إن حركة الرواسب حسب نظم الأنهار هي واحدة من أهم العمليات التي تشكل سطح الأرض، وعلى النطاقات الجغرافية، واستمرار التدريب، والنقل، وترسيب الوصلات الصلبة، وبناء شوارب الفيضانات، وخلق موائل معقدة تحدد المعالم الطبيعية، وفهم علوم نقل الرواسب، هو أمر أساسي لضوابط النقل غير المهيمنة على الأرض، والمهندسين، والمديرين البيئيين.

The Fundamentals of Sediment Transport

ويُشير نقل الرواسب في الأنهار إلى حركة المواد الرجولية من الطين والسيل إلى الرمل والحصى والفولدر الذي يحركه الماء التدفق، وتخضع هذه العملية للتوازن بين القوى التي تمارسها التدفق والقوات المقاومة للجسيمات، وتبدأ الجسيمات بالتحرك عندما تتجاوز الطلقة التي يضغط عليها الماء عتبة حرجة، تُعرف باسم [الضغوط]:

تحركات الترسبات في ثلاث طرق رئيسية، تتسم كل منها بحجم جسيمات متميز وآليات نقل:

  • Suspension:] fine particles (typically silt and clay) are lifted into the water column and carried by turbulent eddies. These particles remain aloft as long as the upward turbulent forces exceed their settling velocity. Suspended load can travel great distances and is responsible for the many mud river.
  • Bedload:] Coarser particles (sand, gravel, cobbles) roll, slip, or bounce along the riverbed. Bedload transport occurs when near-bed shear stress is high enough to dislodge particles but not sufficient to lift them high into the flow. This mode is responsible for channel bed shaping and
  • Saltation:] Intermediate-sized particles (fine to medium Sand) move in a series of short hops. A particle is lifted briefly by turbulent forces, carried a short distance downstream, and then falls back to the bed, where it may dislodge other particles. Saltation bridges the gap- suspension and bedload.

وتوضح [الإطار] الكلاسيكي] منحنى الهجولستروم (أو رسم بياني لدروع الدروع) العلاقة بين حجم الحبوب وسرعة التدفق الحرجة اللازمة للتحات والنقل والترسيب، وتبين أن الترسبات المتسقة (الجزر) تتطلب سُرعة أعلى من التحات في الرمال غير المتجانسة، وذلك بعد أن تقطع الرمال.

كمية النقل بالوقود

Engineers and scientists use a range of empirical formulas to predict sediment transport rates. Meyer-Peter and Müller equation is widely applied for bedload transport in gravel-bed rivers, while the Einstein-Brown equation[Fuse range3.]

العوامل الرئيسية التي تحكم النقل بالوقود

إن نقل الرواسب ليس عملية مستمرة؛ فهو يختلف اختلافا كبيرا مع الظروف الهيدروليكية والجيوممورفية، وهناك عوامل مترابطة عديدة تحدد معدل النقل وقدرته وطريقة نقله في متناول نهر معين.

Flow Velocity and Discharge

(ب) ارتفاع طاقة التفريغ والسطح ارتفاعاً حاداً، حيث يمكن للأنهار، أثناء أحداث الفيضانات، أن تحمل أوامر بحجم الرواسب أكثر من خلال تدفق القاع، وإعادة تشكيل القنوات في ساعات.() وتشير الكفاءة [FLOT:1] في أي نهر إلى أكبر حجم.

حجم الجسيمات وزراعةها

ويسهل تدريب الرواسب الجميلة (القتل والسيل) وتظل معلقة لمسافات طويلة، فالساندر والمقابر تتطلب سُرعة أعلى، ولكنها تستقر بسرعة عند وقود التدفق، ويحدّد توزيع أحجار السّرير توافر مختلف وسائل النقل، وسيظهر سرير رملي مُحكم عليه ديناميات نقل مختلفة عن خليط مُعدّل من قبور صغيرة، حيث يأوي جسيمات كبيرة.

المقياس الجغرافي والغطاء

إن شكل قنوات الأنهار - التي تُستخدم فيها قنواتها وعمقها وخلاياها - يُركز على الطاقة، ويزيد من الضغط على قاعات الأسرة والقدرة على النقل، وعلى النقيض من ذلك، تُنقِّض الطاقة من خلال الاحتكاك مع المصارف، وتُعدِّل تقلصات القنوات بسبب أساطيل الأسرة، والنباتات، والخشب الكبير، وتخلق اضطراباً يُعزِّز التدفقات.

المنحدرات والعناية

وتعجل المنحدرات من المطاط بالتدفقات وزيادة القدرة على نقل الرواسب، ويمكن لمجاري الجبال ذات المستويات العالية أن تحشد المزلاجات الكبيرة وحفر الغواصات العميقة، ومع انخفاض مستوى المجرى، تنخفض القدرة على النقل، مما يؤدي إلى ترسيب مواد الكاسر وتشكيل المعجبين الغرينيين والفيضانات.

الغطاء النباتي وقابلية الاستقرار

فالنبات الرباتي يؤدي دورا مزدوجا، فالروتر يعزز التربة المصرفية ويقلل من التآكل ويحد من إمدادات الرواسب، ويزيد من تقلص التدفق ويبطئ سرعة التدفق القريب من المصارف ويعزز التخصيب، غير أنه يمكن، أثناء التدفقات المرتفعة، استئصال الغطاء النباتي، مما يزيد من الحطام الخشبي الذي يغير من طريقة المورفولوجيا، ويعطل التشجير أو التسلح المصرفي هذا التوازن، ويعجل في كثير من الأحيان بالتآكل وتغير الرواسب.

The Interplay of Erosion and Deposition

وتستمر الأنهار في حالة تكيف، وتهدر المواد من بعض المواقع، وتودعها في أماكن أخرى، وهذه الحلقة المرتدة هي محرك تطور المنظر الطبيعي.

العمليات الإيروسية

ويحدث تآكل البنوك من خلال العمل الهيدروليكي (ضغط المياه المباشر)، والنزيف (المصارف التي تغذي المياه السطحية)، والتهدر الجماعي (إغلاق التربة المشبعة)، وتقليص البذور، أو التحلل، وتقليص قاع القناة، وكثيرا ما تُعرض القاع أو المواد الكسندية، ويتسبب تآكل الرأس في توسيع نطاق الترددات فوق الزمن، ويتوقف معدل التحات على مقاومة الفيضانات.

العمليات الوديعة

When flow velocity decreases -due to decreased slope, channel widening, or an obstruction-the river's transport capacity drops, and sediment settles out. Point bars form on the inside of meander bends where velocity is lowest.

التوازن الديناميكي

وتميل الأنهار إلى حالة التوازن الديناميكي ، حيث يتوازن التآكل والترسيب مع النطاقات الزمنية للسنوات إلى عقود، كما أن التغيرات في مستوى القاعدة (مستوى سطح البحر أو مستوى البحيرات) أو المناخ أو استخدام الأراضي يمكن أن تعطل هذا التوازن، مما يؤدي إلى إجراء تعديلات، وقد يرتقي النهر (يبني على سريره) أو يُتوقع أن يُحدث في الفيضان.

موانع نهرية مُنشَبَة بواسطة نقل الترسبات

وينتج تفاعل التحات والترسيب مجموعة كبيرة من صور الأراضي التي تميز المناظر الأنهارية، ويسودها أبرز سمات، كل منها يعكس عمليات محددة لنقل الرواسب.

Meanders and Oxbow Lakes

Meanders are sinuous bends that develop in alluvial rivers with gentle slopes. Erosion on the outer bank (cut bank) and deposition on the inner bank (point bar) cause the meander to migrate laterally over time. This process can create meander scars) on the floodplain.

دلتا

Where a river enters a standing body of water (lake, sea, or ocean), its velocity drops abruptly, and sediipment is deposited in a fan-shaped delta. Deltas are built from three components: the

جميع الوافدين

وعندما يبرز تيار جبلي حاد على أرضية وادي مسطحة، تنخفض فيه درجة التدرج بشكل حاد، مما يتسبب في حدوث ترسبات سريعة في رسوبية مركب في شكل قوس خيالي .

ريفر تراس

إن تراسات النهر تشبه التراب المتدفق على عدة وديان، وهي تمثل أسطح الفيضان السابقة التي تم التخلي عنها بينما كان النهر يشق قناةه، وغالبا ما يكون ذلك بسبب سقوط مستوى القاعدة أو التغيرات المناخية، وتوفر التراس سجلات لنظم النقل الرسوبي الماضي وتطور المشهد، كما أنها مهمة لفهم تاريخ المستوطنات البشرية، لأنها غالبا ما توفر أرضا مسطحة ومستقرة.

الحانات والجزر

داخل القناة النشطة، يخلق تراكم الرواسب حواجز ] - سمات مؤقتة أو شبه دائمة قد تصبح جزراً مستقرة إذا استعمرت بواسطة الغطاء النباتي. حواجز غير عادية تتواءم مع التدفق،

الآثار البشرية على النقل بالسل

وقد غيرت الأنشطة البشرية نقل الرواسب في الأنهار في جميع أنحاء العالم، وكثيرا ما تكون له عواقب غير مقصودة على استقرار الأرض المورفية وصحة النظام الإيكولوجي.

السدود والمستودعات

وقد أصبح عجز الترسبات في الخزانات، وتضور جوعاً في المجرى السفلي من الرمل، والسيل، والحصى اللازم للحفاظ على شكل القنوات وميزانيات الرواسب الساحلية، وهذا العجز في الرواسب، يؤدي إلى تدهور في السرير (تعميق الشعلة)، والتآكل في المصارف، وفقدان القدرة على الاتصال بالفيضانات.

التوحيد والتدخيل

ويؤدي تصعيد الأنهار وتوسيعها وتعميقها من أجل مراقبة الفيضانات أو الملاحة إلى زيادة سرعة تدفقها، وزيادة تآكل التربة وإرسال نبضات الرواسب في أسفل المجرى، ويزيل التدحرج الرواسب من المرافئ وقنوات الملاحة، ولكن التخلص من الموائل القاعية يمكن أن يخنقها، كما أن التوحيد يقلل من قدرة الأنهار على تخزين الرواسب في مواحل الفيضانية، مما يؤدي إلى تيار.

التحضر وتغيير استخدام الأراضي

وتزيد من ارتفاع معدلات الجرعة وتدفقات الذروة في المناطق الحضرية، وتزيد من قدرة نقل الرواسب، وتتسبب في تآكل شديد في المصارف، وتوفر مواقع البناء مصدرا هائلا للرواسب غير المستقرة التي يمكن أن تخنق الأنهار بمواد دقيقة، وعلى العكس من ذلك، يمكن لإزالة الغابات في الزراعة أن تزيد معدلات التآكل بأوامر من الحجم، بينما يمكن للتحريج أن تقلل من غلات الرواسب، وقد أظهرت الدراسات أن تغير استخدام الأراضي هو المحرك المهي السائد لتدفق في كثير من الرواسب.

Climate Change

ومع ارتفاع درجات الحرارة العالمية، فإن التغيرات في أنماط التهطال وذوبان الجليد تغير ديناميات نقل الرواسب، ويزيد ارتفاع هطول الأمطار من التآكل والفيضان، في حين أن تقلص حزمة الثلج قد يقلل من التدفقات المنخفضة والقدرة على نقل الرواسب، وفي الأنهار المرتفعة العرض، تُطلقات من القوس الفاخرة المخزنة للرواسب، ويُغير كيميائيات التلال والمورفيولوجيا، وتتطلب هذه التحولات استراتيجيات للإدارة التكيّة.

خاتمة

إن النقل الرواسب هو المحرك الذي يدفع بتطور المناظر الطبيعية النهرية، ومن التدريب الميكروسكوبي للجسيمات المطيرة إلى هجرة حزام العنق على آلاف السنين، فإن الفيزياء التي تُحرك المياه والرواسب تخلق مختلف أشكال الأرض التي تشكل سطح كوكبنا، ويصبح الفهم الدقيق للعمليات والضوابط والتأثيرات البشرية على نقل الرواسب أمرا حيويا لإدارة الضغط على الأنهار، والحد من مخاطر الفيضانات.

For further reading on sediment transport fundamentals, see the USGS Sediment Transport] page. The traditional reference on river morphology is ]Fluvial Processes on Wikipedia. The ScienceDirFect Sedit