Cấu trúc địa hình lòng sông ( Biên dịch Nguyễn Thanh Sơn ) - Chương 1 pps

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
qua lại của tổng thể" [56].
Về phần mình, hệ thống dòng chảy lòng dẫn đợc coi là

một hệ nhỏ trong một hệ thống lớn hơn dòng chảy mặt lu vực
sông ngòi, là một phần của hệ địa lý. Các quá trình xói mòn
tích tụ trên lu vực (một trong số đó là quá trình lòng sông)
thờng gây ảnh hởng đáng kể đến sự hình thành địa hình lòng
sông, tuy nhiên các vấn đề này nằm ngoài khuôn khổ nghiên
cứu này.
Trong lý thhuyết hệ thống tổng quát đã xác định các hạng
chủ yếu cho phép nghiên cứu hệ thống các dạng khác nhau trên
cơ sở phơng pháp luận duy nhất. Các hạng này tập trung xem
xét trong phụ lục đến hệ thống dòng chảy lòng dẫn.
1.1. Các nguyên tố
Địa hình lòng sông đó là dạng bề mặt kết nối (liên tục hay
có chu kỳ) các đất đá xói lở với chất lỏng chuyển động, thay đổi
hình dáng của mình do tác động qua lại của chúng. Các nguyên
tố chính trong tổ hợp địa hình lòng sông là các dạng sóng. Dạng
sóng của địa hình lòng sông là một phần bề mặt (thờng một
mức đẳng cấp xác định), trong phạm vi của nó gradient
x
z


và
y
z


trong hệ thống hệ toạ độ cong trực giao, gắn liền với bề mặt
so sánh không có chỗ nào thay đổi từ âm (không) sang dơng.
Với cấu trúc bậc xác định của địa hình lòng sông (trờng hợp
phổ biến nhất) bề mặt so sánh gắn với hệ toạ độ của các bề mặt

dạng nhỏ là bề mặt lớn hơn.
Thờng với việc xử lý bằng tay các bản đồ tơng tự của lòng
dẫn trong các đờng đồng mức, mặt cắt hồi âm, các lát cắt
thẳng đứng của địa hình (dọc hay ngang) hay là các sao chép bề
mặt không xuất hiện các phức tạp có tính nguyên tắc khi xác
định các dạng địa hình lòng dẫn âm hay dơng. Chu trình phân
tách tuần tự các sóng kích thớc khác nhau (bậc) ra các mặt cắt
dọc đã đợc soạn thảo khi phân tích địa hình sóng trong hạ lu
Enhixei [93].

Hình 1.1. Sơ đồ phân chia các nguyên tố địa hình lòng sông trên lát cắt
a đối với sông Niger theo hình thái học các tổ hợp hình dạng đáy, b đối với
lòng dẫn thợng nguồn sông Obi có tính đến động lực hình dạng đáy.
1 rãnh; 2 cồn cát; 3 điểm cản dòng; 4 ranh giới lòng dẫn
Phơng pháp tơng tự đợc G. A. Alecxayev [2] sử dụng.
Trên mặt cắt đáy sông (đờng 0) tách ra các điểm, nơi mà
gradient thay đổi từ âm (không) sang dơng. Các điểm đặc biệt
này đánh dấu đáy giữa hai sóng (hõm). Sau đó nối các đáy bằng
một đờng mềm mại I, nó đã loại bỏ các sóng nhỏ nhất trên đáy

11 12
sông ra khỏi tập các sóng lớn. Sau đó trên đờng I lại đánh dấu
các điểm, tại đó diễn ra sự thay thế gradient từ âm (không)
sang dơng và nối các điểm bởi đờng II. Các đờng I và II hạn
chế các sóng bậc cao hơn. Chu trình mô tả trên đợc lặp lại cho
đến khi trên mặt cắt không còn lại điểm thay đổi gradient từ
âm (không) sang dơng (Hình 1.1a).
Về hình thức, chu trình này không tính đến các liên kết
thạch học và địa tầng. Tuy nhiên ranh giới thạch học và địa
tầng thờng là đồng thời và cả với ranh giới dạng lòng dẫn. Các

ranh giới quan trọng nhất với sự biến đổi đột ngột thạch học và
đất đá tăng vọt. Dạng ranh giới nh vậy cần đợc làm rõ trớc
khi tách các dạng địa hình sóng dơng. Nó đợc coi là bề mặt so
sánh cuối cùng .
Trên các đoạn riêng biệt của đáy sông, cấu trúc đẳng cấp
của địa hình đơn giản hơn. Khi đó đờng 0 có thể trùng với các
đờng I và II và hơn thế. Trong trờng hợp này chu trình đã mô
tả dẫn tới sự phân chia không có cơ sở các dạng địa hình dơng
lớn và phân chia khách quan không tồn tại các dạng nhỏ hơn
(xem hình 1.1b). Để triệt tiêu điều đó cần tập trung phân tích
tính linh động của ranh giới các dạng, tức là so sánh đạo hàm
t
z


. Nếu nh trong phạm vi đờng m có đoạn, tính linh động
của các điểm trên đó phân biệt với tính linh động trung bình
đờng m
m
t
z

và đồng thời xấp xỉ với tính linh động trung
bình
km
t
z
+










tức là có lẽ đoạn đã cho thuộc đờng m+k. Kết quả
của việc phân tích nh vậy có thể làm rõ cả ranh giới thạch học,
nhng để làm điều đó cần phải thực hiện một loạt mặt cắt đáy
nhận đợc vào các thời gian khác nhau theo cùng một và chỉ
một đờng. Khi thiếu các số liệu nh vậy đành phải sử dụng các
thông tin chung về dạng xác suất các dạng lòng dẫn dơng đợc
tách ra. Phơng pháp mô tả một cách tự nhiên đợc phổ biến
đến việc phân chia các dạng bề mặt đáy với sự hiện diện của
bản đồ địa thế vị tơng tự của lòng dẫn bằng các đờng đẳng
thế vị.

Hình 1.2. Các nguyên tố hình học chính của hình dạng lòng dẫn
Các dạng lòng dẫn chính: a.lòng thẳng; b. cong; c. đoạn mở rộng; d. đoạn thắt;

e. phân nhánh; f. hợp lu; g lồi; h lõm; i lợn; k đảo
Các điểm đặc biệt: 1 uốn; 2 gấp khúc; 3. đỉnh; 4 quay vòng; 5 mép phân
nhánh; 6 đầu đảo; 7 mép hợp lu; 8 đờng trục; 9 đờng bờ không khép
kín; 10 đờng bờ khép kín; 11 hớng dòng chảy

13 14
Đờng (hay mặt) bậc cao nhất đối với tập hợp các địa hình
lòng dẫn sẽ phù hợp với dạng âm của lòng dẫn có sự bổ sung lớn
nhất. Lòng dẫn nh là phần thấp nhất của thung lũng sông
ngòi , ngập nớc, có thể chia ra các mức ngập khác nhau (mực
nớc, lu lợng nớc). Khi đó nhiều bề mặt với mực nớc cao
hơn là các bề mặt dạng lòng dẫn dơng, với mực nớc thấp hơn
sẽ là bề mặt dạng lòng dẫn âm.
Có thể chia ra hai dạng ranh giới lòng dẫn: không kín và
kín. Ranh giới kín đợc vẽ nên bởi đảo. Các nhánh lòng dẫn có ít
nhất là một ranh giới kín, hai ranh giới hở là lòng phân nhánh.
Thờng dạng lòng dẫn mô tả thuận lợi không nhờ vào ranh
giới mà nhờ đờng trục (với sự hiện diện các ranh giới kín
đờng). Xây dựng đờng trục dẫn tới việc tìm kiếm khoảng cách
nhỏ nhất giữa các điểm ranh giới và dẫn đờng trục qua trung
tâm các mẫu đó. Nhận làm đờng trục có thể sử dụng đờng
tanvec hoặc là trục dòng chảy. Trên các ranh giới hay đờng
trục tách ra các điểm đặc biệt, qua đó dẫn các tuyến đo ngang,
hạn chế các thành tố hình dạng lòng dẫn. Tại các điểm uốn của
đoạn thẳng đờng bị uốn cong và ngợc lại. Tại điểm uốn đạo
hàm
s


sự thay đổi góc phơng vị theo chiều dài lòng dẫn

s, tức là đoạn cong đi qua điểm tới hạn. Tại điểm uốn diến ra sự
thay đổi dấu đoạn cong
s


. Tại đỉnh của điểm uốn độ cong đạt
giá trị cực đại. Với sự cong không thay đổi theo chiều dài đoạn
điểm đỉnh xác định theo cực đại cánh cung đờng uốn cong. Các
điểm đầu và cuối thuộc ranh giới kín tơng ứng với giá trị cực
đại và cực tiểu của toạ độ dọc trên thực tế đối với vòng tròn.
Trên đờng trục chúng ứng với các mép phân nhánh và hợp lu
nằm trên và dới điểm đầu và điểm cuối. Kết hợp các điểm đặc
biệt, dấu của đoạn cong, các ranh giới thay đổi của đoạn cong
theo chiều dài lòng dẫn xác định đợc mọi dạng hình thái có thể
các nguyên tố lòng dẫn, một số đó đợc chỉ ra trên hình 1.2.

Hình 1.3. Các thông số đo đạc hình thái chính của địa hình lòng dẫn.
a. đối với hình dạng đáy ; b đối với lòng chảo
Trong lòng sông có thể tách ra các điểm phân tầng đặc biệt,
làm tăng mạnh số lợng các dạng lòng dẫn có thể. Chu trình

15 16
tách các dạng lòng dẫn cỡ khác nhau ít khác với chu trình tách
sóng ở trên. Thờng khi đó sử dụng đờng trục. Vậy nên,
Sinnok và Rao [133] đã phân tích các phơng án đơn giản nhất
của dạng lòng dẫn sông đổi hớng theo kinh tuyến. Tách
đờng bậc nhất trục lòng dẫn biến đổi, đờng bậc hai nối các
điểm uốn của đờng bậc nhất; đờng bậc ba nối các điểm uốn
của đờng bậc hai v.v tiếp tục cho đến khi thu đợc đờng đáy
sông. Sự phức tạp chủ yếu của sự phân tách nh vậy là khả

năng trùng các đờng bậc khác nhau. Để khắc phục điều đó
cũng nh đối với sóng cát có thể sử dụng chỉ tiêu động học của
đoạn lòng dẫn , tuy nhiên hay làm hơn là xuất phát từ các khái
niệm tổng quát về hình học dạng lòng dẫn.
Khi phân tách các nguyên tố hình dạng lòng dẫn, chỉ tiêu
quan trọng là độ cong tới hạn của lòng dẫn, xác định ranh giới
giữa các đờng cong và đờng thẳng. Các đờng thẳng hình học
trong tự nhiên hầu nh không có, nên khía cạnh này đối với
lòng dẫn sông ngòi chỉ có thể nói về đoạn sông thẳng động lực
học. V. V. Ivanov [30] đề xuất để xác định giá trị độ cong sử
dụng mức độ ảnh hởng của hình học phẳng lòng dẫn lên hình
dạng mặt cắt ngang của nó. Trong lòng dẫn thẳng động lực học
không xuất hiện một mắt xích ngang nào của dòng và sự bất đối
xứng ngang của lòng dẫn. Rất hiếm khi có lòng dẫn với mặt cắt
ngang bất đối xứng. V. V. Ivanov đã xác định giá trị độ cong tới
hạn của lòng dẫn với
15,1/

s
.
Mỗi dạng lòng dẫn hình sóng và dạng lòng dẫn trong tổng
thể có hình dáng phức tạp, nó thay đổi trong quá trình tiến hoá
của chúng. Cho nên áp dụng tập hợp các tham số hình thái
(thuật ngữ của I. V. Popov [67], nhà đo đạc) mà ở một mức độ
khá xác định đã đặc trng cho nguyên tố lòng dẫn (Hình 1.3).
Động lực học dạng lòng dẫn thờng đợc mô tả có tính tới kết
quả phân tích sự dịch chuyển các điểm đặc biệt và thay đổi theo
thời gian của các tham số đo đạc hình thái.
Các phơng pháp đã dẫn để tách các dạng nguyên của địa
hình lòng dẫn không trùng với các phơng pháp đợc phổ biến

rộng rãi trong phân tích địa mạo mô tả địa hình bằng các điểm
đặc trng và các đờng cấu trúc [94]. Cần phải nhất trí với A.
N. Lastoskin [48] rằng các đờng cấu trúc và các điểm đặc
trng của các dạng xác định cho phép mô tả đơn trị dạng địa
hình bất kỳ. Nhng việc phân tách ở các nguyên tố bộ phận lòng
dẫn mâu thuẫn với nguyên tắc tác động tơng hỗ của dòng và
lòng dẫn mà theo đó nguyên tố trong tổ hợp địa hình lòng sông
tơng ứng với nguyên tố xoáy trong dòng. Nguyên tố xoáy
chiếm ứu thế hoàn toàn chỉ trong phạm vi toàn bộ dạng lòng
sông.
1.2. Cấu trúc
Cấu trúc trong khuôn khổ của tiếp cận hệ thống [56] là
tập hợp các quan hệ trong hệ thống đợc lựa chọn bằng một
cách có tổ chức để tổng hợp hệ thống. Trong hệ thống dòng chảy
lòng sông có thể tách ra hai lớp quan hệ: 1) tạo hệ thống và 2)
hình thái. Tạo hệ thống là các quan hệ nhân quả tác động và
tơng hỗ: trực tiếp, ngợc lại, dơng và âm. Các quan hệ tơng
tự không thực hiện trực tiếp giữa các nguyên tố địa hình lòng
sông riêng biệt, mà còn có sự tham gia của các nguyên tố dòng
chảy. Các quan hệ hình thái có thể không phản ánh trong trang
thái toàn bộ hệ thống (hoặc một phần nguyên vẹn của nó),
chúng có thể xét trong giới hạn của tổ hợp địa hình lòng sông,
mặc dù các quan hệ nh vậy sinh ra do hậu quả của các quan
hệ tạo hệ thống. Thuộc nhóm quan hệ hình thái là các quan hệ
lân cận, kết hợp và theo bậc.
Phân biệt các quan hệ lân cận đấy là phép vạch sơ bộ địa

17 18
hình dẫn tới việc xác lập các ranh giới không gian khách quan
giữa các nguyên tố địa hình. Xác định quan hệ lân cận đòi hỏi

việc sử dụng đồng thời các nguyên tắc liên tục và phân lập địa
hình lòng sông. Mỗi hình dạng địa hình lòng sông hay mỗi
dạng lòng sông đều có tính liên tục đặc trng bởi sự biến đổi
tuần tự cao độ với các toạ độ thời gian và không gian tơng ứng.
Để làm rõ mối quan hệ giữa các nguyên tố cần phải hoặc giới
hạn chúng, hoặc phải xác định các tính chất của chúng bằng
cách lựa chọn các tham số rời rạc. Khái niệm phân lập nh vậy
liên quan chủ yếu tới cấu trúc hệ thống.
Phân biệt các quan hệ kết hợp là phép phân loại, nhóm
buộc các dạng lòng sông. Sự kết hợp tiến hành theo việc lựa
chọn các dấu hiệu hình thái, đo đạc hình thái, động lực và thạch
học. Các quan hệ này xác định tính liên tục của dạng lòng sông.
Xuất hiện tính liên tục ở dạng khác cả trong các dạng nguyên tố
lòng sông cũng nh các đối tợng đợc nhóm không theo các
dấu hiệu lân cận giản đơn trong không gian mà theo các dấu
hiệu trùng hợp tổ hợp các tính chất.
Để phân biệt các dạng địa hình lòng sông áp dụng cả các
phơng pháp liên tục và rời rạc. Trong khuôn khổ các phơng
pháp rời rạc việc phân loại dựa trên việc lựa chọn các tham số
đặc trng hình dạng lòng sông. Các tham số dạng lòng sông hay
sử dụng nhất là chiều dài của chúng (bớc). Phơng pháp phân
loại theo dấu hiệu này có bản chất nh sau [88].
Nhận đợc do kết quả tham số hoá chuỗi độ dài (bớc)
dạng lòng sông sắp xếp theo trật tự giảm dần giá trị. Tiếp theo
logarit hoá các giá trị đó và chia chuỗi ra N nhóm ban đầu sao
cho trong mỗi nhóm có n
i
giá trị. Xác định giá trị trung bình
i
x

và phơng sai D
i
của chúng. Đối với mỗi cặp nhóm cạnh nhau i
và i + 1 tính chỉ tiêu sai khác hệ thức F:
(
)
(
)
()()()
111
2
111
11
2
+++
+++
++++
+
=
iiiiii
iiiiii
j
DnDnnn
xxnnnn
F

Theo công thức:

=

=
1
1
1
1
N
j
j
F
N
F

xác định mức độ không trùng hợp của các nhóm đợc chia. ở
giai đoạn tiếp theo các phân nhóm có F
j
cực tiểu đợc gộp vào
làm một và chu trình đợc lặp lại với N 1 nhóm. Việc tính
toán diễn ra cho đến khi số nhóm không còn là 2. Sau đó theo
cực đại của chỉ tiêu F cũng nh từ các giả thiết vật lý lựa chọn
hệ thống không trùng nhất giữa các phân nhóm.
Nếu tiến hành sự phân nhóm theo tập hợp m tham số thì sử
dụng quan hệ F tổng quát [70].
()
()
(
)
()
1

1
1
1
11
1
+

+
+
++

+
+
=
ii
T
i
T
i
ii
iiii
j
xxHxx
nnm
mnnnn
F

với
i
x

vectơ các giá trị trung bình các tham số x
i
; H = S
i
+ S
i+1
;
;xxnUUS
T
iii
T
iii
=
U
i
ma trận có các cột là các giá trị
tham số x
i
; T ký hiệu biến hoá.
Mỗi nhóm dạng lòng sông liên kết đợc phân theo kiểu nh
vậy đặc trng bởi tập hợp các tham số đo đạc hình thái (trong
trờng hợp này là các giá trị trung bình các tham số và phơng
sai của chúng), chúng đối với các dạng lòng sông cơ sở đợc coi
nh các chỉ số rời rạc của một thành tạo liên tục nào đó.
Các tham số đo đạc hình thái trung bình chính của dạng
lòng sông thành lập nên các nhóm về phần mình lại có thể phủ
định sự phân nhóm và tạo ra các nhóm gần nhau theo hình thái
các dạng cấu tạo chúng so với các chỉ tiêu khác.
Phơng pháp liên tục hoá phân lớp các dạng địa hình lòng
sông không đòi hỏi sự rời rạc hoá ban đầu phân chia các

19 20
nguyên tố riêng rẽ mà dựa trên việc xử lý trờng (hay nói cách
khác là chuỗi) các cao độ thẳng đứng của bề mặt (đờng) thống
nhất. Bớc phân chia không quá 1/10 1/20 chiều dài dạng lòng
sông bị phân chia, và khoảng hiện thực không ít hơn 20 100
độ dài dạng đã lựa chọn.
Chuỗi (bảng) cao độ đáy lòng sông nhận đợc (hoặc các
tham số thay đổi liên tục khác nh chiều rộng, diện tích mặt cắt
ớt, độ uốn trục lòng sông) đợc khẳng định bởi phân tích phổ
và tơng quan. Theo khoảng cách giữa các cực trị của hàm
tơng quan và bớc sóng tơng ứng với cực trị của mật độ phổ,
xác định chiều dài (bớc) của dạng lòng sông. Hàm mật độ phổ
ngoài ra còn cho phép đánh giá phần trăm phơng sai chung
của chuỗi diễn ra trong khoảng dao động độ dài của các dạng
lòng sông, thể hiện qua dạng các đỉnh. Cũng nhờ thế xác định
đợc độ cao trung bình của các dạng đó.
Nhờ một hàm mật độ phổ khó mô tả dạng địa hình lòng
sông có kích thớc khác nhau lớn. Tập trung vào một thể hiện
liên tục cao độ đáy để làm rõ các dạng có kích thớc khác nhau
lựa chọn các đoạn có chiều dài khác nhau và phân loại chúng
với các bớc khác nhau, xuất phát từ hớng dẫn đã nêu trên,
còn tiếp theo sau khi tiến hành phân tích phổ, trộn hàm mật độ
phổ tơng ứng với các khoảng dao động độ dài. Hệ thức độ dài
đoạn cần phải đạt sao cho độ dài đoạn của thể hiện đợc các
dạng lòng sông nhỏ nhất, không vợt quá ít hơn 6 lần độ dài
khoảng phân lớp các đoạn dùng để làm rõ các dạng lớn.
Kết quả của phân tích phổ trực tiếp làm sáng tỏ không phải
là các dạng lòng sông riêng biệt mà gộp chúng theo tổ hợp các
dấu hiệu: sự gần gũi về chiều dài, chiều rộng và chiều cao của

dạng với phân tích phổ hai chiều trờng cao độ đáy; sự gần gũi
các bớc uốn trong phân tích chuối độ uốn lòng sông. Nh vậy
xác định đợc các tham số đo đạc hình thái đặc trng của liên
hợp các dạng lòng sông. Thờng các giá trị các tham số này
không khác nhiều với các giá trị nhận đợc từ việc nhóm các
dạng lòng sông bằng phơng pháp rời rạc.
Các phơng pháp phân tích liên tục và rời rạc khi phân
nhóm địa hình lòng sông có mặt mạnh và yếu và với việc sử
dụng đồng thời sẽ bổ sung tốt cho nhau.
Trong quá trình phân tích rời rạc làm sáng tỏ các dạng lòng
sông riêng biệt, nghiên cứu đợc tính chất của mỗi dạng trong
đó, ảnh hởng của toàn bộ hệ thống lên dạng cụ thể này và
ngợc lại. Thuật toán liên kết các dạng riêng biệt trong nhóm
theo tổ hợp các dấu hiệu khá rõ ràng. Đối với mỗi nhóm có thể
đánh giá không chỉ các tham số trung bình các thành phần của
dạng lòng sông mà còn cả tính chất đờng cong phân bố các
tham số của dạng, các mômen của chúng. Tuy nhiên mức độ chủ
quan cả khi làm sáng tỏ các dạng riêng biệt lẫn khi lựa chọn các
chỉ tiêu các sự khác biệt cực đại là khá cao.
Phân tích liên tục theo dấu các dạng lòng sông cụ thể dẫn
tới việc làm sáng tỏ trực tiếp các tổ hợp của chúng theo các
tham số đo đạc hình thái chính không tốn công làm rời rạc, và
vì thế khách quan hơn. Nó đặc biệt hiệu quả với các địa hình
lòng sông có độ phức tạp lớn. Để nghiên cứu cấu trúc dòng chảy,
các phơng pháp phân tích phổ và phân tích tơng quan thờng
là con đờng duy nhất do không thể rời rạc hoá các trờng vận
tốc trong thực tế.
Tuy nhiên, phân tích phổ thờng dựa trên việc sử dụng
khai triển các mảng số liệu theo chuỗi Phure theo các hàm tam
giác trực giao. Tính dao động hình sin không chuẩn của đa số

các dạng lòng sông dẫn tới việc tăng các phổ rộng và giảm độ
chính xác của việc xác định các tham số đo đạc hình thái đặc
trng.

21 22

Hình 1.4. Hàm mật độ phổ độ sâu sông ngòi
1 Amazon; 2 Enhixây; 3 Lena; 4 Nigiê; 5 ranh giới giữa các mực cấu trúc;
6 số mực sóng cấu trúc lớn (I), nhỏ và vừa (II) và rất nhỏ (III)
Hàm mật độ phổ cũng cho phép đánh dấu các ranh giới các
nhóm khái quát địa hình lòng sông mà không cần tiến hành
rời rạc hóa. Ngoài các cực trị địa phơng, tơng ứng với các
nhóm hình dạng, trên nền phổ thờng làm sáng tỏ một số vùng
rộng lớn của bớc sóng với các giá trị mật độ phổ gần nhau
(Hình 1.4). Chúng đợc phân biệt một cách tơng đối đới thấp
mà trong giới hạn của nó mật độ phổ ít thay đổi. Trên các đồ thị
hàm mật độ phổ xây dựng theo tỷ lệ loga nhị thức các vùng và
các đới đợc phân biệt rõ ràng nh các bậc thang mật độ phổ.
Mỗi bậc nh vậy có thể coi nh một mức tổ chức tiếp theo của
địa hình lòng sông.
Phân tích cấu trúc địa hình lòng sông cho phép kết luận
rằng trong quá trình lòng sông các tính chất tời rạc và liên tục
xuất hiện và bổ sung lẫn nhau; cho nên thiếu tính toán một
trong các khía cạnh của hiện tợng thực tế sẽ làm nghèo đi cả
lý thuyết lẫn ứng dụng của khoa học.
1.3. Tổ chức
ở một mức độ nào đó lớn hơn cả tính liên tục và rời rạc,
trong hệ thống dòng chảy lòng sông kết hợp các dấu hiệu vô
trật tự ở cả tổ chức. Động lực học của các dạng lòng sông có thể
thể hiện hoàn toàn có trật tự theo một tỷ lệ không gian thời

gian nào đó và hoàn toàn hỗn độn ở một tỷ lệ khác. Dẫn các chỉ
tiêu trật tự làm rõ các khía cạnh không mong đợi của các quá
trình. Vậy nên Iu. L. Klimôntvich [39] đã xây dựng định lý S,
theo đó hệ thống có trật tự là hệ mà vật chất của nó nằm ở trên
cùng một mực năng lợng so sánh sẽ nhỏ hơn. Nhờ định lý S mà
Iu. L. Klimôntvich đã đặt nền móng vững chắc, trên trực diện,
kết luận rằng dòng chất lỏng phân tầng với vật chất S
l
hỗn loạn
hơn nhiều so với chuyển động rối hỗn loạn, vật chất S
T-

nhỏ hơn

23 24
giá trị:
(
)
0
2'
uSS
T

với u' vận tốc rối tức thời
Do kết quả áp dụng tuần tự định lý S đến dòng chảy sông
ngòi (đáy sóng, sự hiện diện của rối quy mô lớn) có thể đa ra
kết luận rằng hệ thống dòng chảy lòng sông trật tự hơn so với
dòng chảy rối phi cấu trúc.
Tính trật tự giả thiết sự hiện diện các dạng xác định các
quan hệ hình thái. Trong hệ thống dòng chảy lòng sông giống

nh đa số các hệ thống phức tạp, đó là quan hệ phân bậc; mỗi
nguyên tố của hệ thống là một bộ phận của nguyên tố lớn và về
phần mình chứa các nguyên tố nhỏ hơn. Quan hệ phân bậc đẫn
đến sự tạo thành trong hệ thống các mặc tổ chức khác nhau.
Khái niệm "mực cấu trúc" đợc N. E. Konđrachev [78] đa
vào lý thuyết quá trình lòng sông, ông chia ra 3 mực cấu trúc
địa hình lòng sông chính: dạng địa hình vi mô, trung bình và vĩ
mô, mô tả các tính chất chính của chúng. Tuy nhiên N. E.
Konđrachev không xây dựng cách xác định mực cấu trúc địa
hình lòng sông, không nguyên lý, và tơng ứng là một tổ hợp
này hoặc kia của dạng lòng sông có thể xếp vào một mực cấu
trúc đã cho. N. S. Znamenskhaia [29] trên cơ sở nguyên tắc
trung lập ký hiệu các dấu hiệu chính cho phép đa các dạng
lòng sông khác nhau vào một mực cấu trúc: các quy luật diễn ra
đồng nhất của quá trình lòng sông, khác nhau về quy luật đối
với các dạng lòng sông trên các mực cấu trúc khác.
Tổ chức cấu trúc của một tổ hợp địa hình lòng sông [88] tối
thiểu là ba bậc: 1) các dạng lòng sông riêng các nguyên tố của
liên hợp tạo nên bậc thấp nhất của tổ chức; 2) các dạng riêng
đợc nhóm vào một liên kết dạng thứ nhất đợc đề nghị gọi là
nhân cấu trúc (chúng tạo thành mức tổ chức trung bình); 3)
mức tổ chức cao nhất đó là thống nhất các nhóm tơng ứng với
mức cấu trúc địa hình lòng sông của N. E. Konđrachev.
Nhờ tập hợp các phơng pháp phân tích liên tục và rời rạc
đã tiến hành phân tích cấu trúc tổ chức địa hình lòng sông của
sông ngòi có kích thớc và lợng nớc khác nhau.
Phân tích số liệu quan trắc chứng tỏ rằng ngay cả ở trong
các sông nhỏ và các máng thực nghiệm đã hình thành không ít
hơn 3 kiểu nhân dạng lòng sông. Theo mức độ tăng quy mô của
sông số lợng các kiểu nh vậy tăng vọt. Đối với đối tợng

nghiên cứu của chúng ta sô lợng cực đại đồng thời các kiểu tồn
tại nhân cấu trúc dạng lòng sông là 8 ( Verkhnaia Obi, dới hợp
lu của Bi và Katunhi).
Trong các tài liệu thờng gặp các ý kiến rằng cấu trúc phức
tạp của địa hình lòng sông, số lợng lớn và kích thớc khác
nhau các dạng địa hình lòng sông đã xác định sự hiện diện
trong lòng sông các dạng lòng sông cấu tạo với các điều kiện
thuỷ lực khác và chế độ thuỷ văn khác bảo tồn trong lòng sông
do tính quán tính của quá trình biến dạng lòng sông [103]. Các
cấu trúc nh vậy trong địa hình lòng sông chắc chắn có và tạo
nên cơ sở của chúng. Vì thế khi phân tích cấu trúc địa hình lòng
sông nhất thiết phải làm rõ giai đoạn phát triển dạng lòng sông
tích cực hay thụ động. Chỉ tiêu chính khi đó sẽ là xu hớng
phát triển của dạng tiến triển phù hợp của cấu trúc dòng
chảy và lòng sông đối với dạng tcíh cực và không phù hợp, chống
đối đối với dạng thụ động [26, 43].
Nh vậy, cấu trúc địa hình lòng sông đặc trng bởi tính
phức tạp lớn, khả năng cùng tồn tại các dạng lòng sông tích cực
và thụ động, mà chúng ở một mức độ nào đó là kỷ niệm của hệ
thống. Tính phức tạp của tổ hợp các dạng lòng sông đợc xác
định bởi lợng các nhân cấu trúc và các mực cấu trúc đ
ợc làm
rõ. Quan hệ thang bậc trong tổ hợp địa hình lòng sông đợc

25 26
biểu hiện không chỉ khi làm sáng tỏ các mực chủ yếu của tổ
chức: dạng lòng sông nhân cấu trúc mực cấu trúc. Trong mỗi
bậc tổ chức cấu trúc làm rõ các chuỗi phân bậc. Mỗi dạng lòng
sông riêng một phần của dạng lớn hơn (và dạng lớn nhất là
phần của nguyên tố bên ngoài theo quan hệ với hệ thống dòng

chảy lòng sông của địa hệ thống). Trong khi đó mỗi dạng lòng
sông riêng biệt lại chứa đựng trong nó các nguyên tố ở các dạng
lòng sông nhỏ hơn. Riêng các phần tử phù sa tồn tại trong hệ
thống dòng chảy lòng sông nh là các nguyên tố đơn giản
nhất. Từ quan điểm này các cơ sở của N. E. Konđrachev [78] về
địa hình lòng sông vi mô và quy mô vừa là các dạng đơn giản
nhất tỏ ra thiếu cơ sở. Sự hiện diện của các chuỗi bậc thang
dạng lòng sông phần lớn đã chi phối các phơng án phân chia
các nguyên tố với cách tiệm cận rời rạc đến sự phân tích tổ hợp.
Tuy nhiên các phơng pháp liên tục, không lệ thuộc vào cách
phân chia chủ quan cũng khẳng định sự tồn tại khách quan của
kiểu bậc thang các dạng lòng sông. Cấu trúc bậc thang địa hình
lòng sông xác định các điều kiện nhóm các dạng lòng sông
trong một nhân cấu trúc không gộp đợc các dạng nằm trên các
cộng đồng bậc thang do tổ chức nhân cấu trúc hoàn toàn tơng
ứng với dạng lòng sông mà chúng là một thể thống nhất. Nhân
cấu trúc cũng tạo nên chuỗi bậc thang. Tổ hợp địa hình lòng
sông khá phát triển thờng bao gồm các nhân cấu trúc nh sau
(theo sự tăng dần kích thớc): 1) mặt nớc gợn; 2) rạn; 3) đụn
cát; 4) hõm 5) gờ 6) sóng cát; 7) tích tụ (cù lao, dải cát); 8)
khúc uốn, phân nhánh, đoạn sông thẳng: 9) tập hợp các khúc
uốn, khúc uốn lớn ; 10) các nhánh song song, phát triển bãi bồi
và châu thổ. Tất cả các thuật ngữ này đợc sử dụng trong các
ấn phẩm "lòng sông" (với các tần suất khác nhau), tuy nhiên
không thờng xuyên theo trật tự phối hợp nêu trên. Đôi khi một
nhóm dạng lòng sông trong chuỗi bậc thang phân bố theo trật
tự [50] và ký hiệu bởi các chữ cái [2]. Sự thiếu hệ thuật ngữ
đợc công nhận rộng rãi các dangk địa hình lòng sông, tính hết
sự phức tạp lớn của cấu tạo của chúng nảy sinh ra các cuộc
tranh cãi thuật ngữ [47] và không thúc đẩy sự hiểu biết lẫn

nhau của các chuyên gia.
Vấn đề xếp hạng các dạng lòng sông, nhân cấu trúc và
chuỗi bậc thang có ý nghĩa về mặt nguyên tắc. Việc phân hạng
cần phải tính đến: 1) tập hợp bậc thang các dạng lòng sông ( các
nhân cấu trúc) trong giứoi hạn một đoạn hình thái đồng nhất
của một lòng sông; 2) sự phù hợp hình thái động lực các dạng
lòng sông ( các nhân cấu trúc) của một hạng trong các lòng sông
khác nhau. Cần lựa chọn nguyên tố cấu trúc cơ sở, tơng ứng
với nó là xây dựng cả bậc thang. Lòng sông đợc đặc trng bởi
hai tỷ lệ nội tuyến tính chiều rộng và độ sâu. Cho nên hiện
nay đề xuất hai hệ thống phân hạng dạng lòng sông: 1) bắt đầu
từ dạng lớn nhất, kích thớc chiều dài cỡ chiều rộng lòng sông
[82]; 2) bắt đầu từ các dạng nhỏ nhất, lấy kích thớc theo độ sâu
lòng sông [104].
Tuy nhiên các cảm nhận hình học đơn giản sẽ là không đủ,
do khi đó trong cả hai hệ thống không đảm bảo điều kiện thứ
hai của việc phân hạng. Để giải quyết vấn đề đó cần chú ý đến
lý thuyết phát sinh và phát triển các dạng lòng sông.








27 28