5.10: Дренажні мережі

Вступ

З огляду на ділянку землі, на якій випадає дощ, завжди є потоки, навіть якщо вони тільки ефемерні. Вся площа може бути розподілена вичерпно і взаємно виключно на підзони, такі, що кожна підобласть є областю дренажу одного потоку (рис. 5-42). Такі ділянки називаються дренажними басейнами або вододілами або водосборами цих потоків. Деякі речі про дренажні басейни ви дізналися в попередньому розділі про рельєф. Нагадаємо з глави 3, що межі між сусідніми водостічними басейнами називаються ділами. Просто подумайте про те, щоб стояти, перетинаючи поділ і налийте склянку води з однієї руки в один дренажний басейн, а з іншого - в інший дренажний басейн. Тут акцент робиться на мережу потоків в дренажному басейні. Дренажна мережа дренажного басейну - це збір всіх каналів в даному дренажному басейні: основного потоку, часто званого магістральним потоком, і всіх приток, а також приток приток і так далі.

Малюнок 5-42. Дренажні мережі і дренажні басейни.

Дренажні візерунки

Під дренажною схемою я маю на увазі просторові відносини окремих потоків у дренажному басейні. Схема дренажу є відображенням декількох факторів:

• стадія розвитку
• початковий ухил
• твердість породи
• структура гірських порід
• недавній тектонізм

Схема кожної з дренажних мереж, показана на малюнку 5-41, - це те, що ви очікуєте побачити в регіоні, який лежить в основі досить однорідних матеріалів - тобто матеріалів, які приблизно однакові за своїми характеристиками, зокрема їх сприйнятливість до ерозії, з місця на місце.

Оскільки ділянка реагує на денудацію (під денудацією я маю на увазі зниження поверхні землі шляхом вивітрювання, ерозії та видалення результуючого реголіту) таким чином, що відображає основну геологію, ви можете багато чого розповісти про геологію місцевості, подивившись на карту схема дренажу. Ось деякі загальні схеми дренажу (рис. 5-43), з кількома словами про елементи керування породою:

Дендритні. Ця картина, на сьогоднішній день найпоширеніша, передбачає нерегулярне розгалуження притокових потоків у багатьох напрямках і майже під будь-яким кутом, хоча зазвичай менше 90°. Дендритний малюнок розвивається на породах рівномірного опору, і без структурного контролю. Його найімовірніше можна зустріти на плоских осадових породах або масивних магматичних породах. Дренажні мережі, показані на малюнку 5-41, можна охарактеризувати як дендритні.

Решітка. Система субпаралельних потоків, зазвичай вирівняні вздовж удару скельних утворень або між паралельними або майже паралельними топографічними ознаками, відкладеними вітром або льодом. Основні потоки часто роблять майже прямокутні вигини, щоб перетнути основні хребти. Первинні притокові потоки зазвичай знаходяться під прямим кутом до основного потоку, а вторинні притоки зазвичай самі знаходяться під прямим кутом до первинних приток, т. Е. Візерунки шпалер найбільш поширені в складчастих гірських поясах, таких як Аппалачі, де чергуються складені слабкі та сильні шари були усічені струменем ерозії.

Прямокутні. Як основний потік, так і його притоки демонструють прямокутні вигини. Це відображає контроль, що чиниться спільними або несправними системами. Там, де суглоб або системи розлому перетинаються під гострими кутами, розвивається кутовий малюнок.

Малюнок 5-43. Поширені схеми дренажу.

Деякі інші візерунки (рис. 5-44) зустрічаються рідше:

• Доцентрові. Дренажні лінії сходяться в центральне поглиблення, як воронка, кратер або інший басейн.
• Радіальні. Потоки розходяться від центрального піднесеного тракту: куполи, вулканічні конуси, ізольовані конічні пагорби.
• Паралельний. Знайдено, де існує сильний контроль нахилу, що призводить до регулярного відстані паралельних або майже паралельних потоків.
• Кутові. Навколо зріло розсічені куполи, які мають чергуються пояси міцних і слабких порід навколо них.

Малюнок 5-44. Інші, менш поширені схеми дренажу.

РОЗШИРЕНА ТЕМА: ФЛЮВІАЛЬНА МОРФОМЕТРІЯ

Флювіальна морфометрія - термін, який використовується для опису аналізу топологічних характеристик дренажних мереж.

Ось деякі речі, які ви можете виміряти щодо дренажної мережі:

• конфігураційні або топологічні властивості

• лінійні властивості: аналіз розгалуженої системи одновимірних кривих в плані.

• ареальні властивості: аналіз площ водостічних басейнів, знову ж таки в плані.

• властивості рельєфу: аналіз ухилу каналів або дренажних ділянок.

Кожне з цих властивостей піддавалося широкому вивченню методами, розглянутими нижче. Ми розглянемо тільки перший тут.

Для початку нам потрібно визначитися з поняттям порядку потоку. Для цього подивіться на представницьку дренажну мережу та сконцентруйтеся на її топології. Потоково-канальну мережу можна поділити на сегменти, що лежать між злиттями, разом з потоками пальців, що лежать вище за течією будь-яких злиття (рис. 5-45). Можна розробити ієрархію порядків потоків, засновану на притокових зв'язках каналів, наступним чином.

Малюнок 5-45. Приклад потокових замовлень.

Конвенція полягає в тому, що канали кінчиків пальців (ті, у яких немає приток) називаються потоками першого порядку. З'єднання двох потоків першого порядку створює потік другого порядку, а з'єднання двох потоків другого порядку створює потік третього порядку тощо. Інша умова полягає в тому, що з'єднання потоку заданого порядку з потоком нижчого порядку не змінює порядок потоку вищого порядку. Стовбур потоку дренажного басейну - той, яким насправді визначається даний дренажний басейн, вибираючи задану точку на цьому потоці - є потоком найвищого порядку, пов'язаним з цим дренажним басейном.

Різні відносини між порядком потоку та довжиною, площею та кількістю властивостей дренажних басейнів стали відомими як закони Хортона. Закон Хортона про потокові замовлення стверджує, що

Числа потоків різного порядку в даному дренажному басейні мають тенденцію до наближення зворотного геометричного ряду, в якому перший член є одиницею, а відношення - коефіцієнтом біфуркації.

(Коефіцієнт біфуркації - це відношення кількості потоків заданого порядку до кількості потоків наступного найвищого порядку.) За характером геометричного ряду це означає, що при побудові логарифма кількості потоків заданого порядку проти порядку потоку ви прагнете отримати пряму лінію (рис. 3-46). Графіки такого роду називаються діаграмами Хортона. Більшість кривих на діаграмах Хортона, як правило, трохи увігнуті вгору, а не є прямою лінією. Аналіз всіх опублікованих досліджень показує, що це сильна тенденція. Існують аналогічні закони і для інших характеристик дренажної мережі: довжини відрізків потоку між впаданнями, і дренажних ділянок відрізків струмка.

Малюнок 5-46. Ділянка логарифма кількості потоків заданого порядку проти порядку потоку, для даного дренажного басейну.

Важливим зауваженням є те, що закон Хортона діє майже для всіх вододілів, які були вивчені, у всіх видах районів, з усіма видами клімату та типами порід. Хоча, здається, є деякі відхилення, спричинені відсутністю ізотропії та однорідності структури та складу породи, закон чисел потоків в цілому досить нечутливий до такого геологічного контролю. Це говорить про те, що повинна бути якась дуже загальна основна причина.

Ще одне цікаве спостереження полягає в тому, що коефіцієнт біфуркації також здається нечутливим до геологічного контролю, а також до клімату. Теоретично можна показати, що коефіцієнт біфуркації ніколи не може бути менше 2; це завжди між 3 і 5, і зазвичай близько 4. Він показує лише невеликий діапазон варіацій від регіону до регіону та від навколишнього середовища до навколишнього середовища, за винятком випадків, коли домінують потужні геологічні контролі.

Багато зусиль було витрачено, щоб спробувати інтерпретувати значення закону Хортона про потокові замовлення. Хоча існують інагодниці, широко прийнято вважати, що закон Хортона є проявом випадковості в топологічному розвитку дренажної мережі. У класичній роботі Шреве (1966) показав, що припущення, що всі топологічно відмінні можливості того, як потоки заданого порядку об'єднуються для формування мережі, однаково вірогідні, призводить до характерно злегка увігнутих кривих на діаграмах Хортона.