Analyse des sédiments

Lorsque les sédiments ne sont pas en suspension, ils continuent d'ajouter des couches sur les couches au fond.

Home » Foire aux questions » Analyse et caractérisation des sédiments

Influence des tempêtes sur la sédimentation

Rappelez-vous une fois où vous avez regardé une rivière. Avez-vous remarqué les particules d'argile qui sont déplacées par l'eau et vont en aval? Ces petits morceaux de sol érodé sont appelés sédiment. 

Ils peuvent en fait faire une grande différence pour la rivière et ses environs. Cela peut également apporter des avantages ou des dommages. 
tempêtes de façon significative influencer les rivières en augmentant le débit d'eau et sa vitesse, ainsi que la quantité de sédiments. Gardez juste à l'esprit que une tempête peut apporter la moitié des sédiments déplacés en un an. 
Lorsque l'eau se déplace plus rapidement, elle emporte beaucoup plus de débris du paysage environnant. Le mouvement le suspend et rend la rivière plus trouble. 
Les sédiments en suspension sont faciles à voir juste en ramassant l'eau de la rivière dans un verre. Sans aucun mouvement, les sédiments se déposeront au fond. Ces dépôts se transforment en boue qui peut rendre la rivière impraticable ou s'écoulent hors de ses rives faire une éventuelle.

Effets des sédiments sur les rivières

 

Les effets des sédiments apportent des avantages et des inconvénients aux lieux environnants. L'avantage est que les sédiments sont une bonne ressource agricole grâce à leurs minéraux. Une quantité raisonnable crée un sol riche dans différents pays et climats.
 
Les choses se compliquent quand il se passe trop de choses avec la rivière ou bien trop peu. Ce déséquilibre entraîne des conséquences négatives.  Pour des raisons de contrôle des inondations, ce sentiment doit être pris un moyen, typiquement avec dragage. Les pratiques agricoles modernes reposent sur le fait que les rivières et les cours d'eau ne traversent pas leurs rives.
 
Lorsqu'une tempête déclenche des inondations, elle peut détruire tout ce qui se trouve sur le chemin de la rivière qui fait rage. Après la tempête, il reste également une quantité massive de boue nauséabonde gênante qui est très difficile à éliminer..
 
Lorsque les sédiments ne sont pas en suspension, ils continuent d'ajouter des couches sur les couches au fond. Trop de cela peut transformer un réservoir en un réservoir peu pratique qui peut à peine être utilisés plus.
 
Les sédiments rencontrent la fin de la route au niveau du réservoir. Les réservoirs ont besoin de plans de dragage actifs pour garder sous contrôle les sédiments de l'amont. Les sédiments transportés par dragage sont gérés par dragage manutention du lisier utilisant des conduites de lisier.

T
o construire une caractérisation des sédiments du système de dragage et de pompage. Les sédiments naturels contiennent diverses quantités d'agrégats de boue, de sable et de gravier. La séparation des sédiments naturels en classes de sédiments, basée sur une analyse granulométrique, nécessite que des limites soient fixées sur la quantité de boue, de sable et de gravier que contient chaque classe. 

Classification des sédiments naturels

Classifications des grains de sédiments, des qualités de sédiments, des qualités de sédiments composites et des agrégats de sédiments

Lignes directrices pour nommer et abréger les composants des classes sédimentaires et non sédimentaires et les propriétés des substrats.

Une classe de sédiments, déterminée par une analyse granulométrique, contient un ou plusieurs des composants énumérés en A ci-dessous. Par exemple, un sable à gros grains boueux et graveleux (mgcgS) est une classe de sédiments contenant trois composants, la boue, le gravier et le sable à gros grains, classés par ordre croissant de pourcentage en poids. Une classe de sédiments, déterminée par l'analyse visuelle de l'imagerie du fond marin, contient les composants énumérés en B ci-dessous. Par exemple, un caillou cobble gravier (pcG) est une classe de sédiments constituée de galets et de galets, non classés par ordre d'abondance croissante. Une classe non sédimentaire répertoriée en C ci-dessous est un gisement de coquillages ou un affleurement de roches ou de boue semi-consolidée. Un substrat sans couche contient une classe de sédiments (par exemple, sable boueux à grains fins; mfgS) ou une classe sans sédiments (par exemple, affleurement rocheux; R). La mobilité du substrat et les propriétés de stratification sont énumérées en D ci-dessous. Les substrats stratifiés contiennent au moins deux classes de sédiments ou une classe de sédiments et une classe non sédimentaire (par exemple, un placage partiel de sable ondulé à gros grains sur de la boue immobile semi-consolidée (r_cgS / i_scM). Voir la figure 5 et les tableaux 6 , 7 et 9 pour un résumé des classes de sédiments et de non-sédiments. <, Inférieur à;>, supérieur à; ≤, inférieur ou égal à; ≥, supérieur ou égal à.

Classes de sédiments basées sur l'analyse granulométrique

Sources de contamination des sédiments et des sédiments

Le dragage d'entretien des chenaux de navigation ne crée pas de sédiments. Les sédiments sont le produit des processus naturels d'érosion du sol, de transport et de sédimentation. Dans n'importe quel bassin versant, les activités humaines peuvent modifier ces processus de plusieurs manières. Les pratiques agricoles et forestières peuvent accroître l'érosion des sols. Ces utilisations des terres, ainsi que l'urbanisation, peuvent modifier l'hydrologie globale du bassin versant, modifiant les modèles d'écoulement dans les ruisseaux et les rivières. Les modifications des débits ainsi que les modifications de la morphologie des cours d'eau et des chenaux peuvent modifier les modèles d'érosion et de dépôt dans ces chenaux.

Les sédiments fluviaux sont ceux qui sont transportés par les rivières et les ruisseaux. L'approfondissement des chenaux de navigation et le dragage d'entretien interrompent l'écoulement naturel des sédiments fluviaux dans les Grands Lacs. Une grande partie du développement humain autour des Grands Lacs était centrée sur les ports et les havres situés à l'embouchure des rivières. Dans de nombreux cas, le chenal naturel de la rivière a été approfondi jusqu'à XNUMX pieds. Les sédiments transportés par la rivière sont plus enclins à se déposer au fond dans ce chenal approfondi où les courants fluviaux sont plus lents.

Un autre type de sédiment est le sable fin. Le mouvement naturel de ces sables le long du rivage est appelé dérive littorale. Ces sédiments sableux se déposent dans des chenaux et des ports approfondis qui se prolongent dans les lacs.

Le dragage ne crée pas de contamination des sédiments. Les caractéristiques physiques des sédiments varient en fonction de la source des sédiments, des propriétés du sol dans le bassin versant et de l'hydraulique de la voie navigable. Les caractéristiques chimiques des sédiments varieront également en fonction des caractéristiques du bassin versant, de la présence, du type et du nombre de sources de contaminants, notamment:

• ruissellement urbain et agricole;
• débordements / contournements d'égouts;
• les rejets d'eaux usées industrielles et municipales;
• les rejets de lixiviat / eaux souterraines des décharges; • les déversements d'hydrocarbures ou de produits chimiques;
• rejets illégaux;
• dépôt d'air;
• production biologique, et;
• gisements minéraux naturels.

Le taux de dépôt des sédiments dans les chenaux de navigation approfondis peut être atténué en contrôlant les sédiments à la source grâce à des pratiques de conservation des sols, à la protection et à la restauration des terres humides et à des mesures pour atténuer l'érosion des berges et des berges. Les niveaux de contamination dans les sédiments peuvent également être réduits grâce à la prévention de la pollution des sources ponctuelles et diffuses et à l'assainissement des dépôts de sédiments contaminés en place.

Les réductions des rejets de sédiments et de polluants dans les rivières et les affluents devraient inclure des améliorations du traitement des eaux usées, la séparation des réseaux d'égouts unitaires, le contrôle de la pollution atmosphérique, la conservation des sols et la prévention de la pollution diffuse. Les efforts se traduiront par des réductions des niveaux de contaminants trouvés dans les sédiments. Dans la plupart des ports, les sédiments dragués aujourd'hui sont nettement plus propres que ceux dragués il y a vingt ou trente ans. Cependant, il existe un décalage important entre la mise en œuvre des contrôles à la source et l'apparition de sédiments plus propres. Ceci est causé par le réservoir de contaminants dans les sédiments déjà dans la voie navigable qui migrent lentement vers l'aval. Par conséquent, la nécessité de draguer et de gérer les sédiments contaminés devrait se poursuivre à long terme pour de meilleurs résultats. 

Agriculture et sédiments

Dans les régions agricoles, les sources de sédiments comprennent l'érosion due à l'écoulement des nappes et des rigoles, le développement des ravines et l'élargissement des fossés de drainage. Les champs agricoles dans les bassins versants ont de vastes réseaux de drainage souterrain et de surface. Les apports aux tuiles de drainage sont une autre source de sédiments et les taux de ruissellement accrus favorisés par le drainage artificiel peuvent augmenter l'érosion due à l'écoulement dans les réseaux de bassins versants.

Contributions de la topographie des collines aux sédiments

Les hauts versants ou les falaises près des rivières ou des affluents peuvent être une importante source de sédiments. . Les falaises peuvent être très grandes, plus de 50 m de hauteur et 100 s de longueur min le long du ruisseau. L'érosion des falaises est provoquée par l'érosion de la rivière au pied, qui déclenche la rupture de la pente par la chute du grain, l'affaissement, le ravinement et la chute de blocs. Le taux d'érosion du bluff est également influencé par la stratification des propriétés du matériau telles que la résistance, la conductivité hydraulique et la taille des grains, l'orientation du bluff et la quantité d'eau souterraine qui peut déterminer les chemins d'infiltration et les pressions près de la surface du bluff. . Les falaises qui apportent le plus de sédiments à la rivière sont hautes, humides, activement creusées par le ruisseau, dépourvues de végétation et composées de couches de sédiments plus faibles.

Érosion des falaises et sédiments

Le contrôle de l'érosion des falaises nécessite en fin de compte la protection du pied de pente contre l'érosion et le recul futurs. Les falaises peuvent continuer à s'éroder et à fournir des sédiments à la rivière pendant des décennies après la protection des orteils; le contrôle du drainage et la revégétalisation des pentes sont des facteurs importants pour limiter la poursuite de l'érosion. Lors de l'élaboration d'un bilan sédimentaire pour estimer la contribution globale des falaises, les défis consistent à déterminer les taux d'érosion des falaises et leurs contrôles, à identifier toutes les falaises en érode active et à développer un moyen fiable d'attribuer les taux d'érosion à toutes les falaises du bassin versant. .

Contributions des ravins aux sédiments

De petites vallées escarpées, appelées ravins, traversent les falaises, reliant les hautes terres larges et plates au chenal incisé de la rivière en contrebas. Les ravins varient considérablement en taille, en forme, en relief et à proximité des rivières. Contrairement aux falaises, les ravins s'érodent par une combinaison de processus fluviaux et fluviaux. Bien qu'érosifs, les ravins peuvent stocker et éroder les sédiments. Les ravins présentent un couplage étroit entre les processus de pente et de canal: l'incision du canal dans le fond du ravin déclenche l'érosion de la pente par la chute et l'affaissement du grain. Bien que la cause ultime des ravins soit la baisse d'élévation entre les hautes terres et le canal principal incisé, le facteur immédiat de l'érosion est le volume et le taux d'eau rejetée dans le ravin, qui peut être augmentée par le rejet des systèmes de drainage des hautes terres. À leur extrémité supérieure, les ravins peuvent avoir des falaises verticales acérées ou des pentes boisées plus douces. Les chenaux de ravin peuvent être classés en éléments plus petits appelés ravins, qui servent d'extrémité supérieure du chenal de ravin et sont souvent contrôlés par des mesures de contrôle du niveau et des berges. Certains ravins plus grands stockent de grandes quantités de sédiments au fond de la vallée. Dans des conditions d'augmentation du débit d'eau, ces ravins peuvent passer du stockage au rejet de sédiments et devenir l'une des plus grandes sources individuelles de sédiments.

Érosion du Steambank 

L'érosion des berges fournit des sédiments directement dans la rivière, bien que la contribution nette des sédiments provenant des berges et des plaines inondables derrière eux ne soit pas facilement apparente. La contribution nette des sédiments dépend de l'équilibre entre l'érosion des berges et les dépôts de sédiments le long du bord de la rivière et des plaines inondables adjacentes à la rivière. Ce dépôt compensateur est trop souvent négligé dans la détermination du bilan sédimentaire d'un fond de vallée. La contribution nette des sédiments provenant de la migration des chenaux sera l'équilibre entre le volume érodé d'un côté et le volume déposé de l'autre côté. Il peut également y avoir des différences de granulométrie entre les banques en érosion et les banques de dépôt. Le bilan sédimentaire global pour le fond de la vallée doit également inclure le dépôt de sédiments sur les plaines inondables.

Méthodes de suivi et de calcul des sédiments

  1. Jaugeage de flux
  2. Mesure locale de l'érosion et du stockage des sédiments
  3. Empreinte des sédiments
  4. Budgets sédimentaires

Jaugeage de flux

Les jauges de courant consistent généralement en deux opérations distinctes. L'un implique des mesures périodiques du débit d'eau, ou du débit, et du niveau de l'eau de la rivière. À partir de ces informations, une relation entre le niveau d'eau et le débit est développée et
un enregistrement continu du niveau d'eau est utilisé pour fournir une estimation continue du débit d'eau. La deuxième opération implique l'échantillonnage périodique des solides en suspension. La relation entre le total des solides en suspension (TSS) et le rejet d'eau est développée et l'enregistrement de débit continu est ensuite utilisé
pour estimer la charge TSS sur la période d'enregistrement. Les jauges de cours d'eau sur les affluents doivent généralement être utilisées lorsque le sol n'est pas gelé si votre zone gèle du printemps à l'automne, puis enlevées pendant l'hiver. Les chargements de TSS sont donc saisonniers, bien que peu de transports soient présumés avoir lieu pendant les conditions de gel en hiver.

Le réseau de jauges identifie la quantité totale de sédiments transportés par la rivière principale ainsi que les apports sédimentaires des principaux sous-bassins versants. Bien que le jaugeage fournisse une mesure de la quantité de sédiments passant par une station fluviale, il ne peut pas fournir d'informations sur les sources individuelles. Cependant, dans sept bassins versants tributaires, plusieurs jauges sont utilisées avec des jauges au-dessus et en dessous des parties inférieures incisées des vallées fluviales. La comparaison des charges aux jauges amont et aval permet non seulement d'isoler la quantité de sédiments produits dans ces parties pentues du bassin versant, mais fournit également une contrainte sur les sédiments produits par les abondantes falaises et ravins trouvés dans ces endroits.

Mesure locale de l'érosion et du stockage des sédiments

L'érosion sur les sites locaux peut être mesurée par des enquêtes directes ou par des changements mesurés sur des photographies aériennes prises à des moments différents. Les mesures sur le terrain de l'érosion, en particulier dans les ravins et les falaises, permettent de déterminer les contributions de sources individuelles. Étant donné que ces taux d'érosion varient fortement dans le temps (un événement important peut déplacer plus de sédiments que le total sur de nombreuses années), il peut être difficile d'extrapoler de manière fiable les taux d'érosion locaux à des périodes plus longues. La comparaison de photos aériennes prises à des moments différents permet de mesurer l'érosion sur des périodes plus longues, mais généralement avec moins de précision que les mesures locales sur le terrain. Pour les falaises et les ravins, les taux d'érosion varient considérablement d'un endroit à l'autre en fonction d'une gamme de facteurs, il est donc nécessaire de disposer d'une base pour extrapoler les taux mesurés à de plus grandes zones. Étant donné que de nombreux facteurs contrôlent le taux d'érosion, il est important de limiter ces extrapolations avec d'autres preuves, en particulier des enregistrements de jauge et des données géochimiques.
empreinte digitale.

Empreinte des sédiments

Au cours des dernières décennies, des «empreintes digitales radiométriques» et d'autres traceurs géochimiques associés aux sédiments ont été utilisés pour séparer l'érosion terrestre (sur le terrain) de l'érosion hors champ (berges de cours d'eau, falaises, ravins, ravins) (Walling et Woodward, 1992, He et Owens , 1995; Collins et al.1997; Schottler et Engstrom, 2002). Les dépôts atmosphériques de radio-isotopes tels que 210Pb et 137Cs enrichissent les sols à la surface de la terre. Lorsqu'ils sont érodés, ces matériaux portent une «empreinte» radiométrique, alors que les sédiments provenant de matériaux plus profonds, comme par l'érosion des falaises et des ravins, sont peu exposés aux apports atmosphériques et sont donc épuisés dans ces traceurs. La comparaison de la signature du traceur des sources sur le terrain et hors champ avec la signature des sédiments en suspension dans les rivières permet la contribution de chacun
source d'érosion à calculer.

Des échantillons de TSS et des carottes de sédiments provenant de zones de dépôt fluvial (backwaters, réservoirs, étangs de plaine d'inondation) le long des principaux affluents et du cours principal de la rivière Minnesota ont été collectés et analysés à la recherche de traceurs radio-isotopiques. Les échantillons TSS fournissent une mesure de la répartition des sources basée sur les événements, tandis que les échantillons de carottes peuvent fournir une signature intégrée sur une période plus longue. Un simple rapport entre les empreintes digitales fluviales et sources est utilisé pour calculer les contributions des sources sur le terrain et hors champ

Budgets sédimentaires

Un outil puissant pour identifier les sources de sédiments est un bilan sédimentaire. Il s'agit d'un bilan de masse - un peu comme un chéquier - dans lequel la différence entre les entrées et les sorties doit être égale à tout changement de stockage. Nous utilisons un bilan sédimentaire pour évaluer et contraindre les estimations d'érosion à partir de diverses méthodes. Par exemple, si nous utilisons des observations photographiques sur le terrain et aériennes pour estimer la quantité annuelle de sédiments érodés et déposés dans un sous-bassin hydrographique, cette différence nette (entrée-sortie) devrait être égale à la quantité de sédiments passant une jauge à l'embouchure du bassin versant. Si la correspondance est mauvaise, nous avons quelques indices pour améliorer nos estimations des sources et des puits de sédiments. Si nous avons clôturé au mieux le budget, tout écart restant donne une indication de l'incertitude dans le
estimations combinées de l'érosion et des dépôts. En général, nous essayons de rassembler autant de sources de données que possible - en fait, en fermant le budget pour toute période ou échelle de bassin versant pour laquelle des informations sur les sédiments sont disponibles.