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Effect of Sediment Supply on Cyclic Fluctuations of the Disequilibrium Ratio and Threshold Transport Discharge, Inferred From Bedload Transport Measurements Over 27 Years at the Swiss Erlenbach Stream
Water Resources Research ( IF 5.4 ) Pub Date : 2020-10-18 , DOI: 10.1029/2020wr027741
Dieter Rickenmann 1
Affiliation  

Bedload transport in natural channels typically shows large fluctuations even for constant hydraulic forcing. It has been shown that the threshold shear stress for initiation of motion depends, for example, on the bed morphology and on channel slope and that it may be influenced by flood history effects. This study is based on a unique data set of continuous field observations of bedload transport acquired during 27 years with impact plate measurements and involving more than 500 sediment‐transporting flood events. A disequilibrium ratio is defined which represents the observed bedload mass per event divided by the bedload mass calculated via a bedload transport equation integrated over the time of a flood event. The disequilibrium ratio varies in a cyclic behavior around equilibrium conditions defined by its median value. The mean duration of a cycle depends on upstream sediment supply or availability on the bed, and longer cycles are associated with a larger active layer on the bed. A memory effect is evident regarding the temporal evolution of both disequilibrium ratio and bed state as reflected by threshold transport conditions, determined from the observations as the critical discharge at the start and at the end of a bedload‐transporting event. The disequilibrium ratio and the threshold transport discharge are inversely correlated with each other, likely providing a feedback mechanism governing the fluctuations around an equilibrium state. Accounting for the memory effect, that is, for the bed state after the previous event, improves the prediction of bedload transport for the following event.

中文翻译:

泥沙供应对不平衡比和阈值交通流量的周期性波动的影响,根据瑞士埃尔伦巴赫河上27年的床载运输测量得出

即使在恒定的水力作用下,自然通道中的基床运输通常也会表现出较大的波动。已经表明,运动开始的阈值剪切应力取决于例如床层的形态和通道的坡度,并且它可能会受到洪水历史影响的影响。这项研究基于一个独特的数据集,该数据集是在连续27年间通过冲击板测量获得的床荷运输的连续现场观测数据,涉及500多个输沙洪水事件。定义了不平衡比率,该比率表示每个事件的观测床荷质量除以通过洪水事件时间积分的床荷传递方程计算的床荷质量。不平衡率在由其中值定义的平衡条件附近以周期性变化。一个周期的平均持续时间取决于上游沉积物的供应或河床的可用性,而更长的周期与河床较大的活性层有关。关于不平衡比和床状态随时间变化的记忆效应是很明显的,由阈值运输条件所反映,阈值运输条件是根据观测确定的,是床荷运输事件开始和结束时的临界放电。不平衡比和阈值传输放电相互反相关,可能提供了一种控制平衡状态周围波动的反馈机制。考虑到记忆效应,也就是说,针对前一个事件之后的床状态,可以改善对下一个事件的床载运输的预测。较长的周期与床上较大的活性层有关。关于不平衡比和床状态随时间变化的记忆效应是很明显的,由阈值运输条件所反映,阈值运输条件是根据观测确定的,是床荷运输事件开始和结束时的临界放电。不平衡比和阈值传输放电相互反相关,可能提供了一种控制平衡状态周围波动的反馈机制。考虑到记忆效应,也就是说,针对前一个事件之后的床状态,可以改善对下一个事件的床载运输的预测。较长的周期与床上较大的活性层有关。关于不平衡比和床状态随时间变化的记忆效应是很明显的,由阈值运输条件所反映,阈值运输条件是根据观测确定的,是床荷运输事件开始和结束时的临界放电。不平衡比和阈值传输放电相互反相关,可能提供了一种控制平衡状态周围波动的反馈机制。考虑到记忆效应,也就是说,针对前一个事件之后的床状态,可以改善对下一个事件的床载运输的预测。关于不平衡比和床状态随时间变化的记忆效应是很明显的,由阈值运输条件所反映,阈值运输条件是根据观测确定的,是床荷运输事件开始和结束时的临界放电。不平衡比和阈值传输放电相互反相关,可能提供了一种控制平衡状态周围波动的反馈机制。考虑到记忆效应,也就是说,针对前一个事件之后的床状态,可以改善对下一个事件的床载运输的预测。关于不平衡比和床状态随时间变化的记忆效应是很明显的,由阈值运输条件所反映,阈值运输条件是根据观测确定的,是床荷运输事件开始和结束时的临界放电。不平衡比和阈值传输放电相互反相关,可能提供了一种控制平衡状态周围波动的反馈机制。考虑到记忆效应,也就是说,针对前一个事件之后的床状态,可以改善对下一个事件的床载运输的预测。不平衡比和阈值传输放电相互反相关,可能提供了一种控制平衡状态周围波动的反馈机制。考虑到记忆效应,也就是说,针对前一个事件之后的床状态,可以改善对下一个事件的床载运输的预测。不平衡比和阈值传输放电相互反相关,可能提供了一种控制平衡状态周围波动的反馈机制。考虑到记忆效应,也就是说,针对前一个事件之后的床状态,可以改善对下一个事件的床载运输的预测。
更新日期:2020-11-09
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