نقش‌بارش‌های سیل‌آسا در تغییر‌مسیر رودخانه‌ها

یک دانشمند دانشگاه واشنگتن در سنت لوئیس در آمریکا آزمایش جدیدی را آغاز کرده است که می تواند خسارات ناشی از بارش شدید را پیش بینی یا حتی پیشگیری کند؛ موضوعی که بعد از سیلاب های بی سابقه اخیر فوریت فزاینده ای پیدا کرده است.کلر ماستلر ژئومورفولوژیست دانشگاه واشنگتن و سرپرست این پژوهش گفت ما به دانستن اتفاقاتی که هنگام برخورد آب با زمین رخ می دهد، علاقه مند هستیم و اینکه چشم انداز آینده چگونه باید با این وقعیت انطباق یابد که مقدار آبی که به زمین می رسد، در حال تغییر است.

ماستلر و همکارانش آزمایشگاهی را راه اندازی کرده اند که می تواند سیلاب را در شبکه های رودخانه ای در سراسر جهان شبیه سازی کند. محققان سیلاب را از داخل لوله ها و سنگ ها و سنگ ریزه ها عبور می دهند تا نحوه تکامل بستر رودخانه با تغییر بارش ها را بررسی کنند.جیسون نافت دانشمند دانشگاه سنت لوئیس که در این تحقیق مشارکت نداشته است، می گوید درک تاثیر تغییر اوضاع اقلیمی بر سیستم های رودخانه ای دشوار است؛ زیرا عواملی مثل دما و بارش که مطالعه آنها در زمین آسانتر است، با چرخه آب بسیار پیچیده تر می شوند.
این پروژه می تواند جزییات حیاتی در مورد تاثیر تغییر اوضاع اقلیمی بر رودخانه های خاص را روشن کند.

این یافته ها برای زیست بوم ها، کاربردهای انسانی سیستم های رودخانه و امنیت آب کاربرد دارد.شکل گیری حتی بزرگترین کانال های رودخانه ها با کوچکترین سنگ ها بر بستر رود شروع می شود. سنگ ریزه ها به همه شکل و اندازه در توازنی ظریف بین اصطکاک، گرانش و کشش جریان آب قرار گرفته اند.

هنگامی که جریان آب در بستر رودخانه آرام است‌، سنگ ریزه ها را به صورت الگوی فشرده تری درمی آورد و باعث مقاوم تر شدن رودخانه در برابر فرسایش می شود.اما اگر جریان رودخانه آن قدر تقویت شود که بر نیروهایی که سنگ ها را در جای خود نگه داشته اند غلبه کند، سنگ هایی را که در دورترین بستر رودخانه هستند به سمت پایین دست رانده می شوند. وقتی سنگ های بزرگ حرکت کنند سنگ های همجوار را از جای خود جدا می کنند و توده ای متحرک از رسوبات را که به سمت پایین رودخانه جاری است، تشکیل می دهند.

به عبارت دیگر کانال آب دچار فرسایش می شود، رودخانه عریض تر می شود و جریان های قویتر سنگ های بیشتری را از بستر رودخانه جدا می کنند و یک سطح ناهموار را برجا می گذارند. هرچه سنگ های بیشتری از بستر رودخانه جدا شوند آب آسانتر آنها را از جا می کند.اینها نقاط ضعف بستر رودخانه است که می تواند باعث فرسایش شود.این توازن طبیعی بین فرسایش و فشردگی کلید شکل گیری رودخانه در گذشت زمان است. دانشمندان دریافته اند رودخانه ها با جریان های شدید آب مثل سیلاب عریض تر می شوند تا آنکه آنقدر بزرگ شوند که هر دو سال یکبار سیل رخ می دهد.

تغییر اوضاع اقلیمی این سیستم را مختل می کند.در میسوری انتظار می رود بالا رفتن دما با رواج عوامل لازم برای وقوع توفان های بزرگ، فراوانی توفان های شدید را افزایش دهد؛ مثل توفانی که اخیرا باعث باران بی سابقه در سنت لوئیس شد.همانطور که توفان های بیشتر باعث سیلاب های بیشتر در رودخانه های بیشتری می شوند، رسوبات بستر رود فرصت پیدا نمی کنند بطور طبیعی به هم بچسبند؛ این امر به این معناست که کانال آب بطور دایم مستعد فرسایش است.

وقتی باران سیل آسای دیگری رخ دهد بستر رود آماده است. به عبارت دیگر تغییر اوضاع اقلیمی برخی مناطق را خشک می کند تا رودخانه ها به آب حاصل از ذوب برف ها وابستگی بیشتری پیدا کنند.این امر می‌تواند جریان آرام آب را ایجاد کند تا سنگ ریزه ها به هم بچسبند و در برابر فرسایش مقاومت ایجاد کنند.

اگر رودخانه نتواند فرسایش یابد تا توفان را در خود جای دهد، آب باید به جای دیگری برود.برای درک این موضوع محققان یک سرسره آبی آزمایشی طراحی کردند. این طرح یک کانال با دیواره شیشه ای است که با سنگ های رودخانه پوشیده شده است. دانشمندان می توانند با شبیه سازی سیلاب، آب را درون کانال جاری کنند. این کانال به تقلید از شیب های مختلف بالا و پایین می رود.

این طرح می تواند هر چیزی را از رودخانه می سی سی پی تا جویبارهای کوه های آلپ سوئیس الگوسازی کند.
محققان می توانند انواع مختلف کانال های آب را در این مجرا نظیر رودهای مختلف ایجاد کنند و هر کدام را در معرض سیلاب قرار دهند تا واکنش آن را ببینند. ترکیب بی نظم سنگ های کوچک و بزرگ به تقلید از رودهای کوهستانی ساخته شده است. یک ترکیب یک دست تر از سنگ ریزه های کوچک هم اندازه، نمایانگر رودهای دشت ها و مناطق پست است.ماستلر می گوید: ما کار را با بنیادی ترین بخش آغاز کردیم؛ یعنی واکنش یک دانه سنگ ریزه وقتی آب روی آن حرکت کند چیست.

رسوبات در مقادیر مختلف بسته به قدرت سیلاب و مواد تشکیل دهنده بستر رودخانه سرازیر می شوند. دانشمندان با استفاده از سبدی که از دهانه کانال آویزان است میزان فرسایس را با هر الگوی سیلاب اندازه می گیرند. آنها از بستر رودخانه عکس می گیرند تا تعداد سنگ هایی را که از سطح بیرون می آیند، مشخص کنند. همزمان محققان آب را داخل لوله های پهن جاری می کنند تا تغییر شکل رود با فرسایش را بهتر درک کنند.

محققان از تصویربرداری لیزری لیدار LIDAR که توپوگرافی یک چشم انداز را در مقیاس متر اندازه می گیرد، استفاده می کنند. آنها عرض رودخانه را با سیستم نقشه برداری قبل و بعد از سیل مقایسه می کنند تا دریابند آموخته های آنها در آزمایشگاه چقدر با آنچه در طبیعت رخ می دهد، انطباق دارد.آنها هنوز کاملا مطمئن نیستند که چگونه این ایده در رودهای متفاوت کاربرد می یابد. یک تئوری می گوید رودهای دشت ممکن است عریض تر شوند و خانه ها، جوامع و جاده های اطراف خود را ببلعند. این به این دلیل است که بستر این رودخانه ها با سنگ های کوچکتر یک دست شبیه بستری از مرمر هستند. اگر همه سنگ ها در رودخانه هم اندازه باشند بین آنها حتی وقتی فشرده باشند، بازهم فضای خالی می ماند.

با این حال در رودهای کوهستانی آرایش پرآشوب سنگ ها در اندازه های مختلف ممکن است آسانتر کنار هم قرار گیرند و یک سطح مستعد سیل و مقاومتر در برابر فرسایش ایجاد کنند.اگر سنگ های مختلف و اندازه های مختلف داشته باشید می توانید جاهای خالی را پر کنید.هدف نهایی تهیه یک الگوی ریاضی است که می تواند پیش بینی کند چه رودخانه هایی در معرض بیشترین خطر فرسایش و سیلاب های شدید هستند. دانشمندان می توانند از این پیش بینی ها برای کمک به جلوگیری از وقوع فجایع برای جوامع انسان ها استفاده کنند.این تحقیق با توجه به روند گرمایش زمین می تواند با انعطاف پذیرتر کردن رودها حیاتی باشد. بدون این یافته ها انجام این کار میسر نیست.