蛇行

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傾斜した谷に続く川床。最大勾配は、架空の直線チャネルで表される谷を下る軸に沿っています。蛇行が発生し、小川の流れが長くなり、勾配が減少します。
蛇行リオCAUTO Guamoエンバカデロ、キューバで

蛇行は、川または他の水路のチャネルにおける正規波状曲線のシリーズの一つです。これは、水路が外側の凹状の土手(カットバンク堆積物侵食し通常はポイントバーである内側の凸状の土手に堆積物を堆積させるときに生成されます。この結合した侵食と堆積の結果、水路が氾濫原の軸を横切って前後に移動するときに、曲がりくねったコースが形成さます。[1] [2]

蛇行する流れが周期的にそのチャネルをシフトするゾーンは、蛇行ベルトとして知られています。通常、チャネルの幅の15〜18倍の範囲です。時間が経つにつれて、蛇行は下流に移動し、時には安定した道路や橋を維持しようとする地方自治体に土木工学の課題を生み出すほどの短い時間で移動します[1] [2]

川、小川、またはその他の水路の水路の蛇行の程度は、その正弦波によって測定されます水路の曲がりくねった部分は、水路の長さと谷間の直線距離の比率です。単一の水路と1.5以上の正弦波を持つ小川または河川は蛇行する小川または河川として定義されます。[1] [3]

用語の由来

この用語は、現在のトルコにあるミアンダー川由来し、古代ギリシャ人にΜαίανδροςMaiandrosラテン語Maeanderとして知られており[4]、下流に沿った非常に複雑な小道が特徴です。その結果、古典ギリシア(そして後のギリシャ思想)でも、川の名前は、装飾的なパターンやスピーチやアイデア、地形学的特徴など、複雑で曲がりくねったものを意味する普通名詞になりました[5] ストラボンは次のように述べています。「…そのコースは非常に曲がりくねっているので、曲がりくねったものはすべて蛇行と呼ばれます。」[6]

ミアンダー川はイズミルの南、古代ギリシャの町ミレトスの、現在はトルコのミレトです。メンデレス山塊の一連の3つの地溝を流れますが、その下流の蛇行帯よりもはるかに広い氾濫原があります。その現代トルコ語の名前はBüyükMenderesRiverです。[7]

物理学の統治

シングルベンドで最高潮に達するストレートチャネル

蛇行は、湾曲した水路を流れる水とその下にある河床との相互作用の結果です。これにより、水が河床に沿って外側から内側の土手に移動し、川の表面近くの外側の土手に逆流するヘリコイドフローが生成されます。これにより、外側の土手での堆積物の環境収容力が増加し、内側の土手でそれが減少するため、土砂は外側の土手から侵食され、次の下流の蛇行の内側の土手に再堆積します。[8]

流体が最初は真っ直ぐなチャネルに導入され、次に曲がると、側壁が圧力勾配を引き起こし、流体がコースを変更して曲がりに追従します。ここから、2つの相反するプロセスが発生します:(1)非回転流と(2)二次流れ川が蛇行するためには、二次流れが支配的でなければなりません。

非回転流:ベルヌーイの方程式から、高圧は低速になります。したがって、二次流れがない場合、外側のベンドでは流体速度が低く、内側のベンドでは流体速度が高いと予想されます。この古典的な流体力学の結果は、非回転渦流です。 曲がりくねった川の文脈では、その影響は二次流れの影響によって支配されます。

二次流れ:川の内側の曲がり角を指す圧力と、川の外側の曲がり角を指す遠心力の間に力のバランスが存在します。曲がりくねった川の文脈では、境界層川床と相互作用する流体の薄い層内に存在します。その層の内部で、標準的な境界層理論に従うと、流体の速度は事実上ゼロになります。したがって、速度に依存する遠心力も事実上ゼロです。ただし、圧力は境界層の影響を受けません。したがって、境界層内では、圧力が支配的であり、流体は川の底に沿って外側の曲がりから内側の曲がりに移動します。これにより、ヘリコイドフローが開始されます。河床に沿って、流体は大まかに水路の曲線に従いますが、内側の曲がりに向かって強制されます。河床から離れると、流体も大まかに水路の曲線に沿って進みますが、ある程度、内側から外側に曲がります。

外側の曲げでの速度が速いと、せん断応力が高くなるため、侵食が発生します。同様に、内側の曲げでの速度が遅いと、せん断応力が低くなり、堆積が発生します。したがって、蛇行した曲がりは外側の曲がりで侵食され、川がますます曲がりくねった状態になりますカットオフイベントが発生するまで)。内側の曲がり角での堆積は、ほとんどの自然な蛇行する川では、川が進化しても川の幅がほぼ一定に保たれるように発生します。[9]

1926年のプロシア科学アカデミーでのスピーチでアルバートアインシュタインは、地球のコリオリの力が速度分布に小さな不均衡を引き起こし、一方のバンクの速度がもう一方のバンクよりも高くなるため、侵食を引き起こす可能性があることを示唆しました。一方の土手に土砂が堆積し、もう一方の土手に蛇行が発生する[10]。ただし、コリオリの力は、川の蛇行を生成するように作用する他の力と比較して、重要ではない可能性があります。[11]

蛇行ジオメトリ

Uvac峡谷の蛇行、セルビア
スコットランド、クライド川の蛇行

蛇行する水路の技術的な説明は、蛇行形状または蛇行平面形状と呼ばれます。[12]それは不規則な波形として特徴づけられます正弦波などの理想的な波形は1行の太さですが、ストリームの場合は幅を考慮する必要があります。バンクフル幅は、フルストリームレベルでの平均断面積でのベッドを横切る距離であり、通常、最も低い植生の線によって推定されます。

波形として、曲がりくねった流れは谷を下る軸をたどります。直線は、そこから測定されたすべての振幅の合計がゼロになるように曲線に適合します。この軸は、ストリームの全体的な方向を表します。

どの断面でも、流れは曲がりくねった軸、つまりベッドの中心線をたどっています。曲がりくねった軸と谷を下る軸の2つの連続する交差点は、蛇行ループを定義します。蛇行は、反対の横方向を指す2つの連続したループです。谷を下る軸に沿った1つの蛇行の距離は、蛇行の長さまたは波長です。谷を下る軸からループの曲がりくねった軸までの最大距離は、蛇行幅または振幅です。その時点でのコースは頂点です。

正弦波とは対照的に、曲がりくねった流れのループはより円形に近くなります。曲率は、曲率がその近傍に向きを変えるので、また変曲呼ば交点(直線)で頂点における最大値からゼロまで変化します。ループ半径、頂点で曲がりくねった軸と交差する谷間の軸に垂直な直線です。ループは理想的ではないため、ループを特徴付けるには追加情報が必要です。配向角度は、曲がりくねった軸上の任意の点での曲がりくねった軸と谷間の軸の間の角度です。

凹面の土手と凸面の土手、グレートウーズ救済チャンネル、イギリス。

頂点のループには、外側または凹状のバンクと内側または凸状のバンクがあります。蛇行帯は、中心線から中心線ではなく、外側の土手から外側の土手まで測定された平均蛇行幅によって定義されます。氾濫原がある場合、それは蛇行帯を越えて伸びます。その場合、蛇行は無料であると言われます。氾濫原のどこにでもあります。氾濫原がない場合、蛇行は修正されます。

さまざまな数式が蛇行ジオメトリの変数に関連しています。結局のところ、数式に表示されるいくつかの数値パラメータを確立できます。波形は最終的には流れの特性に依存しますが、パラメータはそれとは無関係であり、明らかに地質学的要因によって引き起こされます。一般に、蛇行の長さは10〜14倍、平均11倍、フルバンクチャネル幅、3〜5倍、平均4.7倍、頂点の曲率半径ですこの半径は、チャネル幅の2〜3倍です。[13]

イングランド南部イーストサセックスのカックミア川の蛇行

蛇行には深さのパターンもあります。クロスオーバーはでマークさriffles頂点にプールされている間、または浅いベッド。プールでは、流れの方向は下向きで、ベッドの材料を磨きます。ただし、主要なボリュームは、ベンドの内側をゆっくりと流れ、速度が低下するため、堆積物が堆積します。[14]

最大深度の線、またはチャネルは、タールヴェグまたはタールヴェグの線です。河川が政治的境界として使用される場合、通常は境界線として指定されます。タールヴェグは外側の土手を抱きしめ、浅瀬の中央に戻ります。蛇行長は、1つの蛇行上のタールヴェグに沿った距離です。川の長さは中心線に沿った長さです。[14]

フォーメーション

蛇行の生活史

チャネルが正弦波パスをたどり始めると、ループの振幅と凹面が劇的に増加します。これは、高密度の侵食された材料をベンドの内側に向かって掃引し、ベンドの外側を保護せず、加速された侵食に対して脆弱なままにするヘリカルフローの効果によるものです。これにより、正のフィードバックループが確立されますエリザベスA.ウッドの言葉で:[15]

「…蛇行を作るこのプロセスは、自己強化プロセスのようです…曲率が大きくなると土手の侵食が大きくなり、曲率が大きくなります…」

チャネルの床に沿った横二次流れの一部であり、侵食された高密度の材料をベンドの内側に向かって掃引します。[16]次に、横流は内側近くの表面に上昇し、外側に向かって流れらせん状の流れを形成し ます。ベンドの曲率が大きく、流れが速いほど、横流と掃引が強くなります。[17]

角運動量の保存により、ベンドの内側の速度は外側よりも速くなります。[18]

流速が低下するため、遠心力も低下します。超高架カラムの圧力が優勢になり、不均衡な勾配が発生し、水が底を横切って外側から内側に戻ります。流れは、表面を内側から外側に横切る向流によって供給されます。[19]この全体的な状況は、茶葉のパラドックスと非常によく似ています。[20]この二次流れは、曲がり角の外側から内側に堆積物を運び、川をより蛇行させます。[21]

そもそも、どのようなサイズのストリームも曲がりくねった理由については、相互に排他的である必要はないが、いくつかの理論があります。

確率論

アルゼンチンのリオネグロの広大な氾濫原にある蛇行の傷跡三日月湖、放棄された蛇行 ISSからの2010年の写真

確率論的理論は、多くの形態をとることができるが、最も一般的な文の一つがScheideggerのことです:蛇行列車が原因で方向転換の障害物のランダムな存在に流れの方向の確率的変動の結果であると仮定されます」川の小道。」[22] 平らで滑らかな傾斜した人工表面を考えると、降雨はシート状に流れ落ちますが、その場合でも、表面への水の付着と液滴の凝集により、ランダムに小川が生成されます。自然の表面は粗く、さまざまな程度で侵食されます。ランダムに作用するすべての物理的要因の結果は、まっすぐではないチャネルであり、その後徐々に曲がりくねっています。まっすぐに見えるチャンネルでさえ、曲がりくねったタールヴェグを持っています それは最終的に曲がりくねったチャネルにつながります。

均衡理論

平衡理論では、蛇行は、地形侵食性と小川の輸送能力の間の平衡に達するまで、小川の勾配を減少させます[23]下降する水の塊は位置エネルギーをあきらめなければならず、それは落下の終わりに最初と同じ速度が与えられると、川床の材料との相互作用によって除去されます。最短距離;つまり、まっすぐな水路は、単位長さあたりのエネルギーが最も高くなり、堤防をより破壊し、より多くの堆積物を作成し、小川を悪化させます。蛇行の存在により、小川は長さを単位長さあたりの平衡エネルギーに調整することができ、小川はそれが生成するすべての堆積物を運び去ります。

地形学および形態テクトニック理論

地形とは、地形の表面構造を指します。Morphotectonic岩のより深い、または地殻(プレート)構造に関係する手段を有します。これらのカテゴリに含まれる機能はランダムではなく、ストリームをランダムでないパスに導きます。それらは、流れをそらすことによって蛇行の形成を引き起こす予測可能な障害物です。たとえば、ストリームは断層線(形態構造)に導かれる可能性があります。[24]

関連する地形

バンクを切る

カットバンクはフォーム外、川またはストリームの氾濫原または谷壁に蛇行カットの凹状バンクことしばしば垂直銀行または崖です。カットバンクは、リバーカットクリフリバークリフ、またはブラフとも呼ばれ、カットバンクと綴られます[1]カットバンクを形成する侵食は、蛇行の外側のバンクで発生します。これは、ヘリコイド状の水の流れにより、バンクが緩い砂、シルト、堆積物から洗い流され、一定の侵食を受けるためです。その結果、蛇行は侵食されて外側の曲がりの方向に移動し、カットバンクを形成します。[25] [26]

切り取られた土手は侵食によって損なわれるため、通常、川の水路に落ち込むと崩壊します。スランプによって破壊されたスランプ堆積物は、容易に侵食され、水路の中央に向かって運ばれます。カットバンクから侵食された堆積物は、反対側のポイントバーではなく、次の下流の蛇行のポイントバーに堆積する傾向があります。[27] [25]これは、川のほとりに木が生えている地域で見られます。蛇行の内側では、ヤナギなどの樹木が土手から遠く離れていることが多く、曲がりくねった外側では、木の根が露出してアンダーカットされ、最終的には川に倒れます。[27] [28]

蛇行カットオフ

ユタ州南部のパウエル湖のリンコン。それは切り込みのあるカットオフ(放棄された)蛇行です。

蛇行カットオフもいずれかとして知られている、カットオフ蛇行又は放棄蛇行は、ネックカットオフを形成した後、そのストリームによって放棄された蛇行あります。カットオフ蛇行を占める湖は、三日月湖として知られています。下にある岩盤に下向きに切り込んだカットオフ蛇行は、一般に切り込みカットオフ蛇行として知られています。[1]アンダーソン・ボトム・リンコンの場合と同様に、急勾配の、しばしば垂直な壁を持つ切り込みのある蛇行は、米国南西部ではリンコンとして知られていますが、常にそうとは限りません[29]リンコン 英語では、米国南西部では、小さな人里離れた谷、崖の床の間や角のある窪み、または川の曲がり角を表す非専門用語です。[30]

切り刻まれた蛇行

ダウンその床を切断しているストリームまたは川の蛇行岩盤は、どちらかとして知られて切開intrenched定着囲った又は陥入蛇行。一部の地球科学者は、切り込みを入れた蛇行のより細かい細分化を認識して使用しています。ソーンベリーは[31]と主張切開または囲った蛇行は、任意の蛇行を記述するのに適切である同義語である岩盤に下方に切開及び定義は、囲まれたまたは蛇行定着します対称的な谷の側面を特徴とする切り込みのある蛇行(閉じた蛇行)のサブタイプとして。彼は、対称的な谷の側面は、水路を岩盤に急速に切り詰めた直接の結果であると主張しています。[1] [32]さらに、リッチによって提案されたように[33]ソーンベリーは、断面の顕著な非対称性を伴う切り込みのある谷は、彼が成長した蛇行と呼んだが、横方向の移動蛇行の切り込み結果であると主張している。より遅いチャネルダウンカットの期間。とにかく、定着した蛇行と成長した蛇行の両方の形成には、その基本レベルが必要であると考えられています平均海面の相対的変化アイソスタティックまたは構造隆起、氷または天然ダムの破れ、または地域的な傾斜の結果として落下します。切り込みを入れた蛇行の典型的な例は、コロラド高原のケンタッキー州中央部のケンタッキー川パリセーズ、およびオザーク高原の小川に関連しています[32] [34]

ユタ州南東部のサンファン川のグースネック右中央にカットオフ蛇行があります。

上述したように、それは最初にどちらかの主張や切開蛇行が特徴的であることが推定された先行ストリームや川根本的にそのチャンネルを切開した地層を。先行する小川または川は、基礎となる岩の地形や岩の種類が変化しても、切開中に元のコースとパターンを維持するものです。[31] [32]しかし、後の地質学者[35]切り込みを入れた蛇行の形状は、常に「継承」されるとは限らないと主張します。たとえば、蛇行パターンが水平な氾濫原で自由に発達する可能性のある先行する蛇行の流れから厳密に継承されます。代わりに、彼らは、岩盤の河川の切り込みが進むにつれて、岩の種類や割れ目断層、その他の地質構造が岩相的に調整された蛇行または構造的に制御された蛇行に変化することによって、小川のコースが大幅に変更されると主張しています。[32] [34]

三日月湖

三日月湖河川、湖の最も一般的なタイプであり、その特徴的な曲線形状からその名前を導出する三日月形の湖です。[36]三日月湖は、カットオフ湖としても知られています[1]このような湖は、河川の蛇行の通常のプロセスの結果として、乱されていない氾濫原に定期的に形成されます。川または小川は、曲がり角の外側が侵食されて内側に堆積物が蓄積し、曲がりくねった馬蹄形の曲がり角を形成するため、曲がりくねった水路を形成します。最終的に、その蛇行の結果として、河川水路は蛇行の狭い首を通り抜け、カットオフ蛇行を形成します。ネックカットオフと呼ばれるネックの最後の突破口は、大洪水の際によく発生します。これは、水路が堤防から外れ、首を直接横切って流れ、洪水の全力で浸水する可能性があるためです。[27] [37]

カットオフ蛇行が形成された後、川の水は川からその端に流れ込み、洪水時にその両端に小さなデルタのような特徴を構築します。これらのデルタのような特徴は、カットオフ蛇行の両端をブロックして、河川水路の流れから分離され、川から独立した停滞した三日月湖を形成します。洪水時には、洪水の水が三日月湖に細粒の堆積物を堆積させます。その結果、三日月湖は時間の経過とともに細粒で有機物に富む堆積物で満たされる傾向があります。[27] [37]

ポイントバー

点バーとしても知られている、蛇行バーは、ある河川バーに向かってチャネルの付随マイグレーションによる蛇行の内部バンク上の非粘着堆積物の個々の付着物の、エピソードしばしば、ゆっくりと添加することによって形成され、その外岸。[1] [25]このプロセスは、横方向の付着と呼ばれます。横方向の付着は、主に高水位または洪水時にポイントバーが水没したときに発生します。通常、堆積物は砂、砂利、または両方の組み合わせで構成されます。いくつかのポイントバーを含む堆積物は、下流でシルト質堆積物に傾斜する可能性があります。堆積物が堆積すると、チャネルのタールヴェグからポイントバーの上面に向かう電流の速度と強度が低下するため、ポイントバーを構成する堆積物の垂直シーケンスは、個々のポイントバー内で上向きに細かくなります。たとえば、ポイントバーは、基部の砂利から上部の細かい砂まで上向きに細くなるのが一般的です。堆積物の発生源は通常、砂、岩、破片が侵食され、掃き出された上流の切り土です。そして川の河床を横切って川の曲がり角の内側の土手まで下流に転がりました。内側の曲がり角では、この堆積物と破片が最終的にポイントバーの滑走路に堆積します。[1] [25] [26]

スクロールバー

スクロールバーは、曲がりくねった内側に非対称の尾根と湿地の地形[38]を作成する蛇行ループの継続的な横方向の移動の結果です地形は一般に蛇行に平行であり、移動するバーフォームとバックバーシュートに関連しています[39]。これらはカーブの外側から堆積物を切り分け、ループの内側のゆっくり流れる水に堆積物を堆積させます。横方向の付着と呼ばれるプロセス。スクロールバーの堆積物は、斜交層理と上向きの微細化のパターンが特徴です。[40]これらの特徴は、動的な河川システムの結果であり、高エネルギーの洪水イベント中に大きな粒子が輸送され、その後徐々に消滅し、時間とともに小さな物質が堆積します(Batty2006)。曲がりくねった川の堆積物は、より不均一な網状河川堆積物とは異なり、一般に均質で横方向に広がっています。[41] スクロールバーの沈着には2つの異なるパターンがあります。渦降着スクロールバーパターンとポイントバースクロールパターン。川の谷を見下ろすと、ポイントバーのスクロールパターンが凸状で、渦降着スクロールバーのパターンが凹状であるため、それらを区別できます。[42]

スクロールバーは、尾根の上部では明るく見え、湿地では暗く見えることがよくあります。これは、上部が風によって形作られ、細粒を追加するか、その領域を植生のない状態に保つことができるためです。一方、湿地の暗さは、高水期に沈泥や粘土が洗い流されたことが原因である可能性があります。湿地で捕らえられる水に加えてこの追加された堆積物は、今度は湿地にも蓄積する植生にとって好ましい環境です。

滑走路

蛇行が氾濫原内の塹壕のある川の一部であるか、自由に蛇行する川の一部であるかに応じて、滑走斜面という用語は、蛇行ループの内側の凸状の土手を構成する2つの異なる河川地形を指す場合があります。氾濫原で自由に曲がりくねった川の場合、滑走斜面は曲がりくねった川の内側の緩やかに傾斜した土手であり、その上に堆積物が一時的に蓄積して、川が曲がりくねったようにポイントバーを形成します。このタイプの滑走路は、カットバンクの反対側にあります。[43]この用語は、曲がりくねった潮の流れの内側の傾斜した土手にも適用できます。[44]

塹壕のある川の場合、滑走斜面は、非対称に塹壕に入った川の内側の凹状の土手から立ち上がる緩やかに傾斜した岩盤の表面です。このタイプの滑走斜面は、多くの場合、沖積層の薄い不連続な層で覆われています。それは、川が岩盤に下向きに切り込むにつれて、蛇行が徐々に外に向かって移動することによって生成されます。[45] [46]滑走斜面テラスとして知られる、曲がりくねった拍車の滑走斜面上のテラスは、活発に曲がりくねった川による不規則な切開の間の短い停止によって形成される可能性があります[47]

導出量

蛇行、スクロールバーや三日月湖松花江

蛇行率[48]または正弦波指数[49]は、または小川が蛇行する量(そのコースが可能な限り最短の経路からどれだけ逸脱するか)を定量化する手段です。それは次のように計算された長さの長さで割ったストリームの。完全に真っ直ぐな川の蛇行率は1(谷と同じ長さ)ですが、この比率が1を超えると、川の蛇行が多くなります。

Sinuosityインデックスは、地図またはリーチと呼ばれる距離で測定された航空写真から計算されます。リーチは、平均フルバンクチャネル幅の少なくとも20倍である必要があります。ストリームの長さは、リーチ全体のチャネルまたはタールヴェグの長さによって測定されますが、比率の下限値は、リーチを定義する2つのポイント間のストリームのダウンバレーの長さまたは空気距離です。

正弦波指数は、ストリームの数学的記述において役割を果たします。谷も蛇行する可能性があるため、インデックスの詳細が必要になる場合があります。つまり、谷の長さはリーチと同じではありません。その場合、谷指数は谷の蛇行比であり、チャネル指数はチャネルの蛇行比です。チャネル正弦波指数は、チャネル長を谷の長さで割ったものであり、標準正弦波指数は、チャネル指数を谷の指数で割ったものです。区別はさらに微妙になる可能性があります。[50]

Sinuosity Indexには、数学以外の有用性もあります。ストリームは、それによって配置されたカテゴリに配置できます。たとえば、指数が1〜1.5の場合、川は曲がりくねっていますが、1.5〜4の場合、蛇行しています。指数は、河川速度と土砂負荷の尺度でもあり、これらの量は指数1(直線)で最大化されます。

も参照してください

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参考文献

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外部リンク