مقدمة عامه عن الأنهار

بسم الله الرحمن الرحيم

مقدمة عامه عن الأنهار

1- ظاهرة أساسية- الحوض كوحدة جيومورفولوجية Concept of Watershed and Drainage

 2- أغراض دراسة الأنهار (المائي _الهندسي_الايكولوجي_نوعية المياه_الجيومورفولجي، اقتصادي ( نقل+ مصدر معادن ورسوبيات)

v    الاهتمام بدراسة الأنهار :

1.    حمولة الأنهار من خلال تعرية أجزاء من سطح الحوض وقد ترسبها خلال الحوض ، إضافة إلي أنها تعطي ظاهرات حت مثل الحافات النهرية والقنوات المختلفة ، وخلال حملها لرسوبيات قد تؤدي إلي تكوين ظاهرات أخرى مثل الحفر الوعائية وعند ترسيبها قد تؤدي إلى تكوين ظاهرات إرسابية مثل السهول الفيضية أو الجسور النهرية.

2.     و مثال علي ذلك فالأنهار التي تتغذى علي الجليد تؤدي إلي تشكيل ظواهر جليدية في أعاليها ، إضافة إلي التأثير المباشر علي مائية الأنهار أثناء ذوبان أنهار الجليد . كذلك التعرية الريحية قد تزود الأنهار برسوبيات . أما أحياناً يحصل تداخل بين تأثير كل من الأنهار والبحار في المناطق الحدية ( أينما تصب الأنهار في البحار ) .

3.    زاد استخدام الإنسان لمياه الأنهار فهو يأخذ منها الكثير ومن ثم يؤثر عليها، و كما يأخذ المياه من مناطق فهو يرجعها ثانياً إلي الأنهار في مناطق ثانية، بالإضافة إلي تنوع طرق استغلال مياه الأنهار و الأنهار في حد ذاتها مثل سياحة ، صيد الأسماك ، طاقة .

v    مصادر المعلومات حول شكل الأرض :

1.    من الخرائط والقياسات المختلفة .

2.    من دراسة العمليات المختلفة التي أدت إلى تكوين ظواهر مختلفة.

3.    تحليل الرسوبيات التي تحكي قصتها .

·        ونجد صعوبات في قياس العمليات، لأنها قد لا تحاكي الماضي وتحتاج إلي زمن طويل كفعل جيومورفولوجي .

·        إن الظواهر النهرية نتاج تفاعل بين العامل والسطح والجيولوجيا والعمليات .

·        تقيم الظواهر الجيومورفولوجية بعد ديفز بدأ يخضع لدورة جيومورفولوجية من شباب ونضج وشيخوخة.

3- أغراض الدراسة

الأشكال ( F ) ,العمليات(p ) ,مواد السطح (m ) ,الزمن (t ) ,F=f(p.m.)dt           

1-                        دراسة المواد والأشكال والعمليات من حيث التوزيع المكاني والزماني  (دراسة وفهم)

2-                        توازن المعادلة العلاقة بين ثلاث متغيرات

       المكان و الزمان                ملاحظة حقلية للعملية         شكل معين

3-                        إختلاف التوزيع في عناصر المعادلة

4-                        تطبيق المعادلة من حيث المشاكل المتعلقة والمصاحبة وتأثير الإنسان

الإهتمام الجيومرفولجي:

-     لأنه موجود ضمن الخصائص الفيزيائية للأرض وينتج أشكال أرضية نهرية (حمولة الأنهار)

-  العلاقة المباشرة والغير المباشرة بعمليات التعرية الأخرى (دخول عوامل وعناصر أخرى غير النهر) مثال تأثير ذوبان الجليد، تأثير العواصف الرملية .

-     زيادة اهتمام الإنسان بالوضع المائي .

-     تعريف النظام المفتوح والمغلق وأين يقع النظام النهري

-     الدور التي تقوم به الأنهار من تدمير (فيضان وحت) وبناء (رواسب) وتشكيل ظواهر.

-     شخصية وسلوك أي نهريعكس مجموعة من العناصر.

-     مستوى القاعدة والجيولوجيا (تحكم)    المناخ (طاقة)    النبات (غير مباشر)    الإنسان يغيرالاستخدام

مكونات النظام النهري :

يتكون النظام النهري من ثلاثة أنظمة كل منها يعتبر نظاماً مفتوحاً وهذه الأنظمة تشمل التوزيع المكاني وهي :

·        أولا منطقة المصادر: و تعتبر المنطقة الأولي أو المنتجة وهي الأكثر إنتاجاً وهي المسئولة عن توسيع الحوض النهري و امتداده في اتجاه الخلف ومنطقة الجوانب وتشكل غالباً مرحلة الشباب في النظام النهري وينصب جل الإهتمام بها على الجوانب المائية والجيومورفولوجية لأنها تشمل على نظام حركي سريع .

·        ثانيا منطقة النقل : وفيها يتم نقل ما جلبه النهر من أعاليه أو منابعه ليرسبه في ا لمنطقة الثانية وتشكل مرحلة النضج في العمل النهري ويهتم بدراسة سلوك الأنهار في هذه المنطقة المهندسين و الجيومورفولوجي وذلك للسيطرة علي مجريات الأمور .

·        ثالثا المنطقة الثالثة ( نطاق الرسوبيات ) : وتتمثل بها مرحلة الشيخوخة وتتشكل بها جميع المظاهر الإرسابية في العمل النهري ويهتم بالعمل في هذا الإقليم كل من الجيولوجي والجيومورفولوجي .

و تشكل كل وحدة أو إقليم من الأقاليم السابقة نظام جيومورفولوجياً مفتوحاً له خصائصه وعوامله التي تتحكم به وتؤثر على مجريات العمل الجيومورفولوجي به .

وتجد الإشارة هنا إلي اختلاف  الأنظمة الجيومورفولوجية في الأقاليم الثلاثة:

·        لنجد أن النظام الشكلي في المنطقة الأولي يشمل علي خطوط تقسيم المياه و المنحدرات والقنوات ،

·        أما النظام التسلسلي يشمل علي عنصري الطاقة والمواد المتدفقة .والعلاقة بين النظامين أي العلاقة بين المنحدرات والقنوات مع الطاقة والمواد المتدفقة يعطي.

·         النظام الثالث وهي العمليات والاستجابة process & respons system  .

Geomorphic Concepts

توجد علاقات بين العلوم بشكل عام يمكن معرفة الحدود فيها بسهولة أحياناً و أحياناً يصعب توضيح تلك الحدود . لنجد أن تدخل في العمل الجيومورفولوجي حاصل بين الجيولوجي والجيومورفولوجي ولتوضيح ذلك نري أن عوامل التعرية والرسوبيات في النظام النهري تشمل فترة طويلة من الزمن وهنا يمكن التفكير جدياً بالتغيرات المناخية لأنها تؤثر في المسار النهري ولا يغيب دور العامل التكتونى في تغير سلوك ومسار العمل النهري ، فنجد الجيومورفولوجي يهتم بمفهوم دورة التعرية وتوزيعاتها المكانية ودراسة العوامل التي تؤدي إلي إحداث تأثيرات بسيطة أو شديدة عليها تؤدي إلى تغير في درجات العمل الحتي النهري لأسطح الأرض ، معدلات التعرية ، وتحرك المواد والأشكال الأرضية المختلفة الناجمة عن الحت والإرساب .

أما الجيولوجي يهتم بـ تقدم مستوى الرسوبيات كنتاج نهائي للعمل الجيومورفولوجي النهري عبر الزمن إذ يركز اهتمامه علي عمليات الترسيب والتغير في عملياته وتغيره عبر الزمن ، وهنا نجد أن تقارب في المفهوم الجيومورفولوجي بينهما .

لذلك يظهر الاختلاف بين الإطار النظري والعملي في الفهم الجيومورفولوجي وهذا يعكس قلة في فهم سلوك الأنهار وتعقد في النظام النهري من جهة ثانية ، لذلك يستحسن فهم المفهوم الجيومورفولوجي Geomorphic Concept حتى يتضح مفهوم وتطور ودراسة العمل الجيومورفولوجي النهري .

و وقد أورد  Thornbury عشرة مفاهيم متعلقة بالعمل الجيومورفولوجي بشكل عام وخاصة النهرية ويمكن دمجها في ثلاثة عناصر وهي :

v    الأول uniformity التماثل، الاختلاف في العمليات سابقاً وحديثاً .

v    الثاني structure (Landscape)  المرحلة .

الثالث complex معقد لأنه يتأثر بعوامل خارجية ، ويمكن وضع عنصر رابع وهو العتبات Thresholds

المفاهيم الأساسية المتعلقة بالتعرية وخاصة العمل النهري:

1- التماثل: uniformity  تماثل صناعة الظاهرات والشذوذ بسيط ، بمعنى أن الحوادث التي تؤدي إلى تغير السطح ستظل تغير في السطح لكن بدرجات متفاوته ، أي عدم ثبات عمليات الحت والإرساب في المنطقة ومن ثم تؤدي إلى تكرار معدل توزيع العمليات.

تعني أن تغير يحدث لكن هذا التغير يحدث تدريجياً ولا يمكن أن يكون فجائياً ، وأن التغير في مظاهر أو عوامل الحت والإرساب في الحوض النهري يحدث نتيجة متغيرات أخرى مثال أن التغير في طريقة الترسيب مثل غياب طبقة بسيطة ناتجة عن حادث معين أو تغير في الأسلوب حدث في المنطقة  أ  أو ب ( حت و نقل ) .

2-  الحدود: threshold  يحدث التغير الفجائي الذي يؤثر في سلوك النهر.

عدم تكرار أو حدوث تتابع التعرية أو الإرساب، ربما يكون نتيجة زيادة عتبة أو حد التعرية ، أي حدوث تغير فجائي في مسار النهر، وهناك حدان:

الحد الأول  خارجي: بمعنى أن يستجيب النظام النهري لمتغيرات خارجية  مثال : زيادة تصريف النهر لأي سبب من الأسباب

الحد الثاني داخلي: وهذا يعني الإستجابة الداخلية في النظام وفيها توافق مع الزمن مثال: انفصال انحناءة نهرية وتكوين بحيرة مقتطعة

1.    الحدود :

بعض الإنقطاعات في تسجيل عمليات التعرية والإرساب ربما ترجع إلي زيادة حدود التعرية و سؤال مهم ومشكلة أساسية في الفكر الجيومورفولوجي وهي تحت أي حالات الضغط سوف يكون التغير دراماتيكي في النظام الجيومورفولوجي الذي يؤدي إلي تغير ملحوظ في النظام أو شكل الأرض . وهذا يعتمد قوة ضغط المتغير الخارجي ومدى قوة ومقاومة التكوين الصخري لذلك الضغط أو القوة ،  وفي مثل هذا الحالات تعد العتبة أو التغير التدريجي أو الزيادة التدريجية في المؤثر أو الضغط الخارجي تنتج تغير دراماتيكي في استجابة النظام وهذا حسب Schnmm 1973 يعبر عنه Extrinsic Thresholds لأنه يعتمد علي مؤثر خارجي ومثال جيد علي ذلك مثل زيادة الرسوبيات بسبب زيادة السرعة وعمق الجريان .

وتبقي الرسوبيات غير متحركة حتى تبدأ الحركة فجأة عند عتبة أو حد معين من السرعة ( شكل 5.17) و العتبة عالية القوة تغير من خصائص القاع ( قاع النهر ) عتبة أخرى ذات تغير داخلي أو خاص وتسمي Instrinsic Threshold الناتجة عن تجوية لمدة طويلة علي مواد السفوح ثم فجاءة تتحرك أو تنتج Mass morenent كذلك اختزان الرسوبيات في قيعان الأنهار الجافة إلي أن يزداد الخزن فيحدث تعرية ، وهناك تغير لأشكال سطح الأرض عبر الزمن يسمي داخلي بدون مؤثرات خارجية.

كذلك من العتبات أو الحدود الجيومورفولوجية زيادة تعرج القنوات و الانحناءات النهرية إلي أن يحدث بحيرات مقتطعة في السهول الفيضية و الدلات . وهذا ناتج عن زيادة طول القناة وقلة إنحدراها ، وعندما تشاهد مثل هذه الظواهر في الدالات فإنها دليل علي التغير المناخي أو تغير في منسوب مستوى القاعدة بعيداً عن العمل العادي في الحوض النهري . مثال آخر توضح الرسوبيات الرملية فوق صخور Shale وتكوين حافة حت أو تعرية الجير أو الطباشير من أسفل حتى نقطة معينة تنهار الكتل الرملية من أعلي و هكذا يتحرك مرة أخرى إلي الخلف وهذا التراجع أو التغير الشكلي يتم تحت نفس الظروف المناخية ومستوى القاعدة والحالة التكتونية .

ملخص القول أن الحدود أو العتبات قد تحدث تعرية أو إرساب و لا تعزي إلي عوامل خارجية مثل المناخ و التكتوني و تغير مستوى القاعدة.

3-  Land Form Evolution :

فهم دورة ديفز باختصار :   فهم الخصائص الطبيعية للنهر وتغيرها مع الزمن    

     ارتفاع السطح يودي إلي زيادة معدل التعرية  ( معدل الارتفاع ومعدل الحت )

     الاختلاف المؤقت \\ التقطع في الأحداث

     احتمالية توزيع الأحداث

     التغذية الراجعة

    حالة التوازن : الوضع الحالي للنظام النهري يعكس توازن بين القوى التي تعمل به ، والحوض أو النهرالمتوازن يعني أن هناك توازن بين التزود بالرسوبيات والقدرة على النقل،  وأي حادث يغير هذا النظام سوف يعكس تغير في الذي يحاول به إعادة التوازن، أو العودة إلى مرحلة سابقة.

2.    Land Form Evolution :

v    طبقاً لديفز فسر ذلك بواسطة العملية واستجابة النظام  Process & response system operation فيتحكم بها بواسطة حجم وتكرار المدخلات .

والتغير Progressine Change في الشكل وفي العمليات Operation في النظام يمكن أن تحدث إذا تغير المدخلات أو تغير في داخل النظام نفسه .

v    Feedback or relfregnlation تحدت لإيجاد نوع من التوازن بين المتغيرات المورفولوجية والنظام المتداخل .

v    مفهوم Conepte of grade يعني التوازن بين مقدار النقل أو القدرة و كمية المواد المتاحة .

إذ ليس المطلوب من الجيومورفولوجي فهم الخصائص الطبيعية والكيميائية لسطح الأرض لكن يمتد إلي مقدار تغيرها عبر الزمن ( تقيم ) و معتمداً في ذلك علي كيفية ظهور النظام النهري وتفسير حوادثه في منطقة المصادر ومعطياً تفسيراً للإرساب أو المظاهر الرسوبية مثل : إذا أخذت عينة من الماء والرسوبيات ( محلول ) وإذا أخذت نتائج تركيز العينة لتقدير معدل إنتاج الرسوبيات في المنطقة الأولي وهذا علي اعتبار أن هناك حالة ثابتة من إنتاج الرسوبيات وعلي مر الوقت ( حالة توازن ) أما إذا تم جمع العينة علي عقد أو أكثر من السنوات سوف تتغير الصورة و من ثم إنتاج الرسوبيات ويكون Steady State dynamic equilibrium والباحث يحتاج إلي إظهار النظام النهري لحاجة خاصة سواء كان نموذج طبيعي خلال فترة صغيرة من الزمن أو تغير تاريخي لأن الاختلاف يتأثر تبعاً لظهور التأثير الكبير في الأرض متأثراً كبيراً بـ السبب و التأثير .

واقترح شوم ولشتي بأن تقيم سطح الأرض يمكن اعتباره من خلال ثلاثة مراحل مختلفة : الدورة ، و graded  ورتب steady .

·        The cyclic time : تستغرق وقت يعني تشمل دورة التعرية و تشمل إزالة مواد ( الطاقة الكامنة) ومن ثم يتغير النظام و هذا التغير يعطي في النهاية ديناميكية التغير .

·        The grade time  : ترجع إلي فترة صغيرة وهذا تغير بسيط في السطح .

·        Steady – state equilirum : ( تغير بسيط ) .

·        Steady time : لا يوجد تغير وقد يكون التغير في المظاهر الشكلية لكنه بسيط.

4-                       النظام المعقد complexity :

النظام الجيومورفولوجي معقد للأسباب التالية :

التسجيل له غير مكتمل.

طول فترة النظام وتعدد الدورات الحتية (كثير من الأزمنة مشمولة في النظام).

التوازن يأخذ وقت طويل (دورة) وقد تطغي دورة على سابقتها أو تنهي آثارها

كثرة العمليات الجيومورفولوجية التي تعمل في النظام واختلاف قوتها وتأثيرها واختلاف معدلاتها.( أن جميع العمليات الجيومورفولجية تعمل سويا، ولا يمكن فصلها عن بعضها البعض)

مدى استجابة الحوض النهري لعمليات التجديد وهبوط مستوى القاعدة عند المصب .

ويمكن أن تتوافق القناة الأساسية مع الهبوط دون تأثر باقي الحوض أو باقي فروع الحوض وعندما تتأثر فرع أو فروع بالتجديد فإن كمية الرسوبيات تزداد .

 مثال:مقطع عرضي لمجرى النهر

     نقطة تجديد

    زيادة الحت في الأعلى يؤدي إلى زيادةالرسوبيات  ومن ثم تكوين المجاري المتشعبة

    عند وصول المجاري العليا إلى التوازن تقل الرسوبيات ليبدأ النهر في الحفر من جديد.

5-self organized-criticality  :

قدرة الحوض على التنظيم الذاتي ودخول أي عنصر ينصهر في النهاية وان الحوادث ليست فردية وإنما تخضع لقوانين وضوابط .

هذا المفهوم يفصل تعقيد النظام الطبيعي للنهر وطبقا لهذا المفهوم فإن التعقيد يأتي من الميل نحو النظام الديناميكي المفتوح ليضع نفسه في حالة خاصة أو حرجة والحالات الخاصة لكل الحوادث يمكن أن تحدث ويأتي الإرتباط لتحديد مدى إمكانية توقع الإحساس الإحصائي. بمعنى أن كل مكان له خاصه أو وضع خاص وأي تغير في الوضع المحلي سوف يعطي تغير محلي ومع ذلك على مستوى عام أو عالمي لايحصل شئ, وهذا النظام سوف يمضي بحالته الأصلية والوضع الحرج يعتمد على الحالة الأصلية, والحالة الحرجة له بمعنى أن أي تغير بسيط يؤدي إلى إستجابة بسيطه وأحيانا كبيرة أو قوية وفي النظام النهري فإن النموذج الأرضي في التطور يعتمد على مفهوم الخصائص الإحصائية بشكل مماثل للنظام النهري  مثال: توزيع مناطق التجميع وتوزيع الأطوال على المنحدرات.

6-الكفاءة والفعاليةoptimality فعل الرسوبيات توافق النظام النهري مع بعض

كفاءة نقل الماء والرسوبيات بمعنى أن الحوض يعمل على تنظيم العمل في توافق مع تركيب و خصائص شبكة الأنهار وهنا كل جزء يقوم بمجهود يناسبه

كفاءة محلية: أن الطاقة موزعة بشكل متناسب على طول القناة.

كفاءة عالية: أن الطاقة لتتوزع بشكل عادي أو متناسب . ويمكن تطبيق ذلك على حوض النهر.