الگوهای رودخانه ای

رودخانه‌ها و دشت‌ها هسته اصلی شکل‌گیری و تکامل تمدن بشری از قرن‌ها پیش می‌باشند. ساحل رودخانه‌ها به عنوان مکان‌های مناسب برای فعالیت‌های کشاورزی، صنعتی و تجاری در نظر گرفته می‌شود. ”روند رودخانه‌ای نتیجه اندرکنش جریان آّب، رسوب و بستر رودخانه است“.

معروف‌ترین تقسیم‌بندی الگوهای رودخانه‌ای، تقسیم‌بندی «لئوپولد و ولمن» است. بر این اساس رودخانه‌ها در سه دسته رودخانه‌های مستقیم، رودخانه‌های مئاندری و رودخانه‌های شریانی قرار می‌گیرند. برای تقسیم‌بندی از ضریب مئاندری (مارپیچی یا سینوسی) و فاکتور نسبت عرض به عمق (B/y) استفاده می‌شود.

ضریب مئاندری، نسبت طول مسیر جریان رودخانه به طول مستقیم آن است.

• رودخانه مستقیم

رودخانه‌ای است که مسیر آن نزدیک به مستقیم الخط باشد و ضریب مئاندری کمتر از ۱/۵ داشته باشد. ترکیب جریان اولیه در جهت پائین‌دست و جریان ثانویه در جهت عرضی مقطع، سبب می‌شود که خطوط جریان از صورت محوری خارج شده و با ایجاد بارهای رسوبی متناوب، مسیر خط‌ القعر جریان را در شرایط کم آبی مئاندری (مارپیچی) نماید. به همین دلیل توپوگرافی طولی بستر نیز فرم پستی و بلندی می‌گیرد. البته این الگوی هندسی نادر است و فقط در بازه‌های کوتاهی از رودخانه بوجود می‌آید.

نسبت عرض به عمق کمتر از ۸ می‌باشد.

• رودخانه شریانی

این رودخانه‌ها در مناطق کوهستانی و نیمه کوهستانی با شیب نسبتا زیاد، عمق کم و عرض زیاد دیده می‌شوند. پتانسیل حمل رسوبات زیاد بوده و برای اتلاف انرژی مازاد، جریان تمایل به گستردگی دارد. از این رو  ته‌نشینی مواد رسوبی کف به میزان قابل توجهی صورت می‌گیرد. جنس آبرفت دیواره‌ها عموما درشت‌دانه، غیرچسبنده، ناپایدار و فرسایش‌پذیر است. وجود بارها و جزایر رسوبی موجب ناپایداری رودخانه می‌شود و مسیر جریان را بصورت چند مجرایی در می‌آورد. در این رودخانه‌ها مسیر جریان در هر مقطع از چندین مجرا تشکیل شده است. این مجاری گاه به یکدیگر ملحق می‌شوند و گاه دوباره از یکدیگر جدا می‌شوند.

به عبارت دیگر مجرای این نوع از رودخانه‌ها متشکل از شبکه بهم پیوسته‌ای از مسیر‌های کوتاه و کم‌ عرض است. در رودخانه‌های شریانی تعداد مجاری آبراهه نشانگر درجه شریانی بودن رودخانه است.

• رودخانه مئاندری

بسیاری از رودخانه‌ها و آبراهه‌های طبیعی در نواحی کم شیب، شکل خاصی از آبراهه به نام پیچ و خم یا مئاندر را ایجاد می‌کنند. مسیر رودخانه‌های مئاندری دارای خم‌های متوالی با انحنای زیاد است و این خم‌ها توسط یک بازه کوتاه و مستقیم به یکدیگر متصل می‌شوند و در یک نگاه کلی، پلان رودخانه به شکل s های متوالی دیده می‌‌شود. به عبارت دیگر، رودخانه مئاندری دارای تعداد زیادی مئاندر است که هر مئاندر دارای دو خم متوالی با انحنای وارون است.

به طور کلی در ارتباط با نحوه شکل‌گیری مئاندر می‌توان گفت با کاهش شیب بستر رودخانه و با ایجاد اولین ناپایداری در شکل رودخانه میدان جریان به گونه‌ای تغییر می‌کند که سرعت جریان در قوس‌های بیرونی رودخانه افزایش یافته و سبب فرسایش قسمت‌های قوس بیرونی می‌شود. به دلیل کاهش سرعت در قوس‌های درونی، ته‌نشینی رسوبات کنده شده در آنها رخ می‌دهد و ادامه این ساز و کار سبب افزایش شدت پیچ و خم‌ها می‌شود.

ضریب مئاندری بیشتر از ۱/۵ بوده و بواسطه شیب کم، پتانسیل حمل رسوب آنها کم بوده و بار رسوبی عمدتا ریزدانه (رس و لای) است.

افزایش سرعت در قوس بیرونی، به معنای افزایش تنش برشی در آن ناحیه است که در نتیجه، باعث جدا شدن رسوبات از دیواره‌ها و بستر رودخانه در آن ناحیه می‌شود.

همچنین در قوس درونی کاهش تنش برشی سبب ته‌نشینی و انباشت رسوبات در این ناحیه خواهد شد. باید توجه داشت که علاوه بر افزایش شدت پیچ و خم‌ها، مئاندر در طول زمان به سمت پایین‌دست رودخانه نیز حرکت خواهد کرد.

پس از توسعه کامل مئاندر، رسوب گذاری در قوس بیرونی در نهایت منجر به انسداد و جداشدگی بخشی از رودخانه می‌شود. به قوس رها شده رودخانه که در نتیجه پیشرفت مئاندر رخ می‌دهد، دریاچه اوکسبا اطلاق می‌شود. با رسوب‌گذاری در قوس درونی، دو لبه آبراهه مرتبا به هم نزدیکتر شده و نهایتا در یک نقطه به هم می‌رسند. سپس رسوبات در آن ناحیه انباشته شده و دهانه قسمت جداشده مسدود می‌شود. در ادامه مسیر رودخانه تغییر کرده و دریاچه اوکسبا شکل می‌گیرد.

 

 

 

به قوس رها شده رودخانه که در نتیجه پیشرفت مئاندر رخ می‌دهد، دریاچه اوکسبا اطلاق می‌شود.

 

 

بنابراین شکل‌گیری آبراهه مئاندری به شدت متاثر از ویژگی‌های میدان جریان در قوس‌ها و همچنین ویژگی مصالح رسوبی در بستر و دیواره‌های آبراهه است.

نکات مهم در ارتباط با میدان جریان در قوس آبراهه‌ها

اندرکنش گرادیان فشار و نیروی گریز از مرکز در قوس یک آبراهه سبب بروز شکل خاصی از جریان‌های ثانویه به نام «جریان هلیکالی» می‌شود. این جریان دارای طبیعت سه بعدی است و می‌توان گفت که ترکیب یک جریان ثانویه در مقطع عرضی و یک جریان طولی در امتداد مسیر آبراهه است.

از آنجا که سرعت جریان در سطح آزاد بیشتر از سرعت در نزدیکی بستر است، ذرات سیال که در نزدیکی سطح آزاد قرار دارند تحث اثر «نیروی گریز از مرکز» که با توان دوم سرعت نسبت مستقیم دارد، به سمت قوس بیرونی رانده می‌شوند، زیرا نیروی گریز از مرکز در امتداد شعاع قوسی عمل می‌کند. از طرفی به دلیل ستون آب موجود بر روی بستر، در بستر نیروی فشاری غالب بوده و حرکت ذرات به سمت قوس درونی خواهد بود. اندر کنش این دو نیرو سبب یک جریان ثانویه در مقطع عرضی (جریان هلیکالی) می‌شود.

یکی دیگر از جنبه های بسیار مهم میدان جریان در قوس ها عبارت است از پدیده «بالا آمدگی سطح آب» که در آن، سطح آب در نزدیکی قوس بیرونی خم‌ها کمی بالا می‌آید. عملکرد این پدیده در نزدیکی قوس درونی خم معکوس بوده و سبب پایین آمدن سطح آب در قوس درونی می‌شود.

نیروی گریز از مرکز که سبب شتاب دار شدن ذرات سیال در قوس می‌شود باید به نحوی و تحت اثر عاملی به تعادل برسد. در غیر اینصورت ذرات سیال مرتبا از دیواره قوس بیرونی خم بالا خواهند رفت. این مقابله کننده و به تعادل رساننده، گرادیان فشار عرضی در قوس بوده که به شکل بالا آمدگی در سطح آب پدیدار می‌شود.