, и решетки были соединены с поймой на их верхнем конце и были либо открыты, либо закрыты на их нижнем конце. Обрыв желоба происходил, когда канал перемещался в открытые желоба или после локального разрастания и разреза вдоль предпочтительных путей потока.Скорость миграции была очень высокой по сравнению с естественными каналами, что позволяло желобам оставаться за решеткой и, вероятно, увеличивало частоту отсечки. Учитывая такую ​​высокую скорость миграции, мелкий осадок имел решающее значение для прикрепления желобов к стержням, увеличения скорости осаждения ниже по потоку от вершины стержня и закупоривания отсечного канала. Извилистость была низкой по сравнению с извилистыми реками в поле, вероятно, из-за частых отключений, вызванных частично открытыми желобами. Снижение скорости миграции до типичных значений поля, вероятно, увеличит количество мелкодисперсного осадка, оседающего в желобах (и уменьшит частоту отсечки желоба), но значительно увеличит время, необходимое для экспериментов.Меандрирование поддерживалось постоянным, слегка превышающим берег, потоком, и не было необходимости в переменном расходе.

Эти эксперименты предполагают, что прочность берегов и, что удивительно, песок являются необходимыми компонентами проектов восстановления меандров гравийных пластов. Результаты предоставляют данные о полностью самоформированных меандрирующих каналах, которые можно использовать для проверки теорий меандрирования, которые явно моделируют нарастание наносов на внутреннем берегу и, таким образом, предсказывают ширину канала, а не предполагают, что это фиксированное значение.Это должно быть ступенькой к общей механистической теории ширины русла в руслах рек.

Благодарности

Этот проект финансировался программой восстановления экосистемы CALFED (грант № ERP-02D-P55) и программой Центра науки и технологий (STC) Национального научного фонда (NSF) через Национальный центр динамики земной поверхности (NCED). ) по соглашению EAR-0120914. Дж. Паркер предложил использовать проростки люцерны и внес решающий вклад в дизайн эксперимента.Без помощи С. Фостера, Н. Сантаны, Дж. Поттера, Дж. Роуленда, К. Эллиса, М. Тала, Дж. Марра и М. Хайдена этот эксперимент с лотком был бы невозможен. Дж. Семинара, С. Ланцони и М. Питталуга представили проницательные наблюдения относительно экспериментальных результатов. Р. Слингерленд и Дж. Гук представили подробные обзоры рукописи.

Сноски

  • 1 Кому может быть адресована корреспонденция. Электронная почта: xian {at} berkeley.edu или bill {at} eps.berkeley.edu
  • Вклад авторов: C.A.B., W.E.D., G.T.L. и L.S.S. спланированное исследование; ТАКСИ. проведенное исследование; C.A.B., G.T.L. и L.S.S. внесены новые реагенты / аналитические инструменты; C.A.B., W.E.D. и L.S.S. проанализированные данные; и C.A.B., W.E.D. и L.S.S. написал газету.

  • Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.

  • Эта статья содержит вспомогательную информацию на сайте www.pnas.org/cgi/content/full/0909417106/DCSupplemental.

Как создать извилистую реку

Несмотря на повсеместное распространение извилистых рек в природе, только недавно были созданы соответствующие экспериментальные условия для воспроизведения устойчиво извилистого потока в лаборатории, как описано в недавнем выпуске PNAS (1) .Извилистые каналы встречаются в самых разных осадочных средах, в том числе на глубоководных конусах, образованных мутными течениями (2), в виде реликтовых меандров на Марсе (3) (рис. 1) и в виде каналов, образованных текущими алкенами на Титане.

Рис.1.

Ископаемое извилистое извилистое русло и пойма Марса. Красные стрелки указывают на репрезентативные места вдоль канала. Русло русла теперь представляет собой гребень (в перевернутом рельефе), потому что ветровая эрозия удалила более мелкие наносы с поймы и окружающей местности.Низкие криволинейные гребни внутри основного извилистого гребня являются остатками петель меандра, поскольку они выросли из-за береговой эрозии по внешней стороне изгибов. Отключение могло произойти незадолго до прекращения потока над точкой «X», что привело к прекращению работы петли, расположенной ниже. Пересеченная местность вверху справа и внизу слева вызвана ветром. Изображение является частью изображения NASA HiRISE PSP_006683_1740.

Механика образования меандров достаточно хорошо изучена (4). Когда поток входит в русло канала, возникает спиральный вторичный ток, который увеличивает скорость потока и глубину канала вдоль внешнего берега пропорционально кривизне слоя, что способствует эрозии берега.Вторичный ток имеет собственный масштаб ниже по потоку, связанный со скоростью и глубиной потока; это приводит к постепенному увеличению амплитуды изгиба и распространению меандрирующего рисунка вверх и вниз по потоку. Линейная теория потока в изгибах (5) позволила построить имитационные модели, которые воспроизводят многие аспекты поведения меандра, включая срезание меандра, создание стариц и модели отложений в поймах (6, 7). Взаимодействие потока, вызванного изгибом, и топографии пласта с наложенными друг на друга чередующимися пластами пластов усложняют топографию потока и пласта в более широких меандрирующих каналах (8, 9).Эти сложности были включены во все более детализированные модели эволюции меандра ручья (10).

В условиях, когда реки не ограничены в поперечном направлении устойчивыми стенками долины, либо на плане обычно видны извилистые извилины одного русла, либо река разделяется на множество взаимосвязанных плетеных каналов. И эмпирические исследования, и теория помогли определить условия, которые контролируют структуру канала (11-15). Для потока с заданным расходом потока крутые градиенты канала и большие отношения ширины канала к глубине потока связаны с плетением, а обратное — с меандрированием.Возникновение плетения было связано с естественной тенденцией переноса отложений к образованию множественных отложений в достаточно широких каналах, что имеет тенденцию разделять поток по мере роста стержней (13, 15). Если берега ручья состоят из рыхлого гравия или песка того же размера, что и транспортируемый по дну канала, каналы обычно бывают широкими, мелкими и заплетенными. Узкие и глубокие каналы с извилистым рисунком требуют значительной прочности берега. Обычно это происходит, когда потоки несут в себе большое относительное количество ила и глины, которые легко транспортировать, но трудно подвергнуть повторной эрозии после их осаждения на берегах ручьев.В наземных меандрах растительность способствует как поощрению отложения ила и глины, замедляя прибрежные потоки, так и добавлению дополнительного сцепления за счет прочности корней (16–18). Растительность также препятствует эрозии берегов из-за замедления потока. Трудность воспроизведения воздействия растительности на отложения и устойчивость берегов была важной причиной того, что лабораторное извилистость было труднодостижимым. Однако в последнее время использование проростков семян позволило уменьшить влияние растительности в экспериментальных каналах и стимулировало извилистость каналов (1, 19, 20).

Предыдущие исследования были сосредоточены на роли ширины русла и сцепления берегов в образовании меандрирующего рисунка. Эксперименты с лотком Braudrick et al. (1), описанные в этом выпуске PNAS, определили достаточный запас мелкодисперсных отложений на транспорте как дополнительное требование для стабильного меандрирования в потоках гравийного слоя. На начальных этапах меандрирования, когда изгибы расширяются и перемещаются вниз по течению, обычно остается пониженная область пласта (желоб) между отложениями пласта, отложенными на внутренней части изгиба (точечная полоса), и краем прилегающей поймы.В ситуациях, когда транспортируется небольшое количество мелкодисперсного осадка, желоб может нести увеличивающуюся часть потока по мере увеличения изгиба меандра основного канала, что в конечном итоге приводит к отсечке. Такие срезы желобов были важным фактором, ограничивающим извилистость, достижимую в лабораторных меандрах, а также служат для ограничения амплитуды меандров в каналах из природного гравия с небольшими запасами мелкодисперсных отложений. В описанном здесь исследовании лотков (1) перенос ила и глины в естественных каналах масштабируется на меньшие лабораторные каналы за счет использования пластиковых частиц низкой плотности размером с песок, которые переносятся во взвешенном состоянии.Осадок, переносимый по дну, представлял собой крупный песок, который покрывается гравием в естественных каналах. Частицы пластика с низкой плотностью, скопившиеся на внутренней стороне перед по потоку изгибов меандра, блокируют передний край желобов, предотвращая заметное отклонение потока через желоб, тем самым позволяя меандрам увеличиваться до амплитуд и общей извилистости больше, чем было была достигнута в предыдущих лабораторных исследованиях. Некоторый мелкий осадок также накапливался на нижнем конце желобов, еще больше блокируя их.Осаждение мелкодисперсного осадка усиливалось замедлением потока в результате присутствия проростков люцерны, которые развивались на выходящих участках осадка, отложившегося на внутренней стороне изгибов.

Отложение мелкодисперсных наносов из-за паводковых потоков над берегами долгое время считалось требованием для развития сплоченных берегов и меандрирующих структур. Неожиданным результатом экспериментов с лотками является то, что устойчивые высокие потоки, которые лишь слегка затопляют края канала, откладывают достаточно мелкодисперсный осадок, чтобы создать устойчивый меандрирующий узор с периодическими отсечениями.

Использование проростков позволило уменьшить влияние растительности на экспериментальных каналах.

Хотя в ходе экспериментов с лотком был создан устойчивый меандрирующий узор с повторяющимися отсечениями, наблюдаемая извилистость ≈1,2 значительно меньше значения ≈3, достигаемого в сильно извилистых естественных каналах. Браудрик и др. (1) объясняют ограниченную извилистость относительно быстрой эрозией берегов по сравнению с масштабными значениями в естественных руслах.Они предполагают, что снижение скорости эрозии берегов за счет большей плотности растительности позволит более полно заполнить желоба, что позволит развиваться более извилистому каналу. Однако время, необходимое для завершения эксперимента, может стать чрезмерным.

Разработка экспериментальных процедур для обеспечения стабильного извилистого меандрирования в масштабном лабораторном эксперименте будет сложной задачей для будущей работы, но отдача будет большой с точки зрения понимания критических факторов, ответственных за развитие меандра, и решения практических проблем извилистой реки. обслуживание и восстановление.Также остаются проблемы в отношении понимания механизмов и условий, создающих извилистые каналы в подводных и внеземных средах. Например, древние, очень извилистые каналы с обрывами, обнаруженные на Марсе (рис. 1), загадочны, потому что растительность, по-видимому, не играла роли в обеспечении сцепления берегов и отложения тонких отложений. Сплоченность берегов, приводящая к узким каналам, могла быть обеспечена большим количеством ила и глины при транспортировке, льдом в условиях вечной мерзлоты (возможно, аналогично сильно извилистым рекам на севере Аляски и Сибири) или химической цементации пойменных отложений (хардпаны) .

Сноски

  • 1 Эл. Почта: ah6p {at} virginia.edu.
  • Вклад авторов: A.D.H. написал газету.

  • Автор заявляет об отсутствии конфликта интересов.

  • См. Сопутствующую статью на странице 16936 в выпуске 40 тома 106.

Геохимия отложений и отложений в меандре тропического мангрового канала, Сунгай Кертех, полуостров Малайзия | Прогресс в науках о Земле и планетах

Средний размер и сортировка частиц, а также фации отложений

На рисунке 2а показан средний размер зерна (MGS) осадка в зависимости от глубины для кернов KR1 и KR2.Значения варьировались от 3,47 ϕ-5,92 ϕ для KR1 и 1,52 ϕ-6,47 ϕ для KR2. Наибольшие и наименьшие значения MGS в KR1 были зарегистрированы на глубинах 32 см и 52 см соответственно. Для KR2 наибольшие и наименьшие значения наблюдались на глубинах 56 см и 82 см. Профиль MGS в KR2 существенно изменился на глубине 60 см. На рис. 2b показаны значения сортировки отложений в обоих кернах. KR1 варьировался от 0,44 (умеренно отсортированный) до 2,61 (умеренно хорошо отсортированный). Значения KR2 были от 1,60 до 2,30 (умеренно отсортированные и умеренно хорошо отсортированные).Среднее значение KR2 составляло 1,60 ± 2,34 Ø с самым высоким значением при 66 см (2,61 Ø) и наименьшим при 0,44 Ø. В KR1 среднее значение было 0,44 ± 2,61 Ø с самым высоким значением на глубине 32 см (2,34 Ø) и наименьшим значением на 102 см (1,60 Ø). Наиболее отсортированный осадок отмечен на глубине 80 см в колонке KR1. Как и в случае с MGS, сортировка также показала ту же тенденцию с глубиной. На рис. 3 показан график текстурной классификации отложений в двух кернах. Отложения в KR1 от мыса бара показывают высокий процент песка (от 40 до 80%) в отличие от отложения от KR2 от меандрового выступа, который менее песчаный (от 10 до 40%).

Рис.2

Вертикальный профиль ( a ) среднего размера зерна, ( b ) сортировки и ( c ) TOC

Рис.3

Текстурная классификация осадка из KR1 (красные точки) и KR2 (синие точки)

Общий органический углерод

TOC был определен в KR1 и KR2 (рис. 2c). Содержание TOC было значительно выше в керне KR2 в диапазоне 0,6-5,5% по сравнению с керном KR1 со значениями 0,24-4,26%. Средние значения ТОС в керне KR2 и KR1 составили 2.74% ± 1,42% и 1,14% ± 0,46% (рис. 2в). Между содержанием ТОС в кернах KR1 и KR2 наблюдались две очевидные тенденции. Подобно тенденциям в отношении металлов и MGS, наблюдались две очевидные тенденции в отношении содержания TOC в обоих образцах керна. Содержание ТОС колебалось от дна керна к поверхности без значительных изменений для керна KR1. С другой стороны, содержание в керне KR2 было сопоставимо с содержанием керна KR1 только на глубине от 98 до 76 см. Концентрация ТОС резко увеличивалась на глубине 72 см и оставалась высокой до поверхности керна.

Металлы

Концентрации элементов в активной зоне KR1 варьировались от 0,32 до 2,18% (Fe), от 0,51 до 2,38% (Na), от 0,49 до 0,95% (Mg), от 81,60 до 204,00 мг / кг (Mn), от 22,40 до 47,60 мг / кг (Ba) и от 1,37 до 7,98 мг / кг (Sr) (рис. 4). Средние концентрации Fe, Na, Mg, Mn, Ba и Sr составляли 1,25 ± 0,30%, 1,21 ± 0,77%, 057,92 мг / кг, 63,01 ± 15,49 мг / кг, 17,48 ± 2,14 мг / кг и 9,1 ± 1,5. мг / кг. Концентрация элементов в керне KR2 варьировала от 0,07 до 2,24% для Fe, от 0,30 до 2,14% для Na, 0.От 01 до 0,71% для Mg, от 5,34 до 173,80 мг / кг для Mn, от 3,20 до 34,20 мг / кг для Ba и от 0,50 до 6,52 мг / кг для Sr. Средние концентрации элементов в этом исследовании следовали порядку Fe> Na. > Mg> Mn> Ba> Sr. В целом содержание выбранного элемента в KR1 не показало резкого изменения снизу к поверхности. Однако содержание элементов в керне KR2 значительно увеличилось на глубине ~ 70 см.

Рис. 4

Концентрации отдельных металлов в кернах KR1 и KR2

Гранулометрические характеристики и отдельные аспекты геохимии кернов отложений вблизи изгиба меандра мангрового приливного канала в Малайзии указывают на резкое изменение гидродинамических характеристик канала. и режимы седиментации после отсечки меандра.Прямой отрезок канала длиной почти 1 км (рис. 1) указывает на довольно резкие гидрологические изменения, а не является продуктом медленного постепенного сближения двух противоположных сегментов русла, которые в конечном итоге слились, образуя отсечку. . Изучение имеющихся аэрофотоснимков и изображений Google Earth показывает, что граница границы Кертех сохранялась, по крайней мере, в течение последних 13 лет. Отсечка вполне могла произойти во время большого наводнения, обрушившегося на Теренггану почти столетие назад, с 21 по 29 декабря 1926 года, сопровождавшегося исключительным количеством осадков (1944 мм по сравнению со среднегодовым значением ~ 2800 мм), что привело к серьезным экологическим последствиям. повреждение и уничтожение тысяч гектаров лесов (Chan 2012; Williamson 2016).

Каким бы ни был истинный возраст границы отсечки, изменение, вызванное этим событием, регистрируется в тенденциях размера зерна и общего содержания углерода. Было показано, что характеристики частиц осадка предоставляют информацию о взаимосвязи между гидродинамикой и переносом или отложением (например, Droppo et al. 2015). Преимущественно мелкозернистый характер отложений, обнаруженных в KR1 и KR2, состоящих в основном из илов и, в меньшей степени, глин (рис.2, 3), отражает как высокую степень выветривания тропических почв, так и влияние мангровых зарослей. болота, увлажняющие водные потоки и способствующие накоплению грязи.Несмотря на это, на болоте Керте были обнаружены различия в размере зерен между двумя кернами. Керн KR2 показывает, в частности, очень резкий переход от крупного, мелкого и среднего песка на глубине около 80 см к относительно однородному илу и глине в остальной верхней части керна. Мы связываем это резкое изменение с переходом от активного меандра русла к отсечке меандра. Обрезки меандра в приливных условиях показали резкие восходящие изменения фаций после заброшенности (например,г., Энтони и др. 1996). Крупные базальные отложения соответствуют песку, залегающему в активном русле русла. Как только произошло перекрытие, отклонение потоков через новый прямой канал сопровождалось переходом к мелкозернистым отложениям, связанным с оседанием в низкоэнергетической среде заброшенного канала. Размер зерна в KR1 относительно более однороден, хотя в верхней части керна (выше 70 см) четко прослеживается общая тенденция к измельчению. Эта характеристика может отражать переход от относительно более крупнозернистой седиментации в основании к более постоянно более мелкозернистой точечной седиментации.Различия между двумя кернами менее очевидны при сортировке, за исключением базальных отложений в точечной полосе, которые показывают плохую сортировку, что, вероятно, отражает перемешивание отложений в среде энергетического канала. Можно предположить, что резкое изменение сортировки в этом ядре может точно определить время отсечки меандра. Флеминг (2017) выявил тенденцию к однородности сортировки в отложениях, состоящих из аналогичного диапазона размеров, тогда как плохая сортировка подразумевает смешивание осадков с осадками разных размеров.

Резкое изменение размера зерен и скорости осаждения в зоне отсечки меандра также согласуется с увеличением ОС, таким образом, дополнительно отражая последствия этого события для местного осаждения. Влияние размера зерна на эволюцию меандра канала связано не только с этими изменениями ОС, но и с тяжелыми металлами. Как гранулометрический состав, так и концентрации OC значительно изменились на ~ 70 см, что указывает на изменение среды осаждения. Меандровые отрезки в приливных отмелях, как было показано, являются депоцентрами органического вещества после установления спокойных гидродинамических условий, поскольку поток перенаправляется через отрезок, а заброшенный меандровый пояс также может постепенно покрываться растительностью (Anthony et al. .1996). Эта ситуация также касается меандрового пояса Керте, который, по всей видимости, постепенно заполняется мангровыми зарослями (рис. 1). Также было показано, что это увеличение OC сопровождается уменьшением размера зерна (Sutherland 1999). Обычно ОС легче связывается с мелкими осадками, глиной или илом.

Предыдущие исследования показали, что распределение тяжелых металлов в отложениях тесно связано с органическим веществом и в основном зависит от типа отложений (Karbassi et al. 2005; Abdul Razak et al. 2018).Концентрация металла в точечной полосе почти одинакова от дна к верху керна, тогда как концентрация на граничной границе показывает четкую переходную фазу на глубине 70 см, таким образом, дополнительно подтверждая морфо-осадочную структуру. изменение русла Кертех, связанное с отсечкой меандра. Отказ от меандра создал условия для активного накопления элементов и ОК в отсечке по сравнению с точечной планкой. Louma (1990) показал эту взаимосвязь между концентрацией элементов и процессами седиментации.Также было показано, что изменчивость концентрации металлов зависит от размера и текстуры отложений (Jicknells and Kump 1984; Ramos et al. 1994), причем больший средний размер зерна связан с большим изменением концентрации металла в той же области ( Морс и др., 1993).

Чтобы дополнительно прояснить взаимосвязь в размере зерен и геохимии этих отложений, мы использовали матрицу коэффициентов корреляции для каждого керна (KR1: Таблица 2; KR2: Таблица 3). Корреляция металлов со средним размером зерна и ТОС в отсечке была относительно сильнее по сравнению с точечным стержнем.Наивысшее значение корреляции последнего составляет 0,76 (Fe-Mg), за ним следуют Fe-Cu ( r = 0,75), Cu-Sr ( r = 0,74), Mg-Mn ( r = 0,73), среднее ОСО в осадке ( r = 0,71) и TOC-Fe ( r = 0,71). Наивысшее значение корреляции отсечки составляет r = 0,98 (Mg-Mn), тогда как наименьшая корреляция наблюдается между Ba-Fe (= 0,59) и Ba-TOC ( r = 0,53), хотя оба они все еще считаются сильно коррелированными друг с другом.Сильная положительная корреляция между всеми параметрами в отсечке предполагает, что размер зерна является важным критерием для прикрепления металлов и TOC в условиях пониженной энергии потока, которая возникла после отказа от меандра. Nguyen et al. (2005) показали, что металлы с высокой степенью корреляции демонстрируют аналогичное поведение в исследуемой области. Как правило, содержание уменьшалось по мере увеличения размера зерна.

Таблица 2 Коэффициент корреляции между MGS, TOC и выбранными металлами в керне KR1 Таблица 3 Коэффициент корреляции между MGS, TOC и выбранными металлами в керне KR2

Анализ основных компонентов (PCA) выделил два важных соединения (собственное значение> 1 ), что объяснило 71.2% (KR1) и 93,0% (KR2) от общей дисперсии наборов данных (Таблица 4). Для KR1 варифактор VF1 объяснил 28,3% общей дисперсии в наборах данных с положительными нагрузками на содержание металлов, таких как Mg (0,89), Mn (0,79), Ba (0,75) и Sr (0,86). На варифактор VF2 приходилось 32,8% общей дисперсии с положительными нагрузками на средний размер зерна (0,75) и общее содержание органических веществ (0,90). Между тем, для KR2 варифактор VF1 объяснил 54,7% общей дисперсии сильными нагрузками на MGS (0,83), общий органический углерод (0.90) и металл, а именно Fe (0,90) и Na (0,80), тогда как на варифактор VF2 приходилось 38,3% с отрицательными нагрузками, проявляемыми концентрациями Ba и Sr. PCA показывает, что только Fe и Na подвержены влиянию изменений в MGS и органическое содержание. В этом исследовании общности дисперсии объясняют более высокое значение KR2 (0,88–0,97), чем KR1 (0,50–0,93), показывая, что извлеченный фактор хорошо согласуется с решением факторов.

Таблица 4 Варианты результатов нагружения при вращении varimax

Примечательно, что в KR2 четко прослеживалась картина распределения содержания металла в зависимости от глубины образца (рис.5б) по сравнению с KR1 (рис. 5а). В KR2 образовались два кластера, в которых скопление металла на верхних глубинах имело более высокую концентрацию. Связь между металлом (Fe, Na) и MGS или содержанием органических веществ была намного сильнее для KR2, чем для KR1. Это было выделено прямой линией с аналогичным направлением на двухуровневом графике (не показан). Из этого мы делаем вывод, что накопление более мелкозернистых отложений после отсечения меандра благоприятно для связывания металлов и органического вещества.

Рис. 5

График нагрузки отдельных концентраций металлов в зависимости от глубины на KR1 ( a ) и KR2 ( b )

Было показано, что долгосрочная (многодесятилетняя) подвижность приливных каналов мангровых зарослей зависит в основном из-за попадания наносов в систему, которые изменяют морфодинамику меандров, что в конечном итоге приводит к постепенной переработке мангровых приливных отмелей в еще более длительных временных масштабах (от вековых до тысячелетних) (Anthony 2004). Активная переработка меандрового пояса в мангровых болотах происходит там, где высокие нагрузки наносов в каналах, особенно грунтовые, вызывают нестабильность условий потока.Вероятно, это имело место в канале Кертех, учитывая «резкую» морфологию отсечки меандра (рис. 1). Вышеизложенное исследование отложений, связанных с приливным руслом в мангровом болоте Кертех Сунгай, показало, что динамика русла может иметь важное значение для создания изменчивости в седиментологии и геохимии мангровых отложений.

alexxlab

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *