طاقة النهر

يُعتبر الماء الجاري أعظم عامل مؤثر فى تشكيل سطح الأرض، وفى نقل نتاج التجوية من الأراضي المرتفعة إلى الأراضي المنخفضة، ومن اليابس إلى ا...

يُعتبر الماء الجاري أعظم عامل مؤثر فى تشكيل سطح الأرض، وفى نقل نتاج التجوية من الأراضي المرتفعة إلى الأراضي المنخفضة، ومن اليابس إلى البحر. وتديم معظم الأودية فى نشأتها إلى فعل النحت المائي الرأسي والجانبي، رغم امكانية تعديل

أشكالها بواسطة الجليد والعمليات المورفولوجية المناخية فى مناطق هوامش الجليد.

العوامل التي يتوقف عليها طاقة النهر

1-الجاذبية الأرضية: فهى التي تسبب حركة المياه فى قناة النهر، وأن أي عامل يزيد من فاعلية هذه القوة لا شك يرفع طاقة النهر، مثال ذلك كمية المياه فى المجرى أو كتلتها المتحركة، فإن جملة جذب كتلة مائية كبيرة تكون أعظم من جذب كتلة صغيرة، وتبعاً لذلك فإن النهر حين الفيضان يمتلك طاقة أكبر، بسبب ازدياد حجم المياه، ومن ثم يتميز بقابلية النقل والنحت منها اثناء التحاريق (انخفاض منسوب المياه فى الفصل الجاف).

2-مدى ارتفاع المجرى ض مستوى قاعدة التعرية:

فكلعا ازداد الفرق الرأسي بينهما كلما ازدادت طاقة النهر الكامنة Potential Energy وهى الطاقة المخزونة فى المياه لأنها تشغل، ولو مؤقتاً، موقعاً أعلى من دفع الجاذبية الارضية.

3-درجة انحدار المجرى: وهى مهمة للغاية لأنها تتحكم فى سرعة Velocity جريان المياه. وكلما ازدادت السرعة، عظمت كمية الطاقة الحركية Free or Kinetic Energy وهى الطاقة التي تستهلك بالفعل فى حركة المياه وحمولتها. وهذا هو السبب فى أن الأنهار التي تجرى فى مناطق جبلية تتميز بانحدارات شديدة، وتتغذى بكميات ضخمة من مياه الامطار او مياه انصهار الثلج والجليد، وتتمكن فى بعض الأحيان من نقل كميات هائلة من الجلاميد الصخرة الكبيرة الحجم جدا بسهولة.

وتتشتت طاقة النهر الكامنة وتبدد طاقته الحركية بواسطة نمو الاحتكاك التي يسبب تحولهما إلى طاقة حرارية Heat Energy ذلك الاحتكاك فيما بين المياه المتحركة وقاع النهر، وهذا ما يعرف بالاحتكاك الخارجي External Friction، وفى جسم النهر ذاته، وهو ما يسمى الاحتكاك الداخلي Internal Friction. ولقد تستهلك عملية نحت جوانب وقاع المجرى المائي بواسطة قوة ضغط المياه وما تحمنه من رواسب قسماً من الطاقة المفقودة.

العوامل المؤثرة في استهلاك الطاقة النهرية نتيجة للاحتكاك الخارجي:

١-معظم الأنهار تحرك حمولة قاع او حمولة جر Bed or Traction Load وكلما تضخمت تلك الحمولة وكانت موادها أخشن، كلما ازداد استهلاك الطاقة، لأن حركة المياه وحدها فوق الصخور تولد حرارة أقل من الحرارة الناتجة عن حركة الفتات الصخري الصلب فوق الصخر.

٢-شكل قناة النهر، لأنه يقرر طول خط التلامس فيما بين الماء الجاري والقاع، وهو ما يسمى المحيط المبلل Wetted Perimeter الذي يبدو فى هيئة قوس يصل نقطة تلامس الماء بإحدى الضفتين ماراً بالقاع إلى نقطة تلامس الماء بالضفة الاخرى. ذلك انه بالنسبة لكمية تصريف مائي معلوم، يزداد طول المحيط المبلل كلما كان مجرى النهر ضحلاً وعريضاً، بينما يقل طول المحيط المبلل حينما يكون المجرى عميقاً وضيقاً.

وتتحدد فاعلية مجرى النهر هنا بما يسمى نصف القطر المائي Hydraulic Radius الذي يمثل النسبة بين مساحة القطاع العرضي لمياه النهر عند نقطة معينة Cross-Sectional Area وطول المحيط المبلل، وبعملية حسابية بسيطة يتبين أنه كلما

كبر نصف القطر المائي (الناشئ عن صغر المحيط المبلل)، كان النهر أكثر فاعلية وتأثيراً. ويكون القطاع العرضي للنهر نموذجياً حينما يكون نصف دائري Semicircular وحينئذ ينخفض فقدان الطاقة من الاحتكاك الخارجي إلى أدنى حد ممكن.

ومن ذلك نجد أن الأنهار أثناء فيضاناتها تغزو ضفافها فتنحتها، وبذلك توسع مجاريها، لكن عندما يهبط منسوب المياه فيها، لا يمكن تجديد او تعويض المواد المنحوتة، لان المجاري لم تعد ممتلئة بالمياه فياضة Bank full Stage. وبدلا. من ذلك، يحدث التسريب فوق قاع المجرى، مكونا لشطوط Banks وضحاضيح Shoals. وفى الأماكن التي تكون عندها ضفاف النهر من مواد مفككة هشة، كالرمال والغرين النهري، فإن النه يواصل توسيع مجراه بسهولة، كما وتنشأ شطوط وجزر نهرية، ويتشعب النهر، وتتعد مجاريه، ويصبح مظفراً Braided.

ويؤدى استمرار تدهور الضفاف ونحتها واكتساح موادها إلى تكوين مجاري عريضة جداً، كما وقد يهجر النهر بعض أجزاء مجراه حين يقطع إحدى ضفتيه فى أكثر من موضع. وتبدو هذه الظاهرة على نطاق واسع نسبياً. فى سهول الإرساب الجليدي   Sandy Outwash Plains امام كثير من الانهار الجليدية فى جبال الالب وأراضيها الامامية حيث نجد الكثير من المجاري العريضة المضفرة المعقدة. وتتكون المجاري النهرية التي تتميز بنصف قطر مائي فعال نسبياً حينما تتكون ضفافها من مواد صلصالية حصوية متماسكة.

3-قناة النهر: عامل ثالث فى تقرير فاعلية النهر بالنسبة لفقدان الطاقة بالاحتكاك الخارجي. فمن الواضح أنه كلما ازداد تصريف النهر كلما ازداد المحيط المبلل طولاً. مع هذا فإن نصف القطر المائي يزداد هو الآخر، وفى بعض الأحيان يزداد زيادة كبيرة. وتبعاً لذلك فإن استهلاك طاقة النهر بسبب الاحتكاك الخارجي تتناقص نسبياً ومن ثم تتوفر لنهر عظيم الحجم طاقة أكبر لاستخدامها فى نقل الحمولة من نهر صغير، ويستدل على صحة هذه المقولة تلك الكميات الهائلة من المواد التي تحركها وتنقلها مياه النهر حين الفيضان.

ذلك أن الزيادة فى تصريف النهر بصاحبها عادة ازدياد فى حجم حمولة القاع، وفى هده الحالة يشتد ساعد الاحتكاك الخارجي وكذلك النحت النهري. والواقع انه من الخطورة بمكان محاولة التعامل مع مختلف اوجه النشاط النهري فرادى كل على حدة، ذلك لأنها مترابطة متشابكة يستحيل الفصل بينها.

نسبة طاقة النهر المستهلكة:

(أ) حركة المياه (ب) حركة الحمولة (ج) عملية النحت Corrosion وهذا ما يستحيل تحقيقه، لأن حركة الحمولة لا يمكن أن تتم بدون حركة المياه، ونحت القاع النهري Corrosion لا يحدث إلا بوجود حمولة قاع متحركة.

إن الزيادة الشاذة فى التصريف النهري قد تؤدى أحياناً إلى نقص واضح فى فاعلية النهر، فإذا حدث مثلا وفاض نهر من أنهار السهول، وعلا ضفافه وتجاوزها وانتشر وتوزع فوق سهله الفيضي، فإن طول محيطه المبلل يزداد زيادة كبيرة، مما يترتب عليه نقص شديد فى نصف قطره المائي، مصحوباً باضمحلال واضح محسوس فى سرعة جريان مياهه. وتبعاً لذلك تنخفض طاقة النهر انخفاضا ملحوظاً، ومن ثم يحدث إرساب حمولة النهر. وهكذا تتضح آلية (ميكانيكية) بناء السهول الفيضية وتواصل نموها رأسياً بتتابع إرساب الحمولة النهرية.

 -وعورة قاع المجرى: Roughness of the Stream Bed

تؤثر تأثيرا شديدا فى استهلاك الطاقة بالاحتكاك الخارجي. ذلك أن استهلاك طاقة النهر يشتد حينما يزخر قاعه بالحفر الوعائية العميقة، وبالمكاشف الصخرية الصلدة، وتكثر به الجلاميد الكتل الصخرية الكبيرة، كما فى حالة الانبار الشابة بالمناطق العالية المضرسة، بينما يقل الفاقد من طاقة النهر الذي يتميز بقاع أملس ممهد بواسطة غطاء من الرمال والطمي.

ومع هذا، فلقد تتضاءل سرعة المجاري العانية الجبلية بتأثير وعورة قيعانها رغم جريانها فوق منحدرات شديدة، حتى لا تكاد شد على سرعة جريان المياه فى أنهار السهول التي تقطع منحدرات هينة الانحدار. ويلاحظ النقص المستمر فى وعورة قيعان القاع النهري تتضاءل نسبياً بالابتعاد عن المنابع، لأنه كلما أصبح المجرى أكثر عنقاً، كلما قلت قدرة شكل القاع النهري على إعاقة الحركة في جسم كتله الرئيسية الجارية.

العوامل المؤثرة في استهلاك الطاق النهرية نتيجة الاحتكاك الخارجي:

1-درجة الاضطراب المائي، وتلاطم كتل الماء ببعضها، وحدوث الدوامات المائية.

فكلما كثر الاضطراب المائي وازدادت الدوامات، تباينت واختلفت سرعات تحرك الكتل المائية المجاورة، ونشأ ما يسمى بالقص اللزج Viscous Shear ويزداد الاضطراب الاضطراب المائي وحدوث الدوامات المائية فى مياه الانهار بواسطة ارتفاع سرعة حريان المياه، وشدة وعورة المجرى المائي، والتغيرات المفاجئة فى اتجاه المجاري النهرية.

2-مدي عظم الحمولة العالقة: فيزداد الاستهلاك أو الفقدان الداخلي للطاقة النهرية حينما تكون الحمولة العالقة Suspended Load كبيرة لأنها تزيد من لزوجة Viscosity المجرى المائي، مثلما يحدث فى فترات هطول الأمطار الغزيرة والفيضان، حينما ترد إلى النهر كميات كبيرة من المواد العالقة الدقيقة إما من منحدرات الوادي المجاورة او المنحوتة من ضفافه.