Tự điều chỉnh độ nhám đáy dòng chảy và vận tốc dòng chảy trong một kênh núi dốc

Water Resources Research - Tập 51 Số 10 - Trang 7838-7859 - 2015
J. Schneider1,1, Dieter Rickenmann1, Jens M. Turowski2,1, James W. Kirchner1,1
1Mountain Hydrology and Mass Movements Swiss Federal Research Institute WSL Birmensdorf Switzerland
2Helmholtz Centre Potsdam, GFZ German Research Centre for Geosciences, Potsdam, Germany

Tóm tắt

Tóm tắtHiểu cách mà hình thái đáy kênh ảnh hưởng đến điều kiện dòng chảy (và ngược lại) là điều quan trọng cho một loạt các quá trình sông và ứng dụng thực tiễn. Chúng tôi đã điều tra các tương tác giữa độ nhám đáy và vận tốc dòng chảy trong một dòng sông núi dốc, được cấp nước bởi sông băng (Riedbach, Ct. Valais, Thụy Sĩ) với điều kiện biên gần như dạng máng. Độ dốc đáy tăng lên dọc theo 1 km điểm nghiên cứu khoảng 1 bậc (S = 3–41%), với sự gia tăng tương ứng về độ nhám đáy, trong khi lưu lượng dòng chảy và chiều rộng duy trì tương đối không đổi nhờ chế độ nước chảy từ sông băng. Độ nhám đáy được đặc trưng bởi các bán phương sai và độ lệch chuẩn của các đám mây điểm được lấy từ quét laser mặt đất. Vận tốc dòng chảy trung bình theo đoạn được xác định từ các đường cong đột phá của chất nhuộm được đo bằng 10 thiết bị đo lưu lượng đặt dọc theo kênh. Các phương pháp xác định hệ số cản dòng chảy thường dùng (phương trình Darcy‐Weisbach và hình học thủy lực không tboy) được sử dụng để liên kết vận tốc thực đo với các đặc điểm đáy. Với tư cách là một chỉ số về độ nhám, D84 mang lại kết quả tương đương với các phép đo tốn công hơn từ các đám mây điểm. Hành vi cản dòng chảy qua một dải lớn các độ dốc dốc đồng ý với các mô hình đã được thiết lập trong các nghiên cứu trước đó cho cả các đoạn có độ dốc thấp và dốc, bất kể các chỉ số độ nhám nào được sử dụng. Chúng tôi liên kết các phương pháp ứng suất cắt quan trọng thực nghiệm với phương trình công suất biến đổi cho cản dòng chảy để điều tra sự thay đổi của độ nhám đáy với độ dốc của kênh. Sự gia tăng D84 được dự đoán với độ dốc kênh tăng lên rất phù hợp với các quan sát thực địa.

Từ khóa


Tài liệu tham khảo

10.1080/00221680309499971

10.1029/95WR01957

10.1016/0022-1694(80)90084-0

10.1061/(ASCE)0733-9429(1985)111:4(625)

10.1029/2012WR012223

10.1029/1999WR900041

10.1002/2012WR012672

10.1016/j.geomorph.2011.10.033

10.1029/2006WR005037

Church M., 1987, Sediment Transport in Gravel‐Bed Rivers, 43

10.1029/98WR00484

10.1016/j.jhydrol.2007.03.021

10.1029/2008WR007259

10.1061/(ASCE)0733-9429(1997)123:12(1106)

10.1016/S0169-555X(02)00333-1

David G. C. L.(2011) Characterizing flow resistance in steep mountain streams Fraser Experimental Forest CO PhD dissertation Colo. State Univ. Fort Collins.

10.1002/esp.2023

10.1002/esp.3760050207

10.1029/WR019i001p00141

10.1061/(ASCE)0733-9429(1988)114:5(484)

10.1002/esp.3785

10.1007/BFb0011181

10.1061/TACEAT.0006666

Fehr R.(1987) Geschiebeanalysen in Gebirgsflüssen: Umrechnung und Vergleich von verschiedenen Analyseverfahren Mitteilungen VAW ETH Zurich Nr. 92. 134 pp. Zurich. In german.

10.1029/2006WR005422

10.1002/esp.2091

10.1029/2011WR010850

10.1061/(ASCE)0733-9429(1995)121:7(540)

10.1016/j.geomorph.2009.03.021

10.1111/j.1365-3091.2009.01068.x

10.1111/j.1365-3091.1990.tb00627.x

10.1029/2007JF000831

10.1016/S0169-555X(02)00054-5

10.1002/9780470747148.ch4

Leopold L. B., 1960, Flow resistance in sinuous or irregular channels, , U.S. Geol. Surv. Prof. Pap

Leopold L. B. M. G.Wolman andJ. P.Miller(1995) Fluvial Processes in Geomorphology Dover.

10.1175/1520-0450(1969)008<0828:NOARPE>2.0.CO;2

Limerinos J. T.(1970) Determination of the Manning Coefficient from Measured Bed Roughness in Natural Channels Water Supply Paper 1898‐B United States Geological Survey Washington D. C.

10.1029/95WR02171

10.1016/S0037-0738(99)00090-1

10.1130/0016-7606(1997)109<0596:CRMIMD>2.3.CO;2

10.1029/2004WR003692

10.1029/2012WR012091

10.1061/(ASCE)0733-9429(2006)132:6(545)

10.1016/j.geomorph.2010.10.027

Parker G.(2008) Transport of gravel and sediment mixtures inASCE Manual 54 Sedimentation Engineering: Processes Measurements Modeling and Practice edited by M. H. Garcia 162pp. Am. Soc. Civ. Eng. Reston Va.

10.1016/j.earscirev.2014.06.001

10.1130/G34927.1

10.1029/2008WR006826

10.1029/2009WR008007

10.1029/2007WR006219

10.1002/esp.1682

10.1029/2010WR009793

10.1002/esp.3499

10.1007/BF00890254

10.1007/BF02065788

10.1016/j.cageo.2012.02.011

Schnegg P. A.(2003) A new field fluorometer for multi‐tracer tests and turbidity measurement applied to hydrogeological problems paper presented at the 8th International Congress of the Brazilian Geophysical Society Braz. Geophys. Soc. Rio de Janeiro Brazil.

Schneider J. M. D.Rickenmann A.Badoux andJ.Kirchner(2013) Geschiebetransport Messungen in einem steilen Gebirgsbach [in German] Agenda FAN 2/2013 FAN Fachleute Naturgefahren Schweiz. Bern. [Available athttp://www.fan-info.ch/cms/media/13_02.pdf 7.1.2015.]

10.1002/2014WR016417

10.1029/2000WR000036

10.1061/(ASCE)0733-9429(2002)128:6(568)

10.1016/j.earscirev.2014.05.016

10.1029/2010GM001009

10.1061/(ASCE)0733-9429(2004)130:11(1119)

Weingartner R. F.Hauser A.Hermann M.Probst T.Reist B.Schädler andJ.Schwanbeck(2014) Hydrologischer Atlas der Schweiz Geogr. Inst. Univ. Bern; Bundesamt für Umwelt BAFU Bern.

Whittaker J. G., 1988, Riverbed Stabilisation with Placed Blocks

10.1061/(ASCE)0733-9429(2003)129:2(120)

10.1029/2005WR004277

10.1029/2005WR004278

10.1029/WR014i006p01141

10.1016/j.geomorph.2007.02.014

10.1029/96WR01527

10.1016/S0169-555X(97)00021-4

10.1086/626637

10.1029/2006WR005432

10.1016/j.jhydrol.2011.12.031

10.1029/2009WR007913

Thông tin
Thông tin xuất bản

Water Resources Research

Tập 51 Số 10

7838-7859

Thông tin tác giả