กระบวนการทางธารน้ำและเนินเขา

แม่น้ำและเนินเขาเป็นผู้ปั้นแต่งภูมิทัศน์ส่วนใหญ่ โดยมีน้ำและแรงโน้มถ่วงเป็นตัวขนส่งวัสดุที่ผุพังจากเนินลาดลงสู่ร่องน้ำ และกัดเซาะหุบเขาเมื่อเวลาผ่านไป

Definition

กระบวนการทางธารน้ำคือการกระทำของน้ำที่ไหลในการกัดเซาะ การพัดพา และการทับถมของตะกอนในร่องน้ำและที่ราบน้ำท่วมถึง และกระบวนการบนเนินเขาคือการผุพัง การคืบ และการเคลื่อนที่ของมวลที่เคลื่อนย้ายวัสดุลงเนินลาดเข้าสู่ร่องน้ำเหล่านั้น

Scope

หัวข้อนี้ครอบคลุมกระบวนการที่ก่อร่างเนินลาดและระบบแม่น้ำ: การผุพังและการเคลื่อนที่ของมวลบนเนินเขา กลไกการไหลของน้ำและการพัดพาตะกอนในร่องน้ำ การก่อตัวของหุบเขาและเครือข่ายการระบายน้ำ และแนวคิดเรื่องระดับความลาดชัน (grade) นี่คือแกนหลักของธรณีสัณฐานวิทยาเชิงกระบวนการในภูมิทัศน์ที่มีความชื้นและส่วนใหญ่เป็นเขตอบอุ่น

Core questions

• แม่น้ำกัดเซาะ พัดพาตะกอน และก่อร่างร่องน้ำและหุบเขาได้อย่างไร?
• กระบวนการใดที่เคลื่อนย้ายวัสดุลงเนินเขา?
• เนินลาดและร่องน้ำปรับตัวเข้าสู่สมดุลหรือระดับความลาดชันที่สมดุลได้อย่างไร?

Key theories

แม่น้ำที่สมดุลและสมดุลพลวัต

Gilbert แย้งว่าแม่น้ำและเนินลาดมีแนวโน้มที่จะเข้าสู่สภาวะสมดุลที่ซึ่งรูปทรงจะปรับตัวเพื่อให้ปริมาณตะกอนที่ได้รับและความสามารถในการพัดพาตะกอนสมดุลกัน ซึ่งเป็นการกล่าวถึงสมดุลพลวัตในภูมิทัศน์ในยุคแรกๆ

เรขาคณิตอุทกวิทยาของแม่น้ำ

Leopold และคณะแสดงให้เห็นว่าความกว้าง ความลึก และความเร็วของร่องน้ำแปรผันอย่างสม่ำเสมอและคาดการณ์ได้ตามปริมาณน้ำไหล โดยสร้างความสัมพันธ์เชิงปริมาณที่เป็นรากฐานของธรณีสัณฐานวิทยาทางธารน้ำสมัยใหม่

Mechanisms

บนเนินเขา การผุพังทำให้หินและดินหลวม ซึ่งเคลื่อนตัวลงเนินลาดโดยการคืบ การไหลบ่าบนพื้นผิว และการเคลื่อนที่ของมวล เช่น ดินถล่มและการไหลของเศษหิน (debris flows) วัสดุเหล่านี้ไปถึงร่องน้ำที่ซึ่งน้ำที่ไหลพัดพาและขนส่งไปในรูปของตะกอนท้องน้ำ ตะกอนแขวนลอย และสารละลาย กัดเซาะร่องน้ำและสร้างที่ราบน้ำท่วมถึง ร่องน้ำจะปรับรูปทรงของตนเองให้เข้ากับการไหลและปริมาณตะกอนที่ได้รับ โดยมีแนวโน้มที่จะเข้าสู่สมดุลพลวัต (dynamic equilibrium) ในลักษณะของระดับความลาดชันที่สมดุล (graded profile)

Clinical relevance

ความเข้าใจในกระบวนการทางธารน้ำและเนินเขามีความสำคัญอย่างยิ่งต่อการจัดการภัยพิบัติน้ำท่วมและดินถล่ม การออกแบบร่องน้ำและโครงสร้างพื้นฐานที่มั่นคง การควบคุมการกัดเซาะและการตกตะกอนในอ่างเก็บน้ำ และการฟื้นฟูแม่น้ำและลุ่มน้ำ

History

การศึกษาของ Gilbert ในศตวรรษที่ 19 ทางตะวันตกของอเมริกาได้วางรากฐานทางกลไกของธรณีสัณฐานวิทยาทางธารน้ำและเนินเขา ในช่วงกลางศตวรรษที่ 20 Leopold, Wolman และ Miller ได้สร้างเรขาคณิตอุทกวิทยาเชิงปริมาณ (quantitative hydraulic geometry) ซึ่งเปลี่ยนสาขาวิชานี้ไปสู่การเป็นวิทยาศาสตร์ที่เน้นกระบวนการและสามารถวัดผลได้อย่างเด็ดขาด

Key figures

• Grove Karl Gilbert
• Luna Leopold
• M. Gordon Wolman

Seminal works

• gilbert1877
• leopold1964

Frequently asked questions

การที่แม่น้ำอยู่ในสภาวะสมดุลหมายความว่าอย่างไร?

แม่น้ำที่อยู่ในสภาวะสมดุลคือแม่น้ำที่มีความลาดชันและรูปทรงร่องน้ำที่ปรับตัวแล้ว เพื่อให้สามารถพัดพาตะกอนที่ได้รับมาได้ตลอดเวลา โดยอยู่ในสมดุลพลวัตที่การกัดเซาะและการทับถมสมดุลกัน