ธารน าไหล Running Water

ในประวตศาสตรของโลกทผานมา ตวกลางทท าใหเกดการกรอน เพอลดระดบของมวลตางๆ บนแผนดนใหอยในระดบเดยวกบระดบน าทะเลคอ ทางน า ซงเปนตวกลางทมความส าคญในการเคลอนยายวตถทไมสามารถละลายน าจากหบเขา ลงสพนมหาสมทร

วฏจกรของน า (Hydrologic cycle)

ปรมาณของน าบนโลกซงมปรมาณมหาศาล ประมาณ 1,360 ลานลกบาศกกโลเมตร ปรมาณน าทมากทสดของโลกอยในมหาสมทรประมาณ 97.2 %

เปนธารน าแขงและภเขาน าแขง 2.15%

และเหลอเปนน าผวดน ตามแมน า ล าธาร ทะเลสาบ และในบรรยากาศเพยง 0.65%

การแลกเปลยนน าในบรเวณตางๆ ระหวาง น าในมหาสมทร ในบรรยากาศ และ บนแผนดน ระบบการหมนเวยนของน าของโลกอยางไมมจดสนสดน เรยกวา วฏจกรของน า (hydrologic cycle) ระบบการหมนเวยนขนาดใหญนอาศยพลงงานจากดวงอาทตย

น าฝนทตกลงบนแผนดนนน น าจะซมผานชนดนลงสใตผวดน เรยกวา น ำซมผำน (infiltration) และกลายเปนน ำบำดำล (groundwater)ตอไป ถาปรมาณฝนทตกมากกวาความสามารถในการดดซบของแผนดน น าสวนทเหลอจะไหลไปตามผวดน เรยกวา น าไหลผาน (runoff) ลงสแมน า ล าธาร และมหาสมทร น าทอยในดนบางสวนพชจะดดไปใชงานและคายกลบคนสบรรยากาศดวยกระบวนการคายน า transpiration)และบางสวนจะระเหย (evaporation) โดยตรงกลบสบรรยากาศเชนเดยวกบน าทอยในแมน า ล าธาร

หยำดน ำฟำ (precipitations) ซงอาจเปนน าฝน หมะ หรอ ลกเหบ ทตกจากบรรยากาศ ทระดบความสงมากๆ น าเหลานอาจไมซมผานชนดนลงสใตผวดนหรอไหลลงสแมน า ล าธารในทนท แตจะสะสมตวอยเปนธารน าแขง ซงธารน าแขงไดสะสมน าไวเปนปรมาณมาก ถาธารน าแขงละลายหมดจะท าใหระดบน าของโลกสงขนหลายสบเมตร

หยำดน ำฟำ (precipitations)

ธารน าไหล (Running water)

น าผวดนมความส าคญมากกบมนษย ทงในแงของพลงงาน การคมนาคม การชลประทาน ในศตวรรษท 16 มนษยจงเรมเขาใจวา ทางน าเปนแหลงของน าไหลผานและน าใตดน ซงไดมาจากน าฝนและหมะ น าไหลผานเรมจาก ชนบางๆแผออกไป (broad sheet) และกลายเปน ล าธาร (rill) และเปน ทางน า (stream) ตอไป

7

การกดกรอนเปนแผน (sheet erosion)

8

การกดกรอนเปนรองเลก (rill erosion)

9

รองน าขนาดใหญ (gully erosion)

การไหลของทางน า (Streamflow)

การไหลของน าเปนวธการในการเปดชองทางสทะเล มหาสมทร ภายใตอทธพลของแรงโนมถวง เวลาทใชในการเดนทางขนอยกบความเรวของทางน าซงวดในรปของระยะทางทน าเดนทางไดตอหนวยของเวลา ทางน าบางสายมความเรวนอยกวา 0.8 กโลเมตรตอชวโมง ในขณะทบางสายน าอาจมความเรวถง 32 กโลเมตรตอชวโมง

การไหลของทางน าอยางชาๆ ทเรยกวา การไหลแบบชน (laminar flow) ในทางน าจะพบเหนการไหลแบบนไดยาก แตถามการไหลในลกษณะน จะสามารถสงเกตเหนไดในบรเวณใกลขอบของทางน า แตทางน าสวนใหญมกมลกษณะการไหลแบบการไหลปนปวน (turbulent flow)

ปจจยทส าคญคอความเรว ปจจยอนๆทอาจเกยวของประกอบดวยคอ การลดลงของความหนดของน า การเพมขนของความลก และความไมราบเรยบของทางน า

การวดคาความเรวของทางน าจะวดในหนวยของระยะทางทน าเดนทางไดในหนงหนวยเวลา ในทางน าสายตรง ความเรวทสงสดจะอยบรเวณตอนกลางของทางน าซงเปนบรเวณทแรงตานทานนอยทสด เมอทางน าคดโคง บรเวณททางน ามความเรวสงสด จะเปนฝงดานนอก

ความสามารถในการกรอนและการพดพาวตถขนอยกบความเรวของทางน า ความเรวเปนลกษณะทส าคญของทางน า ความเรวของทางน าทเปลยนไปเพยงเลกนอยท าใหความสามารถพดพาเอาตะกอนไปกบน าเปลยนแปลงไปดวย

ปจจยหลายประการทเปนตวก าหนดความเรวของทางน าซงกเปนตวก าหนดความสามารถในการกรอนของทางน าดวย ปจจยเหลานไดแก

1. ความลาดเอยง (gradient)

2. รปราง ขนาด

และความเรยบของทางน า

3. อตราน าไหล (discharge)

ความลาดเอยงเปนการลดระดบตามแนวดงของทางน าในชวงระยะทางหนงๆ ทก าหนด ในทางน าแตละสายคาความลาดเอยง กเปลยนแปลงไปในแตละชวงของทางน า โดยปกตคาความลาดเอยงของทางน าลดลงจากตนน าไปยงปลายน า ทางน าทมคาความลาดเอยงสงยอมมพลงงานในการไหลสงดวย

รปรำงภำพตดขวำงของทำงน ำ เปนตวก าหนดปรมาณน าทสมผสกบรองน าซงจะมความสมพนธกบแรงเสยดทาน ทางน าซงมเสนรอบวงนอยจะเปนทางน าทมประสทธภาพสง

ความราบเรยบของรองน าเปนอกปจจยหนงทเหนผลไดงาย รองน าทราบเรยบท าใหการไหลของน าสม าเสมอ ในขณะทรองน าทขรขระซงเตมไปดวยกอนกรวดตามทองน า จะท าใหกระแสน าปนปวน ลดความสามารถในการไหลของน า

อตราน าไหลของทางน าเปนปรมาณของน าทไหลผานจดใดๆ ในชวงเวลาทก าหนด มกวดในหนวยของลกบำศกเมตรตอวนำท หรอลกบาศกฟตตอวนาท ปรมาณของน าในทางน าสายหนงๆ มกไมคงท อนเนองมาจากปรมาณน าฝนหรอหมะทตกลงมาสพนดนไมแนนอน

ระดบอยตว (Base level)

ระดบอยตว ก าหนดวาเปนระดบต าสดททางน าสามารถกรอนรองน าลงไปได มปจจยหลายประการทเปนตวก าหนดใหทางน าไมสามารถกรอนลกลงไปไดต ากวาระดบอยตว เชน เมอทางน าไหลลงสทะเลสาบ ทะเลสาบจะเปนตวควบคมความสามารถของทางน าทเหนอทะเลสาบขนไปไมใหทางน ากรอนใหลกไปกวาระดบของทะเลสาบ แตถาทะเลสาบถกท าลายโดยการกรอนของทางน าทไหลออกจากทะเลสาบ ลงไปยงทต ากวา ท าใหทะเลสาบสญเสยความสามารถในการควบคมการกรอนของทางน าตอนบนเหนอทะเลสาบ

เนองจากการควบคมความสามารถในการกรอนของทะเลสาบเปนเพยงชวคราว ระดบของทะเลสาบจงก าหนดใหเปน ระดบอยตวชวคราว(temporary base lavel) เมอทางน ามอสระในการกรอนลงอกครงกจะมปจจยอนมาเปนตวก าหนดความสามารถในการกรอนตอไป จนในทสดเมอทางน าเดนทางมาถงมหาสมทร ซงเปนสวนทเรยกวา ระดบอยตวพนฐาน (ultimate base level) กจะเปนระดบต าสดถาวรททางน าจะกรอนลงไปได

การเปลยนแปลงระดบอยตว

การท างานของธารน าไหล(Work of running water)

น าทไหลอยในทางน า จะมการท างานในหลายๆลกษณะรวมกน ดงน

1. การพดพาเศษดนเศษหน (transportation)

2. การกรอนรองน า (erosion)

3. การสะสมตะกอนตามจดตางๆ ตามทางน า (deposition)

ความสามารถและลกษณะการท างานของน าในทางน าขนอยพลงงานการเคลอนไหวของน า โดยจะม ปรมาณน าและความเอยงเปนปจจยควบคม พลงงานสวนใหญถกใชไปในการตานทานแรงเสยดทานของน ากบรองน า พลงงานสวนทเหลอจะน าไปใชในการกรอนและพดพาตะกอน การสะสมตวของตะกอนจะเกดขนเมอทางน ามพลงงานลดลงจนไมสามารถพดพาเอาตะกอนไปกบทางน าไดอก

การพดพาเศษหน (Transportation)

ตะกอนซงทางน ากรอนมาจากทองน าและจากขอบของรองน า จะถกพดพาไปกบทางน าสมหาสมทรในทสด ปรมาณของตะกอนททางน าสามารถพดพาไปไดในขณะหนงๆ เรยกวา วตถพดพา (load) ซงมคานอยกวาความสามารถในการพดพาของทางน า (capacity) ซงเปนปรมาณของตะกอนทมากทสดททางน าจะพดพาไปไดในขณะหนงๆ

การพดพาตะกอนไปกบทางน าเกดขนไดใน 3 ลกษณะคอ

1. ละลายไปกบทางน า (solution)

2. แขวนลอย (suspension)

3. การกระโดด (saltation)

4. วตถพดพาทองน า (bed load)

การละลาย (Solution)

น าทอยในธรรมชาตมกมสารละลายเจอปนอยเสมอ ปรมาณของสารทละลายอยจะขนอยกบภมอากาศ ฤดกาล และสภาพทางธรณวทยา ในบรเวณภมอากาศแบบรอนชน สารทละลายอยมากในน า ไดแกพวก calcium และ magnesium carbonate อาจมพวก chloride, nitrate, sulfates และ silica และปรมาณอกเลกนอยของ potassium ละลายอย

การแขวนลอย (Suspension)

ตะกอนขนาดดนทมากบทางน าจะถกพดพาไปในรปของการแขวนลอย ปจจยทเปนตวควบคมการพดพาในลกษณะนคอ ความรนแรงของน า (turbelence) และความเรวในการตกจมของเมดตะกอน (terminal velocity)

การกระโดด หรอ saltation มาจากภาษาลาตน วา “saltare” ซงแปลวา กระโดด ตะกอนทเคลอนทในลกษณะนจะกระโดดจากจดหนงไปยงอกจดหนงบนทองน า ตะกอนทอยบนทองน าจะถกทางน าดงขนและพดพาไปกบทางน า จนกระทงถงระดบความเรวตกจม ตะกอนกจะตกลงสทองน าอกครง สวนตะกอนทมขนาดใหญเกนกวาความสามารถททางน าจะดงขนมาจากทองน าได กจะมการเคลอนทแบบกลงและไถลขนอยกบรปรางของตะกอน

การกระโดด (saltation)

วตถพดพาทองน า (Bed load)ตะกอนทเคลอนทอยบนทองน าซงเรยกวา วตถพดพาทองน า มความ

แตกตางไปจากตะกอนแขวนลอยและพวกสารละลายอยมาก เนองจากเปนเรองยากทจะสงเกตและวดคาการเคลอนทของตะกอนประเภทน การเคลอนทของวตถพดพาทองน าไปบนทองน าเกดขนไดหลายลกษณะ เชน การกระโดด (saltation) การกลง (rolling) หรอ การไถล (sliding)

การกรอน (Erosion)

ทางน ามกระบวนการกรอนทกระท าตอทองน าหรอตะกอนทอยบนทองน า ในหลายลกษณะAbration (การขดสล)

Impact or Attrition (กำรกระแทก)

Solution (กำรละลำย)

Abration (การขดส) วตถทถกกระแสน าพดพาไป (rolling and sliding) อาจท าตวเปนตวกรอนหนทเปนทองน า หรอหนขนาดใหญทวางตวอยบนทองน า เมอทองน าถกขดสนานเขา กจะเกดลกษณะของพนผวโคงเรยบ ในบางครงกมการเคลอนทหรอกลงไปมาบนทองน า ภายใตอทธพลของกระแสน า กอาจเกดการขดสกน ท าใหกอนกรวดมความกลมมนมากขน

Impact or Attrition (กำรกระแทก) เปนการกระทบกนของกอนกรวดขนาดใหญกบทองน าหรอกบกอนกรวดอนๆ ท าใหเกดการแตกของกอนกรวดไดเชนกน และเปนตวเพมวตถพดพาใหกบทางน า อาจเกดจาก Saltation กได

Solution (กำรละลำย) กระบวนการกรอนในบางครงอาจเกดในลกษณะของสารละลายของกอนกรวดกบน าในทางน า

การขดถ การกระแทก และ การละลาย

เมอทางน ากดเซาะจนถง base level แลว จะไมกดเซาะอก แตจะเกดการสะสมตวของตะกอน เมอพลงงานในการพดพาลดลง หรอ พบสภาพแวดลอมทเหมาะสมตอการสะสมตว

พลงงานลดลง เมอ velocity ลดdischarge ลด (ประมาณน าลด)

Load > Capacity (ตะกอนมากเกนไป)

การเกดขนของทางน าจะเกดในบรเวณพนทสง เกดจากสายธารเลกๆ มารวมกน

น าฝนไหลแบบแผนฟลมบางๆ ครงแรก เรยกวา Sheet wash หรอ Sheet erosion ท าลายดนผวดานบน

ครงตอไปจะเกดเปนรองน าเลกๆ เรยก Rill แลวพฒนา เปน Gully, Stream และ River ตามล าดบ

หบเขาทางน า (Stream valleys)

หบเขาทางน าสามารถแบงออกไดเปน 2 ชนด

1. หบเขาแคบรปตวว (narrow v-shaped valleys)

2. หบเขากวาง (wide valleys)

Direct lifting (ยกวตถ)

การไหลของน าแบบการไหลปนปวนในทางน านน แนวทางการไหลของกระแสน าจะไมขนานกบทองน า การไหลวนเวยนของกระแสน า มความรนแรงพอทจะยกเอาวตถทอยบนทองน า เชน กรวด ทรายขนมาไดและพดพาไปกบกระแสน า

หบเขาแคบรปตวว แสดงใหเหนถง การท างานในขนแรกๆ ของทางน า โดยการกรอนลกลงไปในแนวดง (Down cutting)เพอใหถงระดบอยตว (Base level) ลกษณะทส าคญทพบไดในหบเขาแคบรปตวว คอ

1. ภาพตดขวางของหบเขาจะเปนรป V2. อาจพบ เกาะแกง (rapids) และน าตก (waterfalls) เนองจากม gradient

สง และ พลงงานสง3. ไมมทราบน าทวมถง 4. ผนงของหบเขาจะตดกบรองน า

หบเขำแคบรปตวว (narrow v-shaped valleys)

ตลงของหบเขาแคบอาจลาดเอยงได เนองจากแผนดนถลม หรอ mass wasting

ภมประเทศทเกดจำกกำรกดเซำะของทำงน ำ

ออบหลวง จ. เชยงใหมสะพานธรรมชาต

แกงและน าตก

กมภลกษณ (pot hole) ทพบในแกงตางๆ

สำมพนโบก อ ำเภอโพธไทร จงหวดอบลรำชธำน

หบผำชน (canyon)

เมอกดเซาะเขาใกลระดบอยตว การกรอนในแนวดงจะเรมลดบทบาทลง แตจะเกดการกดเซาะดานขาง (Lateral cutting) มากขนท าใหทางน ากวางออก จะเกดหบเขากวาง เรยก Board valley หรอ Wide Valley ทางน าเรมมโคงตวด ไปมาตามแนวราบ เกดเปนพนทราบในหบเขาทเรยกวาทราบน าทวมถง (floodplain)

ลกษณะส าคญ มทราบลมมาก

หบเขาหรอสนปนน าอยหางกนมาก

ทางน ากวาง การกดเซาะต า มการกดเซาะดานขาง

หบเขำกวำง (wide valleys)

ทำงน ำทไหลอยในทรำบน ำทวมถง (flood plain) ซงอาจท าใหเกดการกรอนหรอการสะสมตว จะมลกษณะโคงตวดไปมา ซงเรยกวาลกษณะนวา ทางน าโคงตวด (meandering river) การเกดทางน าโคงตวด จะมการเปลยนแปลงต าแหนงตลอดเวลา โดยการกรอนทางน าดานหนงและพดพาตะกอนไปกบทางน า

ทางน าจะมโคงทขนาดเทาๆ กน โดยลากเสน 2 เสนจะขนานกนเสมอ เรยกวา Meander Belt

Stages of Stream

แตในบางครงการยายต าแหนงบรเวณปลายน าเรมเคลอนทชาลง อาจเนองจากไปพบบรเวณทเปนหนแขงทยากตอการกรอนของทองน า การยายต าแหนงบรเวณตนน าสามารถไลตามมาทน คอคอดระหวางการคดโคงสองสวนเรมแคบลง ในทสดทางน ากไหลตดคอคอด

ชองทางน าสายสนๆทเกดขนใหม เรยกวา cutoff สวนชองทางน าสายเกา บรเวณโคงจะเรยกวา ทะเลสาบรปแอก (oxbow lake) ตอไปจะมน าเฉพาะหนาน า ถาน าแหงเรยกวา meander scar

กรณททางน าไมลกมาก จะเกด point bar สง ในหนาน ากระแสน าไหลแรง ท าใหเกดการไหลตรง โดยไมเกด Neck ขน เรยกวา Chute Cut offท าใหเกดเกาะกลางน า เรยกวา Sand bar

บำงกระเจำ จงหวดสมทรปรำกำร

Braided Stream (ทำงน ำประสำนสำย)

ทางน าทไมลกมาก ถาม Load > Capacity ตะกอนจะเกดการทบถม เกดขนเมอน าลดนอยลงหรอ เกดการเปลยนแปลง อยางรวดเรว ท าใหเกดกองทรายกลางน า น าตนท าใหน าไหลแผไปหลายเสนทาง เกดรองน ามากมาย ลกษณะนเรยกวา ทางน าประสานสาย หรอ Braided stream

คนดนธรรมชาต (Natural levee)

Natural levee เกดขนไดเมอน าลนฝงหรอเกดน าทวม ตะกอนในน าจะมาทบถมท าใหเกดสนทรายบรเวณใกลทางน าเมอน าลด น าททวมออกมาจะไหลกลบเขาสรองน า แตเมอเกดคนดนธรรมชาตท าใหน าบางสวนไหลกลบไปไมได จงตดคางอยบน flood plain เกดเปนพนทชนแฉะ เรยกวา back swampน าจากบนเขาทจะไหลลงสแมน าสายหลก แตถกคนดนธรรมชาตกนไว จงมการกดเซาะไหลขนานกบแมน าสายหลก เรยก Yazoo Stream

เมอแผนดนเกดการยกตว ท าใหทางน ามการกดเซาะในแนวดงมากขน ท าใหเกดพนท เรยกวา Terrace ซงเปน Flood plain เดม

ดนดอนสำมเหลยมปำกแมน ำ (Delta)

การพดพาของตะกอนบนบกลงสทะเลซงมความชน ท าใหตะกอนเกดการแผกระจายออก เปนรปสามเหลยม เรยก ดนดอนสามเหลยมปากแมน า

ในพนทดนดอนสามเหลยมปากแมน า จะมรองน าอย เรยกวา Distributary channels

การพฒนาหบเขาทางน า หรอ วฏจกรการกดเซาะ(Stages of valley development or Cycle of Erosion)

การพฒนาลกษณะของหบเขาแบงออกไดเปน 3 ระยะ (stages) คอ

ปฐมวย Youth (youthful stage)

มชฌมวย Maturity (mature stage)

และ ขนอายมาก (old age)

Youthful Stage ทางน าวยเยาว

1. ทางน าตองเปนตว V เสมอ2. Gradient (ความชน) สง3. ไมม Flood Plain

4. สนปนน ากวาง ทางน าเปนสายเลกๆ

5. มน าตก หรอ แกง

มชฌมวย Maturity (mature stage)

1. ทางน ากวางมากขน เรมม Flood Plain ทงสองขาง โดยความกวางของ Flood Plain เทากบ Meander Belt

2. Gradient ลดลง เรมมการกดเซาะดานขาง มากขน

3. ไมมน าตก หรอ แกง

ขนอายมาก (old age)

1. Flood Plain จะกวางกวา Meander Belt

2. Gradient ต ามาก3. ม Natural Levee, Oxbow

Lake, Back Swamp เกดขน

การพฒนาหบเขาทางน า หรอ วฏจกรการกดเซาะ(Stages of valley development or Cycle of Erosion)

การคนพลง (Rejuvenation)

เมอ Base Level เกดการเปลยนแปลง อาจเนองจากการยกตวหรอยบตวของพนท จะท าใหการกดเซาะเปลยนแปลง

ทางน าทมหลกฐานการยกตวเหลออยเรยก Rejuvenated stream

Meander ทเกดขนเรยกวาEntrench หรอ incised meander (ทางน าโคงตวดอยตว)

Rejuvenation of River

ภเขาทหลงเหลอจากการกดเซาะ เรยกวา Monad nock

รปแบบทางน า (Drainage patterns)

ระบบทางน าทงหลายประกอบดวย ทางน าเชอมตอกนเปนระบบเครอขาย(network) ธรรมชาตของรปแบบทางน าในแตละพนทมความเฉพาะเจาะจงทอาจแตกตางไปจากพนทอน ซงจะสะทอนใหเหน หนแขงหรอโครงสรำงทำงธรณวทยำ ทรองรบทางน าอยดานลาง

รปแบบทางน ากงไม (dendritic drainage pattern) มลกษณะคลายกงกานสาขาของตนไมทผลดใบ รปแบบทางน านพบไดทวไป มกเกดขนในบรเวณทหนทรองรบทางน า เปนหนทตำนทำนกำรกรอนในทกทศทำงใกลเคยงกน มกพบในบรเวณทเปนหนตะกอนทวางตวอยในแนวราบหรอหนอคนและหนแปรเนอแนน

รปแบบทางน าแบบกงไม (Dendritic drainage pattern)

รปแบบทางน ารศม (radial drainage pattern) เปนรปแบบทางน าทมทศทางการไหลออกจากจดทสงสด ไปในทกทศทกทาง มกพบในบรเวณทเปนภเขำไฟเกดใหมหรอบรเวณโดม

รปแบบทางน ารศม (Radial drainage pattern)

รปแบบทางน าตงฉาก (rectangular drainage pattern) ทางน าสายหลกและทางน าสาขาจะไหลเปนมมฉาก เกดขนบนหนทมชดของรอยแตกหรอรอยเลอนตดสลบกน ซงเปนบรเวณทงายตอการกรอนมากกวาบรเวณทไมมรอยแตก

3. รปแบบทำงน ำตงฉำก (rectangular drainage pattern)

รปแบบทางน ารานเถาองน (trellis drainage pattern) มลกษณะคลายรปแบบทางน าตงฉากแตทางน าสาขาวางตวขนานกน ซงเกดขนบนหนรองรบทมควำมแตกตำงกนในควำมตำนทำนกำรกรอน มการแทรกสลบกนระหวางหนทมความตานทานการกรอนมากกบหนทมความตานทานการกรอนนอย

รปแบบทำงน ำรำนเถำองน (trellis drainage pattern)

VS