Csatornagerinc - az alsó dombormű meghosszabbítása, amely a vízfolyások csatornáiban fordul elő, amelyek a fenéküledékek szállítását végzik .
Az alsó gerincek mozgásának több fázisa van:
A lapos erodált fenék hullámszerű formába való átmenete során az üledékáramlás megváltozik .
F. M. Exner (Exner FM, 1920), N. Kramer, V. N. Goncsarov (1938), M. A. Velikanov (1948b) jelentős mértékben hozzájárult a fenéküledék-elvonódás elméletéhez és a csatornadomborzat (gerincek és dűnék) kialakulásához
A homokhátság kialakulásának célzott laboratóriumi vizsgálatának kezdetét P. Dubois 1879-ben, majd J. Deacon tette. A gerincek kísérleti vizsgálatait J. Gilbert (1914), M. A. Velikanov és N. M. Bochkov (1931), V. N. Goncsarov és G. V. Lapsin (Goncsarov V. N., 1938), V. F. Pushkarev (1948), D. Bogardi (197) végezte. ), V. S. Knoroz (1959), N. A. Mikhailova (1966), D. Allen (1969), N. S. Znamenskaya (1968). E. M. Minsky (1935) kísérleteit levegővel ellátott szélcsatornában végezte. A legteljesebb természetes vizsgálatot a hegygerincekről a folyók áramlásában G. I. Shamov (1935), A. K. Proskuryakov és B. V. Proskuryakov (1938), K. I. Rossinsky és I. A. Kuzmin (1950), B. Colby és C. Humphrey (1955), H. Einstein és N. Chain (1955), Yu. M. Korchokha (1968), N. M. Kapitonov és munkatársai (1974). K. I. Rossinsky és I. A. Kuzmin (1950) a patakcsatornában kialakuló homokhullámok és a csatorna terv szerinti konfigurációja közötti összefüggést vizsgálták.
A fenékgerincek terepi, laboratóriumi és elméleti vizsgálatával foglalkozó részletes áttekintések és bibliográfiák N. A. Mikhailova (1966), N. S. Znamenskaya (1968), B. A. Shulyak (1971) munkáiban találhatók.
A gerincdomborzat formáinak számos osztályozása létezik, amelyekben különösen e formák keletkezését, morfológiai szerkezetét és relatív méretét adják meg, mint egyes formák megkülönböztető jegyeit másoktól (Makkaveev N. I., 1955; Kondratiev N. E. et al. ., 1959; Karaushev A. V., 1960; Grishanin K. V., Kondratiev N. E. et al., 1972; 1982; Sidorchuk A. Yu., 1992; Alekseevskiy N. I., 1998; Alekseevskiy, Chalov N. I. 0.1).
Számos empirikus képlet létezik, amely összefüggésbe hozza a gerincek méretét az áramlások hidraulikus elemeivel (Mikhailova N.A., 1966), és számos hipotézis létezik a gerincek kialakulásának okairól. Körülbelül húsz osztályozási táblázatot javasoltak, amelyekben a gerincek formái közötti különbségeket az áramlási paraméterekkel társítják (Rossinsky K.I., 1972, 22. o.).
A gerincképződés folyamatának jelenleg létező modelljei feltételesen a következő csoportokra oszthatók: turbulens elméletek, amelyek összekapcsolják a gerincek kialakulását a sebesség-ingadozásokkal turbulens áramlásban (M. A. Velikanov, N. A. Mikhailova, K. I. Rossinsky, I. A. Kuzmin), örvényelméletek, amelyek tételezzük fel mozdulatlan, szilárd testként forgó örvények jelenlétét az áramlásban (N. T. Povalo-Shveikovsky (1938), AJ Raudkivi, K. V. Grishanin), a kétfázisú és egyfázisú áramlás stabilitását vizsgáló elméletek (Candoll, Lui Hsin) -Kuan, B. F. Szniscsenko).
MA Velikanov (1949) a gerincek eredetét a mikroméretű turbulencia jelenlétével hozta összefüggésbe. Ezen elmélet szerint az alacsony frekvenciájú sebességpulzációk hatására egy lapos fenéknek gerinc alakot kell felvennie. 1948-ban V. M. Makkaveev a turbulens áramlásban zajló oszcillációs folyamatok tanulmányozása alapján fontolóra vette a periodikusan ismétlődő formákkal rendelkező alsó dombormű kialakulásának problémáját. 1953-ban F. I. Frankl, majd 1963-ban és 1969-ben javasolta a gerincek kialakulásának elméleti modelljét. – Kennedy. Kísérletet tettek az alsó periodikus szerkezeti formák előfordulásának okának feltárására, illetve kialakulásuk folyamatának magyarázatára. A szerzők ezt az okot az áramlási struktúra sajátosságaiban látják, de a probléma megoldását eltérő módon közelítik meg. Exner (Exner FM, 1925) hangsúlyozta e jelenség és a sivatagi homokdűnék közötti hasonlóságot, amelyek alakja megközelítőleg megegyezik a folyó homokhátáival.
Egyes szerzők (Exner FM, 1925; Kondratiev NE et al., 1959) a gerinceket az átlagos áramsebesség fenékre gyakorolt hatásának tekintik. A gerincek kialakulását nyilvánvalóan az átlagos áramlási sebességek és a pulzációs összetevők egyaránt befolyásolják. Maga az áramlás kinematikai szerkezete megváltozik, ahogy a gerincek alakja fejlődik (K. I. Rossinsky, I. A. Kuzmin, 1958).
A gerincek kialakulásának feltétele a folyó hordalékmederének megléte vagy kellően nagy mennyiségű vontatási (csatornaképző) üledék lefolyása. A patak nem erodált (például sziklás) fenekén, kis mennyiségű vontatási üledék mellett „hiányos” gerincek képződnek (Debolsky, Kotkov, 1977).
V. K. Debolsky és S. M. Antsyferov (1968) a fenékformák kialakulásának okának a kezdeti fenékegyenetlenségeket tekintik, amelyek a sebességprofilban diszkontinuitásokat hoznak létre, és kapcsolódó mikroörvényeket képeznek, amelyek munkája fenékformák kialakulásához vezet. Más nézetek szerint (Shulyak B.A., 1971; Raudkivi AI, 1963) véletlenszerű egyenetlenségekből alakulnak ki az alján, ami görgős áramlatok megjelenését okozza a patakban.
Számos szerző (Grishanin K.V., 1974; Kennedy JF, 1969) a fenékformák eredetét az alacsony amplitúdójú hullámok kialakulásához köti a patak fenekén és szabad felszínén, a vízfolyam mozgásának általános instabilitása mellett. .
A kutatók nagy csoportja összefüggésbe hozza a gerincek kialakulását a turbulencia jelenlétével és annak jellemzőivel. Ezt az elképzelést M. A. Velikanov (1948b) jelentősen továbbfejlesztette a minimális energiadisszipáció elvére támaszkodva: „Általánosságban elmondható, hogy a homokos fenéknek, még ha kezdetben lapos is, szükségszerűen szabálytalan hullámos alakot kell felvennie egy turbulens áramlás hatására” ( M. A. Velikanov, 1948a, 482. o.). Ezzel nem lehet teljesen egyetérteni, tekintettel arra, hogy a folyófenék állapotának többféle típusa és többféle hordalékmozgási módja is létezik. Az „áramlás-csatorna” rendszer nem egységes, hanem más, de a külső hatásoknak megfelelő formát ölt. A csatornaformák turbulens eredetének hipotézisét szintén N. A. Mikhailova (1966) dolgozta ki.
A közelmúltban ezt az elképzelést K. V. Grishanin (1979) és B. F. Szniscsenko (Kondratiev N. E. et al., 1982) munkáiban dolgozták ki. A potenciális áramok elméletét felhasználva egy csatorna áramlásának mozgását figyelembe véve, amelyet potenciális transzlációs és örvénymozgások kombinációjaként ábrázolnak, K. V. Grishanin megkapja az alsó alakváltozási egyenletet rövid időre, a kezdeti kis deformáció értékét, közel magasságban. több homokszem méretűre, és az aszimmetrikus gerincprofil okát egy hozzákapcsolódó örvény hatására magyarázza.
A "turbulens" hipotézis támogatói úgy vélik, hogy a gerincekké fejlődő kezdeti egyenetlenségek forrása az áramlás turbulenciája. Úgy gondolják, hogy ő biztosítja a gerincekben rejlő egyértelmű periodicitást az előfordulásuk kezdetétől.
A. Yu. Sidorchuk (1992) kiterjedt természetes anyagok elemzése után azt találta, hogy a turbulens örvények összetett szerkezete a csatorna domborzati formáinak teljes hierarchiájában megjelenik - a csatorna szélességével arányos nagy gerincektől (makroformák) egészen a legkisebb gerincképződmények, amelyek ezredrészét teszik ki (mikroformák) (Alekseevskiy N.I., Chalov R.S., 1997). A. N. Lyapin (1956), majd O. N. Melnikova (1997) a vízfolyás felszínén álló (álló) hullámokat tekintik a fenékgerincek kialakulásának okának. Az állóhullámokat N. E. Kondratiev és O. V. Makrinov (1953), valamint A. A. Levashov és I. A. Levashova (2003) figyelte meg. O. N. Melnikova úgy véli, hogy az ismert jellemzőkkel rendelkező patak hullámainak paraméterei határozzák meg a patak alján lévő gerincek paramétereit (Melnikova O. N., 1997).
A. N. Lyapin (1956) kísérleteiben a hullámképződés periodikus folyamatát mesterségesen idézte elő a küszöb, pajzs stb. körüli áramlás. A kísérletekben azonban előfordultak olyan esetek, amikor az áramlást hosszú ideig elválasztották a pajzstól időben, és nem érintette az alsó szélét, és a későbbi hullámok megsértése nem volt megfigyelhető. Hasonló jelenséget figyelt meg B. A. Bakhmetev, amelyet ezek leírásakor külön meg is említett (1928).
A hullámzó mozgás hasonló előfordulása igen gyakran fordul elő a természetes mederekben, amelyek hosszanti lejtése nagy, bázisa erodált. Ugyanakkor ezek a mozgások annyira stabilak, hogy mesterségesen megzavarva újra megjelennek, és egy ilyen hullámlánc kezdetén általában nincs idegen tárgy (Lyapin A.N., 1956).
O. N. Melnikova olyan kísérleteket végzett, amelyekben a víz felszínén gerincek alakultak ki a vízfolyás alsó részében álló hullámok hatására. A folyam felső részén, ahol nem voltak állóhullámok, az alja lapos maradt (Melnikova O.N., 1997). A maximális lejtésű területeken, ahol a Froude-számok meghaladták a kritikus értékeket, a víz felszínén leállt hullámrendszer keletkezett, és a gerincek felfelé mozdultak el. A. N. Lyapin túlkritikus természetes áramlásokra vonatkozó hasonló megfigyeléseinek eredményeit publikálják a munkában (Kondratiev N. E. et al., 1959). A gerinc hosszanti mérete korrelált az állóhullám hosszával. A gerincek lapos fenéken alakultak ki egy már meglévő állóhullám alatt (Melnikova O.N., 1997).
A szemcsés közeg felületének periodikus deformációinak okaira vonatkozó hipotézist (a hó mozgásával kapcsolatban) A. K. Dyunin (1962, 1963) munkái tartalmazzák, amely bizonyítja a szilárd áramlás makropulzációinak elkerülhetetlenségét a tény, hogy ha szilárd részecskékkel telítődik, az áramlás időszakonként elveszíti szállítóképességét, ami különböző formájú mikrorelief kialakulásához vezet.
A törvényszerűségek egységének hipotézisét, amelyre az élő és élettelen természetben leírt spontán képződmények vonatkoznak, A. F. Kudryashov (1949) javasolta, és évekig alátámasztotta. Lényege a halak testformájának és pikkelytakarójának hasonlóságában rejlik a folyómedrek turbulens áramlása következtében spontán módon kialakuló felületek alakjával, amit különösen a morfometriai és dinamikai paramétereket leíró egyenletek egysége erősít meg. mellékpatakok és halak. Talán ez okot ad arra, hogy ne csak az oldalak halakkal való analógiáját vegyük figyelembe, hanem a kígyókkal való kanyarodást, a pókhálókkal való elágazást stb.
A homokhullámok alapvető szerepet játszanak a csatornafolyamatokban . A folyók homokhullámainak és a mederfolyamatok általános lefolyásának összekapcsolására a múlt század végén és e század elején N. S. Lelyavsky (1893), V. M. Lokhtin (1897), Blazius (1910) próbálkoztak először. Sok szovjet kutató figyel a csatornaformák és a homokhullámok mozgásának természete közötti összefüggésre - M. A. Velikanov, K. I. Rossinsky és I. A. Kuzmin, N. I. Makkaveev, N. E. Kondratiev, I. V. Popov, N. S. Znamenskaya és mások. Ezt a kérdést részletesen megvizsgálták N. S. Sharashkina, aki a Szovjetunióban elsőként kezdte el tanulmányozni a csatornafolyamatokat laboratóriumi mikrofolyókon (Kromskaya T. P. et al., 1970).
A homokos gerincek megfigyelését és a folyók kanyarulatának természetét A. F. Kudryashov és Kinoshita munkái tartalmazzák, amelyekben a kanyargós viszonyokat a homokhullámok képződése szempontjából veszik figyelembe. K. I. Rossinsky és I. A. Kuzmin (1950) a patakcsatornában kialakuló homokhullámok és a csatorna terv szerinti konfigurációja közötti összefüggést vizsgálták. I. I. Levi, K. I. Rossinsky, N. S. Znamenskaya, B. A. Shulyak nagyban hozzájárultak a homokhullám-modellezés területéhez.
V. S. Knoroz (1949, 1951, 1960) azt jelzi, hogy a gerincek mérete és sebessége nem állandó értékek, hanem egy adott áramlási rendszerre jellemző átlagos érték körül ingadozik. Ha az áramlásba belépő szilárd anyag mennyisége meghaladja a szállítóképességét, akkor a kialakulás során a mozgó gerincek folyamatosan felépülnek, és megváltozik az áramlás szabad felületének lejtése (Mikhailova N.A., 1966).
Az alsó domborzat csak ritka esetekben felel meg az ideális alakú gerinc gondolatának, amelynek viszonylag enyhe felső lejtője van, és éles ugrás van az alsó jelekben a gerincképződmény tetejétől az alagsoráig. Sokkal gyakrabban különböző hosszúságú és magasságú gerincképződmények gyűjteménye, amelyek a csatornaformák alárendelt hierarchiáját alkotják (Rossinsky, Debolsky, 1980; Alekseevsky, 1987).
Méret, a patak szélességéhez és mélységéhez viszonyított arány, valamint egymás között a csatorna összes gerince mikro-, mezo- és makroformákra osztható. A csatornák gerincdomborzatának makroformái közé tartoznak a legnagyobb gerincek, amelyek magassága és szélessége arányos a csatorna mélységével és szélességével. A makroformák határozzák meg a meder domborzatának fő alakját, mélységváltozást okozva mind a folyó mentén, mind a folyón. A makroformák mederfolyamatokban betöltött szerepének változását a hidrológiai rezsim különböző fázisaiban K. M. Berkovich és mtsai (1983) természetes anyagok felhasználásával bizonyították. A makroformák alacsony vízállásban kiszáradó részei a csatorna nagy részleteivé válhatnak (kanyarulatok domború partjai, szigetek stb.), ha benőnek (Alekseevskiy N.I., Chalov R.S., 1997).
A mederdomborzat mikroformái igen kisméretű gerincképződmények, melyek méretei (szélességben és magasságban) aránytalanul kicsik a csatorna méreteihez képest. Ezek az áramlási sebesség ingadozásaihoz kapcsolódnak a közeli területen, és nem befolyásolják az áramlás szerkezetét. Az ilyen gerincek magassága néhány centimétertől 20-30 cm-ig terjed, hossza pedig több tíz centimétertől 10 m-ig. Megkülönböztetik az ultramikroformákat is - legfeljebb 2-3 cm magas és legfeljebb 10-25 cm magas gerinceket. hosszú (Alekseevsky N.I., Chalov R. S., 1997).
A mezoformák közé tartoznak a gerincek, amelyek szélessége a csatorna szélességének tizede és százada. A mezoformák homokhullámok formájában jól láthatóak a csatornaközeli sekélyeken és a csatorna parti sekély részein. A mezoformák kialakulása szinte kizárólag az áramlás makroturbulenciájával függ össze (Alekseevskiy N.I., Chalov R.S., 1997).
A csatornák aljának gerincdomborzatának makroformái hasadékoknak felelnek meg - nagy hordalékgerinceknek, amelyek áthaladnak a csatornán egyik parttól a másikig, és alacsony vízállás esetén holtágat okoznak a fedőterületen (Makkaveev N.I., 1955), valamint gerinceknek. amelyek a csatorna 0,5-0,1 szélességét teszik ki (oldalfalak, nyársok, szalaggerincek, zastrugi) (Alekseevskiy N.I., Chalov R.S., 1997). Kis mennyiségű mederképző hordalékkal rendelkező folyókon hiányos gerincek kialakulása vagy az áramlás közvetlen érintkezése az alapkőzettel, valamint a sziklás csatorna szakaszainak kialakulása szoborszerű felszínformákkal (felső és részben középső Lena, Vitim, Aldan felső, Angara, felső és középső Jenyiszej) lehetséges (Chalov R. S., 1997, 31. o.).
Az üledékgerinc-mozgások minden formájának figyelembevételére azok lefolyásának meghatározásánál, egy speciális technikát dolgoztak ki (Alekseevsky, 1987), amely szerint a legnagyobb gerincnek az oldalfalaknak vagy csapdáknak megfelelő morfológiai képződményt tekintik. (Alekseevskiy N.I., Chalov R.S., 1997). N. I. Alekseevsky (1987; Alekseevsky N. I., Gorbatenko A. V., 1989) az orosz ábécé betűivel jelöli a különböző hierarchikus szintek gerinceit, míg az „A” betű a hasadékok oldalaihoz van hozzárendelve - nagy gerincek és kisebb gerincek, mint pl. egyszerűsítéseiket és hosszcsökkentéseiket B, C, D és D jelöléssel jelölik. A különböző méretű (rangsorú) gerincek hosszirányú profilokon történő egymás utáni azonosítására szolgáló eljárást is a Jeniszej alsó folyásának gerinctopográfiájának elemzésekor fejlesztették ki (Babich D. B. et al., 1983).