18.1: Система потоку

Last updated
Save as PDF

Page ID: 38230

Michael E. Ritter
University of Wisconsin-Stevens Point via The Physical Environment

\( \newcommand{\vecs}[1]{\overset { \scriptstyle \rightharpoonup} {\mathbf{#1}} } \) \( \newcommand{\vecd}[1]{\overset{-\!-\!\rightharpoonup}{\vphantom{a}\smash {#1}}} \)\(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\)

Основною одиницею дослідження річних процесів є дренажний басейн або вододіл. Дренажний басейн - це частина поверхні Землі, яка містить основний потік і його притоки і обмежений дренажним ділом. Дренажний поділ являє собою межу між сусідніми дренажними басейнами і визначає, в який басейн стікають опади. Немає верхньої або нижньої межі розміру дренажного басейну. Ми можемо розмежувати дренажний басейн річки Міссісіпі як більшу частину району на схід від Скелястих гір. Основним потоком є річка Міссісіпі, а її притоками є річки, такі як Міссурі, Арканзас та Вісконсін, щоб назвати лише деякі з них. Або в більш місцевому масштабі ми можемо розмежувати басейн річки Вовк, знайдений у центрі Вісконсіна.

Малюнок\(\PageIndex{1}\): Дренажний басейн

Потоки всередині дренажного басейну є або багаторічними, або переривчастими в потоці. Багаторічні струмки течуть цілий рік. Базовий стік цих потоків забезпечується за рахунок просочування грунтових вод в русло. Притокові потоки - це невеликі потоки, які входять в основний потік. Притокові потоки, особливо більш дрібні по периферії басейну, є переривчастими. Переривчасті потоки протікають лише у більш вологі пори року. Значна частина їх потоку забезпечується поверхневим стоком і коли рівень води вище в результаті вологих умов. Нагір'я між притоками називається межиріччям.

Малюнок\(\PageIndex{2}\): Басейн річки Міссісіпі (люб'язно NOAA; Джерело)

Знаменитий географ Джон Уеслі Пауелл визнав цінність концепції вододілу в екологічному плануванні. У 1878 році Пауелл опублікував свій Звіт про землі посушливого регіону, в якому пропонується стратегія заселення західних Сполучених Штатів без боротьби за обмежені водні ресурси. Говард Беркс повідомляє «Знання Пауелла про регіон переконало його, що вода, або її відсутність, буде основною і постійною проблемою в експансії Америки на захід». ► Пауелл запропонував організувати поселення навколо води та вододілів, оскільки надмірне використання або забруднення вплине на всіх у вододілі.

Ілюстрація\(\PageIndex{3}\): Вікторія-Ніл, поблизу водоспаду Мерчісон на півночі Уганди. (Люб'язно К. Данн, FAO_17389)

Деякі потоки класифікуються як екзотичні потоки. Екзотичні потоки - це ті, які походять у вологому регіоні, але протікають через посушливий регіон. Такий випадок річок Ніл і Колорадо. Верхів'я річки Ніл знаходиться у вологому Ефіопському нагір'ї і подорожує східною частиною пустелі Сахара на шляху до Середземного моря. Уздовж свого шляху річка втрачає значну кількість води для випаровування. Те ж саме стосується річки Колорадо. З його верхів'ями в Скелястих горах, він тече на південь і захід до південно-західної пустелі Сполучених Штатів. Під час своєї подорожі він втрачає майже половину потоку на випаровування. Колорадо звик текти до океану, на подив цього більше не робить. Причина полягає в тому, що залишок води був відведений для сільського господарства та комунального водокористування.

Дренажні візерунки

Малюнок\(\PageIndex{4}\): Повітряна фотографія, що ілюструє типовий дендритний дренажний візерунок, розроблений в області, що підлягає конгломерату Гіла. Округ Гіла, штат Арізона. (Надано USGS DDS21) Натисніть зображення, щоб збільшити

З часом потокова система досягає певної схеми дренажу до своєї мережі потокових каналів та приток, що визначається місцевими геологічними факторами. Дренажні візерунки або сітки класифікуються на основі їх форми і фактури. Їх форма або малюнок розвивається у відповідь на місцеву топографію та геологію надр. Дренажні канали розвиваються там, де посилюється поверхневий стік, а земляні матеріали забезпечують найменшу стійкість до ерозії. Текстура регулюється інфільтрацією грунту, а обсяг води, наявної в даний період часу, щоб потрапити на поверхню. Якщо грунт має лише помірну інфільтраційну здатність і невелика кількість опадів потрапляє на поверхню протягом певного періоду часу, вода, швидше за все, просочиться, а не випаровується. Якщо велика кількість води вдарить об поверхню, то більше води буде випаровуватися, просочуватися в поверхню, або водойми на рівному грунті. На похилих поверхнях цей надлишок води буде стікати. Менше дренажних каналів буде розвиватися там, де поверхня рівна, а інфільтрація ґрунту висока, оскільки вода вбереться в поверхню. Чим менше кількість каналів, тим грубіше буде схема дренажу.

Малюнок\(\PageIndex{5}\): Дендритний дренажний візерунок

Дендритний дренажний малюнок є найпоширенішою формою і виглядає як розгалужений малюнок коренів дерев. Розвивається в регіонах, підкладених однорідним матеріалом. Тобто геологія надр має подібну стійкість до атмосферних впливів, тому немає явного контролю над напрямком, який приймають притоки. Притоки, що з'єднують більші потоки під гострим кутом (менше 90 градусів).

Малюнок\(\PageIndex{6}\): Паралельний дренажний малюнок

Паралельні дренажні візерунки утворюються там, де є яскраво виражений ухил до поверхні. Паралельний малюнок також розвивається в регіонах паралельних, витягнутих форм рельєфу, таких як відсікання стійких гірських смуг. Притокові потоки, як правило, розтягуються паралельно, слідуючи нахилу поверхні. Паралельний малюнок іноді вказує на наявність великої несправності, яка розрізається на ділянці круто складеної породи. Всі форми переходів можуть зустрічатися між паралельними, дендритними і шпалерними візерунками.

Малюнок\(\PageIndex{7}\): Дренажний візерунок решітки

Шпалерні дренажні візерунки схожі на їх тезку, звичайну садову шпалеру. Дренаж шпалер розвивається в складчастому рельєфі, подібному до тієї, що зустрічається в Аппалачських горах Північної Америки. Повернуті вниз складки, звані синклінами, утворюють долини, в яких знаходиться основний канал потоку. Короткі притокові потоки входять в основний канал під гострими кутами, коли вони йдуть вниз по сторонам паралельних хребтів, які називаються антиклінами. Притоки приєднуються до основного потоку під майже прямим кутом.

Малюнок\(\PageIndex{8}\): Прямокутний дренажний шаблон

Прямокутна схема дренажу зустрічається в регіонах, які зазнали несправності. Потоки йдуть по шляху найменшого опору і при цьому концентруються в місцях оголення гірських порід є найслабшим. Рух поверхні через несправності зміщує напрямок потоку. В результаті притокові потоки роблять різкі вигини і входять в основний потік під високими кутами.

Перегляньте зміщений потік вздовж розлому Сан-Андреас в Google Планета Земля.

Малюнок\(\PageIndex{9}\): Радіальний дренажний шаблон

Радіальний дренажний малюнок розвивається навколо центральної піднесеної точки. Цей візерунок є загальним для таких конічної форми рис, як вулкани. Притокові потоки тягнуться вперед, сягає вгорусхил до вершини вулкана.

Малюнок\(\PageIndex{10}\): Візерунок доцентрового дренажу

Доцентровий дренажний малюнок є якраз протилежним радіальному, оскільки потоки течуть до центрального западини. Ця закономірність характерна для західних та південно-західних частин США, де басейни демонструють внутрішній дренаж. У більш вологі ділянки року ці потоки живлять ефемерні озера, які випаровуються в посушливі періоди. Соляні квартири створюються в цих сухих озерних ліжках, оскільки сіль, розчинена в озерній воді, випадає з розчину і залишається позаду, коли вода випаровується.

Малюнок\(\PageIndex{11}\): Невдалий дренажний візерунок

Незручні або викривлені моделі розвиваються внаслідок порушення вже існуючої дренажної схеми. Малюнок\(\PageIndex{11}\) починався як дендритний малюнок, але був змінений при переповненні льодовиком. Після відступу льодовик залишив після себе дрібнозернистий матеріал, який утворює водно-болотні угіддя та відкладення, які заглушили потік, щоб затримати невелике озеро. Притокові потоки здаються значно більш викривленими, ніж вони були до заледеніння.

Описані вище візерунки є акордантними, або співвідносяться зі структурою і рельєфом, по якому вони протікають. Ті потоки, які незгодні з породами, над якими вони течуть, або попередні, або накладаються. Наприклад, попередні потоки протікали через фундаментні споруди перед підйомом. Повільна гірська споруда дозволила ерозії потоку йти в ногу з підйомом. Таке, здається, має місце для річки Колумбія, яка перетинає Каскадні гори. Потоки на ділянках Аппалачських гір утворилися в більш слабкій скелі, яка через час розмилася. Ці потоки, здається, накладаються на шари гірських порід, які вони в даний час протікають. Камберлендський розрив - це знаменита водна щілина, утворена таким чином, коли вона прорізає складки Аппалачів.