Sedimenttransport

Sedimenttransporten - den nödvändiga länken mellan erosion och deposition av sediment - återspeglar omlagringen av material inom och den morfologiska utvecklingen av ett flodbäcken. Vid kvantitativa och kvalitativa studier av sedimenttransporten är det viktigt att känna till källområdena för sedimenttillförseln, vilka ofta är relaterade till markanvändningen.

Transporten av fasta partiklar sker dels genom att partiklarna suspenderas (slammas upp) i vattenmassan (suspensionstransport eller slamtransport), dels genom att de rullar, glider eller hoppar fram i nära kontakt med bottnen (bottentransport). Silt och finkornigare partiklar transporteras i suspension, sand och grövre partiklar i regel i kontakt med bottnen.

Bottentransporten, särskilt av sand, sker till stor del genom förflyttning av assymmetriskt vågformade bottentransportformer, s.k. rippels och tvärbankar (riktade tvärs mot strömmen). Då bottentransport påpår förs sanden fram längs den mot strömmen svagt sluttande uppströmssidan samt deponeras och överlagras under kortare eller längre tid vid distalbranten, som utgör nedströmssidan. Under vissa förhållanden avlänkas tvärbankarna mot strömstråkets riktning, vandrar upp på varandra och bildar större bottenformer. Transporten av grus och grövre partiklar kan också till viss del leda till bankbildning.

 

Hinder, såsom jordschok, som glidit ned från erosionsbranterna, påverkar strömningsmönstret och särskilt den lokala bottenkonfigurationen som i denna flodfåra på Laitauredeltat. De vågformade bottentransportformer, som fotot visar, består främst av rippels med våglängden 10 - 15 cm och med våghöjden 3 - 5 cm.

Många försök har gjorts att beräkna den fluviala bottentransporten genom direkta mätningar med olika apparater och genom användning av empiriskt eller teoretiskt härledda formler. Ingen av de föreslagna metoderna har emellertid blivit allmänt accepterade som helt tillräckliga för beräkning av bottentransporten i naturliga flodfåror. För min del har jag föredragit att använda en modifierad form av Bagnolds bottentransportformel.

Avbördningskurva för bottentransporten i floden Nam Theun vid mätstationen "Kengbit upstream" i Laos.

Den ovan visade avbördningskurvan är baserad på en modifiering av Bagnolds bottentransportformel. Enligt denna modifierade ekvation är

l_b=k₁(u²₁₀₀ - u²_100c)u₁₀₀

där l_b är bottentransporten angiven i vikt per tidsenhet och per breddenhet av flodbottnen (g . cm^-1 . sec^-1), k₁ en kalibreringskoefficient relaterad till bottenmaterialets kornstorlek, u²₁₀₀ and u²_100c den rådande respektive den kritiska strömhastigheten på nivån 100 cm ovan bottnen. Den kritiska strömhastigheten för erosion är beräknad med Sundborgs formel. Enligt mina erfarenheter ger denna ganska enkla bottentransportformel, som är baserad på överskottet av flödesenergi, ofta värden på bottentransporten, som är av den rätta storleksordningen.

När vattenföringen ökar så ökar vanligen också halten suspenderat material. Slamhaltstoppen kan då inträffa före, samtidigt med eller efter vattenföringstoppen. Det senare fallet illustreras av kurvan nedan.

Sambandet mellan slamhalten 5 cm under vattenytan i vertikal 1 i utloppssektionen från sjön Laitaure och vattenföringen i utloppssektionen den 9 - 24 juli 1957. (Utloppssektionen är markerad på djupkartan över Laitaure).

Enär flodvågorna fortplantas snabbare genom sjön än vattnet och det suspenderade materialet så kommer slamhalts toppen att bli fördröjd i förhållande till vattenföringstoppen vid utloppet från Laitaure. Ofta är slamhalten högre under stigande än under fallande vattenföringar men motsatsen kan också vara fallet som i utloppssektionen från Laitaure.

Transporten av suspenderat material beräknas ofta med den s.k. FDRC-metoden (the flow-duration, rating curve method). Avbördningskurvan för transporten av suspenderat material visar det empiriska sambandet mellan transporten av suspenderat material, L (eller y) och vattenföringen, Q (eller x). Detta samband, vanligen definierad som en potensfunktion, L = aQ^b, kan formuleras antingen som en lineär eller som en icke lineär modell för att beräkna värdet på parametrarna a och b. Dessa parametrar beräknas ofta med hjälp av minsta kvadratmetoden och på logaritmiska värden för variablerna L och Q. Detta leder vanligen till avsevärd underskattning av den årliga transporten av suspenderat material, vilket exemplifieras av kurva C i diagrammet nedan. Underskattningens storlek ökar med storleken på spridningen av mätvärdena kring avbördningskurvan.

Ackumulerad tillförsel av suspenderat materal till Fyrisåns mynning i Ekoln (Mälaren) under perioden januari till december 1971. Värdena är baserade på pentadmedia.. A = värden enligt uppmätta data, som ger summan 7402 ton för år 1971. B = värden enligt beräkningar med en avbördningskurva, som är baserad på medelvärden för vattenföringen och sedimenttransporten för vattenföringsintervallet 5 m³/s och som ger årssumman 7355 ton = 99.37 % of A. (L = 0.66Q^1.45; r² = 0.93). C = värden enligt det vanliga sättet för beräkningar med hjälp av minsta kvadratmetoden och logaritmiska värden för variablerna L och Q, vilket ger en så pass låg årssumma som 4897 ton = 66.16 % of A. (L = 1.22Q^1.09; r² = 0.80).

Vid beräkning av sambandet mellan vattenföringen och sedimenttransporten föredrar jag att gruppera värdena på vattenföring, slamhalt och sedimentmängd i "vattenföringsklasser". Avbördningskurvan baseras sedan på medelvärden på vattenföring och transport av suspenderat material för likstora vattenföringsintervall. Resultat av beräkningar med avbördningskurvor baserade på "vattenföringsklasser" exemplifieras av kurva B i diagrammet ovan. För att testa beräkningarnas tillförlitlighet och för att korrigera beräkningsresultaten bör värden för dagar med känd slamhalt och slamtransport jämföras med de värden, som avbördningskurvorna ger.

Slamavbördningskurva för floden Nam Ngum vid Ban Na Luang i Laos, baserad på värden grupperade i 15 vattenföringsklasser. Från Axelsson 1992 (Sedimentation in the Nam Ngum reservoir, Lao PDR. AB Hydroconsult, Uppsala).

För denna flodstation varierade skillnaden en hel del mellan transportvärden beräknade för dagar med känd slamhalt och transportvärden för samma dagar beräknade med ekvationen för avbördningskurvan. Skillnaden var dock mindre än 1% mellan summan av uppmätt och summan av beräknad transportmängd för de 272 jämförda dygnsvärdena under perioden 1987 - 1990.

Månadsmedelvärden (1987 - 1990) för transporten av suspenderat material i floden Nam Ngum vid Ban Na Luang i Laos.

Den årliga variationen i sedimenttransport är mycket stor vid denna flodstation. Under perioden 1987 - 1990 avbördades ca 20% av sedimentmängden under en kumulerad tidsperiod, som uppgick till endast ca 1% av den totala. Detta exemplifierar att det ofta är mycket viktigt att ha en hög provtagningsfrekvens under högvattensperioderna.

Huvudparten av det flodburna materialet, särskilt de grövre partiklarna, avlagras i närheten av flodmynningarna. Delar av det avlagrade materialet kommer dock senare att omlagras genom erosion, återuppslamning och vidaretransport till djupare områden under perioder med hög dynamisk aktivitet i det frontala sjö-eller havsbäckenet. Sambandet mellan sedimenttillväxten framför flodmynningarna och den fluviala sedimenttillförseln kan därför tidvis vara ganska dålig. Detta samband kan också påverkas av skred med åtföljande bildning av bottensökande suspensionsströmmar, särskilt vid brantare flodmynningspartier, liksom av muddring och tippning av muddermassor.

Sedimenttransporten innefattar också transport av adsorberade näringsämnen, pesticider, tungmetaller och andra toxiner. Enär sedimenttransporten och sedimetens egenskaper påverkas av miljöförändringar bör sedimentstudierna ha såväl kvantitativ som kvalitativ inriktning.

Tillbaka.