Причина освіти звивистості: меандрірованіе річок і інших природних потоків

В статті пропонується нестандартна спроба пояснення загальної причини утворення "звивистості" природних потоків, перш за все меандрірованія річок. Стверджується, що типи річкових русел обумовлюються різним співвідношенням "живий" сили потоку і масою переносимого речовини.

Чому річки меандріруют? Існуючі на Землі річки за зовнішнім виглядом в плані можна підрозділити на три якісно різних типи:

прямі, розгалужені і звивисті (меандрірующіе). В даний час конкурують близько 30 пояснень причин меандрірованія річок: загальна денудація земної поверхні, неотектоніка, геологія, коріолісово прискорення, наявність випадкових перешкод, принцип мінімуму дисипації енергії, концепція ентропії, структурна турбулентність, поперечна циркуляція, блукання динамічної осі потоку, "властивість потоку меандріровать" та ін Жодна з цих гіпотез повністю не підтверджена.

Гідроморфологіческая теорія руслового процесу, яка займається вивченням деформацій річок [I], має на озброєнні системний підхід. Одне з його положень говорить: закони розвитку системи не є сумою законів, що діють на більш низькому рівні; система розвивається за своїми законами, що не залежать від законів розвитку складових частин (принцип емерджентним). Наприклад, знаючи закони розвитку піщаних гряд, які рухаються по дну річки, неможливо спрогнозувати розвиток (деформації) закруту.

Тому і для пошуку причини утворення меандр треба виходити на розгляд не тільки меандрірующіх, а всіх річок. Залишаючись у рамках одного меандрірованія, можна дізнатися про нього все, крім причин його освіти. Рівень, на якому закладена причина утворень різних русел, знаходиться вище. Необхідно розглядати всі ріки, і тоді можна знайти причину меандрірованія.

Визначення. Річка є не тільки потік води. Більшість рік транспортують по своєму дну наноси. Транспорт наносів проявляється в місцевих намиву і розмиву русла.

Витрата наносів - кількість наносів, проноситься потоком за одиницю часу. Транспортує здатність потоку - граничний витрата наносів, який здатний транспортувати потік.

З цих визначень видно, що витрата наносів не завжди дорівнює транспортує здатності потоку. Остання визначається гідравлічними характеристиками потоку на даній ділянці річки і не залежить від кількості вступників наносів з розташованого вище ділянки.

Необхідно чітко розділити три поняття: надходження наносів у річку з розташованого вище ділянки; транспортуючу здатність потоку (скільки наносів може переміщати потік); витрата наносів, який являє собою результуючу величину від надходження наносів і транспортує здатності потоку.

Нове пояснення причини меандрірованія річок. Пропонується нове обгрунтування освіти різних типів річок. Це відносна транспортує здатність потоку, тобто ставлення транспортує здатності потоку до кількості що надходять в річку наносів, відношення того, що річка може транспортувати, до тому, що їй пропонується для транспортування.

Причинно-наслідковий ланцюжок освіти меандрірованія така: транспортує здатність потоку велика в порівнянні з надходженням наносів -> надлишок енергії -> деформація берегів -> освіта меандрірованія - "> зменшення ухилу водної поверхні -> зменшення транспортує здібності -> урівноваження транспортує здібності і надходження наносів -> меандріро-вання річки при динамічній рівновазі.

Причинно-наслідковий ланцюжок при утворенні руслової багаторукавну така: надходження наносів перевищує транспортуючу здатність потоку -> енергії на транспортування всіх наносів не вистачає -> освіта осередком з "зайвих" наносів -> распластиваніе русла -> збільшення фронту транспорту наносів -> збільшення транспортує здібності -> урівноваження транспортує здібності і надходження наносів -> руслових і осередкове багаторукавну при динамічній рівновазі.

Ленточно-грядовий тип руслового процесу (прямолінійний) відповідає первісному рівноваги подачі наносів і транспортує здібності. Плановою трансформації русла не відбувається, воно залишається прямолінійним, тобто перевантажені наносами річки - з внутрірус-ловимі островами, рівноважні річки - прямолінійні, недовантаженими ріки - меандрірующіе.

Наприклад, р. Зея у своєму пониззі, яка раніше меандріровала, підійшовши правим берегом до Білим горах з пісковика, стала їх розмивати. Річка перевантажити наносами. Тип руслового процесу на десятках кілометрів змінився, русло випрямилася, і в ньому з'явилося багато островів. При збільшенні транспортує здібності, наприклад при збільшенні витрат води при переробці стоку, можна прогнозувати розмиви берегів і поява звивистості річки.

Приватна формулювання: 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.

В чудової статті [2] перераховуються загальні закони розвитку, приватні закони організації і способи перевірки знайдених закономірностей. Пункт 4.9 в ній говорить: "Визначити способи використання (застосування) досліджуваного явища і межі його застосування в науці, техніці та соціології ", тобто застосування закономірності в інших областях.

Спробуємо сформулювати загальне формулювання. Зовнішнє прояв об'єкта представляє собою реакцію на різницю між тим, що він здатний "робити", і тим, що йому пропонують (або його примушують) робити.

Наведемо приклади.

1. Гольфстрім. Ця течія являє собою звивистий потік. Його "меандри" постійно розвиваються, відокремлюються "старі", які потім відмирають, а течія йде новим "руслом". Це служить зовнішнім проявом різниці між тим, що може транспортувати вода Атлантики, і тією кількістю води, яке їй доводиться отримувати з Мексиканської затоки. Перепад рівнів в Атлантичному океані і Мексиканській затоці досягає метрів! Зворотний експеримент: можливо існують слабкі течії, в яких транспортує здатність навколишніх вод океану більше, ніж пропоноване кількість течії (або забруднення); тоді можуть відбуватися розриви у транспортується домішки. На макрорівні - дірки, на мікрорівні -- розрідження.

2. Дим з труби. Уявімо собі дим, що має щільність, що дорівнює щільності навколишнього повітря. Такий дим буде поширюватися тільки по горизонталі. Якщо транспортує здатність вітру більше кількості надходить диму, будуть відбуватися розриви або розрідження диму. Якщо ж вітер слабкіше щодо вступника диму, будуть утворюватися клуби диму.

3. Кровоносні судини. Приклад запропонований валеологом BC Бобкова. Якщо транспортує здатність (енергія) крові щодо вступників забруднень мала, то виходять закупорки судин. Якщо енергія крові достатня для транспортування всіх забруднень, змін не відбувається. Якщо енергія кровотоку надмірна, це може призвести до звивистості вен і, наприклад, до їх "випучіванію" на ногах.

4. Людина в суспільстві. Людина володіє деякою активністю (скільки він може). Стримуючими факторами є закони та етикет (скільки йому дозволяється). Різниця між ними призводить до різноманітних проявів поведінки людини. Якщо він надто активний (по відношенню до стримуючим факторам), його життєвий шлях стає звивистих; у відносно пасивного людини життєвий шлях - з "розрідження".

5. Транспортування тканини. Приклад запропонований підприємцем П.Б. Хуршудовим. На рухомий транспортер подається тканину. У залежності від співвідношення швидкостей подачі тканини і руху транспортера тканина або рватися, чи збиратися в зморшки.

Можливо, що таким підходом можна пояснити існування двох режимів течії рідин: ламінарного і турбулентного.

Для кожного прикладу можна сформулювати свою приватну формулювання закономірності (як для різних річок в п. 3).

Вихід на загальне правило. В. В. Митрофанов сформулював постулат різниці (дісімметріі) [3]: "Якщо існує різниця чого-небудь і забезпечується взаємодія між частинами-ми з цими речами, то повинен бути якийсь ефект ". Це вже загальна формулювання. По відношенню до неї загальна формулювання в п. 4 є приватною. Тут йдеться про будь-якої різниці, а там була різниця між тим, що щось може, і тим, чим це щось навантажують.

Різниця є умова для здійснення чого-небудь.

Приклади: вигин платівки під різницею поверхневий натяг при різній обробці поверхонь; електричний струм через різницю потенціалів; дерево зацвітає через виникнення струму соків при позитивній різниці температур між кроною і корінням; будь-який рух через діафрагму під дією різниці тисків; робота двигуна під дією різниці тиску в різних циліндрах.

Наш маленький приклад, розглянутий у першому пунктах, дає привід говорити про багато всяку всячину. Різниці можуть бути між кількостями речовини (наприклад, ваги), кількостями енергії, кількостями часу, між швидкостями, силами, моментами, навіть бажаннями.

Специфіка приклад про причини утворень різних форм русел. Вище сформульована причина освіти різних форм річкових русел: прямолінійних, розгалужених і меандрірующіх. Це різниця між транспортує здатністю потоку і вступниками в русло наносами. Позитивна або негативна різниці приводять до якісно різних проявів зміни морфології русла. При перевантаження русла наносами з надлишків останніх утворюються острова. При недовантаження річка зменшує свою транспортуючу здатність за рахунок свого подовження, що призводить до розвитку меандрірованія. Різниця між тим, що може система, і тим, що їй пропонується робити, приводить в залежності від знака до різними проявами.

Загальна формулювання про різниці взагалі призводить до загального ефекту. Для мембрани все байдуже, з якого боку тиск більше, а з якого - менше. Де тиск менше, туди й буде відбуватися дифузія. Якщо знак різниці тиску зміниться, то так само зміниться і напрямок руху. Прояв дії різниці при різних знаках буде однаковим.

Специфіка розглянутої різниці як причини утворення меандрірованія і багаторукавну русел дає привід говорити і про можливість незвіданою специфіки інших різниць (у часі, енергії та ін.)

Висновки. Пошук причин утворення меандрірованія призвів до закономірності 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 на інші об'єкти дозволив сформулювати більш загальну формулювання цієї закономірності. Зовнішнє прояв об'єкта являє собою реакцію на різницю між тим, що він здатний "робити", і тим, що йому пропонують (або його примушують) робити.

Загальна формулювання: якщо існує різниця чого-небудь і забезпечується взаємодія між частинами з цими речами, то повинен бути якийсь ефект. Різниця - рушійна сила.

Список літератури

1. Кондратьев Н.Е., Попов И.В.. Сніщенко Б.Ф. Основи теорії гідроморфологіческой руслового процесу. Л.: Гидрометеоиздат, 1982. 272 с.

2. Лимаренко А.В. Алгоритм пошуку та рішення откривательскіх задач// Журнал ТРИЗ. 1997. № 1. С. 36-42.

3. Митрофанов В.В. Від технологічного шлюбу до наукового відкриття. 1998.

Для підготовки даної роботи були використані матеріали з сайту http://bedload.boom.ru/