Cấu trúc địa hình lòng sông ( Biên dịch Nguyễn Thanh Sơn ) - Chương mở đầu ppt

A.IU. Sidortrucs

CÊu tróc ®Þa h×nh lßng s«ng
Biªn dÞch: NguyÔn Thanh S¬n



Hµ Néi - 2005

САНКТ - ПЕТЕРБУРГ - ГИДРОМЕТЕОИЗДАТ 1992

Mục lục
Mở đầu 5
Chơng 1. Phân tích cấu trúc là thành phần tiếp cận hệ
thống đến lý thuyết quá trình lòng sông
10
1.1. Các nguyên tố 11
1.2. Cấu trúc 18
1.3. Tổ chức 24
Chơng 2. Cơ chế thành tạo các cấu trúc bậc phức tạp của
địa hình lòng sông
29
2.1. Cấu trúc dòng chảy rối 29
2.2. Phát triển các xáo trộn nhỏ trong dòng chảy lòng sông 39
2.3. Cấu trúc địa hình lòng dẫn sông ngòi 52
Chơng 3. Hình thái học, động lực học và ảnh hởng qua
lại các nguyên tố cấu trúc của địa hình lòng sông
58
3.1. Gợn sóng (sóng cát nhỏ nhất) 59
3.2. Sóng cát nhỏ và trung bình 70
3.3. Các sóng cát lớn 92

3.4. Các sóng cát lớn nhất 99
3.5. Phân loại cấu trúc địa hình lòng dẫn sông ngòi 102
Chơng 4. Hình dạng lòng sông và các nhân tố xác định
nó
107
4.1. Các lòng dẫn thẳng 108
4.2. Các lòng sông uốn khúc 110
4.3. Các sông phân nhánh 120
4.4. Các nhân tố xác định hình dạng lòng dẫn 123
Chơng 5. Các nguyên lý điều tiết tối u cấu trúc địa hình
lòng sông nhằm khai thác tự nhiên hợp lý
135
5.1. Làm yếu quá trình lòng sông 136
5.2. Tăng cờng quá trình lòng sông 139
5.3 Tạo lập các dòng sông nhân tạo 142
5.4. Các vấn đề điều tiết lòng sông ở hạ lu sông Terek
bằng phơng pháp tăng cờng quá trình lòng sông
144
Kết luận 150
Phụ lục 153
Tài liệu tham khảo 154







3 4

Mở đầu
Phân chia hình dạng lòng sông và hình dạng lòng dẫn nh
là các mắt xích của địa hình lòng sông, xác định mối quan hệ
hình thái và động lực của các hình dạng này với các đặc trng
thuỷ lực dòng chảy lòng sông là nhiệm vụ truyền thống của
phân tích lòng dẫn. Công cụ làm việc của nghiên cứu là phân
tích cấu trúc bao gồm nh phân tích chia đối tợng ra các
phần nguyên cũng nh tổng hợp xác định hệ thống quan hệ
giữa các thành tố. Độ tin cậy của các dự báo sự chuyển dịch lòng
dẫn phụ thuộc vào mức độ nền tảng lý thuyết của nó.
Các luận cứ lý thuyết nền móng để phân tích cấu trúc địa
hình lòng sông là các luận cứ sau đây:
1. Nguyên tắc tác động qua lại giữa dòng chảy và lòng sông,
đợc hình thành bởi M. A. Velicanov [12]. Nguyên tắc này xuất
hiện với t tởng áp dụng thực tiễn các công trình hiệu chỉnh
(hớng dòng, làm hẹp dòng v.v ) trên các sông Tây Âu vào các
thế kỷ XVIII XIX và nớc Nga vào cuối thế kỷ XIX đầu thế kỷ
XX. Trong soạn thảo của ông có đóng góp to lớn của N. S.
Leliavski [15]. M. A. Velicanov [12] đã xác định nguyên lý tác
động qua lại của dòng chảy và lòng sông : " do kết quả tác động
tơng hỗ dần dần của các dòng riêng rẽ lên các phần riêng biệt
của địa hình lòng sông lòng dẫn của sông tiến dần đến các nét
ngày càng mềm mại hơn, và nó lại làm cho các dòng dẫn trơn
tru hơn cho đến khi nào mà cuối cùng lòng sông và dòng chảy
trở nên một tổ hợp liên kết hữu cơ duy nhất, khi mà lòng sông
nhận theo dạng dòng chảy và dòng chảy phản ánh dạng lòng
sông". N. I Macaveev [52] đã mở rộng nguyên lý này: " Trong

dạng tổng quát nhất quá trình tạo lòng có thể xác định nh là
quá trình "sao chụp " bề mặt của môi trờng rắn (tức là đất đá

cấu tạo đáy) bởi các đặc thù chuyển động của nớc và phù sa nó
mang theo". Dùng ví dụ sự sao chụp nh thế N. I. Macaveev
dẫn ra sự thay đổi địa hình bề mặt phân cách hai môi trờng
(sóng Genmgolxa)
ý tởng gần với t tởng của N. I. Macaveev nằm trong nền
tảng mô tả cơ chế tác động qua lại của dòng chảy và lòng sông
nh là sự phát triển các khuâý động nhỏ đầu tiên của các đặc
trng thuỷ lực và hình thái.Một chu trình nguyên vẹn các công
trình đã mở ra qua các bài báo của Andersel [105], Li [129],
Kenedi [117], N. B. Kereselidze [35]taoj nên một bức tranh
chân thật của giai đoạn tiến hoá đầu tiên của hình dạng lòng
sông và lòng dẫn các dạng hình thái khác nhau, cho phép tính
toán các kích thớc đặc trng hình dạng lòng sông. Phân tích
các công trình này K. V. Krisanhin [21] lu ý rằng phơng pháp
khuấy động nhỏ đã đặt lời giải các vấn đề về nguồn gốc địa hình
dạng sóng của đáy chuyển động một cơ sở khoa học.
2. Nguyên lý phân đoạn quá trình lòng sông hình thành bởi
N. E. Konđrachev [42]. Nguyên lý này dựa trên thực tiễn công
trình khắp nơi điều tiết động lực hạn chế cụ thể theo không
gian và theo thời gian của dạng lòng sông. Ví dụ khảo sát của
N. S. Leliavski [15] sự dịch chuyển sóng cát trên sông Vonga là
một trong những mẫu thực hiện nguyên lý phân đoạn khi phân
tích địa hình lòng sông. Về lĩnh vực nghiên cứu dòng chảy lòng
sông nguyên lý phân đoạn dựa trên khái niệm về cấu trúc rối.
áp dụng đến lòng dẫn sông ngòi M. A. Velicanov [12] đã phát
triển chúng, ông đã chia các xoáy rối phân đoạn với kích thớc
cỡ độ sâu dòng chảy. Tiếp theo đã làm rõ cấu trúc dòng chảy
lòng sông với các kích thớc đặc tr
ng cỡ chiều rộng dòng chảy
và hơn thế, bản chất vật lý của nó đợc lặp lại bởi các nhà

5 6
nghiên cứu khác không chỉ một lần. Hiện nay nguyên lý phân
đoạn đã chiếm lĩnh sự thống trị trong các nghiên cứu lý thuyết
và ứng dụng trong nớc nh đã ghi nhận trong Nghị quyết Đại
hội thuỷ văn toàn liên bang lần thứ V [72].
3. Nguyên lý liên tục của quá trình lòng sông. Chấp nhận
tính liên tục ( mức độ vĩ mô) của dòng chảy lòng sông và trờng
cao độ đáy lòng dẫn sông ngòi tính liên kết lẫn nhau và chuyển
hoá cho nhau các dạng lòng sông. Nằm trong cơ sở việc thành
lập phơng trình chuyển động và liên tục của dòng chảy, cán
cân vật chất rắn, tính đến sự thay đổi không ngừng của các
nhân tố tạo lòng chủ yếu. Nó tìm thấy sự phản ánh của mình
trong việc áp dụng phơng pháp phân tích tơng quan và phổ
khi nghiên cứu cấu trúc dòng chảy và địa hình lòng sông. Tuy
nhiên kết quả ứng dụng chúng thờng lặp lại ngoài quan điểm
của khái niệm phân đoạn về quá trình lòng sông.
4. Nguyên lý tổ chức địa hình lòng sông. Địa hình lòng dẫn
sông ngòi thể hiện một tổ hợp tơng đối ổn định cũng nh hình
dạng lòng dẫn thờng xuyên thay đổi. Tự lòng dẫn cũng có
nhứng hình dạng rất phức tạp. Tổ hợp này có tổ chức bên trong
hay không, tổ chức đó nh thế nào và nguyên nhân nào làm
xuất hiện nó đó là những vấn đề nguyên lý của lý thuyết quá
trình lòng dẫn.
Các đối tợng thực của phân tích lòng dẫn là các dạng lòng
sông riêng biệt, tổ hợp của chúng hoặc các đoạn sông trong tổng
thể. Chúng không tồn tại ngoài mối quan hệ với các hình dạng
lòng dẫn khác, cho nên để nghiên cứu chúng cần soạn ra các
nguyên tắc tính toán hình dạng lòng dẫn, các thành tố riêng, và
nghiên cứu chúng trong mối tơng tác với các nhân tố lòng dẫn

khác, tức là tính đến cấu trúc của đối tợng. Cho nên từ chính
lúc bắt đầu xuất hiện phân loại hình thái các dạng lòng dẫn nó
là thành tố của phân loại cấu trúc. Trình bày tuần tự đầu tiên
các khái niệm về địa hình lòng sông nh là tổ hợp tơng hỗ các
sóng đáy, sóng cát, bãi vắt, mũi nhô và bãi cạn, vực sông và lòng
thẳng với việc phân tích ảnh hởng của hình dạng lòng dẫn lên
chế độ bãi vắt và tác động của động lực hình thái của sóng cát
và bãi cạn lên hình dạng của lòng dẫn đã đợc N. N. Zjukovski
[15] công bố. K. I. Rosinski và I. A. Kuzmin [77] đã phân chia: 1)
sóng cát trong lòng dẫn sóng, gờ, bãi vắt; 2) hình dạng lòng
dẫn: thẳng ( ít uốn khúc), cong và lạc hớng. N. I. Macaveev
[52] mặt cắt dọc của sông, bãi bồi, vực sông, bãi vắt.
Đột biến về chất trong nghiên cứu cấu trúc địa hình lòng
sông xảy ra với sự xuất hiện các công trình của N. E.
Konđrachev [42, 43, 78]. Trong chúng đã hình thành các luận
điểm về tổ chức địa hình lòng sông. Đã phân ra các mức độ
chính của tổ chức. N. E. Konđrachev nêu ra ba mức tổ chức:
hình dạng nhỏ, hình dạng trung gian và hình dạng lớn. Tiếp
theo, trong các công trình của I. V. Popov [67], B. Ph. Snhisenco
[92], V. V> Romanhisin [75], N. S. Znamenskaia [27], A. Iu.
Siđortruc [88] phân loại này đợc bổ sung và làm chính xác
Hiện nay các tác giả khác nhau đã phân ra các mức cấu trúc
nh sau: 1) phần tử phù sa; 2) hình dạng cực nhỏ; 3) hình dạng
nhỏ; 4) hình dạng trung gian; 5) hình dạng lớn, 6) hình dạng
cực lớn; 7) đoạn sông đồng nhất; 8) toàn bộ sông ngòi; 9) lu vực
tụ thuỷ. Đối với các mức cấu trúc chính V. S. Borovcov [11] đã
xác định các hệ thức quy mô không gian và thời gian. Trong đa
số các nghiên cứu quá trình lòng sông, hình thái và động lực các
dạng lòng dẫn, các soạn thảo dự báo sự phát triển của chúng và
các hớng dẫn thực tế về sử dụng lòng dẫn sông ngòi của nền

kinh tế quốc dân cần tính đến tổ chức địa hình lòng sông.
5. Nguyên lý xác định địa lý hình thái học lòng dẫn. Nó
đợc dựa trên các công trình của N. I. Macaveev [57] và R. S.
Tralov [95, 101] và phản ánh sự thay đổi có quy luật theo thời

7 8
gian và không gian các nhân tố chủ yếu của quá trình lòng
sông. Điều này cho phép nói về tính địa đới của các quá trình
lòng sông, các đặc điểm biểu hiện phân vùng của chúng. `đồng
thời trên mức độ địa phơng quan sát thấy tính biến động lớn
về hình thái cũng nh động lực các dạng lòng sông riêng biệt
cho nên cần tính đến ảnh hởng lên quá trình lòng sông mọi tổ
hợp nhân tố tự nhiên, thậm chí từ cái nhìn đầu tiên, ít tồn
tại.Tính xác định địa lý hình thái lòng dẫn sông ngòi, sự phụ
thuộc của địa hình lòng dẫn sông ngòi vào cảnh quan lu vực và
đồng thời sự hình thành các cảnh quan đặc trng và các hệ sinh
thái trong vùng ảnh hởng của hệ thống dòng chảy lòng dẫn
tạo nên cơ sở để nghiên cứu sinh thái quá trình lòng dẫn và sự
thay đổi công nghệ sinh học của chúng.
Hiện nay trong lý thuyết quá trình lòng dẫn theo đuổi hai
hớng chủ yếu : thuỷ động lực thuỷ lực và thuỷ địa mạo địa
lý. Trong khuôn khổ nhóm thứ nhất chủ yếu xem xét động lực
học dòng sông, sự vận động của phù sa, còn hình thái học lòng
sông chỉ xét đến mức độ sóng cát. Trong hớng thuỷ địa mạo và
địa lý ít chú ý hơn đến cấu trúc dòng chảy, nhng địa hình lòng
dẫn sông ngòi đợc xét tới mọi khía cạnh của nó, tính cả tính
đa nhân tố của quá trình lòng sông [7, 54], bao gồm các phần
lớn cha hẳn đã gắn kết với nhau: động lực học dòng chảy từ
một phía và hình thái học và động lực học lòng sông phía thứ
hai.

Phân tích cấu trúc hệ thống dòng chảy lòng sông hớng
đến việc gắn kết các hớng cơ bản ấy bởi vì nhiệm vụ chủ yếu
của nó là xác định mối quan hệ giữa các thành tố phân tích
khách quan của hệ thống. Mặc dù sự chú ý lớn nhất trong các
nghiên cứu hiện nay dành cho cấu trúc địa hình lòng sông
nhng cũng thử tổng hợp các kết quả nghiên cứu thuỷ lực và
địa lý của quá trình lòng sông.



Chơng1
Phân tích cấu trúc là thành phần
tiếp cận hệ thống đến lý thuyết
quá trình lòng sông
Hệ thống dòng chảy lòng sông thuộc loại hệ thống động
lực tự phát triển. Nó bao gồm hai bộ phận chính: chất lỏng
chuyển động và lòng sông bị xói lở. Tính chất các bộ phận là
khác nhau rõ ràng chất lỏng chuyển động tuân theo các quy
luật của cơ học chất lỏng, đất đá tạo đáy tuân theo các quy luật
cơ học đất. Giữa dòng chảy và lòng bị xói lở diễn ra sự tác động
qua lại, đó chính là bản chất của quá trình lòng sông [12]. Do
kết quả tác động tơng hỗ giữa dòng chảy và lòng sông trong hệ
thống sinh ra một tính chất mới tính cấu trúc: trong dòng
chảy tạo thành rối lòng sông qui mô lớn, còn trong lòng dẫn
địa hình lòng sông. Ngoài hệ thống dòng chảy lòng sông không
thể tồn tại ở trạng thái tích cực cả rối lòng sông qui mô lớn lẫn
địa hình lòng sông. Nh vậy hệ thống khác với phép cộng đơn
giản các thành phần của nó. Bản thân địa hình lòng sông không
phải là một hệ thống tự phát triển. Cho nên công việc thực tế
mô tả các quá trình nảy sinh, phát triển và tơng tác của các

dạng địa hình lòng sông là không thể nếu không tính đến các
chức năng toàn bộ hệ thống và đòi hỏi việc thực hiện tiệm cận
hệ thống, tức là nghiên cứu "tổ chức các thành phần tác động

9 10