Общие сведения о структуре речного русла

Введение

Атмосферные осадки стекают по склонам в виде временных потоков, накапливаются в углублениях рельефа, питают подземные воды при просачивании в почвы и грунты, образуют скопления льда и снега. Временные потоки, сливаясь вместе, дают начало постоянным потокам – сначала ручьям, малым рекам, а затем средним и большим рекам. В этом модуле вы рассмотрите формирование рек, основные элементы рек, типы профилей.

СХЕМА ИЗУЧЕНИЯ НОВОГО МАТЕРИАЛА

Реки и их формирование

Вода, поступающая на поверхность земли ввиде осадков или выходящих подземных потоков, собирается в пониже­ниях рельефа и, стекая под действием силы тяжести в направлении понижения местности, образует поверхностные водотоки.

Атмосферные осадки и источники грунтовой воды не сразу со­здают большие реки. Вода сначала собирается в отдельные струйки, затем в ручьи, а последние, постепенно соединяясь, образуют реки. Река принимает в себя притоки и постепенно увеличи­вается вниз по течению. В полярных странах и высокогорных районах имеются реки, которые создаются тающими ледниками. На­чало многих рек лежит в болотных массивах. Нередки случаи, когда река начинается из озера. В этом случае река уже в начале может иметь весьма большие размеры. Например, р. Нева, выте­кающая из Ладожского озера крупным потоком, существенно не изменяется до самого устья. Поверхностные водотоки в зависимо­сти от их величины и физико-географических условий, в которых они протекают, могут быть постоянно или периодически действую­щими. Система постоянно и временно действующих водотоков и озер образует гидрографическую сеть поверхности суши. К гидрографической сети не относятся многочисленные небольшие струйки воды, временно образующиеся в период таяния снега или выпадения жидких осадков, а также временные скопления воды, возникающие в небольших многочисленных понижениях местности.Когда рассматривается система постоянно и временно дейст­вующих водотоков, применяется термин русловая сеть. Часть русловой сети, включающая достаточно крупные, преимущественно |постоянные русловые потоки, объединяется понятием речной сети.

Приведенные определения не имеют строгих количественных критериев ипотому в известной мере условны. Иногда принимают, что состав русловой сети может быть охарактеризован водотоками, показанными на крупномасштабных топографических картах.

В строении гидрографической (русловой) сети можно выделить следующие основные звенья, последовательно сменяющиеся от верховьев вниз по течению: ложбины, лощины, суходолы, речные долины. Процесс формирования основных элементов (размеров, глубины вреза, крутизны склонов) этих звеньев речной сети совер­шался длительное время; современная эрозия продолжает эту работу, образуя промоины, рвы и овраги в дне этих звеньев и на их склонах.

Ложбина — верхнее (по течению) звено гидрографической сети, представляет собой слабовыраженную, вытянутую впадину водно-эрозионного происхождения с пологими, обычно задернованными склонами и ровным, вогнутым, наклонным дном. Ложбина развивается обычно при площади водосборов 10—15 га в слаборазчлененных районах и при 50 га — всильнорасчлененных районах Ев­ропейской территории СССР.

Лощина — следующее за ложбиной звено гидрографической

сети, отличающееся от ложбины большей глубиной вреза, большей высотой и крутизной склонов ипоявлением форм донного и бере­гового размыва или ветвистого русла. Лощины отводят воду с пло­щади от 10—15 га до 10—15 км² в слаборасчлененных районах

и от 50 га до нескольких квадратных километров в сильно расчле­ненных районах.

Суходол— преддолинноенижнее звено гидрографической сети без постоянного водотока; характеризуется асимметрией склонов и наличием извилистого русла временного потока. В условиях сильно расчлененного рельефа суходолы развиваются при площади водосбора 10—15 км², в слаборасчлененных — 20—25 км².

Долина — наиболее полно разработанное деятельностью воды звено гидрографической сети, характеризующееся большой протя­женностью, измеряемой десятками, сотнями и тысячами километ­ров и наличием постоянного потока (речные долины).

Схема основных звеньев гидрографической сети представлена на рис. 1.

Речная сеть в соответствии с характером направления наклона земной поверхности распределяется между отдельными главными водными артериями, впадающими вокеаны, моря, бессточные озера или заканчивающимися в безводных пространствах пустынь. Совокупность рек, впадающих в рассматриваемую главную реку,вместе с главной рекой называется речной системой.

Речная система включает в себя одну главную реку, ряд притоков главной реки, притоки этих притоковит. д. Реки, непосредственно впадающие в главную реку, называются притоками первого порядка. Притоками второго порядка по отношению к главной реке называются реки, впадающие в притоки первого порядка, и т. д. Эта перешедшая в гидрологию из физической географии классификация притоков широко применяется ив настоящее время при гид­рографических описаниях. Однако при такой классификации в один класс попадают как мелкие притоки главной реки, так икрупные водные артерии.В том случае, когда необходимо установить какие-либо законо­мерности развития гидрографической сети, например число притоков различного класса на разных площадях водосборов, такая классификация, объединяющая в одни группы разнородные элементы гидрографической сети, оказывается непригодной.

В таких исследованиях,по предложению Р. Е. Хортона, применяется иная классификация притоков. В этой классификации самые

.

Рис. 1. Схема основных звеньев гидрографической сети

I — основные звенья сети; II — поперечные профили

малые, неразветвленные притоки относятся к первому порядку (классу); следующие, принимающие в себя притоки первого порядка,— ко второму порядку; реки, принимающие притоки первого и второго порядка, относятся к притокам третьего порядка и т. д. вплоть до главной реки, которую относят к самому высшему по­рядку, характеризующему одновременно порядок всей системы.

По этой классификации Днепр выше устья р. Днепреца будет иметь третий класс, ниже устья р. Немощеной — четвертый, у г. Дорогобужа— пятый, ниже устья р. Вопи — шестой, ниже устья р. Сожа — седьмой и ниже устья р. Припяти — восьмой.

Структура речнойсети характеризуется данными, приведенными на рис.2.

Рис. 2. Структура иморфологическиехарактеристики речнойсети

a — схема речнойсистемы; б — зависимость относительной глубины {h/B) от порядка потока (N) и среднего годового расхода (Q_г). I—VIII — порядки естественных потоков.

Исток и устье реки. Основные виды устьев. Устьевые об­ласти

Место начала реки называется истоком. Начало река может получить из ручьев и ключей, ледника, озера или болота. Когда река образуется от слияния двух рек, место слияния является нача­лом этой реки, однако за исток ее следует принимать место начала более длинной из двух слившихся рек. В этом случае можно разли­чать гидрографическую длину реки, т. е. длину от наиболее удален­ного истока, и длину реки данного названия. Очевидно, что условия стока воды в реке и, в частности, время перемещения воды от истока до устья иди какого-либо другого пункта зависит от гидро­графической длины реки. Поэтому при анализе условий стока при­нимается во внимание гидрографическая длина реки.

При определении длины реки по карте необходимо, прежде всего, установить признаки выделения истока и устья,

В том случае, когда река образуется слиянием двух рек без названия, за истокреки принимается исток водотока большей длины, а при одинаковом их протяжении - исток левой составляющей.

При образовании реки в результате слияния двух рек, имеющих самостоятельные названия, за начало этой реки принимается место слияния образовавших ее рек.

Так, например, началом р. Северной Двины является место слияния рек Сухоны и Юга, р. Амура — слияние рек Шилки и Аргуни. Однако за исток рек в таких случаях, как и в случае слияния двух рек без названия, следует принимать исток водотока большей длины.

Впадая в другую реку, озеро или море, река образует устье. Если река впадает в реку, озеро или море двумя рукавами, за устье принимается устье более крупного рукава. При наличии дельты за устье принимается устье основного рукава. Если река оканчивается оросительным веером,за устье принимается место разветвления реки на оросительные каналы,

В отдельных случаях вследствие сильного испарения или про­сачивания в почву вся вода теряется и не доходит до моря, озера или другой реки. Указанное окончание реки иногда называется слепым концом. Кроме истока и устья, на сравнительно крупных реках выделяют участки верхнего, среднего и нижнего течения. Для указанного разграничения общего протяжения реки на участкине существует твердо установленных условий. Это деление про­изводится с учетом изменения вниз по течению реки рельефа мест­ности, скоростей течения, водности потока и других его характеристик.

В устьях рек возникают своеобразные процессы, связанные с от­ложением выносимых рекой наносов и взаимодействием вод впадающей реки и водоема, их принимающего (река, озеро, море).

При впадении в море или озеро река часто отлагает значитель­ное количество наносов и в этом случае создает многорукавное устье, называемое дельтой. Чем меньше несет река наносов, тем слабее выражены дельтовые формы. Приливы, отливы и морские течения затрудняют образование дельт. В этих случаях река часто вливается в море одним широким руслом, образуя губу, или эстуарий.

Особой формой эстуариев являются лиманы, представляющие собой затопленную морем устьевую часть долины. Образование лиманов происходит при опусканиях береговой полосы. Лиманы со­храняют характерную извилистость речной долины. В отличие от лимана, участок моря, примыкающий к морскому берегу и отде­ленный от основного морского пространства косой, называется лагуной.

Таким образом, лиман представляет собой как бы часть реки, лагуна же является частью моря, примыкающей к устью реки.

Наносы, выносимые реками в море, откладываясь за пределами устья, образуют мелководное взморье — бар.

В конце нижнего течения реки при впадении ее в море и в пределах прибрежной части моря образуется переходная зона. На про­тяжении этой зоны под влиянием моря режим реки существенно изменяется; скорости течения уменьшаются, в реку проникают приливо-отливные течения, происходит смешение речной и морской воды, ширина реки резко возрастает и образуется дельта или эстуарий.

В свою очередь прибрежная часть моря, непосредственно прилегающая к устью реки, испытывает влияние впадающей реки. Это влияние сказывается в понижении солености морской воды, в распределении глубин, течений и изменении других характеристик гидрологического режима. Указанная переходная зона называется устьевой областью. В пределах этой области в свою очередь различают предустьевое взморье и приморский Рис.3. Районирование морского устья реки участок реки (рис.3)

Приморский участок реки делится на предустьевой и устьевой участки. Предустьевой участок реки имеет речной режим, только временами нарушаемый сгонно-нагонными и приливо-отливными явлениями. Его верхний створ находится на границе проникновения этих явлений, нижний — в месте разделенияреки на рукава, а при однорукавных устьях и эстуариях— в сечении, где постоянно наблюдается смешение реч­ной и морской воды.

Устьевой участок реки простирается от нижнего створа предустьевого участка до предустьевого взморья. По ширине устьевой участок ограничива­ется коренными берегами долины, а если они нечетко выражены, то линией наибольшего разлива в половодье.

Предустьевое взморье занимает пространство от нижней гра­ницы устьевого участка до зоны, дальше которой влияние реки па морской режим уже не прослеживается.

Общие сведения о структуре речного русла

Руслом называется часть дна долины, по которой осуществляется сток воды. Так как количество воды, протекающей в реке, подвержено существенным колебаниям, то и размер русла является величиной переменной, увеличиваясь в периоды интенсивного поступления воды, например во время таяния снежных запасов или в период интенсивных дождей.

Часть русла, по которой осуществляется сток в период низких (меженных) вод, называется коренным, или меженным, руслом. Часть долины реки, покрывающаяся речной водой периодически, во время интенсивного поступления воды, носит название пойменного русла.

Под влиянием работы потока, перемывающего грунты долины, русла равнинных рек при всем разнообразии их размеров и особенностей рельефа приобретают некоторые общие черты.

В плане русла рек имеют, как правило, извилистую форму. Извилины речного русла возникают или вследствие размывающей деятельности потока, формирующего свое русло в пределах широкого дна долины, или вследствие приспособления потока к извилинам долины, нередко возникшим вне связи е размывающей деятельностью потока. Извилистость, возникающая в первом случае, может быть названа гидрографической, а во втором — орографической.

Орографическая извилистость характерна для рек, текущих в трудно размываемых породах, в районах, где легкоразмываемый материал уже вынесен. В этих условиях извилистая форма русла обусловлена не деятельностью потока, а наличием местных препятствий в форме трудно поддающихся размыву участков дна долины. Орографическая извилистость хорошо выражена на участке р. Днепра от устья р. Большого Вопца до г. Могилева, на котором река прорезает Смоленско-Московскую гряду; встречается в верхнем и среднем течении рек Оки и Дона, на Днестре, Унже, Вишире, Чусовой, Каме, Урале, Соже и др., обычно на участках с выходом трудно размываемых пород.

Формирование извилин под влиянием размывающей деятельности потока в пределах дна долины называется процессом меандрирования.

Процесс меандрирования сводится к изменению плановых очертаний русла в форме развития плавно изогнутых извилин. При этом река может в течение длительного периода времени перемещать свое русло, сохраняя синусоидальную извилистость, или формировать хорошо выраженные петли самых разнообразных очертаний, завершая их развитие прорывом перешейка. При меандрировании часть дна долины подвергается непрерывной переработке, в результате формируется пойма со староречьями, часто с характерным гривистым рельефом.

В начале развития гидрологии всякая равнинная река, образующая хорошо выраженные, иногда петлеобразные извилины, называлась меандрирующей рекой по аналогии с р. Меандр (Турция), для которой характерно сильно извилистое очертание. В действительности понятие меандрирующей реки не является тождественным понятию извилистой равнинной реки. Под меандрированием следует понимать не факт наличия извилин в плановом очертании русла, а определенный процесс, заключающийся в развитии извилин реки, их сползании или прорывах с образованием стариц, проток и других русловых форм. Этот процесс наиболее интенсивно развивается в условиях несовпадения орографической и гидрографической извилистости (рис. 73).

Помимо четко выраженных извилин, речное русло в процессе его развития может разветвляться на рукава с образованием островов или при неустойчивых грунтах быстро перемещаться по дну долины с частым обрушением берегов на участках значительной протяженности.

Русла, разветвляющиеся на рукава, называются руслами разбросанного типа, а быстро перемещающиеся по дну долины — блуждающими; явление обрушения берегов русел блуждающего типа называется иногда дейгиш.

Более детально условия возникновения различных форм русел и перемещения речных извилин рассмотрены в п. 5.19.

Вне зависимости от того, какие Окончательные формы принимает речное русло, во всех случаях характерным является значительное преобладание извилистых участков над прямолинейными. Объясняется это тем, что извилистая форма является наиболее устойчивой для рек, протекающих в сравнительно легко размываемых грунтах.

Действительно, допустим, что искусственно создан поток (канал) прямолинейного очертания в однородном грунте и под влиянием какой-либо случайной причины этот поток в каком-то месте несколько отклонился от прямолинейного направления. Рассмотрим, будет ли поток стремиться возвратиться к первоначальному Прямолинейному направлению или, наоборот, отклонится от него еще больше. Очевидно, что удар струй в первоначальной небольшой вогнутость будет увеличивать эту вогнутость, размывая берег, откладывая продукт размыва непосредственно ниже этой вогнутости, где течение, отклонившееся к противоположному берегу, будет слабее. В местах отложения наносов возникает выпуклость берега. Развитие извилин, увеличение кривизны русла в плане увеличивает силу удара струй о вогнутый берег, что в свою очередь способствует дальнейшему увеличению кривизны. Таким образом, раз возникнув, этот процесс будет продолжаться непрерывно, пока все протяжение реки не примет извилистую форму.

Рис. 4. Пример несовпадения орографической и гидрографической извилистости

(свободное меандрирование)