5.5: Морфологія річок

Малюнки 5-17 і 5-18 є спрощеними проточно-поперечними перерізами через представницьку одноканальну алювіальну річку середніх і великих розмірів. На малюнку 5-17 показана вся долина потоку, а на малюнку 5-18 показані деталі самого русла річки. У наступних параграфах я розповім про різні особливості, показані на цих малюнках діаграми. Я відкладу опис планформних особливостей річки (тобто те, що ви б бачили з повітря, над річкою) на потім.

Малюнок 5-17. Спрощений проточно-поперечний переріз через долину одноканальної річки середнього та великого розміру.

Малюнок 5-18. Спрощений проточно-поперечний переріз через репрезентативне русло річки.

Більшість середніх і великих річок протікають на руслах осаду, які вони відклали і можуть транспортувати знову; в більш пізній частині цієї глави річки такого роду будуть називатися алювіальними річками. Неконсолідований осад в долині річки, що лежить над скельним «підвалом» річки, називають долиною засипки. Його товщина коливається від всього шпону до сотень або навіть тисяч метрів. У випадку річок, що протікають через ділянки земної кори, які зазнали значного та тривалого просідання, заливка долини похована настільки глибоко, що принаймні частково літіфікується, а матеріал переходить до того, що вважалося б «давнім осадовим записом» (термін геологи використовують для осадові породи, які дуже старі за людськими мірками).

Заплава річки - це ділянка низького рельєфу, що прилягає до русла річки, яка затоплена в часи високої річкової стадії. Під час заплави заплава отримує шар дрібного осаду, який осідає з суспензії, коли паводкові води поширюються по заплаві і зменшуються швидкості. Якщо річка не зазнає чистої аградації (див. Нижче про що я маю на увазі під цим), то заплава наростає до рівня, при якому швидкість видалення дрібного осаду ерозією назад в основне русло в періоди низької води досить велика, щоб досягти балансу зі швидкістю додавання дрібного осаду з призупинення під час повеней. Більшість заплав річок сильно рослинні, і, залежно від клімату, часто усіяні мілководними озерами та болотами (званими задніми болотами). Заплави є одними з кращих районів для сільського господарства, оскільки вони постійно отримують свіжі припливи родючого грунту.

Поряд з багатьма річковими руслами знаходяться низькі хребти, звані природними дамбами, утворені осадженням більш дрібної частки зваженого осаду з паводкових вод, що проходять через береги річок, коли річка знаходиться вище стадії повені. Існує переважне осадження, оскільки паводкові води сповільнюються, коли вони залишають потік основного каналу.

Саме русло річки можна охарактеризувати найбільш принципово своєю формою поперечного перерізу і площею поперечного перерізу. Ширина - це відстань, нормальна до місцевої тенденції річки, від берега до берега; очевидно, ширина сильно залежить від стадії річки, а також від середнього розміру річки. Глибина річки варіюється від точки до точки по всій ділянці. Хорошим способом інкапсуляції бічних розмірів річки є задати гідравлічний радіус: відношення площі поперечного перерізу до змоченого периметру при заданому перетині. (Щоб з'ясувати змочений периметр, ви б використали одне з тих дистанційно-вимірювальних коліс, які ви можете взяти напрокат або купити. Почніть біля водної лінії на одному березі і пройдіться прямо через річку до водної лінії на протилежному березі. Чи зможете ви це зробити без підводного дихального спорядження, залежить від глибини річки.) Для дуже широкого каналу з майже прямокутним перетином, з приблизно рівним дном і крутими берегами гідравлічний радіус майже дорівнює глибині потоку. (Ви можете спробувати зрозуміти, що для себе;, це займе деякі ретельні думки і трохи математики.)

Ще одним важливим аспектом геометрії річки є вертикальний профіль. Уявіть, як подорожуєте вгору по річці, відстежуючи дві речі: піднесення русла річки над рівнем моря і відстань карти від гирла річки. Потім побудуйте графік з висотою русла на вертикальній осі та відстанню вгору за течією на горизонтальній осі. Проведіть плавну криву через точки. В результаті виходить те, що називається поздовжнім профілем (або довгим профілем) річки.

Поздовжні профілі більшості річок увігнуті вгору, як показано на малюнку 5-19. Причину зрозуміти нескладно. У напрямку нижче за течією одна притока за іншою приєднується до річки, кожен додаючи скидання. У міру зростання річки збільшується відношення площі поперечного перерізу до змоченого периметру. Оскільки нахил річки значною мірою залежить від відносної величини рушійної сили тяжіння вниз схилу, на яку впливає весь обсяг річки, і висхідного опору сили тертя, на яку впливає площа русла річки, схил зменшується вниз за течією.

Базовим рівнем річки є піднесення водної поверхні водойми, або світового океану, або озера по течії річки, в яке впадає річка (рис. 3-20). Базовий рівень змінюється з часом: рівні озера коливаються як наслідок коливань опадів у вододілі річки або через те, що вихід озера розмивається вниз, а рівень моря змінюється, з різних причин і часто дуже суттєво, протягом великої різноманітності часових масштабів, починаючи від десятиліть до десятків мільйонів років.

Подумайте, що відбувається з річкою, коли змінюється її базовий рівень. Концепція, яку слід пам'ятати, полягає в тому, що річка має певний рівноважний поздовжній профіль, в тому сенсі, що якщо умови опадів, подачі осадів та базового рівня залишаються постійними, поздовжній профіль залишається однаковим. Якщо на річку накладається інший набір умов, річка відповідно коригує свій поздовжній профіль у напрямку до нової рівноваги.

Малюнок 5-19. Поздовжній профіль річки.

Малюнок 5-20. Базовий рівень річки.

Якщо базовий рівень піднімається, частина осаду, який переноситься річкою до гирла річки, осідає вздовж шляху, щоб підняти русло річки, тим самим встановлюючи новий рівноважний поздовжній профіль. Якщо базовий рівень падає, річка розмиває своє русло, щоб пристосуватися до нового, нижнього профілю рівноваги.

Однак можна сказати більше про те, що відбувається, коли річка розмиває своє русло внаслідок падіння базового рівня. Ерозія не відбувається рівномірно скрізь. Все в той же час, але шляхом поширення вище за течією точки, де змінюється нахил каналу, від більш крутого нижче за течією точки до менш крутого вище за течією точки. Точка зміни ухилу називається точкою (рис. 5-21). Положення knickpoint позначається водоспадом або порогами. Knickpoints повільно мігрують вгору за течією, тим самим розширюючи новий, нижній поздовжній профіль, коли річка їсть свій шлях вгору за течією. Якщо заплава розвинулася в долині річки, стара заплава нижче за течією точки виживає, протягом тривалого часу, як пара терас над новим, нижнім руслом річки Оскільки різниця між старим і новим профілями рівноваги зменшується вище за течією, за інших рівних умов (висот високогір'я у верхів'ях річки дуже консервативні), висота цієї кільцевої точки зменшується в міру мігрування вгору за течією. Часто, якщо базовий рівень різко падає кілька разів протягом деякого тривалого періоду часу, по течії річки присутній більше однієї точки, кожен повільно пробирається вгору за течією.

Малюнок 5-21. Крапка уздовж річкового течії. А) Перспективний вид на долину потоку, показуючи водоспад у точці. (З Торнбері, 1969.) B) Перегляд профілю потоку, в якому knickpoint поширюється вгору за течією. (Змінено з Холмса, 1965.)

Як ви побачите в більш пізньому матеріалі про особливості планування річок, річки не залишаються в одному положенні, а натомість мають тенденцію зміщуватися в бічному напрямку через свої заплави, шляхом ерозії на одному березі та осадження на іншому березі. (Це основна причина, чому в першу чергу є заплави.) Оскільки річка опускає русло у відповідь на падіння базового рівня і в той же час зміщує свій хід вбік, вона розвиває нову заплаву, яка закріпилася нижче рівня старої заплави. В результаті виходить пара річних терас з плоским верхом, по одній по обидва боки річки. Схили на краях сучасної заплави відступають без особливих змін у своїй формі, тому що вони постійно підрізаються уздовж своїх основ, а не зношуються по всій їх поверхні. Іноді існує не один комплект таких терас.