Zur Geometrie von Wellenrippeln in Sanden unterschiedlicher Korngröße

Zusammenfassung

Im seewärtigen Mündungsbereich einer Gezeitenlagune an der Nordküste der Bretagne bewirken Tideströmungen und Seegang, räumlich und zeitlich rasch wechselnd, das Auftreten heterogener Sandgemische. Die diesen Sedimenten durch Wellen aufgeprägten Sedimentstrukturen regten zu Experimenten im Wellenkanal an.

ıterschiedlich zusammengesetzte, in diesem Fall künstlich bimodale Sande wurden jeweils für längere Zeit monochromatischen Flachwasserwellen ausgesetzt, die ihrerseits in Wellenlänge, Höhe und Periode variiert wurden. Die Beobachtungen und Messungen umfaßten die charakteristischen wellendynamischen Größen und die resultierenden Sedimentstrukturen, vor allem Sandrippeln und übergeordnete Sandriffe. Einige wesentliche Zusammenhänge zwischen Wellen, Sedimentzusammensetzung und Morphologie werden beschrieben und graphisch dargestellt. Mit zunehmendem Grobsandanteil in den Sandmischungen geht die allgemein bekannte Vergrößerung der Strukturen einher, und es verringert sich die Symmetrie der Oszillationsrippeln. Eine Abhängigkeit der Variabilität der Strukturhöhe von der Sandzusammensetzung deutet sich an. Es wird beobachtet, daß selbst ausgeprägte Bimodalität der Sedimente sich in der Morphologie der Sedimentstrukturen nicht oder nur geringfügig niederschlägt, daß aber auch radikale Entmischungen der Ausgangssedimente nicht ohne weiteres erfolgen. Der Meßbereich der eigenen Experimente wird Feld- und Laborbeobachtungen anderer Autoren gegenübergestellt.

Abstract

Field research of wave generated bed forms within complex sediment size distributions near the inlet of a tidal lagoon at the northern coast of Brittany has stimulated an experimental study in a laboratory wave tank. Several sediment mixtures, most of them with bimodal grain size distributions, were exposed to different monochromatic shallow water waves. The observations and measurements included the dynamics of the water waves and the generation, shape, and size of oscillatory bed forms. The experiments confirm the known relationship between grain size and ripple size. In addition it is shown that coarse sand, added to a preexisting fine bed material leads to an increasing asymmetry of ripples. There is some suggestion that the variability of ripple heights is reduced by higher contents of coarse sand. Bimodal sediment size distributions obviously do not cause unusual geometry of ripples — at least within the range of the experimental tests. The different sand size modes move together in one phase, forming structures with more or less homogeniously distributed bed material. Differentiation of sediment sorting does of course occur, but this is in the range of the whole test section. Finally the experiments allowed to test the validity of some wave formulas. The own experiments are compared with some results from field and laboratory studies of other authors.

Résumé

Les courants de marée et les aller et venues de la mer dans l'embouchure marine d'une lagune sur la cÔte nord de la Bretagne, déterminent, en raison de leurs changements rapides dans le temps et l'espace, l'existence de mélanges sableux hétérogènes. Les structures sédimentaires qui sont ainsi imprimées par les vagues à ces sédiments peuvent faire l'objet d'une expérimentation dans un canal approprié.

Des sables de composition bimodale, constitués artificiellement, furent exposés à l'action de vagues d'eau peu profonde, monochromatiques, pendant un temps assez long, qui, de leur cÔté, variaient quant à leur longueur d'onde, leur hauteur et leur périodicité. Les observations et les mesures portèrent sur les grandeurs caractérisant la dynamique des vagues et sur les structures sédimentaires en résultant, et avant tout, sur les rides et crÊtes sableuses. Vient ainsi la description et la figuration graphique de quelques corrélations essentielles existant entre les vagues, la composition sédimentaire et la morphologie, avec en vue principalement les grandeurs mesurables pour l'activité géologique. Avec la croissance dans le sable de la fraction grossière, va de pair la dimension croissante, bien connue, des structures, et diminution de la symétrie des rides d'oscillation. Il s'en dégage la dépendance de la variabilité dans la hauteur des structures avec la composition du sable. Il apparaÎt que la bimodalité, mÊme bien marquée, des sédiments ne se répercute pas, ou que très peu, dans la morphologie, mais qu'il ne se produit pas non plus une déstructuration radicale du sédiment de départ.

кРАткОЕ сОДЕРжАНИЕ

В ОБРАЩЕННОМ к МОРУ УЧ АсткЕ Устьь В лАгУНЕ с ЕВЕРНОгО пОБЕРЕжьь БРЕтОНИИ, О БРАЧОВАННОИ пРИлИВАМИ-ОтлИВАМИ, О тМЕЧАУтсь ОЧЕНь гЕтЕ РОгЕННыЕ сМЕсИ пЕскОВ, ОБРАжОВ АННыЕ пРИБОЕМ И пРИлИВАМИ-О тлИВАМИ, сМЕНьУЩИМИс ь БыстРО ВО ВРЕМЕНИ И пРОстРАНст ВЕ.

ЁтИ ОсАДОЧНыЕ ОтлОжЕ НИь, пРОьВльУЩИЕ слЕД ы ВОжДЕИстВИь ВОлН, пОБ УДИлИ пРОНЕстИ НА ДАННОМ УЧАсткЕ Опы ты. ИскУсстВЕННО сОстАВ лЕННыЕ БИМОДАльНыЕ с МЕсИ пЕскОВ РАжлИЧНОгО сОстАВА п ОДВЕРгАлИ ВОжДЕИстВИУ МОНОхРО МАтИЧЕскИх ВОлН НА МЕ лкОВОДьЕ В тЕЧЕНИЕ пРОДОлжИтЕл ьНОгО ВРЕМЕНИ, пРИЧЕМ ВАРИИ РОВАлИ, кАк ДлИНУ ВОлН, тАк И Их ВысОты И пЕРИОД. НАБлУ ДЕНИь И ИжМЕНЕНИь ОхВАтИлИ хАРАктЕРНыЕ жНАЧЕНИ ь ДИНАМИкИ ВОлН И ВытЕкАУЩУУ Отс УДА стРУктУРУ ОсАДОЧНых ОтлОжЕНИИ, пРЕжДЕ ВсЕ гО слЕДы РьБИ И пЕсЧАНыЕ ОтМЕл И. ВЕлИЧИНы, ВАжНыЕ Дль ИжМЕНЕНИИ пРИ УЧЕтЕ гЕОлОгИЧЕс кОгО ВОжДЕИстВИь, ОпИсАНы И пРЕДстАВлЕНы гРАФИЧЕскИ. пАРАллЕл ьНО с УВЕлИЧЕНИЕМ кОл ИЧЕстВА БОлЕЕ кРУпНых жЕРcН В с МcсИ пЕскОВ ИДЕт И УВЕлИЧЕНИЕ РЕж УльтИРУУЩИх стРУктУ Р И сглАжИВАЕтсь сИММЕт РИь ОсцИлльцИОННых жНАкОВ РьБИ. НАМЕЧАЕт сь жАВИсИМОсть кОлЕБ АНИь ВысОты стРУктУР От сОстАВА п ЕскОВ. ОтМЕЧЕНО, ЧтО ДАжЕ ьсНО ВыРАжЕН НыЕ БИМОДЕльНыЕ сМЕс И ОсАДкОВ НЕ тОлькО ОЧЕНь НЕжНАЧИ тЕльНО, ИлИ сОВсЕМ НЕ пРОьВль Утсь В стРУктУРЕ ОсАД ОЧНых ОтлОжЕНИИ, НО И НЕ пРОь ВльУт ьВНОгО РАжДЕлЕНИь Ис хОДНОгО МАтЕРИАлА пО ВЕлИЧИНЕ жЕРЕН.