Tαξινόμηση υδρορρεύματος

Transcript

1 Tαξινόμηση υδρορρεύματος Αποτελεί μια ευρέως εφαρμοσμένη μέθοδο χαρακτηρισμού των υδρορρευμάτων που βασίζεται στην προϋπόθεση ότι ο αριθμός ταξινόμησης έχει κάποια σχέση με το μέγεθος της περιοχής τροφοδοσίας (υπολεκάνης ή λεκάνης), με τις διαστάσεις της κοίτης και την παροχή του υδρορρεύματος Παρά τις όποιες αντιρρήσεις, εξαιτίας της απλότητάς της, η ταξινόμηση υδρορρεύματος παρέχει μια σύντομη μέθοδο ταξινόμησης «πρώτης προσέγγισης» ενός υδρορρεύματος και ένα κατάλληλο τρόπο διάστρωσης των σχεδίων δειγματοληψίας Ειδικότερα, οι τάξεις των υδρορρευμάτων παρέχουν ένα τρόπο ταξινόμησης των σχετικών μεγεθών των υδρορρευμάτων μέσα σε μια υδρολογική λεκάνη

2 Η μέθοδος του Strahler έχει γίνει ευρέως αποδεκτή ως λιγότερο υποκειμενική σε σχέση με εκείνη του Horton και χρησιμοποιείται συνήθως από τους βιολόγους που ασχολούνται με τα υδρορρεύματα Στο σύστημα αυτό, όλα τα μικρά περιθωριακά υδρορρεύματα χαρακτηρίζονται ως πρώτης τάξης και είναι εκείνα που δέχονται ροές βροχερού καιρού και είναι συνήθως ξηρά Ένα υδρόρρευμα δευτέρας τάξης σχηματίζεται από τη συμβολή οποιωνδήποτε δύο υδρορρευμάτων πρώτης τάξης Ένα τρίτης τάξης υδρόρρευμα σχηματίζεται από την συμβολή δύο υδρορρευμάτων δευτέρας τάξης

3 Ένας περιορισμός της μεθόδου του Strahler είναι ότι ένας μεγάλος αριθμός δευτερευόντων κλάδων (παραποτάμων) μπορεί να συμβάλλουν σε ένα υδρόρρευμα μεγαλύτερης τάξης, ενισχύοντας σημαντικά την παροχή του μη μεταβάλλοντας όμως την τάξη του Η μέθοδος του Shreve παρακάμπτει αυτό το μειονέκτημα. Αυτός πρότεινε ένα σύστημα όπου η τάξη ενός υδρορρεύματος είναι το άθροισμα των τάξεων των ανάντι παραποτάμων Έτσι η συμβολή ενός δευτέρας τάξης και ενός πρώτης τάξης υδρορρευμάτων, αποφέρει ένα υδρόρρευμα τρίτης τάξης. Αυτό το σύστημα παράγει μια ταξινόμηση που είναι περισσότερο περιγραφική του συνολικού δικτύου και των μέσων όγκων ροής ενός υδρορρεύματος

4 Η εφαρμογή των δύο μεθόδων παρουσιάζεται στο σχήμα 1 Strahler σχήμα 1 Shreve

5 Λόγος αναγλύφου Δίνεται από τη σχέση: R r = h L Όπου L είναι το μέγιστο μήκος της υδρολογικής λεκάνης (που μετράται κατά μήκος του κυρίου υδρορρεύματος) και h είναι η διαφορά στο υψόμετρο μεταξύ του στομίου της λεκάνης και του υψηλότερου σημείου του υδροκρίτη. Οι μονάδες πρέπει να είναι ίδιες. Τόσο η πυκνότητα του υδρογραφικού δικτύου όσο και η κλίση επηρεάζονται από το ανάγλυφο της λεκάνης. Επίσης η ετήσια παροχή ιζημάτων της λεκάνης αυξάνει εκθετικά με την αύξηση του λόγου του αναγλύφου. Μέση κλίση υδρορρεύματος Η μέση κλίση της κοίτης είναι ένας από τους παράγοντες που ελέγχουν την ταχύτητα του νερού. Η μέση κλίση της κοίτης S c δίνεται από τη σχέση: S c = ( ό ή ό ό ) ή ύ

6 Η μηκοτομή ενός υδρορρεύματος περιγράφει τον τρόπο με τον οποίο αλλάζει το υψόμετρο σε ένα υδρόρρευμα (σχήμα 2) Ο άξονας χ παριστά την απόσταση κατά μήκος ενός υδρορρεύματος, όπως μετράται από το σημείο εξόδου της λεκάνης (συμβολή, μια λίμνη, ή μια θάλασσα) Σε πολλά υδρορρεύματα, η μηκοτομή εμφανίζει ένα χαρακτηριστικό κοίλο σχήμα, με την κλίση να μειώνεται από το υψηλότερο (περιοχή διάβρωσης) τμήμα προς το χαμηλότερο τμήμα (περιοχή απόθεσης). Το σχήμα αυτό συνδέεται τόσο με μια αύξηση του μεγέθους των ιζημάτων όσο και με μια μείωση αυτού προς την κατάντη κατεύθυνση

7 Σε υδρορρεύματα ημίξηρων περιοχών η μέση παροχή μπορεί πραγματικά να μειώνεται στην κατάντη περιοχή εξαιτίας της εξατμισοδιαπνοής και των απωλειών της ροής, γι' αυτό στα υδρορρεύματα αυτά η μηκοτομή είναι κυρτή Η μηκοτομή, γενικά, τροποποιείται από: τους xαρακτήρες του υποβάθρου της τοπικής τοπογραφίας, τις αλλαγές στα υλικά της κοίτης κ.τ.λ. H μηκοτομή τείνει να είναι πιο απότομη σε σκληρότερους τύπους πετρωμάτων και πιο ομαλή όταν η κοίτη είναι λιγότερο ανθεκτική στη διάβρωση Απότομες αλλαγές στην κλίση (knickpoints) μπορεί να υπάρξουν στις συμβολές ή όταν αλλάζει η γεωλογία

8

9 Πέραμα Κόμαρος Πετρωτά χείμαρρος Παλιόρρεμα

10 Ανάλυση του δυναμικού κατολίσθησης μιας κλιτύος Η ανάλυση του δυναμικού κατολίσθησης μιας κλιτύος περιλαμβάνει: τον προσδιορισμό των ανθιστάμενων και κινητήριων δυνάμεων και τον λόγο των δύο, ο οποίος είναι ο παράγοντας ασφάλειας (FS). Αυτό μπορεί να γίνει για παράλληλες και για περιστροφικές ολισθήσεις. π.χ., θεωρείστε τη διατομή που παρουσιάζεται στο σχήμα 6.5, το οποίο δείχνει έναν μικροσκοπικό γκρεμό σε ασβεστόλιθο με ένα πιθανό επίπεδο ολίσθησης που αποτελείται από άργιλο και το οποίο εντοπίζεται μεταξύ επιπέδων στρώσης ασβεστόλιθου και κλίνει με γωνία 30 ως προς το οριζόντιο επίπεδο.

11 Υποθέστε ότι η περιοχή πάνω από το επίπεδο ολίσθησης είναι στην εγκάρσια διατομή 500 m 2, το μοναδιαίο βάρος του ασβεστόλιθου είναι 1.6x10 4 N/m 3, η αντοχή διάτμησης της αργίλου έχει καθοριστεί από εργαστηριακές μελέτες είναι 9x10 4 N/m 2 και το μήκος του επιπέδου ολίσθησης είναι 50 m Ο FS υπολογίζεται ως ο λόγος των ανθιστάμενων προς τις κινητήριες δυνάμεις από την εξίσωση: FS = SLT W sin W = SLT FS sin

12 Για να αναλύσουμε τις ανθιστάμενες και κινητήριες δυνάμεις (εγκάρσια διατομή στο σχήμα 6.5) του μικρού γκρεμού, προσανατολισμένη κάθετα στο μικρό γκρεμό, το πάχος του οποίου είναι 1, χρησιμοποιούμε τη μέθοδο που είναι γνωστή ως "μέθοδος μοναδιαίου πάχους". Οι ανθιστάμενες δυνάμεις είναι το γινόμενο SLT, όπου: S είναι η αντοχή διάτμησης της αργίλου, L είναι το μήκος του επιπέδου ολίσθησης και T είναι το μοναδιαίο πάχος Η κινητήρια δύναμη είναι η συνιστώσα του βάρους του υλικού η παράλληλη προς την κλίση της κλιτύος και με την ίδια φορά πάνω από το πιθανό επίπεδο ολίσθησης και δίνεται από τη σχέση: W ημθ, Όπου: W είναι ίσο με το γινόμενο του εμβαδού πάνω από το επίπεδο ολίσθησης (A), επί το μοναδιαίο βάρος του υλικού της κλιτύος επί το μοναδιαίο πάχος (Τ) W = (500 m 2 )(1m)(1.6x10 4 N/m 3 ) = 8x10 6 Ν πολλαπλασιάζουμε το W επί το ημίτονο της γωνίας του επιπέδου ολίσθησης το γινόμενο (WημΘ) αποτελεί τη συνιστώσα του βάρους του υλικού της κλιτύος πάνω από το πιθανό επίπεδο ολίσθησης (σχήμα)

13 Ο παράγοντας της ασφάλειας υπολογίζεται ως: FS = SLT W sin το αποτέλεσμα είναι FS = 1,125 Η ανάλυσή μας οδήγησε σε έναν παράγοντα ασφάλειας 1.125, ο οποίος δεν είναι ικανοποιητικός Γενικά ένας παράγοντας ασφάλειας μικρότερος από 1.25 θεωρείται ως υπό όρους σταθερός Τι θα μπορούσε να γίνει για να αυξήσουμε τον παράγοντα ασφάλειας σε 1.25; Μια δυνατότητα θα ήταν: να αφαιρεθεί μέρος του βάρους του ασβεστόλιθου πάνω από το πιθανό επίπεδο ολίσθησης, με μείωση της απότομης κλίσης της κλιτύος στο μικρό γκρεμό του ασβεστόλιθου Μπορούμε να υπολογίσουμε τον όγκο του ασβεστόλιθου που θα ήταν αναγκαίο να αφαιρεθεί ανά μοναδιαίο πάχος της κλιτύος, θεωρώντας τον παράγοντα ασφάλειας ίσο με 1.25 και χρησιμοποιώντας και επιλύοντας ως προς W την ακόλουθη εξίσωση: (9x10 W = 4 2 N / m )(50m)(1m ) (1,25)(0,5) = 7,2x10 6 N

14 Κέντρο βάρους της πιθανής ολίσθησης "C" (είναι ένα σημείο) D, N, W είναι διανύσματα που έχουν μέγεθος και φορά πιθανό επίπεδο ολίσθησης μικρός γκρεμός σε ασβεστόλιθο πιθανό επίπεδο ολίσθησης (άργιλος) στο μικρό γκρεμό ορθή γωνία Σχήμα 6.5 Εγκάρσια διατομή μιας κλιτύος ασβεστολίθου (μικρός γκρεμός) με ένα αργιλικό στρώμα (πιθανό επίπεδο ολίσθησης) Όλο το πέτρωμα και το έδαφος πάνω από το πιθανό επίπεδο ολίσθησης είναι μια πιθανή μάζα ολίσθησης Το μήκος του επιπέδου ολίσθησης είναι L = 50 m Η απόσταση C-W είναι το μέγεθος του διανύσματος W. H απόσταση C-D (επίσης N-W) είναι το μέγεθος του διανύσματος D. H απόσταση C-N είναι το μέγεθος του διανύσματος N. Τα τρία διανύσματα χαρακτηρίζονται ως W, D, N

15 Η ανωτέρω αξιολόγηση του παράγοντα ασφάλειας απλοποιείται υπερβολικά, δεδομένου ότι υποθέτουμε ότι η αντοχή διάτμησης είναι σταθερή κατά μήκος του επιπέδου ολίσθησης, κάτι που δεν συμβαίνει συχνά Το παράδειγμά μας επίσης δεν εξετάζει την πίεση του ρευστού στην ολισθαίνουσα μάζα, η οποία είναι συνήθως σημαντική κατά την ανάλυση των κατολισθήσεων Κατά συνέπεια, θα ήταν απαραίτητη πιο λεπτομερής αξιολόγηση, αλλά η αρχή είναι η ίδια Δηλαδή εκτιμώνται οι ανθιστάμενες και κινητήριες δυνάμεις και υπολογίζεται ο λόγος τους (FS) Ένας παρόμοιος τύπος ανάλυσης μπορεί να γίνει για τις περιστροφικές ή άλλου τύπου αστοχίες, αλλά τα μαθηματικά στις περιπτώσεις αυτές είναι πιο σύνθετα Οι περιβαλλοντικοί και τεχνικοί γεωλόγοι που εργάζονται στα προβλήματα σταθερότητας κλιτύων χρησιμοποιούν συχνά προγράμματα υπολογιστών και αναλύουν ένα αριθμό πιθανών επιπέδων ολίσθησης, τόσο για τις παράλληλες όσο και για τις περιστροφικές αστοχίες ως τμήμα της ανάλυσης της σταθερότητας κλιτύων

16 Οι καταρράκτες συνήθως σχηματίζονται στο άνω ρου ενός ποταμού όπου η κοίτη είναι συχνά στενή και βαθιά. Όταν οι διαδρομές του ποταμού είναι πάνω σε ανθεκτικό υπόβαθρο, η διάβρωση θα συμβεί σιγά-σιγά, ενώ στα κατάντη η διάβρωση εμφανίζεται πιο γρήγορα. Καθώς η ροή του ποταμού αυξάνει την ταχύτητά της στην άκρη του καταρράκτη, διαβρώνονται υλικά από το στρώμα της κοίτης του ποταμού. Δίνες δημιουργούνται και η ροή μεταφέρει άμμο και πέτρες αυξάνοντας τη διαβρωτική ικανότητα του ποταμού