Этот инструмент — формула для расчета переноса наносов — также может быть применен для изучения устойчивости размываемых береговых линий во всем мире.«Понимание стока наносов в реках важно для большого числа людей во всем мире, которые живут рядом с этими водными путями», — сказала Джуди Ског, директор программы Национального научного фонда (NSF) Coastal SEES (наука, инженерия и образование для Sustainability), которая финансировала исследование.Прибрежный SEES в значительной степени поддерживается Управлением геолого-геофизических исследований NSF с дополнительным финансированием со стороны директоратов биологических наук, инженерии и социальных и поведенческих наук.
Экономические науки.«Это исследование приведет к лучшему прогнозированию того, когда и где реки переносят наносы, и к пониманию того, как на поток наносов влияют меры по сохранению и управлению, такие как удаление плотин», — сказал Ског.
Желтая река, известная по-китайски как Хуанхэ, считается колыбелью китайской цивилизации, и ее часто называют «матерью Китая» за ее богатые питательными веществами отложения, которые приносят пользу сельхозугодьям на ее берегах. Но наводнения, приведшие к одним из самых смертоносных стихийных бедствий в истории человечества, также заслужили название «Китайское горе».
Плодородный воспитатель, бессмысленный убийцаКаждая из рек — плодородная питательница и бессмысленная убийца — проистекает из одной и той же особенности: 1 миллиард тонн наносов, которые смываются каждый год с Лессового плато до Бохайского моря. Это огромное количество наносов может засорить реку. Когда это происходит, он не только наводняет, но и может изменить курс.
«Хуанхэ, вероятно, является наиболее изученной мелкозернистой рекой в ??мире», — сказал седиментолог из Университета Райса Джеффри Ниттруэр, главный автор новой статьи о Желтой реке, которая появится в Интернете на этой неделе в журнале Science Advances.«Несмотря на это, типичные формулы и соотношения, которые используются для описания потока наносов в большинстве других рек, не работают для Хуанхэ», — сказал Ниттруер. «Они постоянно занижают количество наносов в реке в 20 раз».Ниттруер и ведущий автор статьи Хунбо Ма, также из Университета Райса, взяли образцы донных отложений и создали трехмерную карту дна реки, чтобы создать то, что они называют «универсальной формулой переноса наносов». Эта формула — первая основанная на физике модель переноса наносов, способная точно описать, как Желтая река переносит наносы, говорят Ниттруер и Ма.
«С точки зрения переноса наносов Хуанхэ — почти идеальная река», — сказал Ма. «Его дно почти плоское и безликое, что означает, что он может использовать почти всю свою энергию для перемещения наносов».Ниттруэр, изучивший десятки рек на трех континентах, сказал, что не видел ничего подобного Желтой реке.«В равнинных реках с песчаным дном, таких как Амазонка, Миссисипи — вы называете это — только от 40 до 60 процентов энергии используется для транспортировки наносов вниз по течению», — сказал он. «В Желтой реке для перемещения наносов доступно более 95 процентов энергии».
Ниттуер сказал, что это означает, что Желтая река каждый год чрезвычайно эффективно генерирует новые земли, что делает ее лучшим местом для изучения того, как использовать отложения рек для повышения устойчивости дельты. Эти уроки применимы к речным системам по всему миру.«Лучшим примером в США является река Миссисипи, где предпринимаются значительные усилия по пополнению прибрежной Луизианы», — сказал он.
Новые методы, старая проблемаНа протяжении десятилетий китайские инженеры пытались снизить риск наводнений Желтой реки, периодически выпуская огромное количество воды из озера, чтобы очистить дно реки и поддерживать движение наносов.
Однако такая очистка может непреднамеренно увеличить риск наводнения в определенных частях реки, согласно новой модели.Хотя процесс очистки очищает ил, он также создает русло реки с грубой текстурой, что снижает количество энергии, которую река может использовать для перемещения наносов. «Наша формула показывает, что это на порядок снизит эффективность транспортировки наносов», — сказал Ниттуер.Ниттруер и Ма впервые посетили Желтую реку летом 2015 года.
Их цель заключалась в том, чтобы изучить геологические, социально-экономические и инженерные уроки, извлеченные из попыток Китая контролировать реку и направить рост ее дельты в Бохайское море.В предыдущих исследованиях Ниттруэр обнаружил, что дно рек имеет черты, похожие на песчаные дюны пустыни. Однако Желтая река его удивила.
«Я взглянул на индикатор на лодке и подумал, что прибор сломался», — сказал Ниттруер. «Дно выглядело плоским, как стекло».Например, когда он сфотографировал дно реки Миссисипи, Ниттруер увидел образования высотой до 10 метров (33 футов), расположенные на расстоянии от 200 до 300 метров (от 656 до 984 футов) друг от друга. Напротив, данные по Желтой реке показали, что дюны высотой 1 метр (3,3 фута) находятся через каждые 500–2000 метров (от 1640 до 6562 футов).Используя данные Ниттруэра и другие измерения в низовьях Хуанхэ и ее обширной дельте, Ма создал основанную на физике формулу, способную точно предсказать поток — объем наносов, перенесенных за определенный период времени — в Желтой реке.
«Цель состоит в том, чтобы посмотреть на взаимосвязь между рекой, дельтой и прибрежным морским регионом с точки зрения движения наносов и водного потока», — сказал Ма, чьи исследования находят отклик у людей.«Я родился и вырос вдали от Хуанхэ на северо-востоке провинции Хэйлунцзян», — сказал он. «Но, как и многие китайцы, я глубоко переживаю печаль Желтой реки, которая убила миллионы людей за последние 2000 лет».
Ма выразил надежду, что новая формула окажется полезной для китайских инженеров, которые управляют потоком воды и наносов из плотин вдоль Желтой реки.