Phân tích cấu trúc là thành phần tiếp cận hệ thống đến lý thuyết quá trình lòng sông

gian vµ kh«ng gian c¸c nh©n tè chñ yÕu cña qu¸ tr×nh lßng s«ng. §iÒu nµy cho phÐp nãi vÒ tÝnh ®Þa ®íi cña c¸c qu¸ tr×nh lßng s«ng, c¸c ®Æc ®iÓm biÓu hiÖn ph©n vïng cña chóng. `®ång thêi trªn møc ®é ®Þa ph−¬ng quan s¸t thÊy tÝnh biÕn ®éng lín vÒ h×nh th¸i còng nh− ®éng lùc c¸c d¹ng lßng s«ng riªng biÖt cho nªn cÇn tÝnh ®Õn ¶nh h−ëng lªn qu¸ tr×nh lßng s«ng mäi tæ hîp nh©n tè tù nhiªn, thËm chÝ tõ c¸i nh×n ®Çu tiªn, Ýt tån t¹i.TÝnh x¸c ®Þnh ®Þa lý h×nh th¸i lßng dÉn s«ng ngßi, sù phô thuéc cña ®Þa h×nh lßng dÉn s«ng ngßi vµo c¶nh quan l−u vùc vµ ®ång thêi sù h×nh thµnh c¸c c¶nh quan ®Æc tr−ng vµ c¸c hÖ sinh th¸i trong vïng ¶nh h−ëng cña hÖ thèng dßng ch¶y – lßng dÉn t¹o nªn c¬ së ®Ó nghiªn cøu sinh th¸i qu¸ tr×nh lßng dÉn vµ sù thay ®æi c«ng nghÖ sinh häc cña chóng. HiÖn nay trong lý thuyÕt qu¸ tr×nh lßng dÉn theo ®uæi hai h−íng chñ yÕu : thuû ®éng lùc – thuû lùc vµ thuû ®Þa m¹o – ®Þa lý. Trong khu«n khæ nhãm thø nhÊt chñ yÕu xem xÐt ®éng lùc häc dßng s«ng, sù vËn ®éng cña phï sa, cßn h×nh th¸i häc lßng s«ng chØ xÐt ®Õn møc ®é sãng c¸t. Trong h−íng thuû ®Þa m¹o vµ ®Þa lý Ýt chó ý h¬n ®Õn cÊu tróc dßng ch¶y, nh−ng ®Þa h×nh lßng dÉn s«ng ngßi ®−îc xÐt tíi mäi khÝa c¹nh cña nã, tÝnh c¶ tÝnh ®a nh©n tè cña qu¸ tr×nh lßng s«ng [7, 54], bao gåm c¸c phÇn lín ch−a h¼n ®· g¾n kÕt víi nhau: ®éng lùc häc dßng ch¶y tõ mét phÝa vµ h×nh th¸i häc vµ ®éng lùc häc lßng s«ng – phÝa thø hai. Ph©n tÝch cÊu tróc hÖ thèng dßng ch¶y – lßng s«ng h−íng ®Õn viÖc g¾n kÕt c¸c h−íng c¬ b¶n Êy bëi v× nhiÖm vô chñ yÕu cña nã lµ x¸c ®Þnh mèi quan hÖ gi÷a c¸c thµnh tè ph©n tÝch kh¸ch quan cña hÖ thèng. MÆc dï sù chó ý lín nhÊt trong c¸c nghiªn cøu hiÖn nay dµnh cho cÊu tróc ®Þa h×nh lßng s«ng nh−ng còng thö tæng hîp c¸c kÕt qu¶ nghiªn cøu thuû lùc vµ ®Þa lý cña qu¸ tr×nh lßng s«ng. Ch−¬ng1 Ph©n tÝch cÊu tróc lµ thµnh phÇn tiÕp cËn hÖ thèng ®Õn lý thuyÕt qu¸ tr×nh lßng s«ng HÖ thèng dßng ch¶y – lßng s«ng thuéc lo¹i hÖ thèng ®éng lùc tù ph¸t triÓn. Nã bao gåm hai bé phËn chÝnh: chÊt láng chuyÓn ®éng vµ lßng s«ng bÞ xãi lë. TÝnh chÊt c¸c bé phËn lµ kh¸c nhau râ rµng – chÊt láng chuyÓn ®éng tu©n theo c¸c quy luËt cña c¬ häc chÊt láng, ®Êt ®¸ t¹o ®¸y tu©n theo c¸c quy luËt c¬ häc ®Êt. Gi÷a dßng ch¶y vµ lßng bÞ xãi lë diÔn ra sù t¸c ®éng qua l¹i, ®ã chÝnh lµ b¶n chÊt cña qu¸ tr×nh lßng s«ng [12]. Do kÕt qu¶ t¸c ®éng t−¬ng hç gi÷a dßng ch¶y vµ lßng s«ng trong hÖ thèng sinh ra mét tÝnh chÊt míi – tÝnh cÊu tróc: trong dßng ch¶y t¹o thµnh rèi lßng s«ng qui m« lín, cßn trong lßng dÉn – ®Þa h×nh lßng s«ng. Ngoµi hÖ thèng dßng ch¶y – lßng s«ng kh«ng thÓ tån t¹i ë tr¹ng th¸i tÝch cùc c¶ rèi lßng s«ng qui m« lín lÉn ®Þa h×nh lßng s«ng. Nh− vËy hÖ thèng kh¸c víi phÐp céng ®¬n gi¶n c¸c thµnh phÇn cña nã. B¶n th©n ®Þa h×nh lßng s«ng kh«ng ph¶i lµ mét hÖ thèng tù ph¸t triÓn. Cho nªn c«ng viÖc thùc tÕ m« t¶ c¸c qu¸ tr×nh n¶y sinh, ph¸t triÓn vµ t−¬ng t¸c cña c¸c d¹ng ®Þa h×nh lßng s«ng lµ kh«ng thÓ nÕu kh«ng tÝnh ®Õn c¸c chøc n¨ng toµn bé hÖ thèng vµ ®ßi hái viÖc thùc hiÖn tiÖm cËn hÖ thèng, tøc lµ nghiªn cøu "tæ chøc c¸c thµnh phÇn t¸c ®éng 9 10 qua l¹i cña tæng thÓ" [56]. VÒ phÇn m×nh, hÖ thèng dßng ch¶y – lßng dÉn ®−îc coi lµ mét hÖ nhá trong mét hÖ thèng lín h¬n dßng ch¶y mÆt – l−u vùc s«ng ngßi, lµ mét phÇn cña hÖ ®Þa lý. C¸c qu¸ tr×nh xãi mßn – tÝch tô trªn l−u vùc (mét trong sè ®ã lµ qu¸ tr×nh lßng s«ng) th−êng g©y ¶nh h−ëng ®¸ng kÓ ®Õn sù h×nh thµnh ®Þa h×nh lßng s«ng, tuy nhiªn c¸c vÊn ®Ò nµy n»m ngoµi khu«n khæ nghiªn cøu nµy. Trong lý thhuyÕt hÖ thèng tæng qu¸t ®· x¸c ®Þnh c¸c h¹ng chñ yÕu cho phÐp nghiªn cøu hÖ thèng c¸c d¹ng kh¸c nhau trªn c¬ së ph−¬ng ph¸p luËn duy nhÊt. C¸c h¹ng nµy tËp trung xem xÐt trong phô lôc ®Õn hÖ thèng dßng ch¶y – lßng dÉn. 1.1. C¸c nguyªn tè §Þa h×nh lßng s«ng – ®ã lµ d¹ng bÒ mÆt kÕt nèi (liªn tôc hay cã chu kú) c¸c ®Êt ®¸ xãi lë víi chÊt láng chuyÓn ®éng, thay ®æi h×nh d¸ng cña m×nh do t¸c ®éng qua l¹i cña chóng. C¸c nguyªn tè chÝnh trong tæ hîp ®Þa h×nh lßng s«ng lµ c¸c d¹ng sãng. D¹ng sãng cña ®Þa h×nh lßng s«ng lµ mét phÇn bÒ mÆt (th−êng mét møc ®¼ng cÊp x¸c ®Þnh), trong ph¹m vi cña nã gradient x z ∂ ∂ vµ y z ∂ ∂ trong hÖ thèng hÖ to¹ ®é cong trùc giao, g¾n liÒn víi bÒ mÆt so s¸nh kh«ng cã chç nµo thay ®æi tõ ©m (kh«ng) sang d−¬ng. Víi cÊu tróc bËc x¸c ®Þnh cña ®Þa h×nh lßng s«ng (tr−êng hîp phæ biÕn nhÊt) bÒ mÆt so s¸nh g¾n víi hÖ to¹ ®é cña c¸c bÒ mÆt d¹ng nhá lµ bÒ mÆt lín h¬n. Th−êng víi viÖc xö lý b»ng tay c¸c b¶n ®å t−¬ng tù cña lßng dÉn trong c¸c ®−êng ®ång møc, mÆt c¾t håi ©m, c¸c l¸t c¾t th¼ng ®øng cña ®Þa h×nh (däc hay ngang) hay lµ c¸c sao chÐp bÒ mÆt kh«ng xuÊt hiÖn c¸c phøc t¹p cã tÝnh nguyªn t¾c khi x¸c ®Þnh c¸c d¹ng ®Þa h×nh lßng dÉn ©m hay d−¬ng. Chu tr×nh ph©n t¸ch tuÇn tù c¸c sãng kÝch th−íc kh¸c nhau (bËc) ra c¸c mÆt c¾t däc ®· ®−îc so¹n th¶o khi ph©n tÝch ®Þa h×nh sãng trong h¹ l−u Enhixei [93]. H×nh 1.1. S¬ ®å ph©n chia c¸c nguyªn tè ®Þa h×nh lßng s«ng trªn l¸t c¾t a – ®èi víi s«ng Niger theo h×nh th¸i häc c¸c tæ hîp h×nh d¹ng ®¸y, b – ®èi víi lßng dÉn th−îng nguån s«ng Obi cã tÝnh ®Õn ®éng lùc h×nh d¹ng ®¸y. 1 – r·nh; 2 – cån c¸t; 3 – ®iÓm c¶n dßng; 4 – ranh giíi lßng dÉn Ph−¬ng ph¸p t−¬ng tù ®−îc G. A. Alecxayev [2] sö dông. Trªn mÆt c¾t ®¸y s«ng (®−êng 0) t¸ch ra c¸c ®iÓm, n¬i mµ gradient thay ®æi tõ ©m (kh«ng) sang d−¬ng. C¸c ®iÓm ®Æc biÖt nµy ®¸nh dÊu ®¸y gi÷a hai sãng (hâm). Sau ®ã nèi c¸c ®¸y b»ng mét ®−êng mÒm m¹i I, nã ®· lo¹i bá c¸c sãng nhá nhÊt trªn ®¸y 11 12 s«ng ra khái tËp c¸c sãng lín. Sau ®ã trªn ®−êng I l¹i ®¸nh dÊu c¸c ®iÓm, t¹i ®ã diÔn ra sù thay thÕ gradient tõ ©m (kh«ng) sang d−¬ng vµ nèi c¸c ®iÓm bëi ®−êng II. C¸c ®−êng I vµ II h¹n chÕ c¸c sãng bËc cao h¬n. Chu tr×nh m« t¶ trªn ®−îc lÆp l¹i cho ®Õn khi trªn mÆt c¾t kh«ng cßn l¹i ®iÓm thay ®æi gradient tõ ©m (kh«ng) sang d−¬ng (H×nh 1.1a). VÒ h×nh thøc, chu tr×nh nµy kh«ng tÝnh ®Õn c¸c liªn kÕt th¹ch häc vµ ®Þa tÇng. Tuy nhiªn ranh giíi th¹ch häc vµ ®Þa tÇng th−êng lµ ®ång thêi vµ c¶ víi ranh giíi d¹ng lßng dÉn. C¸c ranh giíi quan träng nhÊt víi sù biÕn ®æi ®ét ngét th¹ch häc vµ ®Êt ®¸ t¨ng vät. D¹ng ranh giíi nh− vËy cÇn ®−îc lµm râ tr−íc khi t¸ch c¸c d¹ng ®Þa h×nh sãng d−¬ng. Nã ®−îc coi lµ bÒ mÆt so s¸nh cuèi cïng . Trªn c¸c ®o¹n riªng biÖt cña ®¸y s«ng, cÊu tróc ®¼ng cÊp cña ®Þa h×nh ®¬n gi¶n h¬n. Khi ®ã ®−êng 0 cã thÓ trïng víi c¸c ®−êng I vµ II vµ h¬n thÕ. Trong tr−êng hîp nµy chu tr×nh ®· m« t¶ dÉn tíi sù ph©n chia kh«ng cã c¬ së c¸c d¹ng ®Þa h×nh d−¬ng lín vµ ph©n chia kh¸ch quan kh«ng tån t¹i c¸c d¹ng nhá h¬n (xem h×nh 1.1b). §Ó triÖt tiªu ®iÒu ®ã cÇn tËp trung ph©n tÝch tÝnh linh ®éng cña ranh giíi c¸c d¹ng, tøc lµ so s¸nh ®¹o hµm t z ∂ ∂ . NÕu nh− trong ph¹m vi ®−êng m cã ®o¹n, tÝnh linh ®éng cña c¸c ®iÓm trªn ®ã ph©n biÖt víi tÝnh linh ®éng trung b×nh ®−êng m m t z ⎟⎟⎠ ⎞ ⎜⎜⎝ ⎛ ∂ ∂ vµ ®ång thêi xÊp xØ víi tÝnh linh ®éng trung b×nh km t z + ⎟⎟⎠ ⎞ ⎜⎜⎝ ⎛ ∂ ∂ tøc lµ cã lÏ ®o¹n ®· cho thuéc ®−êng m+k. KÕt qu¶ cña viÖc ph©n tÝch nh− vËy cã thÓ lµm râ c¶ ranh giíi th¹ch häc, nh−ng ®Ó lµm ®iÒu ®ã cÇn ph¶i thùc hiÖn mét lo¹t mÆt c¾t ®¸y nhËn ®−îc vµo c¸c thêi gian kh¸c nhau theo cïng mét vµ chØ mét ®−êng. Khi thiÕu c¸c sè liÖu nh− vËy ®µnh ph¶i sö dông c¸c th«ng tin chung vÒ d¹ng x¸c suÊt c¸c d¹ng lßng dÉn d−¬ng ®−îc t¸ch ra. Ph−¬ng ph¸p m« t¶ mét c¸ch tù nhiªn ®−îc phæ biÕn ®Õn viÖc ph©n chia c¸c d¹ng bÒ mÆt ®¸y víi sù hiÖn diÖn cña b¶n ®å ®Þa thÕ vÞ t−¬ng tù cña lßng dÉn b»ng c¸c ®−êng ®¼ng thÕ vÞ. H×nh 1.2. C¸c nguyªn tè h×nh häc chÝnh cña h×nh d¹ng lßng dÉn C¸c d¹ng lßng dÉn chÝnh: a.lßng th¼ng; b. cong; c. ®o¹n më réng; d. ®o¹n th¾t; e. ph©n nh¸nh; f. hîp l−u; g – låi; h – lâm; i – l−în; k – ®¶o C¸c ®iÓm ®Æc biÖt: 1– uèn; 2 – gÊp khóc; 3. ®Ønh; 4 – quay vßng; 5 – mÐp ph©n nh¸nh; 6 – ®Çu ®¶o; 7 – mÐp hîp l−u; 8 – ®−êng trôc; 9 – ®−êng bê kh«ng khÐp kÝn; 10 – ®−êng bê khÐp kÝn; 11 – h−íng dßng ch¶y 13 14 §−êng (hay mÆt) bËc cao nhÊt ®èi víi tËp hîp c¸c ®Þa h×nh lßng dÉn sÏ phï hîp víi d¹ng ©m cña lßng dÉn cã sù bæ sung lín nhÊt. Lßng dÉn nh− lµ phÇn thÊp nhÊt cña thung lòng s«ng ngßi , ngËp n−íc, cã thÓ chia ra c¸c møc ngËp kh¸c nhau (mùc n−íc, l−u l−îng n−íc). Khi ®ã nhiÒu bÒ mÆt víi mùc n−íc cao h¬n lµ c¸c bÒ mÆt d¹ng lßng dÉn d−¬ng, víi mùc n−íc thÊp h¬n sÏ lµ bÒ mÆt d¹ng lßng dÉn ©m. Cã thÓ chia ra hai d¹ng ranh giíi lßng dÉn: kh«ng kÝn vµ kÝn. Ranh giíi kÝn ®−îc vÏ nªn bëi ®¶o. C¸c nh¸nh lßng dÉn cã Ýt nhÊt lµ mét ranh giíi kÝn, hai ranh giíi hë lµ lßng ph©n nh¸nh. Th−êng d¹ng lßng dÉn m« t¶ thuËn lîi kh«ng nhê vµo ranh giíi mµ nhê ®−êng trôc (víi sù hiÖn diÖn c¸c ranh giíi kÝn – ®−êng). X©y dùng ®−êng trôc dÉn tíi viÖc t×m kiÕm kho¶ng c¸ch nhá nhÊt gi÷a c¸c ®iÓm ranh giíi vµ dÉn ®−êng trôc qua trung t©m c¸c mÉu ®ã. NhËn lµm ®−êng trôc cã thÓ sö dông ®−êng tanvec hoÆc lµ trôc dßng ch¶y. Trªn c¸c ranh giíi hay ®−êng trôc t¸ch ra c¸c ®iÓm ®Æc biÖt, qua ®ã dÉn c¸c tuyÕn ®o ngang, h¹n chÕ c¸c thµnh tè h×nh d¹ng lßng dÉn. T¹i c¸c ®iÓm uèn cña ®o¹n th¼ng ®−êng bÞ uèn cong vµ ng−îc l¹i. T¹i ®iÓm uèn ®¹o hµm s∂ ∂θ – sù thay ®æi gãc ph−¬ng vÞ θ theo chiÒu dµi lßng dÉn s, tøc lµ ®o¹n cong ®i qua ®iÓm tíi h¹n. T¹i ®iÓm uèn diÕn ra sù thay ®æi dÊu ®o¹n cong s∂ ∂θ . T¹i ®Ønh cña ®iÓm uèn ®é cong ®¹t gi¸ trÞ cùc ®¹i. Víi sù cong kh«ng thay ®æi theo chiÒu dµi ®o¹n ®iÓm ®Ønh x¸c ®Þnh theo cùc ®¹i c¸nh cung ®−êng uèn cong. C¸c ®iÓm ®Çu vµ cuèi thuéc ranh giíi kÝn t−¬ng øng víi gi¸ trÞ cùc ®¹i vµ cùc tiÓu cña to¹ ®é däc trªn thùc tÕ ®èi víi vßng trßn. Trªn ®−êng trôc chóng øng víi c¸c mÐp ph©n nh¸nh vµ hîp l−u n»m trªn vµ d−íi ®iÓm ®Çu vµ ®iÓm cuèi. KÕt hîp c¸c ®iÓm ®Æc biÖt, dÊu cña ®o¹n cong, c¸c ranh giíi thay ®æi cña ®o¹n cong theo chiÒu dµi lßng dÉn x¸c ®Þnh ®−îc mäi d¹ng h×nh th¸i cã thÓ c¸c nguyªn tè lßng dÉn, mét sè ®ã ®−îc chØ ra trªn h×nh 1.2. H×nh 1.3. C¸c th«ng sè ®o ®¹c h×nh th¸i chÝnh cña ®Þa h×nh lßng dÉn. a. ®èi víi h×nh d¹ng ®¸y ; b – ®èi víi lßng ch¶o Trong lßng s«ng cã thÓ t¸ch ra c¸c ®iÓm ph©n tÇng ®Æc biÖt, lµm t¨ng m¹nh sè l−îng c¸c d¹ng lßng dÉn cã thÓ. Chu tr×nh 15 16 t¸ch c¸c d¹ng lßng dÉn cì kh¸c nhau Ýt kh¸c víi chu tr×nh t¸ch sãng ë trªn. Th−êng khi ®ã sö dông ®−êng trôc. VËy nªn, Sinnok vµ Rao [133] ®· ph©n tÝch c¸c ph−¬ng ¸n ®¬n gi¶n nhÊt cña d¹ng lßng dÉn – s«ng ®æi h−íng theo kinh tuyÕn. T¸ch ®−êng bËc nhÊt – trôc lßng dÉn biÕn ®æi, ®−êng bËc hai – nèi c¸c ®iÓm uèn cña ®−êng bËc nhÊt; ®−êng bËc ba – nèi c¸c ®iÓm uèn cña ®−êng bËc hai v.v.. tiÕp tôc cho ®Õn khi thu ®−îc ®−êng ®¸y s«ng. Sù phøc t¹p chñ yÕu cña sù ph©n t¸ch nh− vËy lµ kh¶ n¨ng trïng c¸c ®−êng bËc kh¸c nhau. §Ó kh¾c phôc ®iÒu ®ã còng nh− ®èi víi sãng c¸t cã thÓ sö dông chØ tiªu ®éng häc cña ®o¹n lßng dÉn , tuy nhiªn hay lµm h¬n lµ xuÊt ph¸t tõ c¸c kh¸i niÖm tæng qu¸t vÒ h×nh häc d¹ng lßng dÉn. Khi ph©n t¸ch c¸c nguyªn tè h×nh d¹ng lßng dÉn, chØ tiªu quan träng lµ ®é cong tíi h¹n cña lßng dÉn, x¸c ®Þnh ranh giíi gi÷a c¸c ®−êng cong vµ ®−êng th¼ng. C¸c ®−êng th¼ng h×nh häc trong tù nhiªn hÇu nh− kh«ng cã, nªn khÝa c¹nh nµy ®èi víi lßng dÉn s«ng ngßi chØ cã thÓ nãi vÒ ®o¹n s«ng th¼ng ®éng lùc häc. V. V. Ivanov [30] ®Ò xuÊt ®Ó x¸c ®Þnh gi¸ trÞ ®é cong sö dông møc ®é ¶nh h−ëng cña h×nh häc ph¼ng lßng dÉn lªn h×nh d¹ng mÆt c¾t ngang cña nã. Trong lßng dÉn th¼ng ®éng lùc häc kh«ng xuÊt hiÖn mét m¾t xÝch ngang nµo cña dßng vµ sù bÊt ®èi xøng ngang cña lßng dÉn. RÊt hiÕm khi cã lßng dÉn víi mÆt c¾t ngang bÊt ®èi xøng. V. V. Ivanov ®· x¸c ®Þnh gi¸ trÞ ®é cong tíi h¹n cña lßng dÉn víi 15,1/ ≈λs . Mçi d¹ng lßng dÉn h×nh sãng vµ d¹ng lßng dÉn trong tæng thÓ cã h×nh d¸ng phøc t¹p, nã thay ®æi trong qu¸ tr×nh tiÕn ho¸ cña chóng. Cho nªn ¸p dông tËp hîp c¸c tham sè h×nh th¸i (thuËt ng÷ cña I. V. Popov [67], nhµ ®o ®¹c) mµ ë mét møc ®é kh¸ x¸c ®Þnh ®· ®Æc tr−ng cho nguyªn tè lßng dÉn (H×nh 1.3). §éng lùc häc d¹ng lßng dÉn th−êng ®−îc m« t¶ cã tÝnh tíi kÕt qu¶ ph©n tÝch sù dÞch chuyÓn c¸c ®iÓm ®Æc biÖt vµ thay ®æi theo thêi gian cña c¸c tham sè ®o ®¹c h×nh th¸i. C¸c ph−¬ng ph¸p ®· dÉn ®Ó t¸ch c¸c d¹ng nguyªn cña ®Þa h×nh lßng dÉn kh«ng trïng víi c¸c ph−¬ng ph¸p ®−îc phæ biÕn réng r·i trong ph©n tÝch ®Þa m¹o m« t¶ ®Þa h×nh b»ng c¸c ®iÓm ®Æc tr−ng vµ c¸c ®−êng cÊu tróc [94]. CÇn ph¶i nhÊt trÝ víi A. N. Lastoskin [48] r»ng c¸c ®−êng cÊu tróc vµ c¸c ®iÓm ®Æc tr−ng cña c¸c d¹ng x¸c ®Þnh cho phÐp m« t¶ ®¬n trÞ d¹ng ®Þa h×nh bÊt kú. Nh−ng viÖc ph©n t¸ch ë c¸c nguyªn tè bé phËn lßng dÉn m©u thuÉn víi nguyªn t¾c t¸c ®éng t−¬ng hç cña dßng vµ lßng dÉn mµ theo ®ã nguyªn tè trong tæ hîp ®Þa h×nh lßng s«ng t−¬ng øng víi nguyªn tè xo¸y trong dßng. Nguyªn tè xo¸y chiÕm øu thÕ hoµn toµn chØ trong ph¹m vi toµn bé d¹ng lßng s«ng. 1.2. CÊu tróc CÊu tróc trong khu«n khæ cña tiÕp cËn hÖ thèng [56] – lµ tËp hîp c¸c quan hÖ trong hÖ thèng ®−îc lùa chän b»ng mét c¸ch cã tæ chøc ®Ó tæng hîp hÖ thèng. Trong hÖ thèng dßng ch¶y – lßng s«ng cã thÓ t¸ch ra hai líp quan hÖ: 1) t¹o hÖ thèng vµ 2) h×nh th¸i. T¹o hÖ thèng lµ c¸c quan hÖ nh©n qu¶ t¸c ®éng vµ t−¬ng hç: trùc tiÕp, ng−îc l¹i, d−¬ng vµ ©m. C¸c quan hÖ t−¬ng tù kh«ng thùc hiÖn trùc tiÕp gi÷a c¸c nguyªn tè ®Þa h×nh lßng s«ng riªng biÖt, mµ cßn cã sù tham gia cña c¸c nguyªn tè dßng ch¶y. C¸c quan hÖ h×nh th¸i cã thÓ kh«ng ph¶n ¸nh trong trang th¸i toµn bé hÖ thèng (hoÆc mét phÇn nguyªn vÑn cña nã), chóng cã thÓ xÐt trong giíi h¹n cña tæ hîp ®Þa h×nh lßng s«ng, mÆc dï c¸c quan hÖ nh− vËy sinh ra do hËu qu¶ cña c¸c quan hÖ t¹o hÖ thèng. Thuéc nhãm quan hÖ h×nh th¸i lµ c¸c quan hÖ l©n cËn, kÕt hîp vµ theo bËc. Ph©n biÖt c¸c quan hÖ l©n cËn – ®Êy lµ phÐp v¹ch s¬ bé ®Þa 17 18 h×nh dÉn tíi viÖc x¸c lËp c¸c ranh giíi kh«ng gian kh¸ch quan gi÷a c¸c nguyªn tè ®Þa h×nh. X¸c ®Þnh quan hÖ l©n cËn ®ßi hái viÖc sö dông ®ång thêi c¸c nguyªn t¾c liªn tôc vµ ph©n lËp ®Þa h×nh lßng s«ng. Mçi h×nh d¹ng ®Þa h×nh lßng s«ng hay mçi d¹ng lßng s«ng ®Òu cã tÝnh liªn tôc ®Æc tr−ng bëi sù biÕn ®æi tuÇn tù cao ®é víi c¸c to¹ ®é thêi gian vµ kh«ng gian t−¬ng øng. §Ó lµm râ mèi quan hÖ gi÷a c¸c nguyªn tè cÇn ph¶i hoÆc giíi h¹n chóng, hoÆc ph¶i x¸c ®Þnh c¸c tÝnh chÊt cña chóng b»ng c¸ch lùa chän c¸c tham sè rêi r¹c. Kh¸i niÖm ph©n lËp nh− vËy liªn quan chñ yÕu tíi cÊu tróc hÖ thèng. Ph©n biÖt c¸c quan hÖ kÕt hîp – lµ phÐp ph©n lo¹i, nhãm buéc c¸c d¹ng lßng s«ng. Sù kÕt hîp tiÕn hµnh theo viÖc lùa chän c¸c dÊu hiÖu h×nh th¸i, ®o ®¹c h×nh th¸i, ®éng lùc vµ th¹ch häc. C¸c quan hÖ nµy x¸c ®Þnh tÝnh liªn tôc cña d¹ng lßng s«ng. XuÊt hiÖn tÝnh liªn tôc ë d¹ng kh¸c c¶ trong c¸c d¹ng nguyªn tè lßng s«ng còng nh− c¸c ®èi t−îng ®−îc nhãm kh«ng theo c¸c dÊu hiÖu l©n cËn gi¶n ®¬n trong kh«ng gian mµ theo c¸c dÊu hiÖu trïng hîp tæ hîp c¸c tÝnh chÊt. §Ó ph©n biÖt c¸c d¹ng ®Þa h×nh lßng s«ng ¸p dông c¶ c¸c ph−¬ng ph¸p liªn tôc vµ rêi r¹c. Trong khu«n khæ c¸c ph−¬ng ph¸p rêi r¹c viÖc ph©n lo¹i dùa trªn viÖc lùa chän c¸c tham sè ®Æc tr−ng h×nh d¹ng lßng s«ng. C¸c tham sè d¹ng lßng s«ng hay sö dông nhÊt lµ chiÒu dµi cña chóng (b−íc). Ph−¬ng ph¸p ph©n lo¹i theo dÊu hiÖu nµy cã b¶n chÊt nh− sau [88]. NhËn ®−îc do kÕt qu¶ tham sè ho¸ chuçi ®é dµi (b−íc) d¹ng lßng s«ng s¾p xÕp theo trËt tù gi¶m dÇn gi¸ trÞ. TiÕp theo logarit ho¸ c¸c gi¸ trÞ ®ã vµ chia chuçi ra N nhãm ban ®Çu sao cho trong mçi nhãm cã ni gi¸ trÞ. X¸c ®Þnh gi¸ trÞ trung b×nh ix vµ ph−¬ng sai Di cña chóng. §èi víi mçi cÆp nhãm c¹nh nhau i vµ i + 1 tÝnh chØ tiªu sai kh¸c – hÖ thøc F: ( )( ) ( )( ) ( ) 111 2 111 11 2 +++ +++ ++++ −−+= iiiiii iiiiii j DnDnnn xxnnnnF Theo c«ng thøc: ∑− =−= 1 11 1 N j jFN F x¸c ®Þnh møc ®é kh«ng trïng hîp cña c¸c nhãm ®−îc chia. ë giai ®o¹n tiÕp theo c¸c ph©n nhãm cã Fj cùc tiÓu ®−îc gép vµo lµm mét vµ chu tr×nh ®−îc lÆp l¹i víi N – 1 nhãm. ViÖc tÝnh to¸n diÔn ra cho ®Õn khi sè nhãm kh«ng cßn lµ 2. Sau ®ã theo cùc ®¹i cña chØ tiªu F còng nh− tõ c¸c gi¶ thiÕt vËt lý lùa chän hÖ thèng kh«ng trïng nhÊt gi÷a c¸c ph©n nhãm. NÕu tiÕn hµnh sù ph©n nhãm theo tËp hîp m tham sè th× sö dông quan hÖ F – tæng qu¸t [70]. ( ) ( ) ( ) ( )111111 1 +−++++ −−+ −−+= iiTiTiii iiiij xxHxxnnm mnnnnF víi ix – vect¬ c¸c gi¸ trÞ trung b×nh c¸c tham sè xi; H = Si + Si+1; ;xxnUUS Tiii T iii −= Ui – ma trËn cã c¸c cét lµ c¸c gi¸ trÞ tham sè xi ; T – ký hiÖu biÕn ho¸. Mçi nhãm d¹ng lßng s«ng liªn kÕt ®−îc ph©n theo kiÓu nh− vËy ®Æc tr−ng bëi tËp hîp c¸c tham sè ®o ®¹c h×nh th¸i (trong tr−êng hîp nµy lµ c¸c gi¸ trÞ trung b×nh c¸c tham sè vµ ph−¬ng sai cña chóng), chóng ®èi víi c¸c d¹ng lßng s«ng c¬ së ®−îc coi nh− c¸c chØ sè rêi r¹c cña mét thµnh t¹o liªn tôc nµo ®ã. C¸c tham sè ®o ®¹c h×nh th¸i trung b×nh chÝnh cña d¹ng lßng s«ng thµnh lËp nªn c¸c nhãm vÒ phÇn m×nh l¹i cã thÓ phñ ®Þnh sù ph©n nhãm vµ t¹o ra c¸c nhãm gÇn nhau theo h×nh th¸i c¸c d¹ng cÊu t¹o chóng so víi c¸c chØ tiªu kh¸c. Ph−¬ng ph¸p liªn tôc ho¸ ph©n líp c¸c d¹ng ®Þa h×nh lßng s«ng kh«ng ®ßi hái sù rêi r¹c ho¸ ban ®Çu – ph©n chia c¸c 19 20 nguyªn tè riªng rÏ mµ dùa trªn viÖc xö lý tr−êng (hay nãi c¸ch kh¸c lµ chuçi) c¸c cao ®é th¼ng ®øng cña bÒ mÆt (®−êng) thèng nhÊt. B−íc ph©n chia kh«ng qu¸ 1/10 – 1/20 chiÒu dµi d¹ng lßng s«ng bÞ ph©n chia, vµ kho¶ng hiÖn thùc kh«ng Ýt h¬n 20 – 100 ®é dµi d¹ng ®· lùa chän. Chuçi (b¶ng) cao ®é ®¸y lßng s«ng nhËn ®−îc (hoÆc c¸c tham sè thay ®æi liªn tôc kh¸c nh− chiÒu réng, diÖn tÝch mÆt c¾t −ít, ®é uèn trôc lßng s«ng) ®−îc kh¼ng ®Þnh bëi ph©n tÝch phæ vµ t−¬ng quan. Theo kho¶ng c¸ch gi÷a c¸c cùc trÞ cña hµm t−¬ng quan vµ b−íc sãng t−¬ng øng víi cùc trÞ cña mËt ®é phæ, x¸c ®Þnh chiÒu dµi (b−íc) cña d¹ng lßng s«ng. Hµm mËt ®é phæ ngoµi ra cßn cho phÐp ®¸nh gi¸ phÇn tr¨m ph−¬ng sai chung cña chuçi diÔn ra trong kho¶ng dao ®éng ®é dµi cña c¸c d¹ng lßng s«ng, thÓ hiÖn qua d¹ng c¸c ®Ønh. Còng nhê thÕ x¸c ®Þnh ®−îc ®é cao trung b×nh cña c¸c d¹ng ®ã. Nhê mét hµm mËt ®é phæ khã m« t¶ d¹ng ®Þa h×nh lßng s«ng cã kÝch th−íc kh¸c nhau lín. TËp trung vµo mét thÓ hiÖn liªn tôc cao ®é ®¸y ®Ó lµm râ c¸c d¹ng cã kÝch th−íc kh¸c nhau lùa chän c¸c ®o¹n cã chiÒu dµi kh¸c nhau vµ ph©n lo¹i chóng víi c¸c b−íc kh¸c nhau, xuÊt ph¸t tõ h−íng dÉn ®· nªu trªn, cßn tiÕp theo sau khi tiÕn hµnh ph©n tÝch phæ, trén hµm mËt ®é phæ t−¬ng øng víi c¸c kho¶ng dao ®éng ®é dµi. HÖ thøc ®é dµi ®o¹n cÇn ph¶i ®¹t sao cho ®é dµi ®o¹n cña thÓ hiÖn ®−îc c¸c d¹ng lßng s«ng nhá nhÊt, kh«ng v−ît qu¸ Ýt h¬n 6 lÇn ®é dµi kho¶ng ph©n líp c¸c ®o¹n dïng ®Ó lµm râ c¸c d¹ng lín. KÕt qu¶ cña ph©n tÝch phæ trùc tiÕp lµm s¸ng tá kh«ng ph¶i lµ c¸c d¹ng lßng s«ng riªng biÖt mµ gép chóng theo tæ hîp c¸c dÊu hiÖu: sù gÇn gòi vÒ chiÒu dµi, chiÒu réng vµ chiÒu cao cña d¹ng víi ph©n tÝch phæ hai chiÒu tr−êng cao ®é ®¸y; sù gÇn gòi c¸c b−íc uèn trong ph©n tÝch chuèi ®é uèn lßng s«ng. Nh− vËy x¸c ®Þnh ®−îc c¸c tham sè ®o ®¹c h×nh th¸i ®Æc tr−ng cña liªn hîp c¸c d¹ng lßng s«ng. Th−êng c¸c gi¸ trÞ c¸c tham sè nµy kh«ng kh¸c nhiÒu víi c¸c gi¸ trÞ nhËn ®−îc tõ viÖc nhãm c¸c d¹ng lßng s«ng b»ng ph−¬ng ph¸p rêi r¹c. C¸c ph−¬ng ph¸p ph©n tÝch liªn tôc vµ rêi r¹c khi ph©n nhãm ®Þa h×nh lßng s«ng cã mÆt m¹nh vµ yÕu vµ víi viÖc sö dông ®ång thêi sÏ bæ sung tèt cho nhau. Trong qu¸ tr×nh ph©n tÝch rêi r¹c lµm s¸ng tá c¸c d¹ng lßng s«ng riªng biÖt, nghiªn cøu ®−îc tÝnh chÊt cña mçi d¹ng trong ®ã, ¶nh h−ëng cña toµn bé hÖ thèng lªn d¹ng cô thÓ nµy vµ ng−îc l¹i. ThuËt to¸n liªn kÕt c¸c d¹ng riªng biÖt trong nhãm theo tæ hîp c¸c dÊu hiÖu kh¸ râ rµng. §èi víi mçi nhãm cã thÓ ®¸nh gi¸ kh«ng chØ c¸c tham sè trung b×nh c¸c thµnh phÇn cña d¹ng lßng s«ng mµ cßn c¶ tÝnh chÊt ®−êng cong ph©n bè c¸c tham sè cña d¹ng, c¸c m«men cña chóng. Tuy nhiªn møc ®é chñ quan c¶ khi lµm s¸ng tá c¸c d¹ng riªng biÖt lÉn khi lùa chän c¸c chØ tiªu c¸c sù kh¸c biÖt cùc ®¹i lµ kh¸ cao. Ph©n tÝch liªn tôc theo dÊu c¸c d¹ng lßng s«ng cô thÓ dÉn tíi viÖc lµm s¸ng tá trùc tiÕp c¸c tæ hîp cña chóng theo c¸c tham sè ®o ®¹c h×nh th¸i chÝnh kh«ng tèn c«ng lµm rêi r¹c, vµ v× thÕ kh¸ch quan h¬n. Nã ®Æc biÖt hiÖu qu¶ víi c¸c ®Þa h×nh lßng s«ng cã ®é phøc t¹p lín. §Ó nghiªn cøu cÊu tróc dßng ch¶y, c¸c ph−¬ng ph¸p ph©n tÝch phæ vµ ph©n tÝch t−¬ng quan th−êng lµ con ®−êng duy nhÊt do kh«ng thÓ rêi r¹c ho¸ c¸c tr−êng vËn tèc trong thùc tÕ. Tuy nhiªn, ph©n tÝch phæ th−êng dùa trªn viÖc sö dông khai triÓn c¸c m¶ng sè liÖu theo chuçi Phure theo c¸c hµm tam gi¸c trùc giao. TÝnh dao ®éng h×nh sin kh«ng chuÈn cña ®a sè c¸c d¹ng lßng s«ng dÉn tíi viÖc t¨ng c¸c phæ réng vµ gi¶m ®é chÝnh x¸c cña viÖc x¸c ®Þnh c¸c tham sè ®o ®¹c h×nh th¸i ®Æc tr−ng. 21 22 H×nh 1.4. Hµm mËt ®é phæ ®é s©u s«ng ngßi 1– Amazon; 2– Enhix©y; 3– Lena; 4– Nigiª; 5– ranh giíi gi÷a c¸c mùc cÊu tróc; 6– sè mùc sãng cÊu tróc lín (I), nhá vµ võa (II) vµ rÊt nhá (III) Hµm mËt ®é phæ còng cho phÐp ®¸nh dÊu c¸c ranh giíi c¸c nhãm kh¸i qu¸t ®Þa h×nh lßng s«ng mµ kh«ng cÇn tiÕn hµnh rêi r¹c hãa. Ngoµi c¸c cùc trÞ ®Þa ph−¬ng, t−¬ng øng víi c¸c nhãm h×nh d¹ng, trªn nÒn phæ th−êng lµm s¸ng tá mét sè vïng réng lín cña b−íc sãng víi c¸c gi¸ trÞ mËt ®é phæ gÇn nhau (H×nh 1.4). Chóng ®−îc ph©n biÖt mét c¸ch t−¬ng ®èi ®íi thÊp mµ trong giíi h¹n cña nã mËt ®é phæ Ýt thay ®æi. Trªn c¸c ®å thÞ hµm mËt ®é phæ x©y dùng theo tû lÖ loga nhÞ thøc c¸c vïng vµ c¸c ®íi ®−îc ph©n biÖt râ rµng nh− c¸c bËc thang mËt ®é phæ. Mçi bËc nh− vËy cã thÓ coi nh− mét møc tæ chøc tiÕp theo cña ®Þa h×nh lßng s«ng. Ph©n tÝch cÊu tróc ®Þa h×nh lßng s«ng cho phÐp kÕt luËn r»ng trong qu¸ tr×nh lßng s«ng c¸c tÝnh chÊt têi r¹c vµ liªn tôc xuÊt hiÖn vµ bæ sung lÉn nhau; cho nªn thiÕu tÝnh to¸n mét trong c¸c khÝa c¹nh cña hiÖn t−îng thùc tÕ sÏ lµm nghÌo ®i c¶ lý thuyÕt lÉn øng dông cña khoa häc. 1.3. Tæ chøc ë mét møc ®é nµo ®ã lín h¬n c¶ tÝnh liªn tôc vµ rêi r¹c, trong hÖ thèng dßng ch¶y – lßng s«ng kÕt hîp c¸c dÊu hiÖu v« trËt tù ë c¶ tæ chøc. §éng lùc häc cña c¸c d¹ng lßng s«ng cã thÓ thÓ hiÖn hoµn toµn cã trËt tù theo mét tû lÖ kh«ng gian – thêi gian nµo ®ã vµ hoµn toµn hçn ®én ë mét tû lÖ kh¸c. DÉn c¸c chØ tiªu trËt tù lµm râ c¸c khÝa c¹nh kh«ng mong ®îi cña c¸c qu¸ tr×nh. VËy nªn Iu. L. Klim«ntvich [39] ®· x©y dùng ®Þnh lý S, theo ®ã hÖ thèng cã trËt tù lµ hÖ mµ vËt chÊt cña nã n»m ë trªn cïng mét mùc n¨ng l−îng so s¸nh sÏ nhá h¬n. Nhê ®Þnh lý S mµ Iu. L. Klim«ntvich ®· ®Æt nÒn mãng v÷ng ch¾c, trªn trùc diÖn, kÕt luËn r»ng dßng chÊt láng ph©n tÇng víi vËt chÊt Sl hçn lo¹n h¬n nhiÒu so víi chuyÓn ®éng rèi hçn lo¹n, vËt chÊt ST- nhá h¬n 23 24 gi¸ trÞ: ( ) 02' ≥≈− uSS T víi u' – vËn tèc rèi tøc thêi Do kÕt qu¶ ¸p dông tuÇn tù ®Þnh lý S ®Õn dßng ch¶y s«ng ngßi (®¸y sãng, sù hiÖn diÖn cña rèi quy m« lín) cã thÓ ®−a ra kÕt luËn r»ng hÖ thèng dßng ch¶y – lßng s«ng trËt tù h¬n so víi dßng ch¶y rèi phi cÊu tróc. TÝnh trËt tù gi¶ thiÕt sù hiÖn diÖn c¸c d¹ng x¸c ®Þnh c¸c quan hÖ h×nh th¸i. Trong hÖ thèng dßng ch¶y – lßng s«ng gièng nh− ®a sè c¸c hÖ thèng phøc t¹p, ®ã lµ quan hÖ ph©n bËc; mçi nguyªn tè cña hÖ thèng lµ mét bé phËn cña nguyªn tè lín vµ vÒ phÇn m×nh chøa c¸c nguyªn tè nhá h¬n. Quan hÖ ph©n bËc ®Én ®Õn sù t¹o thµnh trong hÖ thèng c¸c mÆc tæ chøc kh¸c nhau. Kh¸i niÖm "mùc cÊu tróc" ®−îc N. E. Kon®rachev [78] ®−a vµo lý thuyÕt qu¸ tr×nh lßng s«ng, «ng chia ra 3 mùc cÊu tróc ®Þa h×nh lßng s«ng chÝnh: d¹ng ®Þa h×nh vi m«, trung b×nh vµ vÜ m«, m« t¶ c¸c tÝnh chÊt chÝnh cña chóng. Tuy nhiªn N. E. Kon®rachev kh«ng x©y dùng c¸ch x¸c ®Þnh mùc cÊu tróc ®Þa h×nh lßng s«ng, kh«ng nguyªn lý, vµ t−¬ng øng lµ mét tæ hîp nµy hoÆc kia cña d¹ng lßng s«ng cã thÓ xÕp vµo mét mùc cÊu tróc ®· cho. N. S. Znamenskhaia [29] trªn c¬ së nguyªn t¾c trung lËp ký hiÖu c¸c dÊu hiÖu chÝnh cho phÐp ®−a c¸c d¹ng lßng s«ng kh¸c nhau vµo mét mùc cÊu tróc: c¸c quy luËt diÔn ra ®ång nhÊt cña qu¸ tr×nh lßng s«ng, kh¸c nhau vÒ quy luËt ®èi víi c¸c d¹ng lßng s«ng trªn c¸c mùc cÊu tróc kh¸c. Tæ chøc cÊu tróc cña mét tæ hîp ®Þa h×nh lßng s«ng [88] tèi thiÓu lµ ba bËc: 1) c¸c d¹ng lßng s«ng riªng – c¸c nguyªn tè cña liªn hîp – t¹o nªn bËc thÊp nhÊt cña tæ chøc; 2) c¸c d¹ng riªng ®−îc nhãm vµo mét liªn kÕt d¹ng thø nhÊt ®−îc ®Ò nghÞ gäi lµ nh©n cÊu tróc (chóng t¹o thµnh møc tæ chøc trung b×nh); 3) møc tæ chøc cao nhÊt – ®ã lµ thèng nhÊt c¸c nhãm t−¬ng øng víi møc cÊu tróc ®Þa h×nh lßng s«ng cña N. E. Kon®rachev. Nhê tËp hîp c¸c ph−¬ng ph¸p ph©n tÝch liªn tôc vµ rêi r¹c ®· tiÕn hµnh ph©n tÝch cÊu tróc tæ chøc ®Þa h×nh lßng s«ng cña s«ng ngßi cã kÝch th−íc vµ l−îng n−íc kh¸c nhau. Ph©n tÝch sè liÖu quan tr¾c chøng tá r»ng ngay c¶ ë trong c¸c s«ng nhá vµ c¸c m¸ng thùc nghiÖm ®· h×nh thµnh kh«ng Ýt h¬n 3 kiÓu nh©n d¹ng lßng s«ng. Theo møc ®é t¨ng quy m« cña s«ng sè l−îng c¸c kiÓu nh− vËy t¨ng vät. §èi víi ®èi t−îng nghiªn cøu cña chóng ta s« l−îng cùc ®¹i ®ång thêi c