Fluvial dynamikk er prosessen der virkningen av elvene (hovedsakelig erosjon og sedimentasjon) endrer på en eller annen måte det terrestriske relieffet og selve utformingen av elvene. Det er et grunnleggende konsept i analysen av hydrografi og hydrologi , spesielt i studiet av kontinentalt farvann. Dens relevans kommer fra de viktige konsekvensene som prosessene involvert i flodvann har i planleggingen av bassenger og i byggingen av både hydrauliske og andre infrastrukturarbeider (dammer, broer, kanaler, vanningsarbeider, etc.).
Vannkretsløpet i naturen eller det hydrologiske kretsløpet, det vil si veien som vannet i dets forskjellige fysiske tilstander går fra hydrosfæren til atmosfæren , herfra til litosfæren og tilbake til hydrosfæren, er en essensiell prosess for livets eksistens på Jord. Rennende vann fullfører denne hydrologiske syklusen ( [ 1 ] ). Elvedynamikk integrerer alle fenomenene som oppstår på jordens overflate som et resultat av virkningen av kontinentalt vann, spesielt vannet som danner elver. Virkningen av disse vannet er hovedsakelig av to typer: erosjon og sedimentasjon , som sammen utgjør hovedagentene for fluvial modellering .
Hydrografiske bassenger utgjør veldefinerte områder av jordoverflaten som må tolkes som en helhet når de betraktes som naturlige regioner som er gjenstand for visse svært viktige prosesser for å kunne evaluere vann og økonomiske ressurser generelt i ethvert land, og som i Når det gjelder store elver, kan det tilsvare flere land eller overnasjonale regioner.
En elvs vannskille er området drenert av en elv og dens sideelver . Regnvann sirkulerer på jordoverflaten på grunn av tyngdekraften ( avrenning eller avrenning), og danner elver og innsjøer og kan infiltrere jorda og undergrunnen for å danne grunnvann. Basseng må ikke forveksles med skråning siden sistnevnte konsept refererer til settet av bassenger (vanligvis med lignende egenskaper) som renner ut i samme hav eller hav (for eksempel Atlanterhavs-, Kantabrisk- eller Middelhavsskråningen i Spania) eller inn i indre skråninger av endorheiske bassenger , som forekommer i mange deler av Sahara og andre tørre klimaregioner over hele verden.
Strømmen av en elv er mengden vann som elven fører på et gitt tidspunkt. Det måles i m³/ s på målestedene som er praktisk plassert i henhold til behovene i planleggingen av de hydrografiske bassengene (for eksempel før eller etter et sammenløp, ved utgangen av et fjell eller flatt område, etc.).
Elva transporterer vann og sedimenter , som oppfører seg svært forskjellig fra hverandre. Normalt, når man snakker om strømning, er væskestrømmen implisitt forstått . Både væskestrømmen og den faste strømmen kan variere over tid og langs elveløpet. Faktisk kan den samme elven krysse to soner med forskjellige egenskaper (land som ikke er veldig motstandsdyktig mot erosjon, hvor transporten av sedimenter øker, og svært motstandsdyktig land, der lokalisert erosjon er mye mindre). Dessuten kan den samme elven på samme sted virke på en annen og til og med motsatt måte med hensyn til sammensetningen av strømmen (vann og sedimenter eller alluvium) siden det ikke er perfekt samsvar mellom væskestrømmen og sedimentstrømmen. Generelt, når væskestrømmen øker, øker sedimenttransportkapasiteten til elva, men dette er ofte ikke tilfelle. For eksempel ved et sammenløp i et helt flatt område øker strømmen betraktelig (på grunn av summen av strømmene til de to elvene) og størrelsen på kanalen øker også. Volumet av transportert sediment kan imidlertid avta etter hvert som vannet demmes og bremses, og dermed øke sedimentasjonen (dvs. sedimentavsetningen) og omdanner elva nedstrøms for samløpet til en elv med høyere flyt, men med mindre sedimenttransport. Ofte er denne differensieringen av strømmen ansvarlig for modifikasjoner og anastomoser av kanalen, i dens laterale migrasjon, i asymmetrien til de naturlige dikene eller fjellene , i dannelsen av meandere og deres kvelning (dannende hesteskosjøer eller flomsletter ), i fangst av en elv av en annen og i mange andre prosesser med fluvial dynamikk. Et antologisk eksempel på disse ideene kan finnes i migrasjonen av elveleiet Nalón i Olloniego i et parti med en relativt bratt skråning der en svak meander til høyre kastet sedimentene til venstre, det vil si mot den konkave delen av elvens kurve, som gjorde den romerske broen som ble bygget på stedet for rundt 300 år siden (nøyaktig i 1676) ubrukelig, slik Cosme Morillo påpeker i sin Nature Guide and Map of Spain ( [ 2 ] ). Det som skjedde i dette tilfellet er lett å forstå og ligner på det som begynner å skje i Sella-elven i forrige bilde, og den eneste forskjellen er at kurven i Sella er til venstre og i Nalón er den til høyre. . I begge tilfeller har sentrifugalkraften til vannet en tendens til å kaste alluvium mot den konkave delen av kanalen, og frigjøre en stor del av det faste materialet inn i væskestrømmen, som følger den korteste veien, det vil si mot den indre bredden, som er den mer direkte ruten. Denne korteste ruten er, som man kan se på bildet av Sella-elven, mot venstre bredd av elven, mens den i tilfelle av Nalón i Olloniego er til høyre, som kan sees i en Google Maps Street View bilde ( romersk bro over den forlatte sengen av Nalón-elven i Olloniego, til høyre kan du se Nalón-elven i dag: [2]
Fluvialregimet er atferden eller fluktuasjonen i strømmen av en elv gjennom året, en mengde oppnådd ved å snitte gjennomsnittsstrømmen for hver av årets måneder i så mange år som mulig. Det refererer til variasjoner i strømning som vanligvis registreres på målesteder ved hjelp av automatiske registreringsenheter kalt strømningsmålere (hvis registreringen er manuell) og fluviografer når registreringen er automatisk. De momentane variasjonene i strømmen av en elv som registreres automatisk på et trykt bånd kalles fluviometriske poster. Fluvialregimet utgjør i sin tur gjennomsnittet av den daglige, månedlige og årlige målingen over en lang periode av år.
Prosessen er relativt kompleks: daglig, til fastsatte tider, vannstanden i kontroll- eller måleseksjonen . Strømningene bestemmes ut fra seksjonskapasitetskurven , hvor en viss vannføring tilsvarer hvert vannstand. Basert på de to målingene får man et gjennomsnitt som kalles døgnets middelstrøm. De daglige gjennomsnittene i hver måned fås ved å beregne gjennomsnittet av de daglige middelverdiene. Til slutt tas månedsgjennomsnittene i løpet av en sekvens på et visst antall år for å få månedsgjennomsnittene som inkluderer data for alle årene i sekvensen, i den forståelse at det fluviale regimet vil bli bedre definert jo større serien er. registrert ansatt.
Det er en ganske nær samsvar i de fleste elver, med hensyn til registrering av målingen i et elvebasseng og nedbørsrekordene som er oppnådd i det bassenget. Noen ideer knyttet til sammenligningen som kan etableres mellom nedbør og strømning må imidlertid tas i betraktning:
Kanalen eller bunnen av en elv er den naturlige kanalen som vannet sirkulerer gjennom . To hovedkarakteristikker er involvert i analysen: tverrsnittsprofil, det vil si profilen som vil indikere bunnen av kanalen mellom en bank og den andre; og langsgående profil, som er den som indikerer thalweg eller renne (den dypeste delen av kanalen) fra kilden til elven til munningen.
Den typiske tverrsnittsprofilen til en elvekanal danner en konkav forsenkning med den dypeste delen der elvestrømmen er sterkest: hvis strekningen der elva beveger seg er rett, vil den dypeste delen ha en tendens til å ligge i den sentrale delen av elva. den nåværende. Denne situasjonen eller teoretiske oppfatningen oppstår imidlertid bare under ideelle forhold som har en tendens til å bli modifisert av mange faktorer, som hovedsakelig skråningen (hvis den er veldig lav, har den en tendens til å produsere buktninger , både frie eller vandrende, så vel som utvidede eller kileformede , som forskyver sentrum av strømmen mot den konkave bredden av sentrifugalkraften til vannstrømmen) og strømmen: hvis elven er hoven, det vil si når den fører et stort volum vann, er strømmen ganske sterk og kan gjør mye arbeid veldig intens erosjon både på bredden og "rengjøring" av bunnen, selv om helningen ikke har endret seg. I tillegg, i mektige elver (som kan sees i Orinoco-bassenget ) presenterer overflaten av vannet en sterk bule der strømmen er raskere, noe som igjen gir opphav til en serie virvler eller virvler som dreier med klokken mot høyre bredd og mot klokken til venstre. Denne grunnen var grunnen til at de gamle broene som ble bygget i antikken på Romerrikets territorium ble laget ved å heve nivået over vannet i den delen der strømmen er større, vanligvis i den sentrale delen av elven. På den annen side kan elver der broene har et mer eller mindre horisontalt dekk få skader og til og med skred i sin sentrale del under store flom, slik som skjedde under den store flommen i Turia i Valencia i oktober 1957.
Dermed genererer denne bulen i den delen av vannoverflaten hvor den har mer fart (som man kan se i elveflom) en serie virvler eller virvler som produseres hovedsakelig på venstre bredd på den nordlige halvkule og høyre på den nordlige halvkule den sørlige halvkule, også på grunn av avviket produsert av den terrestriske rotasjonsbevegelsen. Til slutt er forskjellen i fluvial dynamikk introdusert av jordens rotasjonsbevegelse på bredden av elvene veldig stor i den intertropiske sonen, hvor den kan bli ganske merkbar: la oss huske at noen av disse elvene, som tilfellet er med Orinoco og mye mer med Amazonas, de er veldig brede, og dette skaper en merkbar forskjell når man evaluerer påvirkningen av Coriolis-effekten på selve elvestrømmen. Mellom Barrancas del Orinoco , på venstre bredd av denne elven, og Piacoa , på høyre bredd, byer som ligger på det punktet hvor Orinoco-deltaet åpner seg, er det rundt 20 km avstand, og dette er delvis ansvarlig for at dette deltaet er en slags av kombinasjon mellom et delta og en elvemunning, som angitt i artikkelen om Orinoco-bassenget: Boca Grande eller Navíos, i sør, har en bred elvemunning der kystdriftstrømmen stiger direkte (fortsettelse av den nordlige ekvatorialstrømmen) forsterket av tidevannet som, selv om de har lav amplitude her, bidrar til å rense kanalen under lavvann eller ebbe. Noe helt annet skjer i resten av elvene, "caños" eller armene som danner Orinoco-deltaet, slik som Araguaimujo, Macareo , Mariusa, Mánamo og andre. I disse armene påvirker kyststrømmen elvene på skrå og bremser vannet deres, avleder munningen til venstre og tvinger dem til å avsette sedimentene de bærer på grunn av motstanden fra havvannet. Tidevann forekommer også (selv om det ikke er så viktig som i tempererte soner), men virkningen av kyststrømmen utøves, kontinuerlig, nesten parallelt med disse armene til Orinoco, som mer enn å hjelpe til med å rense kanalene, bidrar til å bremse nedover vannet og bidrar følgelig til sedimenteringen av kyststengene, som avleder vannet i deltarørene til venstre ( [ 3 ] ). Atlanterhavskysten av Orinoco-deltaet kan sees på Google maps ( [ 4 ] ), på vei mot øya Trinidad, som allerede var knyttet til kontinentet under Pleistocen, på grunn av nedstigningen av havvann i istiden pga. til akkumulering av is i de store kontinentale isbreene siden dybden mellom øya Trinidad er knapt 20 meter, som Pablo Vila påpeker i det nevnte arbeidet.
SaldoprofilLikevektsprofilen nås i en elv i det øyeblikket hvor vannet i nevnte elv verken kan erodere bredden oppover eller utdype kanalen. Generelt forekommer det i innebygde kanaler på grunn av heving av relieffet på grunn av eustatiske bevegelser eller av annen art, på steder nær munningen: i en flom av elven kan ikke vannet stige mye i nivå fordi kanalen er kalibrert , det vil si at den større vannmengden ikke slår ut i en betydelig nivåøkning, men snarere i hastighet, siden elvens vannstand ikke kan avvike mye, oppover, siden den er nesten på samme nivå som havet. Eksemplet på en elv hvis kanal er i denne situasjonen er Seinen ( [ 5 ] ) og andre europeiske elver og andre kontinenter. Det er imidlertid rettferdig å påpeke at selv når det gjelder en elv som Seinen, kan til og med små flom oppstå (som skjedde i 1910), da et springflo ved munningen demmet opp elven og hevet dens nivå til langt oppstrøms. De hvite krittklippene som ble skåret ut av Seinen kan godt skilles ut på panoramabildet av elven.
Denne typen konsept gjenspeiler grafisk den erosive kapasiteten til en elv i dens hoveddeler (øvre, midtre og nedre) gjennom studiet av helningen til selve elven. Indikerer forholdet mellom avstanden tilbakelagt av en elv fra kilden og den relative høyden til hvert punkt i profilen. Det måles på thalweg eller bunnen av en elv eller dal, det vil si på linjen som går gjennom de laveste punktene i bunnen av den elven eller bunnen av dalen eller tørre senger i tilfelle elver , raviner eller wadier . (wadi på engelsk).
Hastigheten til vannet i en elv er mye større i den delen der kanalen er dypest, på en viss dybde, siden på overflaten (på grunn av friksjon med luften) er vannet langsommere, det samme som skjer i bunnen ved friksjon med jorda som danner elveleiet. Så på bunnen, på bredden og generelt der det er grunnere, beveger vannet seg langsommere. Denne forskjellen i hastighet betyr uunngåelig at bunnen og bredden av slette elver stiger over tid til de er over områdene på begge sider av elven, noe som kan forårsake svært omfattende flom Demonstrasjonen av dette fluviale opplegget er presentert i en type elver som kalles Yazoo -type elver (Yazoo er en elv som renner langs Mississippi uten å tømmes ut i den store deler av sin lengde) som renner parallelt med hovedelven generelt av dens venstre bredd, med hvilken høyre bredd øker mye i høyden, noe som begrenser tilgangen til nevnte hovedelva, som finnes i høyere høyde fordi den har transportert en større mengde sedimenter over tid. Og denne hevingen av kanalen skyldes tydeligvis det faktum at den lavere hastigheten til vannet på grunn av den lave skråningen fører til at sedimentene som dras av elven blir avsatt på de stedene hvor hastigheten er lavere, det vil si ved bunnen av kanalen og på dens bredder. Oppsummert: høyden av elveleiet i elver med liten helning skyldes spesielt dannelsen og veksten av de naturlige dikene i nevnte elv. Det må imidlertid tas i betraktning at de to naturlige demningene i elvene ikke vokser like i høyden eller samtidig, noe som forårsaker fluvial asymmetri både i de hydrografiske bassengene, så vel som i kanalene og breddene av elvene. . : på den nordlige halvkule vokser demningene til høyre raskere og raskere enn de til venstre, mens på den sørlige halvkule skjer det motsatte og demningene til høyre er kortest, så de har en tendens til å renne over under stormflo. . Denne prosessen, kjent i flere århundrer, har ikke blitt godt studert, og selv i dag gjøres det svært alvorlige feil i konstruksjonen av infrastrukturarbeid som broer, stridsdammer, kanalisering eller fylling av elvestrømmer av forskjellige størrelser, etc. .
I ganske lang tid ble det antatt at bassenget og elveleiet hadde en symmetri som var iboende til naturen til alle elver, det vil si selve fluviale geomorfologien. I dag har det vært mulig å verifisere at de naturlige dikene i en elv, så vel som bassenget deres, alltid har en asymmetri som er iboende for selve naturen til elvebunnene og bassengene i disse elvene. Denne asymmetrien er tydelig i de hydrografiske bassengene og i de naturlige dikene i elvene, og disse asymmetriene, selv om de sees i nesten alle typer elver, er bedre sett i de med liten helling i sedimentære sletter, hvor de har en tendens til å danne buktende bukter. som også følger visse godt studerte trender ( [ 6 ] ).
Differensieringen mellom basseng- og kanalsymmetri i elver er definert i arbeidet til Priyanka Das, Surajit Let og Swades Pal ( [ 7 ] ). I dette arbeidet er de to begrepene definert:
Bassengasymmetri er definert som andelen areal på to sider av hovedelven og thalweg-asymmetri er definert som fordelingen av bredden på to sider av thalweg Elvebassengasymmetri er definert som forholdet mellom arealet på de to sidene av hovedvassdraget. Og asymmetrien til talvegen er definert som bredden av kanalen på begge sider av linjen som forbinder de dypeste punktene i elveleiet, det vil si dalen eller talvegen til samme.(Tatt fra artikkelen identifisert ovenfor).
I slette elver, hvor skråningen er svært lav, er større eller mindre vannføring ansvarlig for fenomenene med både erosjon og sedimentasjon, spesielt i tider med høy vannføring som kan gi opphav til at nivået av fluvvannet overstiger høyden til det naturlige eller kunstige diker i kanalen som forårsaker flom som kan bli svært alvorlige. Blant erosjonsfenomenene kan vi nevne kursendring, fangst av en elv av en annen , dannelsen av meandere , forlatte kanaler , oksebuesjøer og fremfor alt sideerosjon av kanalen, direkte ansvarlig for mange av fenomenene her angitt. Den laterale erosjonen av en vanlig elv er svært hyppig og kan sees på bildet av Apure-elven foran byen El Samán, som viser den erosive prosessen med hvordan vannet har eksponert røttene til et tre som er veldig korpulente ( sannsynligvis er det en carocaro eller Enterolobium cyclocarpum mer enn en ekte saman ) som helt sikkert allerede vil ha forsvunnet fordi bildet er nesten 40 år gammelt og erosjonen på dette tidspunktet er veldig aktiv, rett og slett fordi den er på venstre bredd av elven, som forklart senere. Og blant sedimentasjonsfenomenene kan vi nevne høyden av kanalen på grunn av akkumulering av sedimenter i bunnen av kanalen og i den naturlige diket til høyre for kanalen på den nordlige halvkule og til venstre på den sørlige halvkule, som vil bli sett senere, med noen tilfeller som vil tjene som begrunnede eksempler for å demonstrere naturlovene som styrer de geomorfologiske prosessene som stammer fra elver på jordens overflate.
Av de to typene asymmetri som eksisterer i elver (bassengasymmetri og kanalsymmetri) kan tusenvis av eksempler vises, men generelt er det på den nordlige halvkule den største utvidelsen av bassenget på venstre side av elven dominerer, det største antallet sideelver på denne siden (som er korrelert med den større utvidelsen av bassenget), de viktigste flommene på venstre side og elvefangster og lateral migrasjon av kanalen også på den siden. [ 8 ]
Og på den sørlige halvkule skjer det motsatte: elvene har en asymmetri av bassengene, og er generelt sett større overflaten av bassenget til høyre for hovedelven, hvor det også er hyppigere flom, flere bukter og større størrelse og hyppigere elvefangster mot den siden.
Unntakene fra disse ideene forekommer vanligvis i tilfeller av elver der lettelsen utøver begrensninger på graden av frihet til å følge en gitt kurs eller endre den.
Et annet unntak fra denne regelen har skjedd i elver med veldig kalde vintre (Alaska, Sibir) hvor vannet kan fryse og danne enorme ansamlinger oftere på høyre bredd, i motsetning til hva som skjer med flytende vann, som det renner oftere over på venstre bredd . Årsaken til dette unntaket skyldes naturligvis den lavere tettheten av isen som gjør at den samler seg på kystene der hastigheten er lavere, det vil si i den konvekse delen av meanderene og fremfor alt oppdemming av vannet ved dannelsen av en tverrgående isdemning (Ice dam på engelsk) som skjedde i Yukon-flommene i Eagle (Alaska) i 2009 ( [ 9 ] ). I dette tilfellet kan flommene dekke begge breddene av elven, med den skjerpende omstendigheten at Eagle befinner seg på venstre bredd av elven.
To eksempler vil tjene til å se den annerledes situasjonen som oppstår på den sørlige halvkule , der flommer i elvenes flommer har en tendens til å skje mot høyre side, mens de naturlige dikene i elvene på venstre bredd er høyere.
Eksemplet med Rosario, Argentina.
Byen Rosario, i Argentina, ligger på høyre bredd av elven Paraná, den nest lengste elven og tredje for sitt volum i Sør-Amerika. Et satellittbilde av Google maps viser problemene med nevnte plassering siden flomsletten til elven kan sees rett foran byen og hvordan de påfølgende flommene og dannelsen av meandere har svingt hovedkanalen til elven til høyre. ( venstre i satellittbildet) som har forårsaket sporadisk flom som skjedde i 2007 ( [ 10 ] ). I motsetning til det vi har sett med elvene på den nordlige halvkule, i Paranás tilfelle er avledningen av vannet til høyre for kanalen synlig, noe som, som vi har sett, gir denne byen en ganske alvorlig sårbarhet til tross for den relativt sett høy relieff av høyre (vestre) bredd. Og denne sårbarheten for flom avsløres grafisk med fotografiet av containerdokken ved havnen i Rosario, der du kan se den lave høyden over elvens vannstand. Heldigvis, selv om avstanden oppstrøms fra den store Itaipu-demningen er veldig stor, er det svært sannsynlig at denne demningen har bidratt til en viss grad av regulering av strømmen av Paraná-elven.
Murray River-flommene i 1956 i AustraliaDet meste av Australia har et veldig tørt klima. Bare den nordlige delen av øy-kontinentet samt fjellene i sørøst (australske alper) har et noe mer regnfull klima. Murray-elven har på sin side et uregelmessig regime og en relativt lav strømningshastighet, noe som skyldes dens lange reise gjennom regioner med et tørt klima. Selv om Murray-elven med dens sideelver ( Darling , Murrumbidgee og andre) utgjør det største elvesystemet i Australia, med mer enn en million km², er dens økonomiske fordeler for landbruk, industri og drikkevannsforsyning ikke godt utviklet og det er muligheter for å øke dem gjennom helhetlig planlegging av bassenget. Murray er en elv som opplever sterke flom og lange perioder med lavt vann, så flere flerbruksdammer (vannkraft, vanning, flomkontroll og andre) må bygges, infrastrukturarbeid må utføres for å forhindre skade på befolkningene som hovedsakelig befinner seg på høyre bredd av elven fra samløpet med Darling til munningen og områder med utilstrekkelig drenering må kanaliseres (som i Australia kalles billabong og tilsvarer de castilianske termene for forlatte meandere , oksebuesjøer, elvemunninger eller områder som er sporadisk oversvømmet, etc.)
Når vi snakker om flommene i det australske bassenget til Murray-elven, bør det bemerkes at siden den ligger på den sørlige halvkule, har enhver bevegelig kropp, som vannet i en elv, en tendens til å avvike til høyre, dvs. , i motsetning til på den nordlige halvkule. Dette betyr at rotasjonen i en sirkulær bevegelse (som Foucault-pendelen) vil være fra venstre til høyre, eller hva som er det samme, i retning med klokken. Av denne grunn lå praktisk talt alle byene som ble berørt av flommene i Murray-bassenget i 1956 på høyre bredd av elven (det samme som skjer i tilfellet med Rosario i Argentina). Blant byene som ble oversvømmet ved den anledningen, kan følgende siteres, inkludert deres plassering på Google Maps: Colignan, Irak, Mannum, Murray Bridge, Mildura, Nangiloc, hvis navn er stavet baklengs enn Colignan, Red Cliffs, Renmark, Wentworth og andre .
Alle de ovennevnte byene ligger på høyre bredd av Murray-elven (bortsett fra et par tilfeller, hvor byen er delt i to av selve elven). Saken om Irak, som er noe atskilt fra Murray-elven og nå er den praktisk talt ubebodd, fordi den opprinnelig var en militærleir under andre verdenskrig (den hadde også fanger) og under flommene i 1956 ble den oversvømmet, noe som skapte en innsjø som fortsatt eksisterer: på den ene siden, plasseringen av stedet var et prekært område og risikabelt og var bare rettferdiggjort av midlertidig bruk som militær sone. På den annen side fremhevet flommene det året risikoen for en slik plassering og forverret det opprinnelige problemet: det var sannsynligvis lettere å demontere leiren og flytte fra nettstedet enn å utføre infrastrukturarbeid som tar sikte på å minimere eller eliminere risikoen ved det stedet Google Earth-programmet er svært nyttig når man skal evaluere risikosituasjonen eller flom av et hvilket som helst sted i Australia (eller hvor som helst) siden ved å flytte markøren over satellittbildet får vi automatisk høyden i meter over havet, og dette kan indikere hyppigheten av en situasjon der de naturlige demningene i en elv er. høyere enn den omkringliggende sletten, og det er nettopp derfor den kalles en flomslette.