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Limits to scale invariance in alluvial rivers
Earth Surface Processes and Landforms ( IF 3.3 ) Pub Date : 2020-09-24 , DOI: 10.1002/esp.5006
Rob Ferguson 1
Affiliation  

Assumptions about fluvial processes and process–form relations are made in general models and in many site‐specific applications. Many standard assumptions about reach‐scale flow resistance, bed‐material entrainment thresholds and transport rates, and downstream hydraulic geometry involve one or other of two types of scale invariance: a parameter (e.g. critical Shields number) has the same value in all rivers, or doubling one variable causes a fixed proportional change in another variable in all circumstances (e.g. power‐law hydraulic geometry). However, rivers vary greatly in size, gradient, and bed material, and many geomorphologists regard particular types of river as distinctive. This review examines the tension between universal scaling assumptions and perceived distinctions between different types of river. It identifies limits to scale invariance and departures from simple scaling, and illustrates them using large data sets spanning a wide range of conditions. Scaling considerations and data analysis support the commonly made distinction between coarse‐bed and fine‐bed reaches, whose different transport regimes can be traced to the different settling‐velocity scalings for coarse and fine grains. They also help identify two end‐member sub‐types: steep shallow coarse‐bed ‘torrents’ with distinctive flow‐resistance scaling and increased entrainment threshold, and very large, low‐gradient ‘mega rivers’ with predominantly suspended load, subdued secondary circulation, and extensive backwater conditions. © 2020 The Authors. Earth Surface Processes and Landforms published by John Wiley & Sons Ltd

中文翻译:

冲积河流尺度不变性的极限

关于河流过程和过程形式关系的假设是在通用模型和许多特定于站点的应用程序中进行的。有关流域规模阻力,床层夹带物阈值和运移速率以及下游水力几何学的许多标准假设涉及两种规模不变性中的一种或另一种:在所有河流中,参数(例如,临界盾构数)具有相同的值,在任何情况下(例如,幂律液压几何形状),将一个变量加倍或增加一个变量都会导致另一个变量发生固定比例的变化。但是,河流的大小,坡度和河床物质相差很大,许多地貌学家认为特定类型的河流与众不同。这篇综述考察了普遍尺度假设与不同类型河流之间的可分辨差异之间的张力。它确定了标度不变性的限制和与简单标度的偏差,并使用跨越各种条件的大型数据集对其进行了说明。缩放比例的考虑和数据分析支持了粗床和细床河段的通常区别,后者的不同运输方式可以追溯到粗粮和细粮的沉降速度比例。它们还有助于确定两种终端成员亚型:具有独特的水流阻垢和高夹带阈值的陡峭浅层粗河床“洪流”,以及主要是悬浮负荷,次级循环减弱的超大型低坡度“大河” ,以及广泛的死水条件。©2020作者。约翰·威利父子有限公司出版的《地球表面过程和地形》并使用跨越各种条件的大型数据集来说明它们。缩放比例的考虑和数据分析支持了粗床和细床河段的通常区别,后者的不同运输方式可以追溯到粗粮和细粮的沉降速度比例。它们还有助于确定两种终端成员亚型:具有独特的水流阻垢和高夹带阈值的陡峭浅层粗河床“洪流”,以及主要是悬浮负荷,次级循环减弱的超大型低坡度“大河” ,以及广泛的死水条件。©2020作者。约翰·威利父子有限公司出版的《地球表面过程和地形》并使用跨越各种条件的大型数据集来说明它们。缩放比例的考虑和数据分析支持了粗床和细床河段的通常区别,后者的不同运输方式可以追溯到粗粮和细粮的沉降速度比例。它们还有助于确定两种终端成员亚型:具有独特的水流阻垢和高夹带阈值的陡峭浅层粗河床“洪流”,以及主要是悬浮负荷,次级循环减弱的超大型低坡度“大河” ,以及广泛的死水条件。©2020作者。约翰·威利父子有限公司出版的《地球表面过程和地形》缩放比例的考虑和数据分析支持了粗床和细床河段的通常区别,后者的不同运输方式可以追溯到粗粮和细粮的沉降速度比例。它们还有助于确定两种终端成员亚型:具有独特的水流阻垢和高夹带阈值的陡峭浅层粗河床“洪流”,以及主要是悬浮负荷,次级循环减弱的超大型低坡度“大河” ,以及广泛的死水条件。©2020作者。约翰·威利父子有限公司出版的《地球表面过程和地形》缩放比例的考虑和数据分析支持了粗床和细床河段的通常区别,后者的不同运输方式可以追溯到粗粮和细粮的沉降速度比例。它们还有助于确定两种终端成员亚型:具有独特的水流阻垢和高夹带阈值的陡峭浅层粗河床“洪流”,以及主要是悬浮负荷,次级循环减弱的超大型低坡度“大河” ,以及广泛的死水条件。©2020作者。约翰·威利父子有限公司出版的《地球表面过程和地形》它们还有助于确定两种终端成员亚型:具有独特的水流阻垢和高夹带阈值的陡峭浅层粗河床“洪流”,以及主要是悬浮负荷,次级循环减弱的超大型低坡度“大河” ,以及广泛的死水条件。©2020作者。约翰·威利父子有限公司出版的《地球表面过程和地形》它们还有助于确定两种终端成员亚型:具有独特的水流阻垢和高夹带阈值的陡峭浅层粗河床“洪流”,以及主要是悬浮负荷,次级循环减弱的超大型低坡度“大河” ,以及广泛的死水条件。©2020作者。约翰·威利父子有限公司出版的《地球表面过程和地形》
更新日期:2020-09-24
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