نشأة الأنهار وأطوارها
حينما تسقط الأمطار أو تذوب الثلوج فى جهة من الجهات المرتفعة ، فان مياهها تنحدر مكونه لمسيلات غير محدودة الجوانب ، ويتفق اتجاهها مع الانحدار العام لسطح المنطقة ، ولا تلبث هذه المسيلات أن تتجمع فى مجارى مائية محدودة الجوانب صغيرة الحجم ، ثم تتلاقى هذه المجارى الصغيرة مكونه مجارى أخرى أكبر فأكبر ، حتى تنشأ فى النهاية مجارى رئيسيه تحمل المياه وتلقى بها فى بحر كنهر النيل ونهر الراين ، أو فى محيط نهر الكونغو ونهر السنت لورانس أو فى بحيرة أو بحر داخلى كنهر الفولجا (فى بحرقروين) ونهر أموداريا وسرداريا فى (بحر آرال) أو فى مستنقع مالح كنهر تاريم (فى بحيرة لوب نور) ونهر هامبولت فى ولاية نيفادا الذى يتلاشى فى منخفض مالح عظيم .
. و يلتقى بالنهر أثناء جريانه من منبعه إلى مصبه عدد من الأنهار تدعى بالروافد . وينشأ بذلك نظام نهرى يشغل مساحة تجميع للمياه تسمى حوضا ، ويحيط بالحوض تقسيم مياه رئيسى يفصل بينه وبين حوض نهر آخر ، وأحيانا تتوزع المياه من منطقه تقسيم مياه واحدة على عده أنهار تجرى فى اتجاهات متباينة ، وتنصرف إلى بحار بعيده عن بعضها . ففى قسم من الألب السويسرية حول سان جوثارد يقع مركز التصريف النهرى لقسم عظيم من القارة الاوربيه ومنه ينبع نهر الراين ورافده الآرى و الرويس Ruess ( ينتهى الراين إلى بحر الشمال) ونهر الرون (ويصب فى البحر المتوسط) ونهر تسينو Ticino رافد البو Po (يصب فى البحر الادرياتى) وحينما تجرى المياه فى النهر فإنها تؤدى وظائفها الثلاث وهم (النحت والنقل والارساب) وهى بقيامها بوظائفها تعدل وتشكل من معالم أحواضها . حيث أنها تمزق سطح الأرض ، وتنحت الأودية وتخلع عليها ظاهرات مميزه . وتترك تلالا وحافات متخلفة فيما بينها . و بالتدريج يتحطم المظهر الطبيعي الأصلي ، ويتم اكتساح المواد نهائيا وتتحول أرض الحوض المضرسه بمرور الزمن إلى سهل ندعوه بالسهل التحاتى Peneplain . وقد قدر علماء أمريكا أن حوض نهر المسيسبى يتآكل وينخفض بالتعريه بمعدل يصل إلى حوالى 3سم كل 400 سنة ، وأن معدل الانخفاض بالنسبة للسطح العام للولايات المتحدة يبلغ 3سم كل 900 سنه هذا على اعتبار أنه لا يتأثر بعمليات رفع توازنيه .
ويدأب النهر فى عمله تدريجيا ، وتظهر فى حوض تغيرات متجانسه ، وهو ينتقل من مرحله إلى أخرى من مراحل تطوره ، حتى تكتمل دورة التعرية ، ولكل من مرحله الشباب والنضج والشيخوخه مميزاتها وظاهراتها المثالية التي تتضح من دراسة مدى انحدار مجراه ، وشكل قاعه وواديه ، والتوازن بين عملتي النحت و الارساب ومن الممكن أن تتمثل في أي نهر جميع المراحل الثلاث فنصادف مرحله الشباب في مجراه الأعلى في الجبال ومرحلة النضج في مجراه الأوسط ، ومرحله الشيخوخة حيث يجرى بطيئا مترنحا عبر سهل منبسط صوب البحر .
نظم جريان الأنهـــار
يقصد بنظام جريان النهر التفاوت الفصلى فى مقدار ما يجرى به من مياه ، ومرد ذلك إلى التباين فى كمية ما يسقط من المطر فى مختلف جهات العالم ، وإلى اختلاف مواسم سقوطه لهذا أو ذاك أثره المباشر فى مائية ،و فيما يؤديه من أعمال النحت والنقل و الإرساب وتتجه العناية إلى دراسة نظم جريان الأنهار لما لها من ارتباط وثيق بالمشروعات الخاصة بالتحكم فى الفيضان وتوليد القوى الكهربائية .
ويتوقف نظام جريان المياه فى أي نهر على عدة عوامل هى :ــ
1 ـ درجه الانحدار :ــ
فكلما اشتدا انحدار الأرض كلما ازداد انصراف المياه فى النهر وعلا مستواها وعظم خطرها . مثال ذلك نهر دجله الذى ينبع من أرمينيا ثم يجرى بالقرب من جيال زاجروس ، ويتلقى مياه عديد من الروافد التى تنبع منها ، والتى تتميز بانحدارت شديدة جدا ومن ثم يتميز بفيضانات فجائية مخربة . ويسبب سرعة تدفق المياه إليه يأتى فيضانه فى شهر إبريل مبكرا عن فيضان نهر الفرات فى مايو شهر كاملا .
2ـ نظام التساقط وكميته فى مختلف فصول السنه :-
سواء كان التساقط على هيئه مطرا أو ثلج فالأنهار التى تنبع وتجرى فى أقاليم مطرها منتظم الكميه والتوزيع طول العام ، تحافظ على مستوى المياه فيها إلى حد كبير . ومنها الأنهار و التى تجرى فى الجهات الاستوائية كنهر الامزون والكنغو ، وفى مثلها يعلو مستوى المياه بعض الشيء فى الاعتدالين . أما الأنهار التى تستقى مياهها من أمطار تتساقط فى فصل واحد من السنة ، فإننا نجدها تمتلئ وتفيض بالمياه فى فصل المطر وينخفض مستواها فى موسم الجفاف ، ومنها إقليم البحر المتوسط التى تفيض شتاء ، وأنهار الإقليم الموسمي التى تفيض صيفا كنهر ايراوادى وميكونج ويانجسنى . ويفيض النيل صيفا نتيجة لسقوط الأمطار فوق هضبة الحبشة حيث تنبع روافده السوباط والنيل الأزرق و العطيره . وفى العروض المعتدلة تستقى الأنهار مياهها كليه من الأنهار ومثلها نهر السين والساؤون . وهذه تصل إلى أدنى منسوب لمياهها فى فصل الصيف حين يشتد التبخر وتزداد حاجه النبات إلى الماء . وإذا كان النهر يستمد مياهه من ذوبان الثلوج المتراكمة فوق المرتفعات عند منابعه ، فإن موسم فيضانه يتفق مع الربيع و بدايه الصيف ، ومثال ذلك نهر دجله ونهر الفرات اللذان يفيضان فى أوائل الصيف ، ويهبط منسوب المياه فيهما إلى أدنى حد فى الخريف عقب الصيف الطويل الحار الجاف . وتبلغ المياه أقصاها فى الأنهار الالبيه فى شهرى يونيو و يوليو حيث يجتمع ذوبان الثلوج مع تساقط المطر وتهبط إلى أدناه فى أواخر الخريف .
* هذا ويساعد على الاحتفاظ بمستوى مياه مناسب فى مجاريها عدة عوامل نجملها فيما يلى :ــ
1 ـ وجود صخور مساميه فى النطاق الذى يجرى به النهر :ــ
فهى تعمل على امتصاص المياه أثناء ارتفاع منسوب النهر ، وتعيدها إليه وقت التحاريق وقد سبق أن ضربنا لذلك مثلا بنهر النيل .
2 ـ كثافة الغطاء النباتى الذى يكسو حوض النهر :ــ
فهى تعوق سير المياه ومن ثم يقل تدفقها نوعا وقت الفيضان ، فتنصرف فى المجرى بالتدريج مثال ذلك نهر الامزون الذى يجرى خلال إقليم من الغابات الاستوائية الكثيفة .
3 ـ مرور النهر فى مناطق حوضيه أو بحيرات :-
تعمل على تنظيم تدفق المياه فيه حين يخرج منها . فهي بمثابة خزانات طبيعة تحتجز فيها المياه الزائدة ، وتغذيه بها وقت انخفاض مستوى مياهه ، مثال ذلك نهر الرون الذى يمر ببحيرة جنيف ، والراين ببحيرة كونستانس ، والنيل بالبحيرات الاستوائيه و بحيرة نو .
4 ـ تعدد المصادر التى تغذى النهر بالمياه :ــ
كأن يتلقى النهر مياها من ذوبان الثلوج فى الربيع والصيف ومياها من أمطار الخريف والشتاء كنهر الجارون بفرنسا ، أو أن يجرى النهر فى أقاليم مناخية متباينة تسقط فيها الأمطار وتذوب الثلوج فى مواسم مختلفة ، كنهر الراين و الدابوب فى أوربا ، ونهر المسيسبى فى أمريكا الشماليه .
* وفى ضوء هذا العرض لنظم جريان الأنهار والعوامل التى تؤثر فيها يمكننا تقسيمها إلى ثلاثة أقسام وهم :
1 ـ النظام البسيط :ــ
ويتضمن كل سنه فترتين : أحداهما للفيضان والأخرى للتحاريق . ويتمثل فى عدة أنهار منها اليانجستى و الفولجا والنيل .
2 ـ النظام المزدوج :ــ
وتتميز أنهاره بارتفاع منسوب المياه فيها فى فترتين واضحتين . وذلك بسبب ذوبان الثلوج فى أوائل الصيف وسقوط الأمطار فى الخريف والشتاء ، ومثلهما نهر الجارون . أو عن طريق حدوث قمتى مطر كل عام فى الأنهار الاستوائية لنهر الامزون وزائير ( الكنغو) .
3 ـ النظام المركب :ــ
وهو نظام تتميز به كثير من أنهار العالم الكبيرة التى تختص بأحواض فسيحه تغطى أقاليم مناخية متباينه ، وتتلقى روافد عديده كل منها يختلف عن الاخر فى نظام جريان المياه فيه . ومن ثم فان نظام جريانه يصبح خليطا أو مركبا من عدة نظم . ويمثل هذا النظام المركب أنهار الراين والدانوب والمسيسبى .
الجريان السطحى الغطائى
يستخدم تعبير الجريان السطحى Overland Flow للدلالة على تحركات المياه وما يتصل بها من قوة قادرة على النحت والنقل فوق سطح الأرض ، حين لا تجرى محصورة فى قنوات أو مجارى محدده واضحة . إذ حين تجرى المياه فى قنوات أو مجارى واضحة المعالم يسمى الجريان حينئذ يجريان القناة Channel Flowo وهو مرادف للجريان النهرى . ويكون الجريان السطحى الغطائى أكثر تأثيرا فوق المنحدرات العليا العريضة ، وهنا يصبح لازما لتحركات المواد Mass Move ment ويكون الجريان السطحى الغطائى مسئولا عن قدر كبير من التعرية ، قبل أن تنشأ المجارى المائية فى اتجاه أسافل المنحدرات ، وتصل إلى تحقيق شكلها وخصائصها .
تعريه الرش :
والمرحله الاولى :ــ التعريه المائيه تبدأ بالفعل الميكانيكى لقطرات ماء المطر Rain-drops حين تصطدم بسطح الأرض ، وهو ما يسميه الجيومورفولوجيون الأمريكيون تعريه الرش Splash Erosion وتستطيع أمطار السيول التى تتميز بقطرات كبيره الحجم أن تحرك حبيبات التربة من جهة كما تعمل مياهها على دمج السطح ، ومن ثم انقاص مقدرة التربة على تسريب المياه و إنفاذها ، فتعجل من انصراف المياه .
وتكون تعريه الرش أكثر ما تكون فاعليه وتأثيرا فى الأقاليم شبه الجافة . حيث التساقط نادر لكنه غزير وكثيف حين يسقط ، وحيث يكون سطح الأرض مفككا هشا و عاريا من آيه حماية ، فلا توجد أشجار تكسر حده السقوط المباشر لقطرات المطر ، ولا غطاء نباتى أو عشبى يمتص قوه اصطدامها بالأرض .
التعريه الغطائية :
وتمثل المرحلة الثانية للتعرية المائية ، وتبدأ حينما تتسع التأثيرات المنفردة الرش وتتحد لتغطى مساحة كبيره ، ومن ثم تتحول إلى ما يسمى التعرية الغطائية أو الشريطية Sheet Erosion أو الغسل الغطائى Sheet Wash .
تعرية الجداول :
وفى هذه المرحلة تبدأ المياه فى التركيز فى عدد من الجداول الصغيرة الدقيقة السطحية ، ويساعد على ذلك وعوره السطح وعدم انتظامه وتناسقه . وتتشعب تلك الجداول و تلتقي مكونه لشكل توزيع شبكي . ورغم ذلك فما تزال تلك الجداول الدقيقة غير كافيه لتكوين قنوات محدودة المعالم . وتسمى التعرية بشكلها هذا تعريه الجداول Rill Erosion .
تعريه المسيلات الجبليه :
تزداد كميه المياه السطحية الجارية بالاتجاه نحو حضيض المنحدر ، و تلتقي الجداول مكونة لخنادق وأخاديد ضيقه و عميقة ، وتلك مرحله تكوين ما يعرف باسم المسيلات الجبلية التي تمارس نمطا من التعرية المائية المؤثرة يعرف باسمها وهو تعريه المسيلات الجبلية Gully Erosion والجريان المائي في المسيلات الجبلية يدخل ضمن الجريان المائي في قنوات ، وهو المرادف للجريان المائي النهري .
* هذا وتتوقف عمليات التعرية بالجريان السطحي بأنواعه المختلفة السالفة الذكر على عدد من العوامل نجملها فيما يلي :ــ
1 ـ كميه الامطار الساقطه ونظامها وكثافتها . فكلما كثرت وتواصلت تأكدت عمليات التعريه بالجريان السطحى بأنواعها المختلفه .
2 ـ درجه انحدار المنحدر ، فالجريان السطحى يكون عظيم فوق المنحدرات الشديده الانحدار ، لان السرعه المتزايده لجريان المياه تقلل الزمن المتاح لفقدان المياه بالتسرب .
3 ـ قابليه التسريب Infiltration Capacity فالتربة الطينية التي تتميز بقله النفاذية ، لا يسمح للمياه بالتسرب خلالها فتعظم كميه المياه الجارية فوق سطحها ، على عكس الأراضي الرملية و الحصوية التي تتخللها المياه وتنفذ فيها فلا يتبقى منها للجريان السطحي سوى القليل .
4 ـ طبيعة الغطاء النباتى ، فالحشائش تضعف تأثير قطرات المطر وتعوق الجريان السطحى ، وتساعد التسرب عن طريق الممرات الجذريه .
* ويعتقد أن مواد التجويه الدقيقة الحبيبات بواسطة تعريه الجريان السطحي الغطائى يكون ضئيلا للغاية أو معدوما فوق قمة المنحدر ، ويتضح النقل ويزداد كثيراً فوق المنحدر بالابتعاد عن القمة . ويرجع هورتون Horton 1945 م عدم فاعليه التعرية في نطاق معلوم على خطوط تقسيم المياه التي تمثل محور قمة المنحدر ، ويتباين عرض هذا النطاق تبعا لقابلية التسرب لغطاء مواد التجويه على المنحدر ، و لكثافة سقوط المطر ، ودرجه انحدار السطح بالابتعاد عن قمته . ولدرجة انحدار المنحدر أهميه خاصة ، ذلك أن المشاهدات تشير إلى أن النقل بواسطة التعرية الغطائيه يزداد باستمرار حيثما ازدادت درجه الانحدار حتى تصل إلى 40 درجه ، بعدها يتناقص النقل حتى تنعدم التعرية تماما عند الوصول إلى المنحدر القائم (90 درجه) ، وكثير ما نشاهد فى الأراضي المضرسه الممزقه مناطق قمم المنحدرات مستديره لا تتأثر بالتعرية المائية إلا قليلا ، بينما تبدو أسطح المنحدرات بالابتعاد عن تلك القمم ، وقد تحددت بالجداول المائية ، وغدت خشنه وعرة . ومع هذا فإن بعضا من الجيومورفولوجيين لا يوافقون على هذا الرأي القائل بازدياد قدره التعرية بالاتجاه نحو أسفل المنحدر ، ويرون أن تعرية قمم المنحدرات وتخفيض أسطحها بفعل مختلف أنواع تعرية الجريان السطحي الغطائى مهم للغاية .
ينحصر النهر فى مجرى Channel محدد ، حفرته المياه فى سطح الأرض بنمط واضح ، وقطاع عرضي يتباين فى شكله وخصائصه ابتداء من المنبع حتى المصب ، كما تتغير هيئته ومميزاته كلما تطور ونما نظام التصريف النهرى .
وهناك عدد من المصطلحات و التعريفات القياسية تخص هندسة الأنهار يهمنا منها ما يرتبط بالتعرية النهرية . فعمق المياه وعرضها في النهر يقاسان من الضفة إلى الضفة ، ويقصد بالضفة Bank حافة المجرى . وليس من السهل فى كل الأحوال تعيين كل منها ، ما لم يتم تهذيب المجرى وتنظيمه للتحكم فى الفيضان وتحسين ظروف الملاحة وتوليد القوى الكهرومائية ، وعاده ما يؤخذ متوسط قراءة الأعماق .
و الصله بين العمل والعرض يعبر عنها بنسبه الشكل Form Ratio وهو تعبير مشتق من نسبة العمق إلى العرض . فحين تقول أن نسبه الشكل 1 ــ 50 يكون العمق 3م والعرض 150م . وتتضح معالم الضفاف أحيانا وتتحدد تحديدا حسنا ، وفى أماكن أخرى نجد طبقات مضرسه من الرمال والحصى تنحدر تدريجيا من حافة المياه التى تتذبذب هي الأخرى .
ويستخدم تعبير المحيط المبلل Wetted Perimeter للدلاله على القطاع الذى يمثل قوسا يصل نقطه تلامس الماء بإحدى الضفتين مارا بالقاع إلى نقطه تلامس الماء بالضفة الأخرى .
أما مساحة القطاع العرض لمياه النهر عند نقطه معينه فيعبر عنها باسم مساحة القطاع العرض Cross-Sectional Area
وهناك صله أخرى على جانب كبير من الأهمية ، لأنها مرشد لمقدار الاحتكاك بين الماء والمجرى ، ومن ثم فهي بمثابة دلاله على فقدان الطاقة ، تلك الصلة يعبر عنها بنصف القطر المائي Hydro-ulicradius وهو يمثل النسبة بين مساحة القطاع العرضي وطول المحيط المبلل . وإذا قيل أن نصف القطر المائي واطئ أو منخفض Low ، يكون النهر قليل التأثر محدود الطاقة ، لان المياه الضحلة تشغل حينئذ مجرى عظيم الاتساع . وقد لا يشغل النهر في زمن التحاريق (أدنى منسوب للمياه) كل المجرى حينئذ يسمى الجريان فيه بالجريان القاعدي Base Flow. ويرتفع منسوب المياه فى المجرى عقب سقوط الأمطار أو انصهار الثلوج . وحين تشغل المياه كل المجرى بالضبط ، يقال أن النهر وصل لمرحله الامتلاء حتى الضفاف Bankfull Stage وإذا ما تجاوزت المياه فى منسوبها تلك المرحلة وصل النهر إلى مرحلة الفيضان Flood(oroverbank)Stage فيغمر الضفاف وتمر فتره من الزمن عقب سقوط الأمطار الغزيرة فوق حوض النهر قبل أن تصل موجه الفيضان إلى النهر الرئيسى .
وتطول تلك الفترة أو تقصر تبعا لطبيعة السطح ، والتركيب الصخرى ، والانحدار العام ، وعدد الروافد ، ويعرف أعلى منسوب للمياه فى النهر بقمه الفيضان .
وفى الاقطار التى تتعرض لأخطار الفيضانات المتكررة كالولايات المتحدة الأمريكية والصين والهند ، توجد بها مصالح و إدارات للتنبؤ بالفيضانات والتحذير من أخطارها ، كما تذاع أولا بأول أنباء ارتفاعات مناسيب الأنهار طريق محطات الإرسال المحلية .
طاقه النهـــر
يعتبر الماء الجارى أعظم عامل مؤثر فى تشكيل سطح الأرض ، وفى نقل نتاج التجويه من الأراضي المرتفعة إلى الأراضي المنخفضة، ومن اليابس إلى البحر . وتدين معظم الأودية فى نشأتها إلى فعل النحت المائي الرأسي والجانبي ، رغم إمكانية تعديل أشكالها بواسطة الجليد والعمليات المورفولوجيه المناخية فى مناطق هوامش الجليد . ولابد لنا أن نعرض لبعض النواحى الدنياميكية الخاص بطبيعة الجريان المائى النهرى ، حتى نتمكن من فهم عمليات النحت والنقل المائى المعقدة المركبة .
وتستطيع الانهار القيام بفعل جيومورفولوجى ، لانها تملك الطاقه لذلك .
وتتوقف طاقه النهر River Energy على عده عوامل نجملها فى النقاط الآتية :ـ
أ ـ الجاذبيه الأرضيه :
فهى التى تسبب حركه المياه فى قناه النهر وإن آي عامل يزيد من فاعليه هذه القوه لاشك يرفع طاقه النهرى ، مثال ذلك كميه المياه فى المجرى أو في كتلتها المتحركة ، فان جمله جذب كتله مائية كبيرة تكون أعظم من جذب كتله صغيره وتبعا لذلك فإن النهر حين الفيضان يمتلك طاقه أكبر بسبب ازدياد حجم المياه ، ومن يتميز بقابلية أعظم للنقل والنحت منها أثناء التحاريق ( انخفاض منسوب المياه فى الفصل الجاف ) .
ب ـ مدى اتفاع المجرى عن مستوى قاعده التعريه :
فكلما ازداد الفرق الرأسي بينهما كلما ازدادت طاقه النهر الكامنة Potential Energy وهى الطاقة المخزونة فى المياه لأنها تشغل ، ولو مؤقتا موقعا أعلى من دفع الجاذبية الأرضية.
ج ـ درجه انحدار المجرى :
وهى مهمة للغاية لأنها تتحكم فى سرعة Velocity جريان المياه . وكلما ازدادت السرعة ، عظمت كميه الطاقة الحركية Freeorkintic Energy وهى الطاقة التي تستهلك بالفعل فى حركه المياه وحمولتها .
وهذا هو السبب فى أن الأنهار التى تجرى فى مناطق جبليه تتميز بانحدارات شديدة ، وتتغذى بكميات ضخمه من مياه الأمطار أو مياه انصهار الثلج والجليد ، وتتمكن فى بعض الأحيان من نقل كميات هائلة من الجلاميد الصخرية الكبيرة الحجم جدا بسهوله ويسر .
وتتشتت طاقه النهر الكامنه وتبتدد طاقته الحركية بواسطة الاحتكاك الذى يسبب تحولهما إلى طاقه حرارية Heat Energy ذلك الاحتكاك يبين المياه المتحركة وقاع النهر ، وهذا ما يعرف بالاحتكاك الخارجي External Friction وفى جسم النهر ذاته ، وهو ما يسمى الاحتكاك الداخلي Internal Friction .
ولقد تستهلك عمليه نحت جوانب وقاع المجرى المائي بواسطة قوه ضغط المياه وما تحمله من رواسب قسما من الطاقة المفقودة .
العوامل المؤثرة فى استهلاك الطاقة النهرية نتيجة للاحتكاك الخارجي :ـ
وهناك عدة عوامل نؤثر فيما يستهلك من الطاقة نتيجة للاحتكاك الخارجي نجملها فيما يلي :-
1 ـ معظم الأنهار تحرك حموله قاع أو حموله جر :
وكلما تضخمت تلك الحمولة وكانت موادها أخشن ، كلما ازداد استهلاك الطاقة ، لان حركه المياه وحدها فوق الصخور تولد حرارة أقل من الحرارة الناتجة عن حركه الفتات الصخري الصلب فوق الصخر .
2 ـ شكل قناه النهر مهم للغايه :
لأنه يقرر طول خط التلامس فيما بين الماء الجارى والقاع ، وهو ما يسمى "المحيط المبلل" Wetted Perimeter الذي يبدو فى هيئه قوس يصل نقطه تلامس الماء بإحدى الضفتين مارا بالقاع إلى نقطه تلامس الماء بالضفة الأخرى . ذلك أنه بالنسبة لكميه تصريف مائي معلوم ، يزداد طول المحيط المبلل كلما كان مجرى النهر ضحلا وعريضا ، بينما يقل طول المحيط المبلل حينما يكون المجرى عميقا وضيقا . وتتحدد فاعليه مجرى النهر هنا بما يسمى نصف القطر المائى Hydraulic Radius الذى يمثل النسبة بين مساحة القطاع العرض لمياه النهر عند نقطه معينه Cross-Sectional Area وطول المحيط المبلل ، وبعمليه حسابيه بسيطة يتبين أنه كلما كبر نصف القطر المائى ( الناشئ عن صغر المحيط المبلل ) ، كان النهر أكثر فاعليه وتأثيرا . ويكون القطاع العرض للنهر نموذجيا حينما يكون نصف دائري Semicircular وحينئذ ينخفض فقدان الطاقة من الاحتكاك الخارجي إلى أدنى حد ممكن .
وحينما ندرس المجارى النهريه فى الحقل ، نجد أنها نادرا ما تصل إلى هذا الشكل النموذجى ، بل حتى لا تقترب منه . ذلك أن معظمها عريض نسبيا وقيعانها منبسطة ، وضفافها شديدة الانحدار ، بل أحيانا يصيبها النحت والتقويض السفلى . وأسباب ذلك متعددة . من ذلك أن الأنهار أثناء فيضاناتها تغزو ضفافها فتنحتها ، وبذلك توسع مجاريها ، لكن عندما يهبط منسوب المياه فيها ، لا يمكن تجديد أو تعويض المواد المنحوتة ، لان المجارى لم تعد ممتلئة بالمياه الفياضة Bank Full Staged .
وبدلا من ذلك ، يحدث الترسيب فوق قاع المجرى ، مكونا الشطوط Banks وضحاضيح Shoals . وفى الأماكن التى تتكون عندها ضفاف النهر من مواد مفككه هشه ، كالرمال والغرين النهرى ، فأن النهر يواصل توسيع مجراه بسهوله ، كما وتنشأ شطوط وجزر نهريه ، ويتشعب النهر ، وتتعدد مجاريه ، ويصبح مضفرا Braided ، ويؤدى استمرار تدهور الضفاف ونحتها واكتساح موادها إلى تكوين مجارى عريضة جدا كما وقد يهجر النهر بعض أجزاء مجراه حين يقطع إحدى ضفتيه فى أكثر من موضع . وتبدو هذه الظاهرة على نطاق واسع نسبيا فى سهول الارساب الجليدي Sandyoutwashplains أمام كثير من الأنهار الجليدية فى جبال الألب وأراضيها الأمامية حيث نجد الكثير من المجارى العريضة المضفره المعقدة . وتتكون المجارى النهري التى تتميز بنصف قطر مائي فعال نسبيا حينما تتكون ضفافها من مواد صلصالية أو حصوية متماسكة .
3 ـ حجم قناة النهر:
وهو العامل الثالث فى تقرير فاعليه النهر بالنسبة لفقدان الطاقة بالاحتكاك الخارجي . فمن الواضح أنه كلما ازداد تصريف النهر كلما ازداد المحيط المبلل طولا . ومع هذا فان نصف القطر المائي يزداد هو الآخر ، وفى بعض الأحيان يزداد زيادة كبير . وتبعا لذلك فإن استهلاك طاقه النهر بسبب الاحتكاك الخارجي تتناقص نسبيا . ومن ثم تتوافر لنهر عظيم الحجم طاقه أكبر لاستخدامها في نقل الحمولة من نهر صغير ، ويستدل على صحة هذه المقولة تلك الكميات الهائلة من المواد التي تحركها وتنقلها مياه النهر حين الفيضان . ومع هذا فإن المسألة ليست بهذه البساطة . ذلك أن الزيادة فى تصريف النهر يصاحبها عادة ازدياد فى حجم حموله القاع ، وفى هذه الحالة يشتد ساعد الاحتكاك الخارجي وكذلك النحت النهري . والواقع أنه من الخطورة بمكان محاولة التعامل مع مختلف أوجه النشاط النهري فرادى كل على حده ، ذلك لأنها مترابطة متشابكة يستحيل الفصل بينهما .
ولقد حاول بعض الكتاب حساب نسبه طاقه النهر المستهلكة فى كل مما يأتى :ــ
(أ) حركه المياه ( ب ) حركه الحمولة (ج ) عمليه النحت Corrasion وهذا ما يستحيل تحقيقه ، لان حركه الحمولة لا يمكن يحدث أن تتم بدون حركه المياه ونحت القاع النهرى Corrasion لا يحدث إلا بوجود حموله قاع متحركة .
وحينما تعود إلى مسألة فاعليه الأنهار الكبيرة ، ينبغي أن نعترف بامتلاكها قوى عظيمة لكلا من النقل والنحت ولكن ربما يكون سبب تلك القوى وجود طاقه كليه ضخمه ، انخفاض كبير فى تأثيروعورة قاع المجرى "Channel Roughness"هذا و ينبغي أن نشير إلى أن الزيادة الشاذه فى التصريف النهرى قد تؤدى أحيانا إلى نقص واضح فى فاعليه النهر ، فإذا حدث مثلا وفاض نهر من أنهار السهول ، وعلا ضفافه وتجاوزها وانتشر وتوزع فوق سهله الفيضي ، فإن طول محيطه المبلل يزداد زيادة كبيره ، مما يترتب عليه نقص شديد فى نصف قطره المائى ، مصحوبا باضمحلال واضح محسوس فى سرعة جريان مياهه . وتبعا لذلك تنخفض طاقه النهر انخفاضا ملحوظا ومن ثم يحدث إرسال حموله النهر بالضرورة . وهكذا تتضح آليه (ميكانيكيه) بناء السهول الفيضيه وتواصل نموها رأسيا بتتابع إرساب الحمولة النهرية .
4 ـ وعوره قاع المجرى :ــ Roughness Of the stream bed :
تؤثر تأثيرا شديدا فى استهلاك الطاقة بالاحتكاك الخارجي . ذلك أن استهلاك طاقه النهر يشتد حينما يزخر قاعه بالحفر الوعائية العميقة ، وبالمكاشف الصخرية الصلدة ، وتكثر به الجلاميد والكتل الصخرية الكبيرة ، كما فى حاله الأنهار الشابة بالمناطق العالية المضرسه ، بينما يقل الفاقد من طاقه النهر الذي يتميز بقاع أملس ممهد بواسطة غطاء من الرمال و الطمى . ومع هذا ، فلقد تتضاءل سرعة المجارى المائية الجبلية بتأثير وعوره قيعانها رغم جريانها فوق منحدرات شديدة ، حتى لا تكاد تزيد على سرعة جريان المياه فى أنهار السهول التي تقطع منحدرات هينه الانحدار . ويلاحظ النقص المستمر فى وعوره قيعان الأنهار بالاتجاه نحو أدانيها ، وتبعا لذلك تزداد فاعليه كلما نما وتضخم واقترب من البحر ولا شك أن تأثير وعوره القاع النهري تتضائل نسبيا بالابتعاد عن المنابع ، لأنه كلما أصبح المجرى أكثر عمقا ، كلما قلت قدره شكل القاع النهري فى إعاقة الحركة فى جسم المياه عمقا ، كلما قلت قدره شكل القاع النهري فى إعاقة الحركة فى جسم المياه الرئيسية الجارية .
العوامل المؤثره فى استهلاك الطاقه النهريه نتيجه للاحتكاك الداخلى :ـ
هناك عده عوامل يتوقف عليها مدى فقدان الطاقة النهرية أو استهلاكها بسبب الاحتكاك الداخلي Internal Friction نجملها فيما يلي :ــ
1 ـ درجه الاضطراب المائي :
وتلاطم كتل الماء ببعضها ، وحدوث الدوامات المائية . فكلما كثر الاضطراب المائي وازدادت الدوامات تباينت واختلفت سرعات تحرك الكتل المائية المجاورة ، ونشأ ما يسمى بالقص اللزج viscous Sheat ويزداد الاضطراب المائي وحدوث الدوامات المائية في مياه الأنهار بواسطة ارتفاع سرعة جريان المياه ، وشده وعوره قاع المجرى المائي ، والتغيرات المفاجئة في اتجاه المجارى النهرية .
2 ـ مدى عظم الحموله العالقه :
فيزداد الاستهلاك أو الفقدان الداخلي للطاقة النهرية ، حينما تكون الحمولة العالقة Suspended Load كبيره لأنها تزيد من لزوجة "Viscosity" المجرى المائي ، مثلما يحدث في فترات هطول الأمطار الغزيرة والفيضان ، حينما ترد إلى النهر كميات كبيره من المواد العالقة الدقيقة أما من منحدرات الوادي المجاورة أو المنحوتة من ضفافه .
يستهلك النهري جزء من طاقته في الاحتكاك بقاعه وجوانبه ويفقد جزء آخر منها في تلاطم كتل الماء ببعضها نتيجة للاضطرابات والدوامات التي تحدث فيها ، أما الجزء المتبقي من الطاقة فيستخدمه النهر في نقل حمولته . وتتألف حموله النهر من المواد التي فتتها التجويه أو التي حملتها إليه روافد أو التي جرفتها إليه مياه الجليد المنصهر ، بالإضافة إلى الرواسب التي نحتتها مياه النهر ذاته .
وتعظم مقدرة النهر على الحمل Competence حينما تكثر مياهه ، وتزداد سرعة تياره في زمن الفيضان .
أساليب النقل النهرى
يتم نقل المواد بواسطة الماء الجارى بالطرق الأربعة الآتية :ـ
1 ـ الجر Traction :
الجر أو السحب هى العملية التى يتم بواسطتها تحريك حبيبات الرواسب المختلفة الأحجام عن طريق الدحرجة على طول قاع المجرى ولهذا تسمى حموله النهر التى تتحرك على امتداد القاع سواء بالتدحرج أو الجر أو السحب بحموله القاع Bed Load أو حموله الجر Traction Load ويزداد حجم حمولة القاع أو الجر و يتعاظم أثناء مواسم الفيضان واشتداد سرعة جريان المياه ، كما تتمكن المياه حينئذ من دحرجة وجر كتل صخرية كبيرة ، ما كان باستطاعتها تحريكها فى مواسم التحاريق ( انخفاض فى منسوب المياه ) . كما وأن الفتات الصخري الدقيق الذى عاده ما يتحرك بالجر على امتداد القاع فى مواسم قله المياه تراه وقت الفيضان يتحرك بالقفز Saltation بل يصبح محمولا بالمياه ضمن الحمولة العالقة Suspended Load .
2 ـ القفز Saltation :
تتحرك حبيبات الرواسب الكبيرة نسبيا فوق قاع المجرى بقوه دفع التيار المائي عن طريق القفز Jumping ، فهي تلمس قاع النهر على فترات ومسافات . ذلك أن أية حبيبه مستقره فوق القاع النهري تعوق الماء المتحرك وتعترض سبيله إلى حد معلوم ، فينشأ ضغط مائي (هيدروليكي) خلفها . و سرعان ما تتمكن المياه من التغلب على مقاومة الحبيبه فتتدحرج كما في حاله الجر Traction أو قد تدفع إلى أعلى فتحتويها المياه المتحركة ضمن الحمولة العالقة .
3 ـ التعلق Suspension :
يتم تحريك معظم المواد الدقيقة فى هيئه معلقه بالمياه الجارية وفى البداية ترفع هذه المواد من القاع بالدفع الهيدروليكي (المائي) أو تأتى إلى المياه الجارية من الضفاف ، وتدخل على الخصوص ذلك الجزء من المجرى المائى حيث يعظم الاضطراب المائى . ويكون ذلك عاده على مسافة من قاع المجرى ، حيث يكون الجريان المائى من النوع الصفحى Laminar Type وتتمكن الحركات الدوامية المعقدة من تعويم الحبيبات الدقيقة ، التى تبقى معلقه فى المياه أثناء جريانها تجاه المصب . و ينبغي أن نضيف القول بأن الجريان المضطرب ليس السبب الوحيد فى التعلق ، لأن بعضا من المعادن الصلصالية الدقيقة بمعدل ارساب منخفض للغاية حتى أن أقل حركه للماء الجارى كافيه لإبقائها عالقة أبدا .
4 ـ الإذابة Solution :
فى بعض المناطق تنشيط التجويه الكيميائية ، إما لاسباب مناخية مثل وفره الرطوبة و الحرارة ، أو ليثولوجيه تختص بنوعيه الصخر و استجابتة السريعة للاذابه فى المياه العادية أو الحامضية . ولهذا نرى مياه الأنهار تحوى حموله ضخمه من المواد الذائبة فالأمطار التي تغذى الأنهار تذيب أثناء سقوطها بعضا من ثاني أوكسيد الكربون الموجود فى الجو ، ومن ثم تستطيع مياه النهر أن تذيب كثيرا من الصخور الجيرية ، خصوصا إذا كان النهر يجرى بجميع طوله فوق أراضى جيرية كنهر شانون Shannon فى أيرلندا ، وفى مثل هذه الحالة تقل حموله الجر والقفز ، والتعليق ، بل لقد تتلاشى تماما .
من الواضح أن حجم الحموله النهريه يتباين كثيرا من موسم إلى آخر ومن مكان إلى مكان ، وكذلك الحال بالنسبه لطبيعتها ونوعيتها .
ويرجع ذلك لأسباب عدة نذكرها فيما يلي :
1 ـ التباين فى طاقة النهر :
ذلك أن طاقه النهر ليست ثابتة ، فهي تزداد ازديادا عظيما فى بعض الأحيان مثل مواسم الفيضان ، حينما تكثر المياه وتعظم سرعتها .
وقد اقترح البعض أن قابلية الحمل النهرى Capacity آي مقدرته Ability على تحريك مجمل الحمولة Total Load، تتباين تبعا لما يسمى القوه الثالثة لسرعته Thrid Power Of its Velocity و بعبارة أخرى ، حينما تتضاعف سرعة النهر فان قابليه الحمل تزداد ثماني مرات . ويمكن الأخذ بهذا المبدأ على سبيل التقريب لان الآمر يتوقف إلى حد كبير على أحجام مكونات الحمولة . فمن السهل أن يحرك النهر المواد الرملية الدقيقة ، و الطمى والطين ، سواء بواسطة القفز أو بالتعلق ، بينما يصعب عليه تحريك حموله القاع من الكتل الصخرية الكبيرة والجلاميد . ونادرا ما يبلغ النهر قابليه حمولته الكلية Full Capacity آي يصبح كامل الحموله Fully Loaded وذلك لأسباب عده . مثال ذلك ما نجده فى جبليه ممزقه ، ومقطعه تقطيعا شديدا وعميقا ، فهنا نجد قاع النهر الصغير مفروشا بالحصى ، وبالحطام الصخري والجلاميد وهذه المواد جميعا تشكل حموله النهر ، لكنها لا تتحرك من مكانها تحت ظروف الجريان المائى العادى فى النهر .وإذا ما انعدم أو قل وجود المواد المجواه الدقيقة ، فإن النهر قد لا يقوم بوظيفة النقل ويصبح حينئذ قليل الحموله Under Loaded أو عديمها وسبب ذلك أن النهر ، فى وقت ما يكون كفء Competent لتحريك مواد ذات ثقل أقصى معلوم ، يتوقف على سرعته Velocity وقوته Power الفعلية . فإذا لم يبلغ النهر سرعة جريانه الحرجة Critical Velocity فأنه لا يستطيع تحريك المواد ، ومن ثم لا تستهلك طاقه النهر الحركية فى تحريك الحمولة ما تتوفر مواد أخرى أصغر حجما وثقلا . ويحدث ذلك حينما تزداد سرعة النهر أو تكثر مياهه ، كما فى موسم الفيضان ، فتصبح كفاءة النهرCompetence وافيه لنقل الجلاميد والكتل الصخرية الكبيرة .
ويحدد كفاءة النهر ويدل عليها ثقل أكبر قطعه صخرية يمكن لنهر أن ينقلها وهو فى سرعة معلومة . وكلما ازدادت السرعة النهرية ارتفع الحد الأقصى لنقل المواد التى ينقلها ، و إذا كان هذا لا يتم بنسبة مباشرة . ذلك أن كفاءة النهر تتباين تبعا لما يعرف بالقوة السادسة لسرعة النهر Sixth Power Lawوهو مبدأ توصل إليه .
هو بكينز W.Hophins عام 1842 . ومؤداه أنه "حينما تزداد سرعة النهر إلى الضعف ، ترتفع كفاءته ست مرات" و بعبارة أخرى حينما تبلغ سرعة النهر الضعف ، يتمكن النهر من نقل كتل صخرية يزيد وزنها ست مرات ومن ثم فإن لكل نهرية ما يناسبها من حد أقصى لقطع المواد الصخرية التي تنقلها .
وبالمثل فإن لكل قطعه صخرية سرعة معلومة ينبغي أن يبلغها النهر قبل أن يستطيع تحريكها ونقلها . ومع هذا فإن النهر حينما يبلغ سرعة كافيه لتحريك قطعه الصخر ، فإن حركتها تستمر حتى و لو ضعفت السرعة بقدر معلوم . وبعبارة أخرى فإن سرعة تحريك المواد تفوق السرعة اللازمة لاستمرار تحريكها ونقلها .
ويتضح الفرق بين السرعة اللازمة للتحريك والسرعة اللازمة لاستمرار التحريك والنقل في حاله الحبيبات الدقيقة فحبيبات الطين يمكن نقلها بواسطة نهر سرعته منخفضة جدا ، لكن هذه السرعة لا تكفى إطلاقا لنحت الضفاف الطينية أو لالتقاط حبيبات الطين الساكنة ونقلها . ومادامت الكفاءة Competence تتحدد بالسرعة ، فان قابليه الحمل (وهى الحمولة الكلية) تتحدد بالكفاءة . ومع هذا فقد نجد نهراً بطئ الجريان ( أي بكفاءة منخفضة ) لكنه عظيم الحمولة ، وحينئذ لابد وأن الحمولة مكونه من مواد طينيه دقيقه في حاله تعلق . وشكل مكونات الفتات الصخرى ومظهره مهم ومؤثر فى كفاءه النهر وقدرته على تحريكها ، و بالتالى يصبح مبدأ القوه السادسة تقريبى جدا ، ذلك أن الجلاميد الصخرى حينما تكون خشنه مسننة زاوية ، فإنها تتشابك ببعضها وبقاع النهر ، ويصبح من الصعب زحزحتها وتحريكها على عكس جلاميد صخرية مستديرة و مصقولة من ذات الوزن .
الحموله المتاحه :
تتباين حموله الانهار من حيث الحجم والنوع تبعا لنوعيه الصخور فى المنابع وعلى طول امتداداتها . فإلانهار التى تجرى بجنوب انجلترى مليون طن من المواد العالقه ، و 400 مليون طن عن طريق الجر (حموله القاع) ، وحوالى 136 مليون طن من المواد الذائبة .
قد تبدو دراسة فعل الأنهار كعامل نقل قبل مناقشه فعلها كعامل نحت أمر غير منطقى ، لكننا ينبغى أن نعلم أن حموله النهر عامل هام جدا فى النحت .
نوجزها فيما يلي :ـ
1 ـ الفعل الميكانيكى للحياه Hydraulic Action :
ويتمثل فى قوة تحريكها فى المجارى المائيه . فالمياه المندفعة لها مقدرة على اكتساح المواد المفككه التى تصادفها فى طريقها ، كما تدخل المياه فى الشقوق وفتات الفواصل ، و تتماذج فيها ، فيساعد على تحطيم الصخر الصلب . وللاضطرابات المائيه والدوامات التى تنشأ عند منحنيات المجرى تأثير قوى ، فهى تعمل على نحت وتفويض ضفاف المجرى Bank-Caving or Cavitation أو من صخور صلصالية أو حصوية .
2 ـ النحت بواسطه الحموله Corrasion :
يستعين النهر فى نحت الجوانب والقاع بحمولته التى يستخدمها كأداة طحن و سحق . ويشتد فعل هذه العمليه حيث تستطيع الدوامات المائيه ، والجريان المائى المضطرب إدارة الحصى والجلاميد فى الفجوات التى توجد فى قاع ( أو سرير المجرى ) ، فتحفر ما يسمى بالحفر الوعائية Pot-Holes ونتيجة لنحت القاع وجرف مواده ، يزداد عمقه وتضاف المواد الصخرية المنحوتة إلى حموله النهر ، مما يعزز قدرته على مواصله النحت والتعميق .
وهناك حد لهذه العمليه بطبيعه الحال . فحينما يصل النهر إلى كامل حمولته تتوزان عمليه النحت مع عمليه الارساب . ويعنى هذا أن النحت الرأسى Vertical Erosion بواسطه الحموله يميل إلى التوقف ، بينما يتقابل فعل النحت الجانبى Lateral Erosion مع الإرساب فى قوسى الثنيه النهريه . وفيما بين مرحله صفاء مياه النهر وخلوها من الحموله ومرحله اكتمال الحموله ، توجد مرحله يكون النحت الرأسى النهرى أعظم ما يكون قوة و اقتدارا .
ويقصد بها احتكاك المواد الصخريه التى تتألف منها حموله النهر ببعضها ، كما تصطدم بالقاع وبالجوانب ، فتتحطم وتتمزق ، وتزداد تفتيتا ، ويصغر حجمها باستمرار بالاتجاه نحو المصب ، بالتالى يسهل نقلها بالقفز ثم بالتعلق .
4 ـ عمليه الاذابة والتحلل Solution :
ويتم النحت النهري هذه المرة عن طريق الاذابه والتحلل ، وتسمى هذه العمليه أحيانا بالنحت الكميائى Corrosion وتتلخص فى قدرة مياه النهر ، بما تحويه من غازات ومواد ذائبه فيها ، أن تحلل وتذيب بعض أنواع الصخور التي يتألف منها نطاق مجرى النهر . وتعد الصخور الجيريه و الطباشيريه و الدولومينية أكثر الصخور قابليه للاذابه بمياه الانهر ، ولهذا كانت الأنهار التى تجرى فى مناطق تتركب من تلك الصخور أقدر على النحت الكميائى وتكوين أودية عميقة واسعه من تلك التى تجرى فى صخور ناريه أو رمليه كوارتيزية متماسكه .
وتعمل مياه النهر أيضا على تفكك وتحلل الصخور التى تتألف فى معظمها من معادن غير قابله للذوبان ، فلا تذوب كل مكونات الصخر فى هذه الحاله ، و انما تحلل المياه بعض العناصر التى تدخل فى تركيبه ، فينحل ويفقد تماسكه ويتحول إلى حطام صخرى يضاف إلى الحموله النهريه .
منقول من / smsec
. و يلتقى بالنهر أثناء جريانه من منبعه إلى مصبه عدد من الأنهار تدعى بالروافد . وينشأ بذلك نظام نهرى يشغل مساحة تجميع للمياه تسمى حوضا ، ويحيط بالحوض تقسيم مياه رئيسى يفصل بينه وبين حوض نهر آخر ، وأحيانا تتوزع المياه من منطقه تقسيم مياه واحدة على عده أنهار تجرى فى اتجاهات متباينة ، وتنصرف إلى بحار بعيده عن بعضها . ففى قسم من الألب السويسرية حول سان جوثارد يقع مركز التصريف النهرى لقسم عظيم من القارة الاوربيه ومنه ينبع نهر الراين ورافده الآرى و الرويس Ruess ( ينتهى الراين إلى بحر الشمال) ونهر الرون (ويصب فى البحر المتوسط) ونهر تسينو Ticino رافد البو Po (يصب فى البحر الادرياتى) وحينما تجرى المياه فى النهر فإنها تؤدى وظائفها الثلاث وهم (النحت والنقل والارساب) وهى بقيامها بوظائفها تعدل وتشكل من معالم أحواضها . حيث أنها تمزق سطح الأرض ، وتنحت الأودية وتخلع عليها ظاهرات مميزه . وتترك تلالا وحافات متخلفة فيما بينها . و بالتدريج يتحطم المظهر الطبيعي الأصلي ، ويتم اكتساح المواد نهائيا وتتحول أرض الحوض المضرسه بمرور الزمن إلى سهل ندعوه بالسهل التحاتى Peneplain . وقد قدر علماء أمريكا أن حوض نهر المسيسبى يتآكل وينخفض بالتعريه بمعدل يصل إلى حوالى 3سم كل 400 سنة ، وأن معدل الانخفاض بالنسبة للسطح العام للولايات المتحدة يبلغ 3سم كل 900 سنه هذا على اعتبار أنه لا يتأثر بعمليات رفع توازنيه .
ويدأب النهر فى عمله تدريجيا ، وتظهر فى حوض تغيرات متجانسه ، وهو ينتقل من مرحله إلى أخرى من مراحل تطوره ، حتى تكتمل دورة التعرية ، ولكل من مرحله الشباب والنضج والشيخوخه مميزاتها وظاهراتها المثالية التي تتضح من دراسة مدى انحدار مجراه ، وشكل قاعه وواديه ، والتوازن بين عملتي النحت و الارساب ومن الممكن أن تتمثل في أي نهر جميع المراحل الثلاث فنصادف مرحله الشباب في مجراه الأعلى في الجبال ومرحلة النضج في مجراه الأوسط ، ومرحله الشيخوخة حيث يجرى بطيئا مترنحا عبر سهل منبسط صوب البحر .
نظم جريان الأنهـــار
يقصد بنظام جريان النهر التفاوت الفصلى فى مقدار ما يجرى به من مياه ، ومرد ذلك إلى التباين فى كمية ما يسقط من المطر فى مختلف جهات العالم ، وإلى اختلاف مواسم سقوطه لهذا أو ذاك أثره المباشر فى مائية ،و فيما يؤديه من أعمال النحت والنقل و الإرساب وتتجه العناية إلى دراسة نظم جريان الأنهار لما لها من ارتباط وثيق بالمشروعات الخاصة بالتحكم فى الفيضان وتوليد القوى الكهربائية .
دورة التعرية النهرية
العوامل المؤثرة فى نظم الجريان : ويتوقف نظام جريان المياه فى أي نهر على عدة عوامل هى :ــ
1 ـ درجه الانحدار :ــ
فكلما اشتدا انحدار الأرض كلما ازداد انصراف المياه فى النهر وعلا مستواها وعظم خطرها . مثال ذلك نهر دجله الذى ينبع من أرمينيا ثم يجرى بالقرب من جيال زاجروس ، ويتلقى مياه عديد من الروافد التى تنبع منها ، والتى تتميز بانحدارت شديدة جدا ومن ثم يتميز بفيضانات فجائية مخربة . ويسبب سرعة تدفق المياه إليه يأتى فيضانه فى شهر إبريل مبكرا عن فيضان نهر الفرات فى مايو شهر كاملا .
2ـ نظام التساقط وكميته فى مختلف فصول السنه :-
سواء كان التساقط على هيئه مطرا أو ثلج فالأنهار التى تنبع وتجرى فى أقاليم مطرها منتظم الكميه والتوزيع طول العام ، تحافظ على مستوى المياه فيها إلى حد كبير . ومنها الأنهار و التى تجرى فى الجهات الاستوائية كنهر الامزون والكنغو ، وفى مثلها يعلو مستوى المياه بعض الشيء فى الاعتدالين . أما الأنهار التى تستقى مياهها من أمطار تتساقط فى فصل واحد من السنة ، فإننا نجدها تمتلئ وتفيض بالمياه فى فصل المطر وينخفض مستواها فى موسم الجفاف ، ومنها إقليم البحر المتوسط التى تفيض شتاء ، وأنهار الإقليم الموسمي التى تفيض صيفا كنهر ايراوادى وميكونج ويانجسنى . ويفيض النيل صيفا نتيجة لسقوط الأمطار فوق هضبة الحبشة حيث تنبع روافده السوباط والنيل الأزرق و العطيره . وفى العروض المعتدلة تستقى الأنهار مياهها كليه من الأنهار ومثلها نهر السين والساؤون . وهذه تصل إلى أدنى منسوب لمياهها فى فصل الصيف حين يشتد التبخر وتزداد حاجه النبات إلى الماء . وإذا كان النهر يستمد مياهه من ذوبان الثلوج المتراكمة فوق المرتفعات عند منابعه ، فإن موسم فيضانه يتفق مع الربيع و بدايه الصيف ، ومثال ذلك نهر دجله ونهر الفرات اللذان يفيضان فى أوائل الصيف ، ويهبط منسوب المياه فيهما إلى أدنى حد فى الخريف عقب الصيف الطويل الحار الجاف . وتبلغ المياه أقصاها فى الأنهار الالبيه فى شهرى يونيو و يوليو حيث يجتمع ذوبان الثلوج مع تساقط المطر وتهبط إلى أدناه فى أواخر الخريف .
* هذا ويساعد على الاحتفاظ بمستوى مياه مناسب فى مجاريها عدة عوامل نجملها فيما يلى :ــ
1 ـ وجود صخور مساميه فى النطاق الذى يجرى به النهر :ــ
فهى تعمل على امتصاص المياه أثناء ارتفاع منسوب النهر ، وتعيدها إليه وقت التحاريق وقد سبق أن ضربنا لذلك مثلا بنهر النيل .
2 ـ كثافة الغطاء النباتى الذى يكسو حوض النهر :ــ
فهى تعوق سير المياه ومن ثم يقل تدفقها نوعا وقت الفيضان ، فتنصرف فى المجرى بالتدريج مثال ذلك نهر الامزون الذى يجرى خلال إقليم من الغابات الاستوائية الكثيفة .
3 ـ مرور النهر فى مناطق حوضيه أو بحيرات :-
تعمل على تنظيم تدفق المياه فيه حين يخرج منها . فهي بمثابة خزانات طبيعة تحتجز فيها المياه الزائدة ، وتغذيه بها وقت انخفاض مستوى مياهه ، مثال ذلك نهر الرون الذى يمر ببحيرة جنيف ، والراين ببحيرة كونستانس ، والنيل بالبحيرات الاستوائيه و بحيرة نو .
4 ـ تعدد المصادر التى تغذى النهر بالمياه :ــ
كأن يتلقى النهر مياها من ذوبان الثلوج فى الربيع والصيف ومياها من أمطار الخريف والشتاء كنهر الجارون بفرنسا ، أو أن يجرى النهر فى أقاليم مناخية متباينة تسقط فيها الأمطار وتذوب الثلوج فى مواسم مختلفة ، كنهر الراين و الدابوب فى أوربا ، ونهر المسيسبى فى أمريكا الشماليه .
* وفى ضوء هذا العرض لنظم جريان الأنهار والعوامل التى تؤثر فيها يمكننا تقسيمها إلى ثلاثة أقسام وهم :
1 ـ النظام البسيط :ــ
ويتضمن كل سنه فترتين : أحداهما للفيضان والأخرى للتحاريق . ويتمثل فى عدة أنهار منها اليانجستى و الفولجا والنيل .
2 ـ النظام المزدوج :ــ
وتتميز أنهاره بارتفاع منسوب المياه فيها فى فترتين واضحتين . وذلك بسبب ذوبان الثلوج فى أوائل الصيف وسقوط الأمطار فى الخريف والشتاء ، ومثلهما نهر الجارون . أو عن طريق حدوث قمتى مطر كل عام فى الأنهار الاستوائية لنهر الامزون وزائير ( الكنغو) .
3 ـ النظام المركب :ــ
وهو نظام تتميز به كثير من أنهار العالم الكبيرة التى تختص بأحواض فسيحه تغطى أقاليم مناخية متباينه ، وتتلقى روافد عديده كل منها يختلف عن الاخر فى نظام جريان المياه فيه . ومن ثم فان نظام جريانه يصبح خليطا أو مركبا من عدة نظم . ويمثل هذا النظام المركب أنهار الراين والدانوب والمسيسبى .
الجريان السطحى الغطائى
يستخدم تعبير الجريان السطحى Overland Flow للدلالة على تحركات المياه وما يتصل بها من قوة قادرة على النحت والنقل فوق سطح الأرض ، حين لا تجرى محصورة فى قنوات أو مجارى محدده واضحة . إذ حين تجرى المياه فى قنوات أو مجارى واضحة المعالم يسمى الجريان حينئذ يجريان القناة Channel Flowo وهو مرادف للجريان النهرى . ويكون الجريان السطحى الغطائى أكثر تأثيرا فوق المنحدرات العليا العريضة ، وهنا يصبح لازما لتحركات المواد Mass Move ment ويكون الجريان السطحى الغطائى مسئولا عن قدر كبير من التعرية ، قبل أن تنشأ المجارى المائية فى اتجاه أسافل المنحدرات ، وتصل إلى تحقيق شكلها وخصائصها .
تعريه الرش :
والمرحله الاولى :ــ التعريه المائيه تبدأ بالفعل الميكانيكى لقطرات ماء المطر Rain-drops حين تصطدم بسطح الأرض ، وهو ما يسميه الجيومورفولوجيون الأمريكيون تعريه الرش Splash Erosion وتستطيع أمطار السيول التى تتميز بقطرات كبيره الحجم أن تحرك حبيبات التربة من جهة كما تعمل مياهها على دمج السطح ، ومن ثم انقاص مقدرة التربة على تسريب المياه و إنفاذها ، فتعجل من انصراف المياه .
وتكون تعريه الرش أكثر ما تكون فاعليه وتأثيرا فى الأقاليم شبه الجافة . حيث التساقط نادر لكنه غزير وكثيف حين يسقط ، وحيث يكون سطح الأرض مفككا هشا و عاريا من آيه حماية ، فلا توجد أشجار تكسر حده السقوط المباشر لقطرات المطر ، ولا غطاء نباتى أو عشبى يمتص قوه اصطدامها بالأرض .
التعريه الغطائية :
وتمثل المرحلة الثانية للتعرية المائية ، وتبدأ حينما تتسع التأثيرات المنفردة الرش وتتحد لتغطى مساحة كبيره ، ومن ثم تتحول إلى ما يسمى التعرية الغطائية أو الشريطية Sheet Erosion أو الغسل الغطائى Sheet Wash .
تعرية الجداول :
وفى هذه المرحلة تبدأ المياه فى التركيز فى عدد من الجداول الصغيرة الدقيقة السطحية ، ويساعد على ذلك وعوره السطح وعدم انتظامه وتناسقه . وتتشعب تلك الجداول و تلتقي مكونه لشكل توزيع شبكي . ورغم ذلك فما تزال تلك الجداول الدقيقة غير كافيه لتكوين قنوات محدودة المعالم . وتسمى التعرية بشكلها هذا تعريه الجداول Rill Erosion .
تعريه المسيلات الجبليه :
تزداد كميه المياه السطحية الجارية بالاتجاه نحو حضيض المنحدر ، و تلتقي الجداول مكونة لخنادق وأخاديد ضيقه و عميقة ، وتلك مرحله تكوين ما يعرف باسم المسيلات الجبلية التي تمارس نمطا من التعرية المائية المؤثرة يعرف باسمها وهو تعريه المسيلات الجبلية Gully Erosion والجريان المائي في المسيلات الجبلية يدخل ضمن الجريان المائي في قنوات ، وهو المرادف للجريان المائي النهري .
* هذا وتتوقف عمليات التعرية بالجريان السطحي بأنواعه المختلفة السالفة الذكر على عدد من العوامل نجملها فيما يلي :ــ
1 ـ كميه الامطار الساقطه ونظامها وكثافتها . فكلما كثرت وتواصلت تأكدت عمليات التعريه بالجريان السطحى بأنواعها المختلفه .
2 ـ درجه انحدار المنحدر ، فالجريان السطحى يكون عظيم فوق المنحدرات الشديده الانحدار ، لان السرعه المتزايده لجريان المياه تقلل الزمن المتاح لفقدان المياه بالتسرب .
3 ـ قابليه التسريب Infiltration Capacity فالتربة الطينية التي تتميز بقله النفاذية ، لا يسمح للمياه بالتسرب خلالها فتعظم كميه المياه الجارية فوق سطحها ، على عكس الأراضي الرملية و الحصوية التي تتخللها المياه وتنفذ فيها فلا يتبقى منها للجريان السطحي سوى القليل .
4 ـ طبيعة الغطاء النباتى ، فالحشائش تضعف تأثير قطرات المطر وتعوق الجريان السطحى ، وتساعد التسرب عن طريق الممرات الجذريه .
* ويعتقد أن مواد التجويه الدقيقة الحبيبات بواسطة تعريه الجريان السطحي الغطائى يكون ضئيلا للغاية أو معدوما فوق قمة المنحدر ، ويتضح النقل ويزداد كثيراً فوق المنحدر بالابتعاد عن القمة . ويرجع هورتون Horton 1945 م عدم فاعليه التعرية في نطاق معلوم على خطوط تقسيم المياه التي تمثل محور قمة المنحدر ، ويتباين عرض هذا النطاق تبعا لقابلية التسرب لغطاء مواد التجويه على المنحدر ، و لكثافة سقوط المطر ، ودرجه انحدار السطح بالابتعاد عن قمته . ولدرجة انحدار المنحدر أهميه خاصة ، ذلك أن المشاهدات تشير إلى أن النقل بواسطة التعرية الغطائيه يزداد باستمرار حيثما ازدادت درجه الانحدار حتى تصل إلى 40 درجه ، بعدها يتناقص النقل حتى تنعدم التعرية تماما عند الوصول إلى المنحدر القائم (90 درجه) ، وكثير ما نشاهد فى الأراضي المضرسه الممزقه مناطق قمم المنحدرات مستديره لا تتأثر بالتعرية المائية إلا قليلا ، بينما تبدو أسطح المنحدرات بالابتعاد عن تلك القمم ، وقد تحددت بالجداول المائية ، وغدت خشنه وعرة . ومع هذا فإن بعضا من الجيومورفولوجيين لا يوافقون على هذا الرأي القائل بازدياد قدره التعرية بالاتجاه نحو أسفل المنحدر ، ويرون أن تعرية قمم المنحدرات وتخفيض أسطحها بفعل مختلف أنواع تعرية الجريان السطحي الغطائى مهم للغاية .
الجريان النهرى المجرى
وهناك عدد من المصطلحات و التعريفات القياسية تخص هندسة الأنهار يهمنا منها ما يرتبط بالتعرية النهرية . فعمق المياه وعرضها في النهر يقاسان من الضفة إلى الضفة ، ويقصد بالضفة Bank حافة المجرى . وليس من السهل فى كل الأحوال تعيين كل منها ، ما لم يتم تهذيب المجرى وتنظيمه للتحكم فى الفيضان وتحسين ظروف الملاحة وتوليد القوى الكهرومائية ، وعاده ما يؤخذ متوسط قراءة الأعماق .
و الصله بين العمل والعرض يعبر عنها بنسبه الشكل Form Ratio وهو تعبير مشتق من نسبة العمق إلى العرض . فحين تقول أن نسبه الشكل 1 ــ 50 يكون العمق 3م والعرض 150م . وتتضح معالم الضفاف أحيانا وتتحدد تحديدا حسنا ، وفى أماكن أخرى نجد طبقات مضرسه من الرمال والحصى تنحدر تدريجيا من حافة المياه التى تتذبذب هي الأخرى .
ويستخدم تعبير المحيط المبلل Wetted Perimeter للدلاله على القطاع الذى يمثل قوسا يصل نقطه تلامس الماء بإحدى الضفتين مارا بالقاع إلى نقطه تلامس الماء بالضفة الأخرى .
أما مساحة القطاع العرض لمياه النهر عند نقطه معينه فيعبر عنها باسم مساحة القطاع العرض Cross-Sectional Area
وهناك صله أخرى على جانب كبير من الأهمية ، لأنها مرشد لمقدار الاحتكاك بين الماء والمجرى ، ومن ثم فهي بمثابة دلاله على فقدان الطاقة ، تلك الصلة يعبر عنها بنصف القطر المائي Hydro-ulicradius وهو يمثل النسبة بين مساحة القطاع العرضي وطول المحيط المبلل . وإذا قيل أن نصف القطر المائي واطئ أو منخفض Low ، يكون النهر قليل التأثر محدود الطاقة ، لان المياه الضحلة تشغل حينئذ مجرى عظيم الاتساع . وقد لا يشغل النهر في زمن التحاريق (أدنى منسوب للمياه) كل المجرى حينئذ يسمى الجريان فيه بالجريان القاعدي Base Flow. ويرتفع منسوب المياه فى المجرى عقب سقوط الأمطار أو انصهار الثلوج . وحين تشغل المياه كل المجرى بالضبط ، يقال أن النهر وصل لمرحله الامتلاء حتى الضفاف Bankfull Stage وإذا ما تجاوزت المياه فى منسوبها تلك المرحلة وصل النهر إلى مرحلة الفيضان Flood(oroverbank)Stage فيغمر الضفاف وتمر فتره من الزمن عقب سقوط الأمطار الغزيرة فوق حوض النهر قبل أن تصل موجه الفيضان إلى النهر الرئيسى .
وتطول تلك الفترة أو تقصر تبعا لطبيعة السطح ، والتركيب الصخرى ، والانحدار العام ، وعدد الروافد ، ويعرف أعلى منسوب للمياه فى النهر بقمه الفيضان .
وفى الاقطار التى تتعرض لأخطار الفيضانات المتكررة كالولايات المتحدة الأمريكية والصين والهند ، توجد بها مصالح و إدارات للتنبؤ بالفيضانات والتحذير من أخطارها ، كما تذاع أولا بأول أنباء ارتفاعات مناسيب الأنهار طريق محطات الإرسال المحلية .
طاقه النهـــر
يعتبر الماء الجارى أعظم عامل مؤثر فى تشكيل سطح الأرض ، وفى نقل نتاج التجويه من الأراضي المرتفعة إلى الأراضي المنخفضة، ومن اليابس إلى البحر . وتدين معظم الأودية فى نشأتها إلى فعل النحت المائي الرأسي والجانبي ، رغم إمكانية تعديل أشكالها بواسطة الجليد والعمليات المورفولوجيه المناخية فى مناطق هوامش الجليد . ولابد لنا أن نعرض لبعض النواحى الدنياميكية الخاص بطبيعة الجريان المائى النهرى ، حتى نتمكن من فهم عمليات النحت والنقل المائى المعقدة المركبة .
وتستطيع الانهار القيام بفعل جيومورفولوجى ، لانها تملك الطاقه لذلك .
وتتوقف طاقه النهر River Energy على عده عوامل نجملها فى النقاط الآتية :ـ
أ ـ الجاذبيه الأرضيه :
فهى التى تسبب حركه المياه فى قناه النهر وإن آي عامل يزيد من فاعليه هذه القوه لاشك يرفع طاقه النهرى ، مثال ذلك كميه المياه فى المجرى أو في كتلتها المتحركة ، فان جمله جذب كتله مائية كبيرة تكون أعظم من جذب كتله صغيره وتبعا لذلك فإن النهر حين الفيضان يمتلك طاقه أكبر بسبب ازدياد حجم المياه ، ومن يتميز بقابلية أعظم للنقل والنحت منها أثناء التحاريق ( انخفاض منسوب المياه فى الفصل الجاف ) .
ب ـ مدى اتفاع المجرى عن مستوى قاعده التعريه :
فكلما ازداد الفرق الرأسي بينهما كلما ازدادت طاقه النهر الكامنة Potential Energy وهى الطاقة المخزونة فى المياه لأنها تشغل ، ولو مؤقتا موقعا أعلى من دفع الجاذبية الأرضية.
ج ـ درجه انحدار المجرى :
وهى مهمة للغاية لأنها تتحكم فى سرعة Velocity جريان المياه . وكلما ازدادت السرعة ، عظمت كميه الطاقة الحركية Freeorkintic Energy وهى الطاقة التي تستهلك بالفعل فى حركه المياه وحمولتها .
وهذا هو السبب فى أن الأنهار التى تجرى فى مناطق جبليه تتميز بانحدارات شديدة ، وتتغذى بكميات ضخمه من مياه الأمطار أو مياه انصهار الثلج والجليد ، وتتمكن فى بعض الأحيان من نقل كميات هائلة من الجلاميد الصخرية الكبيرة الحجم جدا بسهوله ويسر .
وتتشتت طاقه النهر الكامنه وتبتدد طاقته الحركية بواسطة الاحتكاك الذى يسبب تحولهما إلى طاقه حرارية Heat Energy ذلك الاحتكاك يبين المياه المتحركة وقاع النهر ، وهذا ما يعرف بالاحتكاك الخارجي External Friction وفى جسم النهر ذاته ، وهو ما يسمى الاحتكاك الداخلي Internal Friction .
ولقد تستهلك عمليه نحت جوانب وقاع المجرى المائي بواسطة قوه ضغط المياه وما تحمله من رواسب قسما من الطاقة المفقودة .
العوامل المؤثرة فى استهلاك الطاقة النهرية نتيجة للاحتكاك الخارجي :ـ
وهناك عدة عوامل نؤثر فيما يستهلك من الطاقة نتيجة للاحتكاك الخارجي نجملها فيما يلي :-
1 ـ معظم الأنهار تحرك حموله قاع أو حموله جر :
وكلما تضخمت تلك الحمولة وكانت موادها أخشن ، كلما ازداد استهلاك الطاقة ، لان حركه المياه وحدها فوق الصخور تولد حرارة أقل من الحرارة الناتجة عن حركه الفتات الصخري الصلب فوق الصخر .
2 ـ شكل قناه النهر مهم للغايه :
لأنه يقرر طول خط التلامس فيما بين الماء الجارى والقاع ، وهو ما يسمى "المحيط المبلل" Wetted Perimeter الذي يبدو فى هيئه قوس يصل نقطه تلامس الماء بإحدى الضفتين مارا بالقاع إلى نقطه تلامس الماء بالضفة الأخرى . ذلك أنه بالنسبة لكميه تصريف مائي معلوم ، يزداد طول المحيط المبلل كلما كان مجرى النهر ضحلا وعريضا ، بينما يقل طول المحيط المبلل حينما يكون المجرى عميقا وضيقا . وتتحدد فاعليه مجرى النهر هنا بما يسمى نصف القطر المائى Hydraulic Radius الذى يمثل النسبة بين مساحة القطاع العرض لمياه النهر عند نقطه معينه Cross-Sectional Area وطول المحيط المبلل ، وبعمليه حسابيه بسيطة يتبين أنه كلما كبر نصف القطر المائى ( الناشئ عن صغر المحيط المبلل ) ، كان النهر أكثر فاعليه وتأثيرا . ويكون القطاع العرض للنهر نموذجيا حينما يكون نصف دائري Semicircular وحينئذ ينخفض فقدان الطاقة من الاحتكاك الخارجي إلى أدنى حد ممكن .
وحينما ندرس المجارى النهريه فى الحقل ، نجد أنها نادرا ما تصل إلى هذا الشكل النموذجى ، بل حتى لا تقترب منه . ذلك أن معظمها عريض نسبيا وقيعانها منبسطة ، وضفافها شديدة الانحدار ، بل أحيانا يصيبها النحت والتقويض السفلى . وأسباب ذلك متعددة . من ذلك أن الأنهار أثناء فيضاناتها تغزو ضفافها فتنحتها ، وبذلك توسع مجاريها ، لكن عندما يهبط منسوب المياه فيها ، لا يمكن تجديد أو تعويض المواد المنحوتة ، لان المجارى لم تعد ممتلئة بالمياه الفياضة Bank Full Staged .
وبدلا من ذلك ، يحدث الترسيب فوق قاع المجرى ، مكونا الشطوط Banks وضحاضيح Shoals . وفى الأماكن التى تتكون عندها ضفاف النهر من مواد مفككه هشه ، كالرمال والغرين النهرى ، فأن النهر يواصل توسيع مجراه بسهوله ، كما وتنشأ شطوط وجزر نهريه ، ويتشعب النهر ، وتتعدد مجاريه ، ويصبح مضفرا Braided ، ويؤدى استمرار تدهور الضفاف ونحتها واكتساح موادها إلى تكوين مجارى عريضة جدا كما وقد يهجر النهر بعض أجزاء مجراه حين يقطع إحدى ضفتيه فى أكثر من موضع . وتبدو هذه الظاهرة على نطاق واسع نسبيا فى سهول الارساب الجليدي Sandyoutwashplains أمام كثير من الأنهار الجليدية فى جبال الألب وأراضيها الأمامية حيث نجد الكثير من المجارى العريضة المضفره المعقدة . وتتكون المجارى النهري التى تتميز بنصف قطر مائي فعال نسبيا حينما تتكون ضفافها من مواد صلصالية أو حصوية متماسكة .
3 ـ حجم قناة النهر:
وهو العامل الثالث فى تقرير فاعليه النهر بالنسبة لفقدان الطاقة بالاحتكاك الخارجي . فمن الواضح أنه كلما ازداد تصريف النهر كلما ازداد المحيط المبلل طولا . ومع هذا فان نصف القطر المائي يزداد هو الآخر ، وفى بعض الأحيان يزداد زيادة كبير . وتبعا لذلك فإن استهلاك طاقه النهر بسبب الاحتكاك الخارجي تتناقص نسبيا . ومن ثم تتوافر لنهر عظيم الحجم طاقه أكبر لاستخدامها في نقل الحمولة من نهر صغير ، ويستدل على صحة هذه المقولة تلك الكميات الهائلة من المواد التي تحركها وتنقلها مياه النهر حين الفيضان . ومع هذا فإن المسألة ليست بهذه البساطة . ذلك أن الزيادة فى تصريف النهر يصاحبها عادة ازدياد فى حجم حموله القاع ، وفى هذه الحالة يشتد ساعد الاحتكاك الخارجي وكذلك النحت النهري . والواقع أنه من الخطورة بمكان محاولة التعامل مع مختلف أوجه النشاط النهري فرادى كل على حده ، ذلك لأنها مترابطة متشابكة يستحيل الفصل بينهما .
ولقد حاول بعض الكتاب حساب نسبه طاقه النهر المستهلكة فى كل مما يأتى :ــ
(أ) حركه المياه ( ب ) حركه الحمولة (ج ) عمليه النحت Corrasion وهذا ما يستحيل تحقيقه ، لان حركه الحمولة لا يمكن يحدث أن تتم بدون حركه المياه ونحت القاع النهرى Corrasion لا يحدث إلا بوجود حموله قاع متحركة .
وحينما تعود إلى مسألة فاعليه الأنهار الكبيرة ، ينبغي أن نعترف بامتلاكها قوى عظيمة لكلا من النقل والنحت ولكن ربما يكون سبب تلك القوى وجود طاقه كليه ضخمه ، انخفاض كبير فى تأثيروعورة قاع المجرى "Channel Roughness"هذا و ينبغي أن نشير إلى أن الزيادة الشاذه فى التصريف النهرى قد تؤدى أحيانا إلى نقص واضح فى فاعليه النهر ، فإذا حدث مثلا وفاض نهر من أنهار السهول ، وعلا ضفافه وتجاوزها وانتشر وتوزع فوق سهله الفيضي ، فإن طول محيطه المبلل يزداد زيادة كبيره ، مما يترتب عليه نقص شديد فى نصف قطره المائى ، مصحوبا باضمحلال واضح محسوس فى سرعة جريان مياهه . وتبعا لذلك تنخفض طاقه النهر انخفاضا ملحوظا ومن ثم يحدث إرسال حموله النهر بالضرورة . وهكذا تتضح آليه (ميكانيكيه) بناء السهول الفيضيه وتواصل نموها رأسيا بتتابع إرساب الحمولة النهرية .
4 ـ وعوره قاع المجرى :ــ Roughness Of the stream bed :
تؤثر تأثيرا شديدا فى استهلاك الطاقة بالاحتكاك الخارجي . ذلك أن استهلاك طاقه النهر يشتد حينما يزخر قاعه بالحفر الوعائية العميقة ، وبالمكاشف الصخرية الصلدة ، وتكثر به الجلاميد والكتل الصخرية الكبيرة ، كما فى حاله الأنهار الشابة بالمناطق العالية المضرسه ، بينما يقل الفاقد من طاقه النهر الذي يتميز بقاع أملس ممهد بواسطة غطاء من الرمال و الطمى . ومع هذا ، فلقد تتضاءل سرعة المجارى المائية الجبلية بتأثير وعوره قيعانها رغم جريانها فوق منحدرات شديدة ، حتى لا تكاد تزيد على سرعة جريان المياه فى أنهار السهول التي تقطع منحدرات هينه الانحدار . ويلاحظ النقص المستمر فى وعوره قيعان الأنهار بالاتجاه نحو أدانيها ، وتبعا لذلك تزداد فاعليه كلما نما وتضخم واقترب من البحر ولا شك أن تأثير وعوره القاع النهري تتضائل نسبيا بالابتعاد عن المنابع ، لأنه كلما أصبح المجرى أكثر عمقا ، كلما قلت قدره شكل القاع النهري فى إعاقة الحركة فى جسم المياه عمقا ، كلما قلت قدره شكل القاع النهري فى إعاقة الحركة فى جسم المياه الرئيسية الجارية .
العوامل المؤثره فى استهلاك الطاقه النهريه نتيجه للاحتكاك الداخلى :ـ
هناك عده عوامل يتوقف عليها مدى فقدان الطاقة النهرية أو استهلاكها بسبب الاحتكاك الداخلي Internal Friction نجملها فيما يلي :ــ
1 ـ درجه الاضطراب المائي :
وتلاطم كتل الماء ببعضها ، وحدوث الدوامات المائية . فكلما كثر الاضطراب المائي وازدادت الدوامات تباينت واختلفت سرعات تحرك الكتل المائية المجاورة ، ونشأ ما يسمى بالقص اللزج viscous Sheat ويزداد الاضطراب المائي وحدوث الدوامات المائية في مياه الأنهار بواسطة ارتفاع سرعة جريان المياه ، وشده وعوره قاع المجرى المائي ، والتغيرات المفاجئة في اتجاه المجارى النهرية .
2 ـ مدى عظم الحموله العالقه :
فيزداد الاستهلاك أو الفقدان الداخلي للطاقة النهرية ، حينما تكون الحمولة العالقة Suspended Load كبيره لأنها تزيد من لزوجة "Viscosity" المجرى المائي ، مثلما يحدث في فترات هطول الأمطار الغزيرة والفيضان ، حينما ترد إلى النهر كميات كبيره من المواد العالقة الدقيقة أما من منحدرات الوادي المجاورة أو المنحوتة من ضفافه .
النقل النهرى
يستهلك النهري جزء من طاقته في الاحتكاك بقاعه وجوانبه ويفقد جزء آخر منها في تلاطم كتل الماء ببعضها نتيجة للاضطرابات والدوامات التي تحدث فيها ، أما الجزء المتبقي من الطاقة فيستخدمه النهر في نقل حمولته . وتتألف حموله النهر من المواد التي فتتها التجويه أو التي حملتها إليه روافد أو التي جرفتها إليه مياه الجليد المنصهر ، بالإضافة إلى الرواسب التي نحتتها مياه النهر ذاته .
وتعظم مقدرة النهر على الحمل Competence حينما تكثر مياهه ، وتزداد سرعة تياره في زمن الفيضان .
أساليب النقل النهرى
يتم نقل المواد بواسطة الماء الجارى بالطرق الأربعة الآتية :ـ
1 ـ الجر Traction :
الجر أو السحب هى العملية التى يتم بواسطتها تحريك حبيبات الرواسب المختلفة الأحجام عن طريق الدحرجة على طول قاع المجرى ولهذا تسمى حموله النهر التى تتحرك على امتداد القاع سواء بالتدحرج أو الجر أو السحب بحموله القاع Bed Load أو حموله الجر Traction Load ويزداد حجم حمولة القاع أو الجر و يتعاظم أثناء مواسم الفيضان واشتداد سرعة جريان المياه ، كما تتمكن المياه حينئذ من دحرجة وجر كتل صخرية كبيرة ، ما كان باستطاعتها تحريكها فى مواسم التحاريق ( انخفاض فى منسوب المياه ) . كما وأن الفتات الصخري الدقيق الذى عاده ما يتحرك بالجر على امتداد القاع فى مواسم قله المياه تراه وقت الفيضان يتحرك بالقفز Saltation بل يصبح محمولا بالمياه ضمن الحمولة العالقة Suspended Load .
2 ـ القفز Saltation :
تتحرك حبيبات الرواسب الكبيرة نسبيا فوق قاع المجرى بقوه دفع التيار المائي عن طريق القفز Jumping ، فهي تلمس قاع النهر على فترات ومسافات . ذلك أن أية حبيبه مستقره فوق القاع النهري تعوق الماء المتحرك وتعترض سبيله إلى حد معلوم ، فينشأ ضغط مائي (هيدروليكي) خلفها . و سرعان ما تتمكن المياه من التغلب على مقاومة الحبيبه فتتدحرج كما في حاله الجر Traction أو قد تدفع إلى أعلى فتحتويها المياه المتحركة ضمن الحمولة العالقة .
3 ـ التعلق Suspension :
يتم تحريك معظم المواد الدقيقة فى هيئه معلقه بالمياه الجارية وفى البداية ترفع هذه المواد من القاع بالدفع الهيدروليكي (المائي) أو تأتى إلى المياه الجارية من الضفاف ، وتدخل على الخصوص ذلك الجزء من المجرى المائى حيث يعظم الاضطراب المائى . ويكون ذلك عاده على مسافة من قاع المجرى ، حيث يكون الجريان المائى من النوع الصفحى Laminar Type وتتمكن الحركات الدوامية المعقدة من تعويم الحبيبات الدقيقة ، التى تبقى معلقه فى المياه أثناء جريانها تجاه المصب . و ينبغي أن نضيف القول بأن الجريان المضطرب ليس السبب الوحيد فى التعلق ، لأن بعضا من المعادن الصلصالية الدقيقة بمعدل ارساب منخفض للغاية حتى أن أقل حركه للماء الجارى كافيه لإبقائها عالقة أبدا .
4 ـ الإذابة Solution :
فى بعض المناطق تنشيط التجويه الكيميائية ، إما لاسباب مناخية مثل وفره الرطوبة و الحرارة ، أو ليثولوجيه تختص بنوعيه الصخر و استجابتة السريعة للاذابه فى المياه العادية أو الحامضية . ولهذا نرى مياه الأنهار تحوى حموله ضخمه من المواد الذائبة فالأمطار التي تغذى الأنهار تذيب أثناء سقوطها بعضا من ثاني أوكسيد الكربون الموجود فى الجو ، ومن ثم تستطيع مياه النهر أن تذيب كثيرا من الصخور الجيرية ، خصوصا إذا كان النهر يجرى بجميع طوله فوق أراضى جيرية كنهر شانون Shannon فى أيرلندا ، وفى مثل هذه الحالة تقل حموله الجر والقفز ، والتعليق ، بل لقد تتلاشى تماما .
تباين حجم ونوعيه الحموله النهريه
من الواضح أن حجم الحموله النهريه يتباين كثيرا من موسم إلى آخر ومن مكان إلى مكان ، وكذلك الحال بالنسبه لطبيعتها ونوعيتها .
ويرجع ذلك لأسباب عدة نذكرها فيما يلي :
1 ـ التباين فى طاقة النهر :
ذلك أن طاقه النهر ليست ثابتة ، فهي تزداد ازديادا عظيما فى بعض الأحيان مثل مواسم الفيضان ، حينما تكثر المياه وتعظم سرعتها .
وقد اقترح البعض أن قابلية الحمل النهرى Capacity آي مقدرته Ability على تحريك مجمل الحمولة Total Load، تتباين تبعا لما يسمى القوه الثالثة لسرعته Thrid Power Of its Velocity و بعبارة أخرى ، حينما تتضاعف سرعة النهر فان قابليه الحمل تزداد ثماني مرات . ويمكن الأخذ بهذا المبدأ على سبيل التقريب لان الآمر يتوقف إلى حد كبير على أحجام مكونات الحمولة . فمن السهل أن يحرك النهر المواد الرملية الدقيقة ، و الطمى والطين ، سواء بواسطة القفز أو بالتعلق ، بينما يصعب عليه تحريك حموله القاع من الكتل الصخرية الكبيرة والجلاميد . ونادرا ما يبلغ النهر قابليه حمولته الكلية Full Capacity آي يصبح كامل الحموله Fully Loaded وذلك لأسباب عده . مثال ذلك ما نجده فى جبليه ممزقه ، ومقطعه تقطيعا شديدا وعميقا ، فهنا نجد قاع النهر الصغير مفروشا بالحصى ، وبالحطام الصخري والجلاميد وهذه المواد جميعا تشكل حموله النهر ، لكنها لا تتحرك من مكانها تحت ظروف الجريان المائى العادى فى النهر .وإذا ما انعدم أو قل وجود المواد المجواه الدقيقة ، فإن النهر قد لا يقوم بوظيفة النقل ويصبح حينئذ قليل الحموله Under Loaded أو عديمها وسبب ذلك أن النهر ، فى وقت ما يكون كفء Competent لتحريك مواد ذات ثقل أقصى معلوم ، يتوقف على سرعته Velocity وقوته Power الفعلية . فإذا لم يبلغ النهر سرعة جريانه الحرجة Critical Velocity فأنه لا يستطيع تحريك المواد ، ومن ثم لا تستهلك طاقه النهر الحركية فى تحريك الحمولة ما تتوفر مواد أخرى أصغر حجما وثقلا . ويحدث ذلك حينما تزداد سرعة النهر أو تكثر مياهه ، كما فى موسم الفيضان ، فتصبح كفاءة النهرCompetence وافيه لنقل الجلاميد والكتل الصخرية الكبيرة .
ويحدد كفاءة النهر ويدل عليها ثقل أكبر قطعه صخرية يمكن لنهر أن ينقلها وهو فى سرعة معلومة . وكلما ازدادت السرعة النهرية ارتفع الحد الأقصى لنقل المواد التى ينقلها ، و إذا كان هذا لا يتم بنسبة مباشرة . ذلك أن كفاءة النهر تتباين تبعا لما يعرف بالقوة السادسة لسرعة النهر Sixth Power Lawوهو مبدأ توصل إليه .
هو بكينز W.Hophins عام 1842 . ومؤداه أنه "حينما تزداد سرعة النهر إلى الضعف ، ترتفع كفاءته ست مرات" و بعبارة أخرى حينما تبلغ سرعة النهر الضعف ، يتمكن النهر من نقل كتل صخرية يزيد وزنها ست مرات ومن ثم فإن لكل نهرية ما يناسبها من حد أقصى لقطع المواد الصخرية التي تنقلها .
وبالمثل فإن لكل قطعه صخرية سرعة معلومة ينبغي أن يبلغها النهر قبل أن يستطيع تحريكها ونقلها . ومع هذا فإن النهر حينما يبلغ سرعة كافيه لتحريك قطعه الصخر ، فإن حركتها تستمر حتى و لو ضعفت السرعة بقدر معلوم . وبعبارة أخرى فإن سرعة تحريك المواد تفوق السرعة اللازمة لاستمرار تحريكها ونقلها .
ويتضح الفرق بين السرعة اللازمة للتحريك والسرعة اللازمة لاستمرار التحريك والنقل في حاله الحبيبات الدقيقة فحبيبات الطين يمكن نقلها بواسطة نهر سرعته منخفضة جدا ، لكن هذه السرعة لا تكفى إطلاقا لنحت الضفاف الطينية أو لالتقاط حبيبات الطين الساكنة ونقلها . ومادامت الكفاءة Competence تتحدد بالسرعة ، فان قابليه الحمل (وهى الحمولة الكلية) تتحدد بالكفاءة . ومع هذا فقد نجد نهراً بطئ الجريان ( أي بكفاءة منخفضة ) لكنه عظيم الحمولة ، وحينئذ لابد وأن الحمولة مكونه من مواد طينيه دقيقه في حاله تعلق . وشكل مكونات الفتات الصخرى ومظهره مهم ومؤثر فى كفاءه النهر وقدرته على تحريكها ، و بالتالى يصبح مبدأ القوه السادسة تقريبى جدا ، ذلك أن الجلاميد الصخرى حينما تكون خشنه مسننة زاوية ، فإنها تتشابك ببعضها وبقاع النهر ، ويصبح من الصعب زحزحتها وتحريكها على عكس جلاميد صخرية مستديرة و مصقولة من ذات الوزن .
الحموله المتاحه :
تتباين حموله الانهار من حيث الحجم والنوع تبعا لنوعيه الصخور فى المنابع وعلى طول امتداداتها . فإلانهار التى تجرى بجنوب انجلترى مليون طن من المواد العالقه ، و 400 مليون طن عن طريق الجر (حموله القاع) ، وحوالى 136 مليون طن من المواد الذائبة .
النحت النهري
عمليات النحر النهري
وتقوم الانهار بدور كعامل نحت من خلال أربع عمليات .نوجزها فيما يلي :ـ
1 ـ الفعل الميكانيكى للحياه Hydraulic Action :
ويتمثل فى قوة تحريكها فى المجارى المائيه . فالمياه المندفعة لها مقدرة على اكتساح المواد المفككه التى تصادفها فى طريقها ، كما تدخل المياه فى الشقوق وفتات الفواصل ، و تتماذج فيها ، فيساعد على تحطيم الصخر الصلب . وللاضطرابات المائيه والدوامات التى تنشأ عند منحنيات المجرى تأثير قوى ، فهى تعمل على نحت وتفويض ضفاف المجرى Bank-Caving or Cavitation أو من صخور صلصالية أو حصوية .
2 ـ النحت بواسطه الحموله Corrasion :
يستعين النهر فى نحت الجوانب والقاع بحمولته التى يستخدمها كأداة طحن و سحق . ويشتد فعل هذه العمليه حيث تستطيع الدوامات المائيه ، والجريان المائى المضطرب إدارة الحصى والجلاميد فى الفجوات التى توجد فى قاع ( أو سرير المجرى ) ، فتحفر ما يسمى بالحفر الوعائية Pot-Holes ونتيجة لنحت القاع وجرف مواده ، يزداد عمقه وتضاف المواد الصخرية المنحوتة إلى حموله النهر ، مما يعزز قدرته على مواصله النحت والتعميق .
وهناك حد لهذه العمليه بطبيعه الحال . فحينما يصل النهر إلى كامل حمولته تتوزان عمليه النحت مع عمليه الارساب . ويعنى هذا أن النحت الرأسى Vertical Erosion بواسطه الحموله يميل إلى التوقف ، بينما يتقابل فعل النحت الجانبى Lateral Erosion مع الإرساب فى قوسى الثنيه النهريه . وفيما بين مرحله صفاء مياه النهر وخلوها من الحموله ومرحله اكتمال الحموله ، توجد مرحله يكون النحت الرأسى النهرى أعظم ما يكون قوة و اقتدارا .
الحفر الوعائية
منعطفات الشباب
3 ـ عمليه السحق Attrition :ويقصد بها احتكاك المواد الصخريه التى تتألف منها حموله النهر ببعضها ، كما تصطدم بالقاع وبالجوانب ، فتتحطم وتتمزق ، وتزداد تفتيتا ، ويصغر حجمها باستمرار بالاتجاه نحو المصب ، بالتالى يسهل نقلها بالقفز ثم بالتعلق .
4 ـ عمليه الاذابة والتحلل Solution :
ويتم النحت النهري هذه المرة عن طريق الاذابه والتحلل ، وتسمى هذه العمليه أحيانا بالنحت الكميائى Corrosion وتتلخص فى قدرة مياه النهر ، بما تحويه من غازات ومواد ذائبه فيها ، أن تحلل وتذيب بعض أنواع الصخور التي يتألف منها نطاق مجرى النهر . وتعد الصخور الجيريه و الطباشيريه و الدولومينية أكثر الصخور قابليه للاذابه بمياه الانهر ، ولهذا كانت الأنهار التى تجرى فى مناطق تتركب من تلك الصخور أقدر على النحت الكميائى وتكوين أودية عميقة واسعه من تلك التى تجرى فى صخور ناريه أو رمليه كوارتيزية متماسكه .
وتعمل مياه النهر أيضا على تفكك وتحلل الصخور التى تتألف فى معظمها من معادن غير قابله للذوبان ، فلا تذوب كل مكونات الصخر فى هذه الحاله ، و انما تحلل المياه بعض العناصر التى تدخل فى تركيبه ، فينحل ويفقد تماسكه ويتحول إلى حطام صخرى يضاف إلى الحموله النهريه .
منقول من / smsec
تعليقات
إرسال تعليق
قال الله تعالى (وما يلفظ من قول الا لديه رقيب عتيد) صدق الله العظيم
قبل التعليق أتمنى أن تتقوا الله فى ما تكتبوه من تعليقات
هنا التعليقات ليس لها علاقة بالمدونة و هى تعبر عن وجهة نظر كاتبها و صاحب المدونة ليس له أى علاقة بها فقط أتمنى أن تكون من قلوبكم