Lagrangian Coherent Structures:Nature’s Transport Barriers

Αυτές οι γραμμές του W.H. Ο Davies περιγράφει τη γενική μας στάση απέναντι στην ομορφιά της Φύσης που μας περιβάλλει. Ακόμη και τα ρέματα, τα κανάλια και οι κολπίσκοι εξακολουθούν να αποτελούν πηγή νέων απίστευτων ανακαλύψεων. Μπορούμε να δούμε κανάλια και να σκεφτούμε ότι το νερό που κυλάει μέσα στην κοίτη του ποταμού δεν υφίσταται κανένα φαινόμενο. Φαίνεται σταθερό και πολύ προβλέψιμο. Ωστόσο, αυτό δεν είναι αλήθεια.

Πρόσφατα ανακαλύφθηκε ότι τα ποτάμια που αποτελούνται από πλευρικές πλημμυρικές πεδιάδες και που συνδέονται με ένα κεντρικό βαθύτερο κανάλι αντιμετωπίζουν πληθώρα φαινομένων κατά τη μετάβαση από το κύριο κανάλι στο πλευρικό. Τα ποτάμια με αυτό το είδος γεωμετρικής διαμόρφωσης ονομάζονται «σύνθετα κανάλια». Νέα εργαλεία είναι διαθέσιμα για την περιγραφή των ροών ρευστών που ενισχύουν σημαντικά την κατανόηση αυτών των φαινομένων. Βασικό στοιχείο είναι η ανίχνευση χαρακτηριστικών που ονομάζονται Συνεκτικές Δομές Lagrangian (LCS) που συμπεριφέρονται ως φραγμοί μεταφοράς. Τα LCS αναστέλλουν την ανάμειξη μεταξύ τους και διαδραματίζουν θεμελιώδη ρόλο στη διαμόρφωση των τροχιών ιχνηθέτη και στην αραίωση των επιβλαβών ρύπων. Αυτές οι δομές δεν θεωρούνται ως αγγίξιμα υλικά στοιχεία. μάλλον ως αναδυόμενα χαρακτηριστικά των πεδίων ταχύτητας. Δεν μπορείτε να τα δείτε, αλλά εκτιμάτε μόνο τις επιπτώσεις τους στα επιπλέοντα αντικείμενα που αναπτύσσονται πάνω από το νερό.

Με άλλα λόγια, μπορείτε να δείτε το LCS να κοιτάζει τους ιχνηθέτες που κινούνται πάνω από την επιφάνεια του νερού. Η σημαντική ανακάλυψη είναι ότι αυτά τα LCS εξαπλώνονται σε σύνθετα κανάλια. Η παρουσία τους δεν πρέπει να αγνοηθεί γιατί έχουν άμεσες συνέπειες στην άφθονη άγρια ​​ζωή που ευδοκιμεί στις πλημμυρικές πεδιάδες. Υπάρχουν δύο κύριες θέσεις όπου το LCS αναδύεται σε σύνθετα κανάλια:κατά μήκος του άξονα του κύριου βαθύ καναλιού και στη μετάβαση από το πρώτο στην πλημμυρική πεδιάδα.

Η καινοτομία είναι ότι στα σύνθετα κανάλια είναι δυνατό να εντοπιστούν τα LCS το ένα δίπλα στο άλλο με εντελώς διαφορετικές συμπεριφορές. Τα LCS στο κεντρικό κεντρικό κανάλι και ονομάζονται χωρίς διάτμηση γιατί δεν παρουσιάζουν ψαλίδια. ενώ, αυτά στη μετάβαση από το κύριο κανάλι στα πλάγια μεγιστοποιούν τη διάτμηση. Τι είναι διάτμηση; Φανταστείτε να γλιστράτε το χέρι σας πάνω από ένα τραπέζι. Λοιπόν, αυτό είναι διάτμηση. Το φαινόμενο μπορεί να συμβεί με οποιαδήποτε ουσία. Έτσι, αυτά τα LCS είτε μεγιστοποιούν είτε ελαχιστοποιούν τη διάτμηση.

Ωστόσο, έχουν ένα κοινό χαρακτηριστικό:δεν μπορούν να διασταυρωθούν. Ως εκ τούτου, έχουν σημαντική πρακτική σημασία. Ας σκεφτούμε τους ρύπους ή τα θρεπτικά συστατικά που υπάρχουν στο ρεύμα. Εάν δεν μπορούν να διασχίσουν το LCS, θα συγκεντρωθούν είτε στο κεντρικό κανάλι είτε στις πλημμυρικές πεδιάδες για μεγάλο χρονικό διάστημα και με πιθανές αρνητικές συνέπειες στο περιβάλλον. Ας ακολουθήσουμε, λοιπόν, την πρόταση του Davies και ας βρούμε αρκετό χρόνο για να εκτιμήσουμε τις ροές στο φως της ημέρας!

Αυτά τα ευρήματα περιγράφονται στο άρθρο με τίτλο Shear and shearless Lagrangian structures in compound channels, που δημοσιεύτηκε πρόσφατα στο περιοδικό Advances in Water Resources. Αυτή η εργασία διεξήχθη από τους Francesco Enrile, G. Besio, A. Stocchino από το Università degli Studi di Genova, Ιταλία.