Формування річкової мережі

Ріки, озера, болота, тимчасові водотоки, штучні водоймища (водосховища, пруди) у сукупності створюють гідрографічну мережу території. Річкова мережа, таким чином, є частиною гідрографічної мережі.

Будова річкового басейну, його рельєф, характер гідрографічної мережі, річкових долин і русел (річищ) впливає на процеси стікання опадів і гідрологічний режим рік. Важливу роль відіграють і таки фізико-географічні фактори, як геологічна будова, ґрунтовий та рослинний покрив, зокрема лісистість, озерність, заболоченість та інші.

Сучасна річкова мережа складалась на протязі багатьох тисячоліть. Під час геологічних епох вона відчувала зміни у зв’язку з тектонічними процесами (підняттям та опусканням ділянок земної кори), наступом та відступанням зледенінь, трансгресією та регресією морів, а також в результаті ерозійної діяльності самих водних потоків.

Ці зміни відбуваються і в теперішній час. За свідченням геологів, повільні тектонічні рухи земної кори спостерігаються і в сучасну епоху. В гірських районах коливальні рухи земної кори відбуваються швидше і іноді супроводжуються раптовими вертикальними зміщеннями. В результаті цих явищ змінюється базис ерозії рік і підсилюється перебудова гідрографічної мережі.

Основні контури річкової мережі визначаються первинним рельєфом поверхні, який утворився внаслідок процесів гороутворення та дії древніх зледенінь, але водним потокам притаманна велика жива сила і здатність сильно змінювати поверхню землі. Навіть високі гори на протязі тисяч століть можуть бути повністю стерти з обличчя землі ерозією. Із зміною рельєфу змінюється і структура річкової мережі. Гідрографічна мережа перетворювалась, пристосовуючись до чергування більш стійких і менш стійких гірських порід.

Утворення річкової мережі рівнинних умовах відбувається наступним чином. Під час сильних дощів вода, яка стікає по схилу, по-перше утворює мілкі ерозійні борозни і промоїни, які простягнуті паралельно один одному. Із збільшенням кількості води окремі промоїни можуть з’єднуватись; тоді тальвег їх поглиблюється і промоїна перетворюється в яр або сухоріччя. Якщо яр настільки заглиблюється, що розкриває поверхневий водоносний горизонт підземних вод, то в ньому з’являється постійна течія води навіть під час посухи. З цього місця починається струмок, який відрізняється від ріки малими розмірами та відсутністю в його долині заплави та терас.

Визначеної межи між струмком та малою рікою немає. Багато рік степової частини України ярового походження. Але ріки можуть також починатись з озер, боліт, льодовиків.

В сучасних умовах важливу роль відіграє господарська діяльність людини. Будівництво гребель та каналів, вирубка або, навпаки, посадка лісів, розорення ґрунтів та інші заходи призводять до зміни розмірів повені ті паводків, що тягне за собою збільшення або послаблення ерозійної діяльності потоків та зміни в будові річкової мережі.

Річкова мережа

Головна ріка, яка впадає в приймальне водоймище (море, озеро), і всі водотоки, які збирають в неї воду, складають річкову систему. В річковій системі розрізняють притоки різних порядків (класів). Ріки, які впадають в головну ріку, називають притоками першого порядку: ріки, які впадають в притоки першого порядку – притоками другого порядку і т.д. Чим більше річкова система, тим більше найвищій порядок водотоків. Зрозуміло, що самий високий порядок отримують самі малі і нерозгалужені водотоки системи.

Головна ріка, як правило, має найбільшу довжину і розміри русла і найбільш багатоводна серед рік системи. Однак іноді ці умови не виконуються. Наприклад, р.Ока до злиття з р.Волгою має довжину 1500 км, а Волга – всього 1340 км. Довжина р.Іртиш на 57 км більша довжини р.Обь до місця впадіння Іртиша. Водність р.Ангара більша ніж водність р.Єнісея до місця їх злиття. Це пояснюється історично склавшимися уявленнями про важливість тієї чи іншої ріки.

Недоліком приведеної класифікації є те, що один і той же порядок можуть отримати ріки самих різних розмірів. Наприклад, р.Ока, яка має площу басейна 245 тис.км кв., і р.Керженець з площею басейна 5200 км^: належать до приток першого порядку р.Волга. Зрозуміло, що ці дві ріки значно розрізняються як за гідрологічним режимом, так і за характером русла.

Інший підхід запропонований Р.Хортоном. Найнижчий порядок присвоюється самим малим нерозгалуженим водотокам. Притоками другого порядку будуть ті ріки, в які впадають притоки першого порядку; притоками третього порядку – ріки, які приймають притоки першого і другого порядків і т.д. Головна ріка в цьому випадку отримує вищій порядок.

В цій класифікації рікам приблизно однакових розмірів (однакової довжини та водності) присвоюється один і той же порядок. Однак і вона не без недоліків. Головна ріка зберігає свій порядок на значній відстані, хоча після впадіння декількох крупних приток її водність значно підвищується.

В будові річкових систем за Р.Хортоном є визначені закономірності статистичного характеру.

1. Відношення числа водотоків даного порядку до числа водотоків наступного більш високого порядку більш менш постійно для всіх порядків в даному басейні. Це відношення, за Хортоном, названо коефіцієнтом біфуркації, більше для гірських басейнів, ніж для рівнинних; для плоских та горбистих водозборів воно дорівнює приблизно 2, а для досить перетятих та гористих водозборів – 3-4.

2. Відношення середньої довжини водотоків даного порядку до середньої довжини водотоків більш низького порядку також виявляє визначену сталість.

Рисунок річкової системи

Характер з’єднання приток з головним руслом та їх розташування в річковій системі впливають на тривалість та форму хвилі повені і паводків. В витягнутому басейні з рівномірним розташуванням приток добігання опадів до замикаючого створу більш тривале, і паводок має виположену форму. В округлому басейні з радіально розташованими головними притоками концентрація опадів в головному руслі відбувається скоріше і гідрограф набуває більш гострої форми.

В природі зустрічаються самі різноманітні рисунки річкових систем, але всі їх можна звести до декількох основних типів: а) деревовидна або дендрична форма; б) прямокутна і в) доцентрова.

Деревовидній системі притаманно приєднання приток під гострим кутом до головного русла. Те ж спостерігається і між притоками. Цілий басейн по формі нагадує крону листяного дерева. До цього типу можна віднести ріки Середньо-Руської височини та Полісся. Басейни гірських рік також часто мають древовидну систему.

В прямокутних системах притоки приєднуються до головного русла під прямим кутом, і вся система як би поділяє басейн на прямокутники різних розмірів. В якості прикладу можна навести р.Куру в середній течії та р.Алазані.

Доцентрова система характеризується сходженням приток до центру. Близькими до неї по формі є системи Верхньої Волги, Тереку.

В літературі зустрічаються і інші найменування, які відносяться до різновидностей цих трьох основних типів.

Звивистість та густота річкової мережі

Рікам не притаманна прямолінійна течія – вони завжди звивисті. Звивистість визначається рельєфом місцевості, по який протікає ріка, ступенем податливості гірських порід і ґрунтів, які складають долину і схили русла, а також динамічними властивостями самого потоку. Відомо, що при невеликому відхиленні потоку від прямолінійного кривизна буде підсилюватись під впливом поперечних циркуляцій водних мас. Це питання розглядається в розділі про руслові процеси.

Звивистість ріки на ділянці характеризується відношенням довжини ріки на розглянутій ділянці до довжини прямої, яка з’єднує початок та кінець ділянки. Це відношення називають коефіцієнтом звивистості (К_зв).

Ріка на своєму протязі може мати різну звивистість. Тому першочергово коефіцієнти звивистості вираховуються для окремих ділянок, які мають більш менш загальний напрямок. Для визначення довжини ділянок ріки використовують карту крупного масштабу, але ще краще користуватись аерофотознімками. Особливо це рекомендується робити при визначенні довжини сухорічій та ярів.

Ступінь насиченості території водотоками (обводненість) характеризується коефіцієнтом густоти річкової мережі. Він дорівнює відношенню сумарної довжини всіх водотоків до площі території. Вимірюється в км/км².

Простіше всього його обраховувати таким шляхом: ділити весь басейн ріки на малі рівновеликі квадрати і обраховувати довжину водотоків в кожному квадраті, а потім додавати всі довжини і ділити на площу басейну.

Доцільно цю величину вираховувати окремо для рік і для тимчасових водотоків, тому що при рішенні деяких задач, наприклад при оцінці селенебезпечності в гірських районах або ерозійної діяльності потоків, найбільший інтерес представляють тимчасові водотоки.

Річкова мережа розподілена досить нерівномірно по території. Це зв’язано, головним чином, з різною кількістю опадів, а також з геологічною будовою і грунтово-рослинним покривом.

По території України густота річкової мережі змінюється від нуля в деяких південних районах до 2 км/км² в Карпатах. Зміна густоти річкової мережі простежується в напрямку з північного заходу на південний схід, зменшуючись в кількості. В зоні лісів вона складає 0,40 –0,60 км/км²; в степовій зоні зменшується до 0,30-0,20, а на півдні України та в степовому Криму – до 0,05 км/км².

З підвищенням місцевості в Карпатах та гірському Криму річкова мережа знов густішає до 0,8-1,0 км/км², а в районах, найбільш рясно вкриваємих опадами, в верхів’ях лісового поясу досягає густини 1,5-2,0 км/км² .

З коефіцієнтом густини річкової мережі зв’язано поняття про довжину схилового стікання опадів. Чим рідше річкова мережа, тим більшу відстань повинна подолати вода по поверхні схилу до русла. З зростанням шляху поверхневого стікання зростає витрата схилового стоку, а слід і його ерозійна властивість. Тому ця величина представляє цікавість при вивченні процесів ерозії і яроутворення.

Виток і гирло

Витоком називається місце, де починається ріка; течія тут звичайно спостерігається на протязі всього року, а русло набуває характерні для ріки риси.

Ріка може витікати з озера, болота, починатись від льодовика або виходу ґрунтових вод. В карстових районах та районах розповсюдження тріщинуватих вулканічних лав джерела, що дають початок рікам, можуть мати дебіт, який вимірюється сотнями літрів і навіть кубічними метрами в секунду.

Іноді ріки починаються від злиття двох водотоків з іншими назвами. Наприклад, р.Обь починається від злиття р.Бії з р.Катунню; р.Амур – від злиття р.Шилки і р.Аргуні, але при визначенні повної довжини ріки слід рахувати відстані від витоку найбільш довгого притоку.

Ріки, які витікають з озер, мають чітко виражений виток. До них належать р.р. Ангара, Нева, Св.Лаврентія, яка бере початок з оз.Онтаріо.

В інших витоки виражені неявно. Волга витікає з боліт на Валдайський височині. Влітку болота пересихають і виток Волги відступає.

Витоки рік, які беруть початок в яружній сітці, виявляють тенденцію зміщуватись вгору до вододілу.

Початок льодовикових рік також може зміщуватись в зв’язку з відступанням та наступанням льодовиків. Ріка може витікати з льодовикового гроту або починатись декількома струмками від кінця льодовикового язика.

Місце впадіння ріки в іншу ріку, озеро або море називається його гирлом. Морські гирла досить відрізняються за своєю будовою та гідрологічним режимом від решти частин ріки. Типи морських гирл та особливості їх гідрологічного режиму розглядаються в спеціальному розділі гідрології. На Україні представлені два основні типи гирл: дельта (р.Дунай) та естуарій (Дністер, Дніпро).

Річковий басейн

Територія, з якої вода по поверхні і підземним шляхом (з товщі гірських порід та ґрунтів) стікає в дану ріку, називається її басейном. Басейн обмежений поверхневою та підземною вододільними лініями – вододілами. Поверхневий
вододіл проводиться по найвищим точкам на місцевості і обмежує площу, з якої вода по поверхні стікає в дану ріку. Ця площа називається поверхневим водозбором. Підземний же вододіл обмежує площу розповсюдження ґрунтів, з яких підземні води збираються рікою. Ця площа називається підземним водозбором.

Поверхневий і підземний вододіли іноді не співпадають. Частіше це зустрічається в гірській місцевості внаслідок складного нашарування гірських порід. Тому поверхневий і підземний водозбори можуть бути різними по площі.
В таких випадках величини модуля та шару стоку, вирахувані по площі поверхневого водозбору, можуть також бути різними для двох сусідніх басейнів, які знаходяться в ідентичних кліматичних і фізико-географічних умовах і розрізняються лише за гідрогеологічними умовами.

Однак різниця в величинах модуля стоку, яка обумовлена неспівпадінням поверхневого і підземного вододілів, зменшується з зростанням площі басейну, тому що при цьому мінімізується відносна величина різниці в площах поверхневого і підземного водозборів. Тому при гідрологічних розрахунках звичайно за розмір басейну приймають площу поверхневого водозбору.

При вивченні режиму рік корисними є наступні характеристики вододілу: довжина, коефіцієнт розвитку та середня висота вододілу.

Довжина вододілу визначається за крупномасштабною картою в горизонталях, на який попередньо проводиться вододільна лінія з максимальною точністю. Якщо нас цікавить частина басейну до якого-небудь пункту на ріці (замикаючий створ), то лінія вододілу повинна бути замкнена на цьому пункті.

Коефіцієнтом розвитку вододільної лініїназивається відношення її довжини до довжини кола, який має площу рівну площі басейну F. Якщо позначити довжину вододільної лінії L, довжину кола l, то коефіцієнт розвитку вододільної лінії v буде дорівнювати

v = L/l (2.1)

Морфометричні характеристики басейну

До числа їх відноситься: площа, довжина, середня ширина, середній нахил, середня висота, гіпсографічна крива, графік зміни ширини басейну по довжині ріки і графік зростання площі по довжині ріки.

Площа басейну визначається як площа горизонтальної проекції території, яка обмежена поверхневим вододілом. Знаходиться шляхом планіметрування або за допомогою палетки по карті досить крупного масштабу, на який попередньо проводиться лінія вододілу. Палеткою називається прозора пластинка з сіткою квадратів, площа яких відома в масштабі карти.

У великих річкових басейнах, особливо посушливих областей, можуть знаходитись площі, де опади повністю витрачаються на випаровування або утворюють водотоки, які впадають в безстічні водоймища, з яких вода більшою частиною випаровується. Безстічні території можуть досягати великих розмірів. Наприклад, в Північному Казахстані в басейні р.Тобол до м.Кустаная їх площа складає 16300 км (більше половини площі басейну). Такі площі доцільно виділяти і розглядати окремо.

За довжину басейну приймають відстань по прямій від замикаючого створу або гирла головної ріки до самої віддаленої точки басейну. Зрозуміло, що довжина басейну завжди менше довжини ріки. Якщо басейн вигнутий, то пряма замінюється ломаною, кожний відрізок якої повторює головні вигини русла.

Знаючі площу басейну F та його довжину Lб середню ширину Вб знаходять за виразом:

Bб = F/Lб (2.2)

Фізико- географічні характеристики басейну

Режим рік, крім кліматичних факторів, залежить від фізико-географічних характеристик басейну: географічного положення, рельєфу, геологічної будови, ґрунтів, рослинного покриву, розповсюдження озер і боліт.

Географічне положення визначається координатами широти та довготи місцевості. Крім того, вказується близькість розглядаємої території до морів, океанів, пустель, розташування відносно великих гірських систем. Великі водні простори на шляху пересування повітряних мас будуть сприяти пом’якшенню клімату, підвищенню вологості, а сусідство сухих територій – навпаки, підвищенню його континентальності. Гори здійснюють сильний вплив на переміщення та трансформацію повітряних мас.

Рельєф. Основними характеристиками рельєфу служать орографічна схема, таблиця розподілу площ за висотними зонами та гіпсографічна крива. В описанні повинна бути дана характеристика гірських ланцюгів (їх висота, крутизна схилів), плато та улоговин.

Рельєф рівнинних басейнів описується головним чином з точки зору його впливу на швидкість стікання опадів та витрат води на випаровування та інфільтрацію. Особлива увага приділяється розповсюдженню малих безстічних заглиблень, які затримують талі води та рідкі опади.

Геологічна будова та ґрунтовий покрив. Найбільша увага приділяється таким властивостям ґрунту та порід, як механічний склад, структурність, скважність, вологоємність, водопроникність, які визначають спроможність їх пропускати та накопичувати вологу. Дуже важливі також дані про наявність, глибини залягання та потужність водоносних горизонтів та їх взаємодію з рікою, про кількість і характер джерел. До скельних порід дається характеристика їх тріщинуватості. Важливу гідрологічну роль відіграють карстові явища в басейні.

Багаторічна мерзлота. На півночі і, особливо на північному сході Євразії широко розповсюджена багаторічна мерзлота, яка найбільш сильно впливає на режим рік Лєни, Яни, Колими та ін. При описанні басейнів рік цих районів необхідно привести дані про характер розповсюдження багаторічної мерзлоти (суцільна, з таликами, острівна), потужність мерзлих порід, глибину їх залягання.

Рослинний покрів. Велику роль в формуванні режиму ріки відіграє ліс. Він впливає на кількість опадів, їх витрачання на випаровування, на накопичення снігу, втрати води на інфільтрацію, накопичення підземних вод та швидкість стікання води.

При характеристиці лісу необхідно вказувати склад, щільність та вік його, а також вирахувати так званий коефіцієнт лісистості – відношення площі вкритої лісом до загальної площі басейну.

Для гірських басейнів корисно звернути увагу на розподіл рослинності, особливо лісу, за висотними зонами, а також по схилах різної експозиції. Слід привести дані про площі орних земель та переважаючі культури.

Озерність та заболоченість характеризуються коефіцієнтами, які представляють собою відношення площі озер і болітдо загальної площі басейну.

Ці коефіцієнти або близькі до них відношення широко застосовуються в гідрологічних розрахунках.

Льодовики накопичують тверді опади і підвищують стік в літній період. При характеристиці льодовиків вказується їх положення та площа в басейні, а також відмітки області живлення та кінця льодовикового язика.

Лекція №3 Долина та русло ріки

Формування долини

Сучасні річкові долини формувалися в тектонічних пониженнях або заглибленнях, які пропахались льодовиками. На протязі десятків тисяч років водний потік змінював долину, повздовжній профіль та планові окреслення.

Якщо на протязі довгого часу не відбувається скорих зміщень поверхні землі або базису ерозії (рівня, лімітуючого заглиблення русла), то річка набуває нормального ерозійного циклу. Розміри долини та русла кожної ріки знаходяться у тісному зв’язку з величиною її стоку та гідрологічним режимом.

На ранній стадії ріка інтенсивно розмиває річище і виносить всі наноси, які утворюються при цьому. Русло ріки постійно заглиблюється, долина набуває крутих схилів, а дно її заповнено водою. Там, де потік зустрічає більш тверді породи, утворюються пороги та водоспади. Повздовжній профіль ще не вироблений.

В плані річкова долина характеризується різкими поворотами, які обумовлені первинним рельєфом місцевості та різною піддатливістю грунту до розмивання. Але вже на цій стадії розвитку, на ділянках з малими нахилами та невеликою швидкістю течії, можуть відкладатися наноси і утворюватись алювіальна заплава. Це відбувається попереду виходу порід, що важко розмиваються, створюючи підпор потоку.

В подальшому, з врізанням потоку в гірські породи, повздовжній профіль вирівнюється, але все ще залишається різнорідним. На ділянках з пониженими нахилами посилюється бічна ерозія. Русло розширюється, і окреслення його в плані стають більш плавними, утворюються заплава і осередки.

Поступово річка сягне виробити плавно-увігнутий профіль, при якому потік здатен лише переносити поступаючи зверху наноси, але глибинна ерозія припиняється. На цій стадії річище ріки звивисте і часто розбите на рукави. Наступає стадія старіння ріки.

Формування заплави пов’язано з внутрішньорічним коливанням водності ріки – з проходженням повені і паводків, які несуть велику кількість наносів. Під час високої водності наноси відкладаються в розширених місцях долини, утворюючи побічні. Меженний потік не спроможний їх повністю зруйнувати і прокладає собі шлях серед наносів. В гірських районах зростанню побічнів сприяють виноси приток селевого типу.

Звичайний цикл розвитку долини може порушуватись внаслідок пониження або підвищення базису ерозії, або вертикальних зміщень витоку ріки. При пониженні базису ерозії внаслідок рухів ділянок суходолу або пониженні рівня моря нахил на нижній ділянці збільшується, ріка омолоджується і знову починає заглиблювати своє річище.

Утворення терас в алювіальних відкладах можна уявити собі наступним чином. Першочергово русло знаходилося біля лівого схилу. Внаслідок (блукання) по дну долини та заглиблення воно зміщується до протилежного схилу і опиняється на більш низькому рівні. В подальшому цей процес продовжується і русло займає серединне положення. Ділянки попередніх заплав, які залишилися не розмитими, з одного і з другого схилу перетворюються в тераси.

Природній розвиток річкової долини може порушуватись внаслідок втручання людини (будівництво греблі, пониження рівня внутрішніх водоймищ і т.ін.), і зміни характеру руслових процесів.

Типи річкових долин

За походженням розрізняють наступні типи долин: тектонічні, ерозійні та льодовикові. Однак у чистому вигляді долин одного походження не існує, і в формуванні будь-якої долини велике значення має ерозійний фактор. З іншого боку, первинна форма долин завжди має тектонічне походження.

За характером поперечного профілю розрізняють наступні п’ять типів долин:

щілини – глибокі і вузькі долини з уривчастими, іноді нависаючими схилами; ширина їх по дну майже дорівнює ширині русла. Зустрічаються в горах серед скельних порід, які важко руйнуються;

каньйони – глибокі долини з дуже крутими схилами і порівняно вузьким дном. Формуються в посушливих кліматах та в грунтах, що легко розмиваються. Слабка розробленість схилів пояснюється слабким розвитком схилового стоку на даній ділянці ріки. Зустрічаються в передгір’ях;

ущелини – глибокі гірські долини зі скельними крутими, звичайно вигнутими схилами. Зустрічаються у всіх гірських районах;

трапецевидні – широкі долини з прямими або опуклими пологими схилами. Це найбільш розповсюджена форма долин в рівнинних умовах. Різновидністю цього типу є так звана ящикоподібна долина з широким, плоским дном та крутими схилами;

коритоподібні – широкі долини з ввігнутими схилами, які стають пологими до тальвегу, з широким дном. Характерні для гірської місцевості, де вони утворюються за участю льодовиків (троги).

Звичайно на невеликих ріках зустрічаються долини з неявно вираженими поперечними профілями. Докучаєв писав, що на Україні багато малих рік, в яких “в сущности нет своего русла и определенных берегов, нет собственного дома, - они воспользовались и до сих пор довольствуются теми, уже готовыми, блюдцами, ложбинами и западинами, которые остались после ледника, и только больше заболотили их…”.

Поиск по сайту: