Dažas upes sadalās, kad tās plūst, bet citi to nedara. Šī upes parādība gadu desmitiem ir ieinteresējusi pētniekus. Kas nosaka, vai upe plūst kā viens pavediens vai attīstās par vairāku pavedienu sistēmu? Jautājums var šķist vienkāršs, taču tas ir kļuvis par būtisku jautājumu upes ģeomorfoloģijā, starp ģeoloģiju, ģeogrāfiju, ekoloģiju un inženierzinātnēm.
Tagad Kalifornijas Universitātes Santa Barbara (UCSB) ģeogrāfi ir ziņojuši dokumentā, kas publicēts Zinātne ka viņi ir atrisinājuši noslēpumu.
Analizējot 84 upju dinamiku 36 gadu laikā, izmantojot satelītattēlus un jaunu attēlu apstrādes paņēmienu, ko sauc par daļiņu attēla velocimetriju, viņi saka, ka viņi ir atklājuši fizisko mehānismu, kas izraisa divu veidu upju veidus.
“Mēs noskaidrojām, ka vienas pavediena upēm ir raksturīgs līdzsvars starp bankas eroziju un stieņu akreditāciju-būtībā no vienas bankas zaudētajiem materiāliem līdzsvaro materiāls, kas noguldīts otram, saglabājot stabilu platumu,” sacīja pētījuma vecākais autors un ģeogrāfijas asociētais profesors UCSB Vamsi Ganti.
Turpretī viņš turpināja, vairāku vītņu upes konsekventi uzrāda augstāku erozijas līmeni attiecībā pret nogulsnēšanos pretējās bankās, izraisot kanāla paplašināšanos un galu galā sadalīšanos. Šī nelīdzsvarotība saskaņā ar darbu ir daudznozaru upju virzītājspēks.
Tas ir, erozija ir tā, kas virza plūsmas sadalīšanas parādību upēs.
“Pieaugošā atzīšana”
Diviem galvenajiem upju veidiem, kas ir viena pavediena un vairāku pavedienu, ir arī dažādi plūdu un erozijas riski, ekosistēmas pakalpojumi un ūdens resursi. Šie draudi un īpašības kļūst arvien atbilstošākas, jo cilvēki un valdības tiek galā ar biežākiem un intensīvākiem ūdens laika apstākļiem. Rezultātā fiziskais mehānisms, kas diktē vienreizēju pavedienu, ir kļuvis par svarīgāku pētījumu priekšmetu.
Lai gan iepriekšējie pētījumi galvenokārt pārbaudīja, kur var atrast dažāda veida upes, sacīja Ganti, viņi arī koncentrējās uz to, kā šīs upes laika gaitā mainījās.
Daudzi modeļi, kas mēģina paredzēt plūdu risku, pieņem, ka upes plūst fiksēta dziļuma un platuma straumēs. Tas tā nav, un jaunais pētījums ir atklājis šī pieņēmuma sekas.
“Arvien vairāk tiek atzīts, ka daudzas upes vēsturiski ir pārgājušas no daudzkanālu uz vienkanālu pēc cilvēku iejaukšanās,” pētījuma galvenais autors un UCSB Earth Research Institute Postdoc Austin Chadwick rakstīja e-pastā.
Cilvēka iejaukšanās ietver aizsprostošanu, dimingu, nogulumu ieguvi, tīrīšanu un aizķeršanos, kā arī lauksaimniecības attīstību.
Vektora karte
Lai saprastu, kāpēc dažas upes plūst vienā kanālā, bet citas sadalās daudzos pavedienos, pētnieki pievērsās satelītiem. Viņi pētīja 36 gadu globālos Landsat attēlus, aptverot periodu no 1985. līdz 2021. gadam. No visā pasaulē ar gandrīz 400 upju sekciju apsekojumu viņi izvēlējās 84, kas bija pietiekami plats un pārvietojās ar ātrumu, kas piemērots viņu analīzei. Tajos ietilpa gan viena vītne, gan vairāku pavedienu upes dažādās klimatā, nogāzēs un ūdens plūsmās.
Viņi izmantoja datora paņēmienu, ko sauc par daļiņu attēla velocimetriju, kas gadu no gada izraisīja nelielas izmaiņas attēlos, ļaujot zinātniekiem izmērīt, cik daudz upes krastā iznīcināja un cik daudz materiālu uzkrājās pretējā pusē. Lai to izdarītu, viņi pārveidoja satelīta attēlus kartēs, kur parādīja, kur zeme ir sausa un kur to pārklāja ūdens.
Pēc tam, salīdzinot tūkstošiem upju šķērsgriezumu laika gaitā, viņi radīja miljoniem mazu vektoru, kas reģistrēja erozijas un akcijas virzienus un ātrumu.
Visbeidzot, viņi apvienoja visus šos datus – vairāk nekā četrus lakh erozijas mērījumus salīdzinājumā ar akretu -, lai pārbaudītu, vai abi procesi ir līdzsvaroti. Tas viņiem ļāva atklāt modeļus, kas izraisīja vienas vai daudzpavedienu upes.
Augiem ir teikšana
Daudzu gadu desmitu laikā zinātnieki ir uzskatījuši, ka vienas kanālas, līkumainām upēm ir vajadzīgas veģetētas bankas, lai veidotos, un ka augi un līkumainas upes ir kopīgas. Bet nesen zinātnē publicētajā analīzē Stenfordas universitātes pētnieki publicēja Stenfordas universitātes pētnieki ziņoja, ka šī ideja ir balstīts uz nogulumiežu nepareizu interpretāciju.
“Mēs parādām, ka veģetētās upes līkumi virzās citā virzienā nekā atklāti upes līkumi, salīdzinot ar lejupslīdes virzienu, kurā plūst visa upe,” sacīja Maikls Hasons, pētījuma galvenais autors un Stenfordas doktora zinātnieks.
Tas padara nogulumiežu nogulsnes, kas atklātas upju līkumainas, būtiski atšķiras no veģetēto līkumu upju nogulsnēm, kaut arī tām ir tāda pati forma.
Kamēr Čadviks et al. Pētījums koncentrējās uz to, kāpēc upes kļuva līkumainas vai pītas, Hasson et al. Pārbaudītās upes.
Ņemot vērā taisnu ieleju, piebilda Hasons, viņi atrada veģetētus upes līkumus, virzoties uz āru ielejas sānos, turpretī atklāti upes līkumi virzīsies lejā pa ieleju, nekustoties uz sāniem.
“Mūsu interpretācija ir tāda, ka veģetācija izraisa šo upju kustības atšķirību galvenokārt tāpēc, ka tā veidojas grīdas, kas netieši ierobežo sēklinieku, kas ir netiešs upes ceļš,” sacīja Hasons. “Savukārt Sinuosity kontrolē, kā un kur līkumi migrē.”
Ieskats Indijai
Čadviks et al. uzskata par trim Gangas posmiem netālu no Patnas, Farakka un Pakseja (Bangladeša). Brahmaputrā viņi pārbaudīja posmus netālu no Bahadurabadas (Bangladeša), Pandu (Indija), Pasighat (Indija) un vēl vienu tālāk augšpus Himalajā.
Brahmaputra ir klasiska pīta upe, sacīja Ganti. Komanda arī atklāja, ka Brahmaputras pavedieni ātri iznīcināja viņu bankas.
“Viņu kanālu forma ir principiāli nestabila,” par šiem pavedieniem sacīja Čadviks. “Subkanāliem ir tendence paplašināties un sadalīties gadu un gadu desmitu laikā, jo plūsma sāniski grauj upes krastus ātrāk, nekā tā atrodas gar tiem.”
Atklājums bija pretrunā ar parasto gudrību, ka erozija un nogulsnēšanās ir līdzsvarā.
“Tas ir ļoti pārsteidzoši un intriģējoši, ka vairāku pavedienu upes sāniski grauj ātrāk, nekā tās iemaksā,” sacīja Čadviks.
Rezumējot, pētījums ir atšķaidījis “jaunu veidu, kā upes var saglabāt savu formu, ko veicina nevis līdzsvars, bet gan nestabilitātes cikli, jo apakškanāli laika gaitā atkārtoti paplašinās un sadalās”.
“Šī pamata nestabilitāte ir svarīgs apsvērums upju pārvaldībai.”
Samazinot plūdu risku
Čadviks arī sacīja, ka pa vairāku pavedienu upēm, piemēram, Gangai un Brahmaputra, vērtēšanas līknes, ko izmanto upju plūsmu mērīšanai, ir jāatjaunina biežāk, sakot, jo kanāli maina to formu.
Problēma Indijā ir tā, ka daudzās daļās pītās upju sekcijas ir mākslīgi ierobežotas ar atsevišķiem kanāliem, izmantojot iebūvētus uzbērumus, sacīja Akshay Kadu, globālā inženiertehniskā dizaina un konsultāciju uzņēmuma Stantec hidrologs. Viņš nebija iesaistīts studijās.
Vēl viena atklājumu ietekme ir tāda, ka daudzkanālu upēm ir nepieciešams ievērojami mazāk vietas un laika, lai atgrieztos dabiskajā stāvoklī, kā rezultātā tiek samazinātas atjaunošanas izmaksas.
Tātad, kadu piebilda, uz dabas balstīti risinājumi, piemēram, mākslīgo uzbērumu noņemšana, upes savienojuma atjaunošana ar dabiskajām palienēm, veģetētu buferzonu izveidošana gar upju krastiem, atkārtoti aktivizējot pamestus kanālus un mitrāju būvēšanu pītās daļās var ievērojami samazināt plūdu risku blakus esošajās teritorijās.
GBSNP Varma ir ārštata zinātnes žurnālists.
