Physikalische Geographie des Wassers

Fluss - Ablagerungsumgebungen

Ablagerungsumgebungen

Es ist klar, dass ein großer Bereich von Sedimentgrößen von einem Fluss transportiert werden kann. Sedimente kleiner Größe (z. B. schwebende Ladung) können, wenn sie durch Erosionsmittel in Bewegung gesetzt werden, durch ein Flusssystem zum Meer transportiert werden, wo es als Tiefseeton abgelagert werden kann. Die meisten Sedimentpartikel haben jedoch eine ereignisreichere Reise zu ihrer endgültigen Ruhestätte. (In einem geologischen Kontext kann dies eine vorübergehende Ruhestätte sein. Sedimente können beispielsweise, wenn sie die Küste erreichen , in ein Delta an der Flussmündung eingearbeitet oder von Gezeiten, Strömungen und Wellen beeinflusst werden, um ein Strand zu werden Anzahlung.)

Wenn Sediment stromabwärts in ein zunehmend mehr bewegt wird In einer trockenen Umgebung ist die Wahrscheinlichkeit einer Ablagerung hoch. Tausende Meter alluvialer Fächerablagerungen flankieren die Berge im Westen der Vereinigten Staaten, das Becken- und Verbreitungsgebiet des Iran und Pakistans sowie ähnliche Wüstenregionen ( siehe unten ). In der TrockenheitIn diesen Klimazonen kann das Sediment nicht weit bewegt werden, da das Transportmedium - Wasser - stromabwärts abnimmt, wenn es in das trockene Alluvium eindringt . In extrem trockenen Regionen kann die Windeinwirkung wichtig sein: Der Transport von Sand und kleineren Sedimenten durch Wind kann der einzige signifikante Mechanismus für den Transport innerhalb und außerhalb einiger Entwässerungssysteme in Wüsten sein.

Der Einfluss menschlicher Aktivitäten auf den Flussfluss spielt eine wichtige Rolle bei der Bestimmung des Ortes der Sedimentablagerung. Die vielen Dämme, die für den Hochwasserschutz , die Erholung und die Stromerzeugung gebaut wurden, halten einen Großteil der Sedimentfracht von Flüssen in Stauseen. Darüber hinaus wurde der Beitrag von Sedimenten aus den kleinen vorgelagerten Entwässerungssystemen durch den Bau von Vorratsreservoirs und verschiedenen Erosionsschutztechniken verringert, die darauf abzielen, sowohl Wasser als auch Sedimente in den Quellgebieten zurückzuhalten. Die Umleitung von Wasser zur Bewässerung verringert auch die Wasserversorgung für den Sedimenttransport. und in vielen Fällen bewegt die Umleitung tatsächlich Sedimente aus den Bächen in Bewässerungskanäle und zurück auf das Land.

Faktoren, die die Sedimentausbeute beeinflussen

Von größter Bedeutung für die menschliche Gemeinschaft sind die Faktoren, die schnelle Erosionsraten und hohe Sedimenterträge verursachen. Die Menge und Art des Sediments, das sich durch einen Stromkanal bewegt, hängt eng mit der Geologie , dem topografischen Charakter, dem Klima , der Vegetationsart und -dichte sowie der Landnutzung im Einzugsgebiet zusammen . Die geologischen und topografischen Variablen sind festgelegt, aber kurzfristige Änderungen der klimatischen Bedingungen, der Vegetation und der Landnutzung führen zu abrupten Änderungen der Intensität von Erosionsprozessen und der Sedimenterträge.

Die Sedimentausbeute eines Entwässerungssystems wird berechnet, indem die über einen Zeitraum von Jahren gesammelten Daten gemittelt werden. Es ist daher ein Durchschnitt der Ergebnisse vieler verschiedener hydrologischer Ereignisse. Die Sedimentausbeute für jeden Sturm oder jede Überschwemmung variiert in Abhängigkeit vom meteorologischen Charakter des Sturmereignisses und dem daraus resultierenden hydrologischen Charakter der Überschwemmungen. Stürme mit hoher Intensität können zu Sedimenterträgen führen, die weit über der Norm liegen, während eine gleiche Menge vonÜber einen längeren Zeitraum auftretende Niederschläge können relativ wenig Sediment ergeben. Während kurzer Zeiträume (Tage oder Jahre) können die Sedimenterträge aufgrund natürlicher oder vom Menschen verursachter Unfälle (z. B. Überschwemmungen und Brände) stark schwanken. Über längere Zeiträume ist der durchschnittliche Sedimentertrag jedoch typisch für die geologischen und klimatischer Charakter einer Region .

Kurzfristige Schwankungen

Ein Beispiel für eine kurzfristige Änderung der Sedimentausbeute sind Daten zum Sediment, das von der Colorado River in Arizona für die Jahre 1926–54. Es ist offensichtlich, dass die Sedimentausbeute von Jahr zu Jahr sehr unterschiedlich war. Es ist am größten für Jahre mit dem höchsten Abfluss, aber für eine bestimmte Abflussmenge kann die maximale Sedimentausbeute doppelt so hoch sein wie die minimale Sedimentausbeute. Diese Schwankungen spiegeln die Häufigkeit von Stürmen sowie deren Dauer und Intensität während der Rekordjahre wider.

Ein weiterer interessanter Aspekt der Beziehung ist, dass in jedem der Jahre nach 1940 die jährliche Sedimentbelastung an der Der Grand Canyon war 50.000.000 bis 100.000.000 Tonnen weniger als aufgrund der Kurve, die an die Daten für den Zeitraum 1926–40 angepasst wurde, zu erwarten war. Dieser starke Rückgang der Sedimentausbeute spiegelt einige signifikante Änderungen in der Hydrologie des Colorado River-Einzugsgebiets wider . Eine Untersuchung der Niederschlagsmuster für die Jahre 1926–54 legt nahe, dass die Änderung der SedimentausbeuteDie Abflussbeziehung, die 1941 beginnt, ist das Ergebnis einer Dürre im Südwesten der Vereinigten Staaten. Die Gebiete mit hoher Sedimentproduktion und schwachem Gestein auf den Hochebenen von Colorado waren von der Dürre betroffen, die Gebiete mit niedriger Sedimentproduktion und hartem Gestein in den Rocky Mountains jedoch nicht. In den Jahren 1941 bis 1950 war die Wassermenge, die aus den Hauptabflussgebieten in Colorado, Wyoming und Nord-Utah geliefert wurde, normal. Der Abfluss aus den Gebieten mit hoher Sedimentproduktion in Süd-Utah und Arizona war jedoch stark reduziert. Das Ergebnis war im Wesentlichen ein normaler Abfluss, jedoch eine stark verringerte Sedimentausbeute. Ab 1950 umfasste die Dürre das gesamte Colorado River Beckenund ein geringer Abfluss wurde für die Jahre 1950, 1951, 1953 und 1954 aufgezeichnet; Der Anteil des Abflusses, der von den Gebieten mit hoher Sedimentproduktion erzeugt wurde, blieb jedoch gering, ebenso wie die Sedimentausbeute.

Es ist zu erwarten, dass die Sedimentertragsraten mit klimatischen Schwankungen schwanken. Es ist daher möglich, dass ein Durchschnittswert der Sedimentausbeute, der für einen kurzen Zeitraum der Aufzeichnung erhalten wurde, kein gültiges Maß für die charakteristische Sedimentausbeute liefert, die über einen längeren Zeitraum von Jahren zu erwarten wäre.

Ein weiteres Beispiel für eine kurzfristige Variation der Sedimentausbeute, in diesem Fall das Ergebnis menschlicher Aktivitäten in der Landschaft, sind Daten, die den Wechsel von natürlichen Bedingungen zu Bedingungen im Hochland veranschaulichen farming and from farming conditions to urban conditions in the Piedmont region of the eastern United States. Sediment yields for forested regions normally are about 37 tons per square kilometre (100 tons per square mile), and this was the case during the early part of the 19th century in this region. A significant increase in sediment yield occurred after 1820 as the land was occupied and farmed. During the period of intense farming, 1850–1930, the sediment yield reached almost 310 tons per square kilometre, but a decrease occurred between 1930 and 1960, as much land was permitted to revert to forest or grazing land. With the onset of construction and real estate development, however, vegetation was destroyed, and large quantities of sediment were eroded. The sediment yields for some small areas reached about 770 tons per square kilometre during urbanization, but with the paving of streets, completion of sewage systems, and planting of lawns, the sediment yields decreased markedly. This example demonstrates very clearly both the long-term and short-term effects of human activity on sediment yield rates.

In any drainage basin, even one not affected unduly by human action, short periods of high sediment yield will alternate with periods of little export of sediment. Prime examples are small drainage basins in arid or semiarid regions, where sediment yield occurs only during and following precipitation. Runoff and sediment yield can be zero between storms but high during and immediately following precipitation.

Even temperature variations have been demonstrated to influence sediment transport and sediment yields. Cooler water is more viscous, and this decreases the fall velocity of sediment particles and enables the stream to transport a larger amount of sediment. Thus, the sediment load of the Colorado River is greater during winter months.

The disastrous effect of fire on sediment yields may be seen in the example of the conditions that followed a major storm and flood in the steep drainage basins of the San Gabriel and San Bernardino mountains of California in 1938. Maximum vegetational cover on these drainage basins is only 65 percent at best, and they are notoriously high sediment producers under the most favourable conditions. Sediment yield rates were established for several drainage basins that had been subjected to fires as recently as one year before the storm and as long as 15 years before the storm. The results shown further demonstrate the great effect of vegetational disturbance on sediment yields; for example, a drainage area with only 40 percent of the area burned had a 340 percent increase in sediment yield if the fire occurred one year before the storm. According to the information provided, the burned area one year after the fire had a 10 percent vegetational cover. Obviously, a storm immediately following the fire would have had even more disastrous consequences. Three years after the burn, a 35 percent vegetation cover had been established on the burned area, and sediment yields decreased markedly to only twice the yield preceding the fire. After seven years a 45 percent cover had been established on the burned area, and sediment yields were only 50 percent greater than pre-burn values. After 15 years a 55 percent vegetal cover had been established, and sediment yields were almost normal. The decrease in sediment yield with increased plant cover is apparent. It is also obvious that an average value of sediment yield from a burned drainage basin for a 15-year period would be meaningless; with progressive reestablishment of vegetation, sediment yield rates progressively decrease with time.