إن حركة الرواسب حسب نظم الأنهار هي واحدة من أهم العمليات التي تشكل سطح الأرض، وعلى نطاق الزمان الجيولوجي، وعلى استمرار التدريب، والنقل، وترسيب السلاسل الصلبة التي توفر الوديان، وبناء الموانع الفيضانية، وخلق أشكالا معقدة من الأراضي تحدد المعالم الطبيعية، وفهم علوم نقل الرواسب أمر أساسي بالنسبة لأخصائيي تنظيم الأنهار والمهندسين، وللأثر البيئي.

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 الإجهاد الذي تمارسه المياه عتبة حرجة، تعرف باسم [الضغط]:

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 appearance.
  • 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 الاستراتيجي] التقليدي لـهجولستروم منحنى ] (أو رسم بياني لدروع الدروع) العلاقة بين حجم الحبوب وسرعة التدفق الحرجة اللازمة للتحات والنقل والترسيب، وتبين أن الرواسب المتسقة (الجزر) تتطلب وجود سُرعة أعلى من الرمال غير المتجانسة التي تُجرى بعد انقطاعها.

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 [FizeLT:2]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

فالمكان هو أكثر العوامل مباشرة لنقل الرواسب، حيث إن الطاقة التدفقية (نتات التصريف والسطح) تزيد ارتفاعا حادا في القدرة على نقل الرواسب، وفي أثناء أحداث الفيضانات، يمكن للأنهار أن تحمل أوامر بحجم الرواسب أكثر من خلال تدفق القاع، وإعادة تشكيل القنوات في ساعات.

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 المواد المتعلقة بحجم الحبوب مدى توافر مختلف وسائل النقل، وسيظهر سرير رملي مرصّد جيدا ديناميات نقل مختلفة عن خليط ملوث بالمقبر، حيث يأوي جسيمات كبيرة.

المقياس الجغرافي والغطاء

إن شكل قنوات الأنهار - التي تدور حولها، وعمقها، وخلاياها - يتدفق الطاقة، ويزيد من ضغط الخنازير، والقدرة على النقل، وعلى النقيض من ذلك، تفرق قنوات ضحلة واسعة النطاق الطاقة عن طريق الاحتكاك مع المصارف، وتنتج عن تقلصات القنوات بسبب أسرة الأسرة، والنباتات، والخشب الكبير، ويخلق اضطراباً يقترب من التعليق، ولكنه يقلل أيضاً.

المنحدرات والعناية

وتعجل المنحدرات السائلة بالتدفق وتزيد من قدرة النقل الرسوبي، ويمكن لمجاري الجبال ذات المستويات العالية أن تحشد المحركات الكبيرة وتجمعات عميقة، ومع انخفاض مستوى المجرى، تنخفض القدرة على النقل، مما يؤدي إلى تربة مواد الكاسر وتشكيل المراوح الغريبة والفيضانات.

الغطاء النباتي والثدي

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، ويتسبب في تعطيل الحراجة أو التسلية المصرفية في كثير من الأحيان في تسارع التآكل الدينامية وتغير الرواسب.

التفاعل بين التآكل والترسيب

وتستمر الأنهار في حالة التكيف، وتهدر المواد من بعض المواقع وتودعها في أماكن أخرى، وهذه الحلقة المرتدة هي محرك تطور المناظر الطبيعية.

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، وتحلل في كثير من الأحيان القاع، وتكشف عن القاع أو المواد التي تستخدم في الصخور، وتتسبب في تآكل الرأس في توسيع نطاق التردد فوق الزمن، وتتوقف معدلات التآكل 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 المديين الزمنيين من السنوات إلى عقود، وتتسبب التغيرات في مستوى القاعدة (مستوى سطح البحر أو مستوى البحيرات)، والمناخ، أو استخدام الأراضي في تعطيل هذا التوازن، مما يؤدي إلى إجراء تعديلات، وقد يرتقي النهر (يبني على سريره) أو يُتوقع أن يُعاد فيه حدوث فيضان.

موانع نهرية موزعة بواسطة النقل بالسلم

وينتج تفاعل التحات والترسيب مجموعة كبيرة من أشكال الأرض التي تميز المناظر الطبيعية للأنهار، ويتضح أن هذه الملامح هي أبرز السمات، التي تعكس كل منها عمليات محددة لنقل الرواسب.

Meanders and Oxbow Lakes

(أ) إن التآكل في المصرف الخارجي (المصرف التجاري) والوضع في المصرف الداخلي (الحانة) يسببان انتقالاً في وقت لاحق، ويمكن لهذه العملية أن تخلق [ملوثاً] ندبة مائية أثناء الفيضان، وهجراً عضوياً، وهروباً مميتاً، وهروباً مميتة، وهية، وهروباً، وه، وه، وه، وه، وه، وه، وه، وه، وه، وه، وه، وه، وه، وه، وه، وه، وه، وه، وه، وه، وه، وه، وه، وه، وه، وه، وه، وه، وه، وه، وه، وه، وه، وه، وه، وه، وه، وه، وه، وه، وه، وه، وه، وه، وه، وه، وه، وه، وه، وه، وه، وه، وه، وه، وه،

دلتا

(أ) عندما يدخل النهر جسماً دائماً من الماء (الفيضانات أو البحر أو المحيط)، فإن سرعة سقوطه تهب بشكل مفاجئ، وتودع الرواسب في شكل مروحي دلتا . وتُبنى دلتا من ثلاثة مكونات: ]

جميع الوافدين

وعندما يبرز تيار جبلي حاد على أرضية وادي مسطحة، تنخفض فيه درجة حرارة، مما يتسبب في تربة سريعة لرواسب القوس في شكل مخروط ] .

ريفر تراساس

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

الحانات وجزر غرينادين

داخل القناة النشطة، يخلق تراكم الرواسب حواجز - سمات مؤقتة أو شبه دائمة قد تصبح جزرا 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 الشق)، والتآكل في المصارف، وفقدان القدرة على الاتصال بالفيضانات، مما أدى أيضاً إلى تغيير نظم تدفق المياه.

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 الترسبات من المرافئ وقنوات الملاحة، ولكن التخلص من الموائل البراثية الأم، كما أن التوحيد يقلل من قدرة النهر على تخزين الرواسب في مواضع الفيضانات، مما يؤدي إلى تيار حركة النقل.

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 الحجم، بينما يمكن للتحريج أن تقلل من غلات 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 الكثافة، تُطلقات من الرواسب المخزنة، وتُغير كيميائيات التلال والمورفيولوجيا، وتتطلب هذه التحولات استراتيجيات للإدارة التكيّبة.

خاتمة

إن النقل الرواسب هو المحرك الذي يدفع بتطور المناظر الطبيعية النهرية، ومن التدريج الميكروسكوبي للجسيمات المطيرة إلى هجرة حزام العنق على مدى آلاف السنين، فإن الفيزياء التي تُحرك المياه والرواسب تخلق أشكالاً متنوعة من الأرض التي تشكل سطح كوكبنا، ويصبح الفهم الدقيق للعمليات والضوابط والتأثيرات البشرية على نقل الرواسب أمراً حيوياً لإدارة المخاطر على الأنهار.

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