A folyó dinamikája

A folyó dinamikája vagy a folyó geodinamikája a folyók evolúciós geomorfológiáját (a zuhanó folyami morfológiát eredményező formák) kutatja. Ez multidiszciplináris , a módszer és a diagnózis elemeit kölcsönzi a fizikai földrajzból (beleértve a geomorfológiát ), a geológiából , az üledéktanból , a hidraulikából , a hidrológiából , a biológiából és a folyóökológiából.

Európában a Víz Keretirányelv (WFD) bevezette a törvénybe a „folyami hidromorfológia” fogalmát.

Fluviális hidromorfológia

Korábban gyakran a " folyóvízi geomorfológia  " kifejezéssel  ( folyóvízi geomorfológia az angolszászok körében), és Maurice Pardé kifejezése szerint a "  potamológiával  " (amely hatásokat és okokat, például áradásokat és áradásokat tartalmaz).

Franciaországban a „hydrogeomorphology” volt, pontosan leírására használják egy bizonyos módszer meghatározására árterek (Masson et al., 1996), amely a domborzati és geomorfológiai völgytalp ( kisebb ágy , közepes ágy és nagy ágy alatti nem elárasztható folyami teraszok ).
Európában az európai keretirányelv ( WFD ) bevezette a törvénybe a „folyami hidromorfológia” fogalmát, amely összefüggésben van a vízválasztó és különösen a hidrológiai rekesz jó ökológiai működésével.

Az üledék szállítása

A közlekedés az üledék által utakon gyakran nevezik „szilárd közlekedés” vagy „üledék tranzit”.

Az üledéktranszport két jól differenciált formát ölthet: ágyterhelés és szuszpenzió. A tolóerő meglehetősen durva üledékek szállítása az ágy alján gördülés vagy sózás útján . A szuszpenzió üledéktranszport az áram tömegében.

Egy adott hidraulikus helyzetben az üledékek viselkedése a részecskék méretétől függően változik:

Az így közbenső helyzetben lévő anyagok mérete a lejtő függvényében alig változik. Ez az oka, hogy a legtöbb vízfolyások (kivéve a nagyon lassú vízfolyások alább 0,1  ‰ és özön 3% feletti), az átmeneti tartomány lefedi a közepes és durva homok, 200 és 700  jim .

Az árvízlelőhelyek megfigyelései egyértelműen megmutatják ezt a mechanizmust:

Aktív sáv: Aktív ágy / passzív ágy

A nagy völgyekben és a hordalékos síkságon az aktív sáv az alig vagy egyáltalán nem növekvő hordalékos partok övezete, amelyet éves vagy kétéves áradások dolgoznak át, amelyek például a Loire egy részén még mindig jelentősek és viszonylag természetesek.

A „  hordalékos síkságon  ”, a völgyfenéken vagy a deltában aktív mederről beszélünk, amikor a meder állandó (vagy legalábbis gyakori) kölcsönhatásban van a vízfolyás által szállított üledékekkel . Ennek a kölcsönhatásnak a következő következményei vannak:

Éppen ellenkezőleg, passzív ágyról beszélünk, amikor az ágy alja rögzül, és az üledéktranzit az ággyal való kölcsönhatás nélkül történik. Az ágy rögzíthető:

Közbenső helyzetek természetesen lehetségesek:

Az üledék átmeneti mennyiségének meghatározása

A folyókat finom és / vagy durva üledékek szegélyezik. Ezeket az üledékeket magával ragadja a víz sebessége, és emlékezni kell arra, hogy a 0,5–1 mm átmérőjű homok 1–5 m mélységig történő  beindulásának sebessége  körülbelül 0,5  m / s . A szilárd szállítás tehát akkor jön létre, ha az áramlási sebesség nagyobb, mint ez az érték. A XX .  Században jelentős számú kutató dolgozott üledéktranszport-formulákon . Az üledék szilárd áramlása megközelítőleg arányos az áramlás folyadékáramával. Az árvíz a tengerfenék erodálódásával ideiglenesen növeli a szilárd közlekedést.

Folyami stílusok

"Folyóstílusnak" hívjuk az ágy általános alakját, amely nagyon különböző típusokra vonatkozik. A különböző stílusokat felfelé és lefelé soroljuk fel:

A hegyvidéki régiókból származó folyók felső szakaszán a lejtő nagyon meredek, a patak pedig majdnem egyenes. Az ágy keskeny. Fontos a szilárd szállítás.

A zsinórminta jellemző az erős szilárd szállításra. Az ágy számos instabil csatornából áll, amelyek számos szigetet alkotnak. Az ágy széles és lapos. Ez a fajta vízfolyás ritkán található Franciaországban, a múltban végzett számos gát miatt. Anasztomizált csatornákkal rendelkező folyókról is beszélünk, amikor a lejtő kisebb és a kanyargós útvonal markánsabb.

A kósza stílus a középső lépés a kanyargós és fonott stílus között. A szilárd szállítás, valamint a fonatok száma csökken. A kanyarulatok kezdenek kialakulni.

A folyó kanyargós vonalat követ. Az ágy egyedülálló, és a szilárd szállítás szinte kizárólag felfüggesztéssel, nem ágyterheléssel történik.

A hosszanti profil alakulása

Az egyensúlyi profil fogalma

Bármely vízfolyás rezgést mutat az erózió és a lerakódás között (beszélünk bemetszésről és emelésről is). A szemközti diagram a folyó dinamikus egyensúlyának egyszerűsített folyamatát mutatja. A víz áramlásának növekedésével a nyíl az erózió felé halad, ezáltal növelve a szilárd transzportot. Ezzel szemben, ha az áramlási sebesség csökken, a nyíl lerakódásra mutat, és a szilárd áramlási sebesség addig csökken, amíg az „egyensúly” meg nem jelenik. A folyók az úgynevezett egyensúlyi lejtőjük felé hajlamosak, amely a helyi fizikai és hidrológiai viszonyok függvénye.

A tervágy kialakulása

A szabadság vagy a mobilitási tér fogalma .

A partvonal evolúciós mechanizmusai

A bankok különböző módon fejlődhetnek. A vízfolyás áramlása a partok eróziójával módosíthatja a meder menetét. Ez az erózió akkor lehetséges, ha a víz sebessége és turbulenciája, beleértve a víztest hullámait is, elegendő energiát tartalmaz ahhoz, hogy a részecskéket a partról kitépje. Vagyis legyőzni összetartásukat és súlyukat. A vízzel érintkező teljes part érintett: a láb és a látható part.

A talajmechanika fontos szerepet játszik a partok evolúciós mechanizmusaiban. A parti földcsuszamlások oka lehet a földcsuszamlás, vagyis a talaj konzisztenciájának megtörése. A víz különböző módon elősegítheti ezt a repedést: a talaj vízzel történő telítésével és a part felé tartó stabilizáló erő kifejtésével vagy nem. A recesszió során ez a két elem hozzáadódik: a lejtő vízzel telített, és a recesszióval csökken a stabilizáló tolóerő. A földcsuszamlások másik oka az úgynevezett súrlódási folyamat . Ez a jelenség például regresszív erózió vagy a part lábának eróziója során jelentkezhet.

Egyéb tényezőket kell figyelembe venni a bankok alakulása során. A parti erdő stabilizáló szerepet játszhat a növények gyökérzetének köszönhetően, vagy éppen ellenkezőleg, a turbulencia növelésével erősítheti az eróziót. A sekély gyökérzetű fákat ki lehet gyökerezni és ősszel a part egy részét hordozzák. Lefelé az áram által hordozott fák keskenyek lehetnek a patak medrében.

Végül és kisebb mértékben a rágcsálók, például a hód vagy a nutria jelenléte destabilizálhatja a partot.

Görbe evolúciós mechanizmusok

A folyó dinamikus környezet, állandó evolúcióban. A tervformák folyamatosan fejlődnek. Vagy erózióval és lerakódással, vagy hirtelenebb módon kanyarulat elvágásával vagy például az áradás következtében az ágy cseréjével.

A zavar forrása

A vízfolyás hidrológiáját és természetességét különféle tényezők megváltoztathatják, ideértve a szivattyúzást, a gátakat és a fenntartott áramlásokat, a zárakat, az árvíz-rendszer módosítását, a mederből való kivonulást, a partok mesterségesítését stb.

Minták a kiskorú ágyban

Az anyagok eltávolítása a vízfolyás medréből a vízvonal leereszkedéséhez és visszafejlődő erózióhoz vezet . Ha a felvétel korlátozott, akkor az áramlás előtti erózió és a gödörben történő lerakódás végül kitöltheti a felvételt, és az áram nagyjából visszatér a kezdeti egyensúlyba. A vízfolyásnak a gödörben történő lerakódást követően a vízfolyásnak pótolnia kell szilárd áramlási hiányát. Az áramlás kiássa az ágyat, hogy anyagokkal telítődjön. Ezért két eróziónk van: regresszív upstream és progresszív downstream. Az anyagok hiánya fokozott stresszt okoz a bankokra és hajlamos a kanyargásra . Az erózió következményei lehetnek a szerkezetek és a parti földcsuszamlások destabilizálása.

Gátak

A víztározók települőként működnek. A majdnem nulla áramlási sebesség lehetővé teszi a szilárd anyagok ülepedését és a gát fokozatos kitöltését. A lefelé felszabaduló víz megszabadul minden szilárd töltéstől. Anyagokkal való telítés érdekében a vízfolyás elvezeti a szükséges szilárd áramlást az ágyból. A gátak az áradások mértékének korlátozásával csökkentik a kisebb ágy szélességét is.

A küszöbök

A küszöbértékek akadályozzák a szilárd szállítást és különösen a tolóerőt. Ha a szilárd szállítás elegendő, az upstream meder a leeső víz által létrehozott szívóerő miatt néhány centiméterrel a küszöbgerinc szintjére emelkedik. Lefelé, akárcsak a gátaknál, erózió van.

A folyó tengelyéhez képest szögben elhelyezett küszöbök lehetővé teszik a csúcsukon az árvízszint csökkentését , és ezért növelik a merülést. Így kevésbé befolyásolják az üledéktranszportot, mint a folyó tengelyére merőleges küszöbök.

Levezetések

Az eltérítés csökkent áramlást és eróziót eredményez. Az elkerülés a vízvonal leereszkedését, valamint a meder szélességének csökkenését okozhatja. A nagy eltérések következményekkel járhatnak a vízszint alatti ökoszisztémákra a vízmennyiség csökkenése miatt.

Újrakalibrálás

Újrakalibrálás alatt a folyó szakaszának kiszélesítését értjük. Túl sok újrakalibrálás veszélyeztetheti a lejtő változását és a vízfolyás egyensúlyhiányát. A nagyobb szállítási kapacitás csökkenti a túlcsordulások gyakoriságát és következésképpen megnöveli a víztömegeket a lefelé.

A vízfolyás felmelegedése a napsütötte felszín növekedése miatt bekövetkezhet. Valamint az oxigén koncentrációjának csökkenése és a szuszpendált anyagok növekedése .

Elzárás

A töltések a vízfolyás fokozott szilárd szállításához vezethetnek. Az elzárás az áramlási szakasz szűkülését okozza, és az ágy süllyedéséhez vezethet. A töltés elhagyásakor lerakódási zóna alakul ki.

Fülek

A Groynes felhasználható egy folyó fejlesztésére annak érdekében, hogy megvédje a partokat azáltal, hogy megtelepedő holt vizeket hoz létre. A folyó medrében a morajok kialakítása lehetővé teszi az árvíz csatorna létrehozását is. A fülek a víz áramlását az ágy közepe felé koncentrálják.

Lekvár

A természetes jéglekvár a víz (kivételesen földcsuszamlás) által behozott anyagok természetes felhalmozódása, akár ideiglenes, akár nem. A jeges dugók megváltoztathatják a patak medrét, ha megindítják egy sziget vagy kanyarulat kialakulását . A jégelakadás az ágy túlcsordulásához vezethet. Helyileg módosítják az áramlási körülményeket, és küszöbként működhetnek azáltal, hogy vízvisszatartást okoznak.

Kölcsönhatások a természetes környezettel

Kapcsolatok az árvíz áramlásával

Hivatkozások

  1. ONEMA, Fluviális hidromorfológia: egy tudományág kontúrjai .
  2. B. Couvert (Sogreah) és mtsai, Módszertani útmutató szilárd szállításhoz és leszálláshoz , Vízügynökségek , 1999.
  3. Belleudy, Ph., Szilárd transzport és folyami morfológia , Grenoble, UJF Grenoble,2012.
  4. Gérard Degoutte, A folyók diagnosztizálása, fejlesztése és kezelése (2. kiadás) , Lavoisier,2012, 542  p..
  5. Malavoi, J. és mtsai, A tudás elemei a folyók szilárd szállításának kezeléséhez , ONEMA,2011, 219  p. ( online olvasás ).
  6. Lefort, P., Szilárd szállítás a folyók medrében , INPG,1995.
  7. Ramette, M., Fluvial hydraulics guide , Chatou, a Nemzeti Hidraulika Laboratórium HE / 40/81/04 jelentése,tizenkilenc nyolcvan egy, 172  p..
  8. (in) Lane, E. W. , "  a folyó morfológiájának fontossága a vízépítésben  " , Proceedings (American Society of Civil Engineers); v. 81. sz. 745 ,1 st január 1955( online olvasás , konzultáció 2017. április 24-én )

Kapcsolódó cikkek