Шпаргалка - причина утворення звивистості меандрування річок та інших природних потоків
У статті пропонується нестандартна спроба пояснення загальної причини утворення «звивистості» природних потоків, насамперед меандрування річок. Стверджується, що типи річкових русел обумовлюються різним співвідношенням «живої» сили потоку і масою речовини, що переноситься.
Чому річки меандрують? Існуючі на Землі річки на вигляд у плані можна поділити на три якісно різних типи:
прямі, розгалужені та звивисті (меандруючі). В даний час конкурують близько 30 пояснень причин меандрування річок: загальна денудація земної поверхні, неотектоніка, геологія, коріолісове прискорення, наявність випадкових перешкод, принцип мінімуму диссипації енергії, концепція ентропії, структурна турбулентність, поперечна циркуляція, блукання динамічної осі потоку » та ін. Жодна з цих гіпотез повністю не підтверджена.
Гідроморфологічна теорія руслового процесу, що займається вивченням деформацій рік [I], має на озброєнні системний підхід. Одне з його положень свідчить: закони розвитку системи є сумою законів, які діють нижчому рівні; система розвивається за своїми законами, які залежать від законів розвитку складових частин (принцип емерджентності). Наприклад, знаючи закони розвитку піщаних гряд, які рухаються дном річки, неможливо спрогнозувати розвиток (деформації) закруту.
Тому і для пошуку причини утворення меандр треба виходити на розгляд не тільки меандруючих, а всіх річок. Залишаючись у рамках одного меандрування, можна дізнатися про нього все, крім причин його утворення. Рівень, на якому закладено причину утворень різних русел,перебуває вище. Необхідно розглядати всі річки, і тоді можна знайти причину меандрування.
Визначення. Річка є не тільки потоком води. Більшість річок транспортують своїм днем наноси. Транспорт наносів проявляється у місцевих намивах та розмивах русла.
Витрата наносів – кількість наносів, що проносяться потоком за одиницю часу. Транспортуюча здатність потоку - гранична витрата наносів, яка здатна транспортувати потік.
З цих визначень видно, що витрата наносів не завжди дорівнює здатності транспортуючої потоку. Остання визначається гідравлічними характеристиками потоку на розглянутій ділянці річки і не залежить від кількості наносів, що надходять, з розташованої вище ділянки.
Необхідно чітко розділити три поняття: надходження наносів у річку з розташованої вище ділянки; транспортуючу здатність потоку (скільки наносів може переміщати потік); витрата наносів, що є результуючою величиною від надходження наносів і транспортуючої здатності потоку.
Нове пояснення причини меандрування рік. Пропонується нове обґрунтування утворення різних типів річок. Це відносна здатність потоку, що транспортує, тобто. відношення транспортуючої здатності потоку до кількості наносів, що надходять у річку, відношення того, що річка може транспортувати, до того, що їй пропонується для транспортування.
Причинно-наслідковий ланцюжок утворення меандрування така: здатність потоку, що транспортує, велика в порівнянні з надходженням наносів - > надлишок енергії -> деформація берегів -> утворення меандрування —"> зменшення ухилу водної поверхні —-> зменшення транспортуючої здатності —-> врівноваження транспортуючоїздібності та надходження наносів -> меандрування річки при динамічній рівновазі.
Причинно-наслідковий ланцюжок при утворенні руслової багаторукавності такий: надходження наносів перевищує здатність потоку, що транспортує, —> енергії на транспортування всіх наносів не вистачає -> утворення осередків із «зайвих» наносів -> розпластування русла -> збільшення фронту транспорту наносів -> збільшення транспортуючої здатності -> врівноважування транспортуючої здатності та надходження наносів -> руслова та осередкова багаторукавність при динамічній рівновазі.
Стрічково-грядовий тип руслового процесу (прямолінійний) відповідає початковій рівновазі подачі наносів і здатності, що транспортує. Планової трансформації русла немає, воно залишається прямолінійним, тобто. перевантажені наносами річки — з внутрішньорусовими островами, рівноважні річки — прямолінійні, недовантажені річки — меандруючі.
Наприклад, нар. Зея у своєму пониззі, яка раніше меандрувала, підійшовши правим берегом до Білих гор з пісковика, почала їх розмивати. Річка перевантажилася наносами. Тип руслового процесу на десятках кілометрів змінився, русло випросталось, і в ньому з'явилося багато островів. При збільшенні здатності, що транспортує, наприклад при збільшенні витрат води при переробці стоку, можна прогнозувати розмив берегів і появу звивистості річки.
Морфологічний вигляд річки є її реакцією на різницю між тим, що річка може транспортувати, і тим, що їй пропонується водозбором для транспортування.
Застосування закономірності в інших областях.
У чудовій статті [2] перераховуються загальні закони розвитку, приватні закони організації та способи перевіркизнайдених закономірностей. Пункт 4.9 в ній говорить: «Визначити способи використання (застосування) досліджуваного явища та межі його застосування в науці, техніці та соціології», тобто. застосування закономірності за іншими областях.
Спробуємо сформулювати загальне формулювання. Зовнішнє прояв об'єкта є реакцію на різницю між тим, що він здатний «робити», і тим, що йому пропонують (або його змушують) робити.
1. Гольфстрім. Ця течія являє собою звивистий потік. Його «меандри» постійно розвиваються, відокремлюються «стариці», які потім відмирають, а течія йде новим «руслом». Це є зовнішнім проявом різниці між тим, що може транспортувати вода Атлантики, та тією кількістю води, яку їй доводиться отримувати з Мексиканської затоки. Перепад рівнів в Атлантичному океані та Мексиканській затоці сягає метрів! Зворотний експеримент: може бути існують слабкі течії, в яких здатність транспортуючих оточуючих вод океану більше, ніж запропонована кількість течії (або забруднення); тоді можуть відбуватися розриви в домішки, що транспортується. На макрорівні – дірки, на мікрорівні – розрідження.
2. Дим із труби. Уявімо собі дим, який має щільність, рівну щільності навколишнього повітря. Такий дим поширюватиметься лише по горизонталі. Якщо транспортна здатність вітру більша за кількість диму, що надходить, відбуватимуться розриви або розрідження диму. Якщо ж вітер слабший щодо диму, що надходить, утворюватимуться клуби диму.
3. Кровоносні судини. Приклад запропонований валеолог B.C. Бобковим. Якщо транспортуюча здатність (енергія) крові щодо забруднень, що надходять мала, то виходять закупорки судин. Якщо енергія крові достатня для транспортуваннявсіх забруднень, змін немає. Якщо енергія кровотоку надмірна, це може призвести до звивистості вен і, наприклад, до їхнього «випукування» на ногах.
4. Людина у суспільстві. Людина має деяку активність (скільки вона може). Стримуючими факторами є закони та етикет (скільки йому дозволяється). Різниця між ними призводить до різних проявів поведінки людини. Якщо він занадто активний (стосовно стримувальних факторів), його життєвий шлях стає звивистим; у щодо пасивної людини життєвий шлях — із «розрідженнями».
5. Транспортування тканини. Приклад запропонований підприємцем П.Б. Хуршудовим. На транспортер, що рухається, подається тканина. Залежно від співвідношення швидкостей подачі тканини і руху транспортера тканина буде рватися, або збиратися в зморшки.
Можливо, що таким підходом можна пояснити існування двох режимів перебігу рідин: ламінарного та турбулентного.
Для кожного прикладу можна сформулювати своє приватне формулювання закономірності (як для різних річок у п. 3).
Вихід загальне правило. В. В. Митрофанов сформулював постулат різниці (дисиметрії) [3]: «Якщо існує різниця чого-небудь і забезпечується взаємодія між частинами з цими різницями, то має бути певний ефект». Це вже загальне формулювання. По відношенню до неї загальне формулювання п. 4 є приватним. Тут йдеться про будь-яку різницю, а там була різниця між тим, що щось може, і тим, чим це навантажують.
Різниця є умова для скоєння чогось.
Приклади: вигин платівки під різницею поверхневих натягів при різній обробці поверхонь; електричний струм через різницю потенціалів; дерево зацвітає через виникнення струму соків за позитивноїрізниці температур між кроною та корінням; будь-який рух через діафрагму під впливом різниці тисків; робота двигуна під впливом різниці тисків у різних циліндрах.
Наш маленький приклад, розглянутий у перших пунктах, дає привід говорити про різні різниці. Різниця може бути між кількостями речовини (наприклад, ваги), кількостями енергії, кількостями часу, між швидкостями, силами, моментами, навіть бажаннями.
Специфіка прикладу про причини утворень різних форм русел. Вище сформульована причина утворення різних форм річкових русел: прямолінійних, розгалужених та меандруючих. Це різниця між здатністю потоку, що транспортує, і надходженнями в русло наносами. Позитивна чи негативна різниці призводять до якісно різних проявів зміни морфології русла. При навантаженні русла наносами з надлишків останніх утворюються острови. При недовантаженні річка зменшує свою здатність, що транспортує, за рахунок свого подовження, що призводить до розвитку меандрування. Різниця між тим, що може система, і тим, що їй пропонується робити, залежить від знака до різних проявів.
Загальне формулювання про різницю взагалі призводить до загального ефекту. Для мембрани однаково, з якого боку тиск більший, і з якого — менше. Де тиск менший, туди і відбуватиметься дифузія. Якщо знак різниці тисків зміниться, то також зміниться і напрямок руху. Прояв дії різниці за різних знаків буде однаковим.
Специфіка розглянутої різниці як причини утворення меандрування та багаторукавних русел дає привід говорити і про можливість незвіданої специфіки інших різниць (у часі, енергії та ін.).
Висновки. Пошук причин утворення меандрування призвів дозакономірності освіти всіх типів русел. Морфологічний вигляд річки є її реакцією на різницю між тим, що річка може транспортувати і тим, що їй пропонується водозбором для транспортування.
Перенесення цієї закономірності інші об'єкти дозволив сформулювати більш загальну формулювання цієї закономірності. Зовнішнє прояв об'єкта є реакцію на різницю між тим, що він здатний «робити», і тим, що йому пропонують (або його змушують) робити.
Загальне формулювання: якщо існує різниця чогось і забезпечується взаємодія між частинами з цими різницями, то має бути певний ефект. Різниця – рушійна сила.
1. Кондратьєв Н.Є., Попов І.В… Сніщенко Б.Ф. Основи гідроморфологічної теорії руслового процесу Л.: Гідрометеоздат, 1982. 272 с.
2. Лімаренко О.В. Алгоритм пошуку та вирішення відкриттівських завдань // Журнал ТРВЗ. 1997. № 1. С. 36-42.
3. Митрофанов В.В. Від технологічного шлюбу до наукового відкриття. 1998.