능력 향상

Stream competency
오리건주 헬스캐니언 국립휴양구역의 임나하강(Imnaha River)은 하천 기능의 예입니다.

하천 능력이라고도 하는 수문학의 하천 능력은 하천이 [1]운반할 수 있는 입자의 최대 크기를 측정하는 것입니다.입자는 큰 것부터 작은 것까지 다양한 크기의 알갱이로 이루어져 있으며 바위, 바위, 조약돌, 모래, 실트, 점토를 포함한다.이 입자들은 하천의 바닥 하중을 구성한다.하천 성능은 원래 움직일 수 있는 입자의 질량이 강의 6제곱까지 상승하는 속도에 비례한다는 "6제곱법칙"으로 단순화되었다.이는 유속도에 [2]약간의 편차를 일으키는 많은 요인 때문에 측정 또는 추정이 어려운 유층 속도를 말한다.

하천 용량은 속도를 통한 하천 역량과 연계되어 있지만, 하천이 운반할 수 있는 침전물의 총량입니다.총량에는 용해,[3] 부유, 염분 및 침상 부하가 포함됩니다.

침전물의 이동을 침전물 수송이라고 한다.운동의 시작은 질량, 힘, 마찰 및 응력을 포함한다.중력과 마찰력은 물이 수로를 통해 흐를 때 작용하는 두 가지 주요 힘이다.중력은 물을 아래로 이동시키기 위해 물에 작용한다.수로의 바닥과 둑에 의해 물에 가해지는 마찰은 물의 움직임을 느리게 한다.중력의 힘이 같고 마찰력과 반대일 때 물은 일정한 속도로 채널을 통해 흐릅니다.중력이 마찰력보다 크면 물은 [4]가속한다.

이 퇴적물 수송은 속도에 따라 곡물의 크기를 분류합니다.스트림 성능이 증가함에 따라 스트림의 D(중간자 크기)도50 증가하며 입자 [5]수송을 시작하는 흐름의 크기를 추정하는 데 사용할 수 있습니다.하류 [6]방향에서는 스트림 성능이 저하되는 경향이 있습니다.즉, D는50 입에서 스트림의 선두까지 증가합니다.

속도 중요성

스트림 파워

스트림 파워는 채널 [7]길이의 단위당 잠재적 에너지 손실 비율입니다.이 위치 에너지는 하천 바닥을 따라 움직이는 입자를 잃습니다.

ωw = ρ •g•Q•S

여기서:

ω = 전력을 공급합니다.

ρw = 물의 밀도.

g = 중력 가속도.

S = 채널 기울기.

Q = 스트림의 방류

흐름의 방출은 흐름의 속도 U에 해당 지점의 흐름 채널의 단면적 A를cs 곱한 값이다.다음 식에서 알 수 있듯이

Q = U•Acs

여기서:

Q = 방전

U = 평균 흐름 속도

Acs = 하천 단면적

속도가 증가함에 따라 스트림 파워도 증가하며, 스트림 파워가 클수록 바닥 부하 입자를 이동하는 능력이 증가합니다.

전단응력 및 임계 전단응력

자갈층 채널에서 침전물 수송이 이루어지기 위해서는 흐름 강도가 임계 걸림 임계값 또는 이동성 임계값이라고 불리는 임계 임계값을 초과해야 한다.채널과 범람원의 표면 위를 흐르는 흐름은 경계 전단 응력장을 생성합니다.유량이 증가함에 따라 전단 응력이 역치 이상으로 증가하여 침전물 수송 프로세스가 시작됩니다.소정의 방전 중에 이용 가능한 흐름 강도와 채널 바닥의 침전물을 이동시키기 위해 필요한 임계 전단 강도의 비교는 침전물 수송이 발생할 가능성이 있는지 여부와 어느 정도 침전물 크기를 예측하는 데 도움이 된다.자연 하천에서의 퇴적물 수송은 매우 다양하지만,[8] 수송을 예측하기 위해 간단한 연무 실험에 기초한 비교적 단순한 근사치가 일반적으로 사용된다.유량역량을 추정하는 또 다른 방법은 임계 전단응력에 대하여 다음과 같은 방정식을 사용하는 것이다. 임계 전단응력은 특정 [9]직경의 입자를 이동시키는 데 필요한 전단응력의 양이다c.

τc = 【*】【 -】【)】【)】【gw50】【dcs】

여기서:

δ* = Shields 파라미터, 중력가속도에 대한 스트림베드의 저항을 나타내는 무차원값으로 거칠기 또는 마찰이라고도 합니다c.
ρs = 입자밀도s, – – is는w 물에 잠겼을 때 입자의 유효밀도이다(Archimedes [10]원리).
g = 중력 가속도.
d50 = 입경. 일반적으로 d50으로 측정되며, 이는 스트림 횡단면에서 입경을 샘플링할 때 중간 입경입니다.

흐름의 전단 응력은 다음 방정식으로 표현됩니다.

τw = •g · g · D · S

여기서:

D = 평균 깊이

S = 스트림 기울기입니다.

두 방정식을 조합하면 다음과 같은 결과가 나옵니다.

ρw • g · D · Sc = (* （ –– ） · gsw · d50

입경 d에 대한 해결 방법

d50 = ρw•g•D•Sc / **•( –– ))•gsw
d50s = ρwcw · D · S / ** · （ –– ）

이 방정식은 입경 d가50 물의 깊이와 하천 바닥의 기울기(흐름과 속도)에 정비례하고 Shield의 매개변수 및 입자의 유효 밀도에 반비례한다는 것을 보여준다.

들어 올리다

입자의 바닥과 윗부분의 속도 차이는 상승으로 이어질 수 있다.물은 입자 위로는 흐를 수 있지만 아래로는 흐르지 않아 입자 아래로는 0, 위로는 0의 속도가 된다.속도의 차이로 인해 압력 경사가 발생하여 입자에 상승력을 가합니다.만약 이 힘이 입자의 무게보다 크면,[11] 그것은 이동을 시작할 것입니다.

난기류

흐름은 층류 또는 난류로 특징지어집니다.저속도와 고점도 유체는 층류, 고속과 저점도 유체는 난류 흐름과 관련이 있습니다.난류 흐름은 크기와 방향에서 모두 다른 속도를 발생시킵니다.이러한 불규칙한 흐름은 입자를 장기간 부유시키는 데 도움이 됩니다.대부분의 자연 채널은 [7]난류를 가진 것으로 간주됩니다.

기타 영향 요인

훌스트롬 곡선

응집력

스트림 역량에 대해 논의할 때 또 다른 중요한 특성은 재료의 본질적인 품질입니다.1935년 Filip Hjulström은 점토와 약간의 진흙의 응집력을 고려한 곡선을 발표했다.이 다이어그램은 속도의 [12]함수로서의 스트림 역량을 보여줍니다.

하천 주변과 그 주변의 바위, 바위, 자갈, 모래, 실트, 점토의 크기를 관찰함으로써 경관을 형성하는 힘을 이해할 수 있다.궁극적으로 이러한 힘은 강수량, 배수 밀도, 완화비 및 침전물 [7]모재에 의해 결정된다.하천의 깊이와 경사, 속도와 유량, 수로 및 범람원 등을 형성하고 관찰되는 침전물의 양과 종류를 결정합니다.이것이 물의 힘이 침식, 수송, 퇴적 등을 통해 경관을 움직이고 형성하는 방식이며, 하천 능력을 관찰함으로써 이해할 수 있다.

베드록

스트림 기능은 속도에만 의존하지 않습니다.개울의 기반은 개울의 능력에 영향을 미칩니다.암반의 차이는 채널의 일반적인 기울기와 입자 크기에 영향을 미칩니다.사암 기초가 있는 하천 바닥은 경사가 더 가파르고 바닥 재료가 더 큰 경향이 있는 반면, 셰일 및 석회암 하천 바닥은 입자가 [6]더 작은 얕은 경향이 있습니다.기초 물질의 약간의 변화는 침식 속도, 응집력 및 토양 구성에 영향을 미칠 것이다.

식생[13]

식생은 하천의 흐름에 알려진 영향을 미치지만, 그 영향을 분리하기는 어렵다.흐름이 중단되면 속도가 저하되어 스트림 성능이 저하됩니다.식생은 하천 흐름에 4배의 영향을 미칩니다: 흐름에 대한 저항성, 강둑 강도, 철근 침전용 핵, 그리고 통나무 막대의 건설과 파괴입니다.

흐름 저항

Manning의 n을 추정하기 위한 Cowan 방법.

n = (n0 + n1 + n2 + n3 + n) m45

Manning's n은 식물 보정 인자를 고려합니다.식생이 최소인 하천 침대도 흐름 저항이 있습니다.

은행강도

하천 바닥과 수로에 자라는 식생은 침전물을 묶어 하천 바닥의 침식을 줄이는 데 도움이 됩니다.루트 밀도가 높으면 스트림 채널이 강화됩니다.

막대 침강용 핵

식생-침착 상호작용.하천 한가운데에 걸린 식생은 흐름을 방해하고 그로 인해 발생하는 저속 에드로 침전됩니다.침전이 계속되면서 섬은 커지고 흐름은 더욱 영향을 받는다.

로그잼의 시공 및 파단

식생과 식생의 상호작용.하천에 의해 운반되는 식생은 결국 하천의 측면 또는 주요 수로로의 흐름을 완전히 차단한다.이러한 채널이 닫히거나 위반 시 열리면 스트림의 흐름 특성이 중단됩니다.

레퍼런스

  1. ^ WILCOCK, DAVID N. (1971). "Investigation into the Relations between Bedload Transport and Channel Shape". Geological Society of America Bulletin. 82 (8): 2159. Bibcode:1971GSAB...82.2159W. doi:10.1130/0016-7606(1971)82[2159:iitrbb]2.0.co;2. ISSN 0016-7606.
  2. ^ 루비, W. W. (1938년)유상에서의 입자 이동에 필요한 힘(No. 189-E).USGS. [1]
  3. ^ Cara, Karyth (30 January 2014). "What are the differences between stream capacity and stream competency? How does it relate to "suspended load?". Retrieved 21 April 2018.
  4. ^ Leopold, L.B., M.G. Wolman, and J.P. Miller. (1964). Fluvial Processes in Geomorphology. San Francisco: W.H. Freeman and Co. ISBN 0486685888.{{cite book}}: CS1 maint: 여러 이름: 작성자 목록(링크)
  5. ^ Whitaker, Andrew C.; Potts, Donald F. (July 2007). "Analysis of flow competence in an alluvial gravel bed stream, Dupuyer Creek, Montana". Water Resources Research. 43 (7): W07433. Bibcode:2007WRR....43.7433W. doi:10.1029/2006wr005289. ISSN 0043-1397.
  6. ^ a b Brush, Lucien M. (1961). Drainage Basins, Channels, and Flow Characteristics of Selected Streams in Central Pennsylvania. U.S. Government Printing Office.
  7. ^ a b c R., Bierman, Paul (2013-12-27). Key concepts in geomorphology. Montgomery, David R., 1961–, University of Vermont., University of Washington. New York, NY. ISBN 9781429238601. OCLC 868029499.
  8. ^ Shilling, F., S. Sommarstrom, R. Kattelmann, B. Washburn, J. Florsheim, and R. Henly. (May 2007). "California Watershed Assessment Manual: Volume II Chapter 3, May 2007. Prepared for the California Resources Agency and the California Bay-Delta Authority". Retrieved 21 April 2018.{{cite web}}: CS1 maint: 여러 이름: 작성자 목록(링크)
  9. ^ Knighton, D. (1998). Fluvial Forms and Processes: A New Perspective. New York: Oxford University Press Inc. ISBN 0340663138.
  10. ^ Heath, T.L., Editor (1897). The Works of Archimedes. Cambridge: Cambridge University Press. p. 258. ISBN 0486420841. {{cite book}}: last=범용명(도움말)이 있습니다.CS1 유지: 여러 이름: 작성자 목록(링크)
  11. ^ J., Garde, R. (2000). Mechanics of sediment transportation and alluvial stream problems. Ranga Raju, K. G. (3rd ed.). New Delhi: New Age International. ISBN 812241270X. OCLC 45845211.
  12. ^ Hjulstrom, F. (1935). "Studies of the morphological activity of rivers as illustrated by the River Fyris". Bulletin. Geological Institute Upsalsa. 25: 221–527.
  13. ^ Hickin, Edward J. (June 1984). "Vegetation and River Channel Dynamics". The Canadian Geographer. 28 (2): 111–126. doi:10.1111/j.1541-0064.1984.tb00779.x. ISSN 0008-3658.