Kodėl upės patvinsta?
Trumpas atsakymas: Upės patvinsta, kai į jas įteka per daug vandens greičiau, nei gali sutalpinti vaga ir netoliese esanti žemė. Šis papildomas vanduo išsilieja iš krantų ir pasklinda po žemę, vadinamą užliejama lyguma.
Pagrindinė mintis
Lietus arba tirpstantis sniegas gali greitai padidinti upės vandens lygį. Jei žemė jau šlapia arba padengta asfaltu, daugiau vandens nuteka į upę, o ne susigeria. Upės turi tam tikrą dydį ir formą, kurie kontroliuoja vandens judėjimo greitį.
Kai upė prisotina daugiau vandens, nei gali pernešti, vanduo kyla per krantus. Žmonių atliekami pokyčiai, pavyzdžiui, medžių kirtimas ar statyba prie upių, gali dar labiau sustiprinti potvynius. Kartais užtvanka ar pylimas sugriūva ir sukelia didelį bangavimą.
Potvyniai gali būti greiti ir trumpalaikiai (staigūs potvyniai) arba lėti ir ilgalaikiai, kai upės vandens lygis kyla per kelias dienas. Žmonės tyrinėja upes, kad galėtų geriau įspėti ir statyti saugesnius miestus.
Mokslinis paaiškinimas
Įvardyti dėsniai / principai: Pagrindinės mokslinės idėjos yra nuotėkis, upės debitas ir vagų pralaidumas.
Nuotėkis yra vanduo, tekantis sausuma į upelius ir upes. Debitas yra vandens tūris, pratekantis per upės tašką kiekvieną sekundę. Vamzdžių pralaidumas priklauso nuo upės formos, nuolydžio ir šiurkštumo; inžinieriai naudoja tokias formules kaip Manningo lygtis, kad įvertintų tėkmės greitį ir gylį.
Kai kritulių intensyvumas viršija žemės gebėjimą sugerti vandenį (infiltraciją) ir vagos pralaidumą, kyla potvyniai. Žmogaus veikla, pavyzdžiui, urbanizacija, dėl kurios susidaro nepralaidūs paviršiai, sumažina infiltraciją ir padidina didžiausią nuotėkį, taip padidindama potvynių riziką. Sniego tirpsmas ir dirvožemio prisotinimas taip pat keičia į upes sutekančio vandens kiekį.
Kaip mes tai žinome: hidrologai matuoja kritulių kiekį, dirvožemio drėgmę ir upių debitą matuokliais ir jutikliais. Jie naudoja kompiuterinius modelius, kurie suderina stebėjimus, kad numatytų, kada upė perpildys.
Kasdieniai pavyzdžiai
- Smarkios perkūnijos nedideliame kalnų baseine sukelia staigų potvynį.
- Pavasarinis sniego tirpsmas, dėl kurio per kelias dienas patvinsta šiaurinė upė.
- Miesto upės vandens lygis kyla po smarkaus lietaus dienos, kai gatvės ir stogai į kanalizaciją nuteka daug vandens.
- Pylimo pralaužimas, dėl kurio upės vanduo patenka į netoliese esančius miestus.
- Ilgi lietingi sezonai, dėl kurių upės lygis išlieka aukštas ir kelias savaites užlieja laukus.
Praktinis bandymas
Upės nuotėkio modelis
Sauga: Dirbkite prie kriauklės arba lauke, kad išvengtumėte išsiliejimo; surinkite vandenį, kad išvengtumėte paslydimo.
Priemonės
- didelis padėklas arba negili dėžė
- dirvožemis arba smėlis
- maži akmenys
- laistytuvas arba puodelis
- žaisliniai nameliai arba popierinės vėliavėlės
Žingsniai
- Padėkle iš dirvožemio arba smėlio įrenkite nuolydį taip, kad vienas galas būtų aukščiau už kitą; padėkite žaislinius namelius ant apatinio plokščio ploto.
- Viduryje padarykite nedidelį kanalą, kuris atstotų upę.
- Lėtai pilkite vandenį viršuje, imituodami lengvą lietų, ir stebėkite, kur jis įsigeria arba teka.
- Dabar pilkite tą patį vandens kiekį greičiau, imituodami stiprų lietų, ir stebėkite, kaip kanalas kyla ir perpila vandenį.
- Uždėkite kartono gabalėlį ant dalies nuolydžio, kad jis veiktų kaip grindinys, ir pakartokite stiprų pylimą. Ką tai rodo: Greitesnis arba didesnis nuotėkis ir mažesnė infiltracija sukelia kanalo perpildymą ir potvynius.
Svarbūs žodžiai
- Nuotėkis: vanduo, kuris teka žeme į upes, o ne susigeria.
- Debitas: vandens kiekis, pratekantis per upės tašką kiekvieną sekundę.
- Užliejama lyguma: plokščia žemė prie upės, kurią vanduo užlieja, kai upė išsilieja.
- Infiltracija: vandens susigerties į dirvožemį procesas.
- Baseinas: žemės plotas, kuris nuteka į vieną upę ar upelį.
Trumpi klausimai
Ar žmonės gali sustabdyti upių potvynius?
Žmonės gali sumažinti potvynių riziką pylimais, užtvankomis ir geresniu planavimu, tačiau jie negali sustabdyti visų potvynių.
Kodėl potvyniai pavojingi?
Potvyniai gali perkelti nuolaužas, apgadinti pastatus, užteršti vandenį ir sukelti sužalojimų ar gyvybių praradimą.
Kaip gauname įspėjimus apie potvynius?
Meteorologai ir hidrologai, naudodamiesi orų prognozėmis ir upių matuokliais, skelbia įspėjimus apie potvynius ir stebi jų sėkmę.
Ar medžių sodinimas padeda išvengti potvynių?
Taip, medžiai padeda dirvožemiui sugerti vandenį ir sulėtinti nuotėkį, o tai gali sumažinti potvynių pikus.