Характеристики русла реки речной долины

Река и речная долина

Река — естественный водный поток, текущий в выработанном углублении. Ее работа проявляется в эрозии, т. е. в разрушении горных пород, по которым протекает река. В результате образуются речные долины.

Речная долина

Речная долина — линейно-вытянутое понижение, по дну которого течет река. Выделяют следующие элементы речной долины: русло, пойму, террасы, коренной берег (рис. 1).

Рис. 1. Строение речной долины

Углубление в речной долине, но которому постоянно текут воды реки, носит название русла реки.

Речное русло обычно имеет извилистую форму. Плавные изгибы речного русла называются излучинами, или меандрами (рис. 2).

На определенной стадии развития река может спрямлять свое русло. Остатки прежних речных русел образуют старицы — продолговатые, извилистые или подковообразные озера.

Рис. 2. Меандры рек: а — начальная стадия; б — рост и смещение меандра; в — выпрямление русла реки и образование остаточного водоема — старицы

Рис. 3. Фарватер, плес и перекат

Линии наибольших глубин русла реки называются фарватером (рис. 3).

Русло реки характеризуется чередованием более глубоких участков (плесов) с более мелкими (перекатами) (см. рис. 3). Могут быть и водопады — падение водного потока с резко выраженного уступа.

Место, где река берет свое начало, от которого наблюдается постоянное течение воды в русле, называется истоком. Им могут служить озеро, болото, ледник, родник.

Место впадения реки в другую реку, озеро, море или океан — это устье. Устья рек могут быть различными по форме; например, дельта или эстуарий.

Дельта — низменная равнина в низовьях реки, сложенная речным аллювием и прорезанная сетью потоков. Образуется у тихо текущих рек, выносящих в мелководные моря большое количество твердых осадков.

Эстуарий — воронкообразный, суживающийся к вершине залив, образующийся в результате подтопления низовьев речной долины под воздействием волнового, речного и приливного факторов. Немноговодные пустынные реки иногда оканчиваются слепыми устьями, т. е. не доходят до водоема (Мургаб, Теджент, Купере-Крик).

Часть речной долины, которая заполняется водой в периоды половодий, — это пойма. Ширина пойм равнинных рек может достигать 40 км. Край поймы часто отмечен крутым склоном, на бровке которого иногда расположены вдольбереговые валы.

Над поймой поднимаются склоны речной долины. Они могут быть высокими или низкими, крутыми или пологими. По крутизне оба склона долины бывают одинаковыми либо различными (асимметричными). У асимметричных долин Северного полушария более крутым чаще бывает правый (действие силы Кориолиса).

Склон долины часто имеет ступенчатую форму. Эти ступени называются террасами. Чаще всего они возникают в результате размывающей деятельности реки: русло опускается, прорезая пойму, которая становится террасой. Изредка террасы возникают при перекосах земной поверхности, вызванных тектоническими движениями, а также вследствие климатических изменений.

Самой нижней речной террасой является пойма, ее называют пойменной террасой, все остальные — надпойменными.

В зависимости от геологического строения выделяют следующие террасы:

• эрозионные (аллювий, слагающий террасу, имеет небольшую мощность);
• цокольные (аллювия много, и коренные породы обнажаются только в нижней части бортов долины);
• аккумулятивные (река прорезает только древний аллювий).

Террасы бывают также продольными, поперечными и коренными.

Формы речных долин могут быть разнообразными, потому что на их формирование оказывают влияние многие факторы: рельеф местности; состав горных пород; процессы эрозии и др.

По форме поперечного профиля различают следующие типы речных долин (рис. 4): щель (каньон), теснина, ущелье, U-образная долина, корытообразная долина, трапецеидальная долина, ящикообразная долина, неясно выраженная долина. По очертанию в плане лолины подразделяют на прямые, извилистые (ме- андрируюшие) и долины с озеровидными расширениями (четкообразные).

Рис. 4. Типы поперечных профилей речных долин: а — щель (каньон); б — теснина, ущелье; в — U-образная долина; г — корытообразная долина; д — трапецеидальная долина; е — ящикообразная долина; ж — неясно выраженная долина

Сильно различаются между собой горные и равнинные долины. Для первых характерна значительная глубина при относительно небольшой ширине и неравномерное падение продольного профиля. Вторые, как правило, широки, имеют незначительную глубину и крутизну склонов, небольшие уклоны и т. п.

Главная река с притоками образуют речную систему. Главной обычно считается самая длинная и многоводная река, однако целый ряд названий главных рек укрепился исторически. В этом случае главной рекой становилась та, которую люди знали раньше, дольше и лучше. Например, река Миссури длиннее и полноводнее главной реки Миссисипи. Наряду с речными существуют озерно-речные системы. Они формируются гам, где реки протекают через озера, например, р. Нева протекает через Ладожское озеро.

Каждая река обладает определенными характеристиками, в том числе длиной, площадью водосборного бассейна, годовым стоком, максимальным и средним расходом воды и еще целым рядом показателей.

Длина реки — протяженность реки от истока до устья.

Речной бассейн

Речной бассейн (водосборный бассейн реки) — территория земной поверхности, с которой все поверхностные и грунтовые воды стекают в реку с ее притоками. Бассейн реки включает поверхностный и подземный водосборы. Поверхностный водосбор представляет собой участок земной поверхности, с которого поступают воды в данную речную систему или определенную реку. Подземный водосбор образуют толщи рыхлых отложений, из которых вода поступает в речную сеть. Но так как определить границы подземного водосбора очень сложно, за величину речного бассейна принимается только площадь поверхностного водосбора.

Таблица. Крупнейшие реки мира

Амазонка (с Укаяли)

Парана (от истоков Паранаибы)

Амур (от истоков Аргун и)

Самый большой на Земле водосборный бассейн имеет р. Амазонка — 7,2 млн км 2 . Далее по порядку идут бассейны рек Конго и Миссисипи.

Таблица. Крупнейшие по площади бассейна реки мира

Площадь бассейна, тыс. км 2

Бассейны отдельных рек разделяются водоразделами.

Водораздел — граница между речными бассейнами. Он лучше выражен в горах, чем на равнинах.

Густота речной сети определяется отношением суммарной протяженности всех рек к площади водосборного бассейна.

Падение — разница высот между истоком и устьем.

Уклон реки — отношение падения к длине реки, измеряемое в метрах на километр (м/км).

Речной сток

Речной сток (в широком смысле) — это перемещение воды в виде потока по речному руслу. На него оказывают влияние многие факторы.

Справедливо высказывание русского климатолога А. И. Воейкова: «Реки — продукт климата». Так, при обильных осадках сток рек большой, но надо учитывать их вид и характер выпадения: снег дает больший сток, чем дождь, ливневые осадки увеличивают сток по сравнению с обложными при одинаковом их количестве. А вот испарение, особенно интенсивное, уменьшает сток.

Весьма важны геологическое строение речного бассейна, особенно химический состав горных пород и характер их залегания, так как они определяют подземное питание рек. Водопроницаемые породы (мощные пески, трещиноватые породы) являются аккумуляторами влаги, сток рек в таких случаях больше, так как меньшая доля осадков затрачивается на испарение, и он зарегулирован.

Своеобразен сток в карстовых областях: рек там немного, поскольку осадки поглощаются воронками и трещинами, но на контакте их с глинами или глинистыми сланцами в речных долинах и предгорьях наблюдаются мощные родники, питающие реки. Например, сухая Крымская яйла, но мощные родники у подножия гор.

Влияние рельефа на речной сток (абсолютной высоты и уклонов поверхности, густоты и глубины расчленения) велико и разнообразно. Сток горных рек обычно больше, чем равнинных, так как в горах на наветренных склонах обильнее осадки, меньше испарение из-за более низкой температуры и т. д.

На сток рек оказывает влияние и деятельность человека. Прежде всего это относится к рекам, расход воды в которых зарегулирован созданными водохранилищами. Сток таких рек в общем сокращается, так как увеличивается испарение с водной поверхности, значительная часть воды расходуется на водоснабжение, орошение, обводнение, уменьшается подземное питание.

При переброске вод из одной речной системы в другую сток видоизменяется: в одной реке уменьшается, в другой увеличивается. Например, при постройке Канала имени Москвы (1937 г.) в р. Волге он сократился, а в р. Москве — возрос.

Для регулирования речного стока проводятся мероприятия, выполняемые в бассейне реки, ибо его начальным звеном является склоновый сток на водосборе. Основные проводимые мероприятия следующие: агролесомелиоративные — лесопосадки и др., гидромелиоративные — плотины и пруды на балках и ручьях и др., агрономические — осенняя вспашка, снегонакопление и снегозадержание, пахота поперек склона или поконгурная на холмах и увалах, залужение склонов и др.

В узком смысле речной сток — это расход воды в реке за определенный период (обычно за год).

Расход воды — количество воды, которое протекает через живое сечение реки в единицу времени. Обычно величину расхода принято выражать в кубических метрах в одну секунду (м 3 /с), а малые расходы (меньше 0,1 м 3 /с) — в литрах в секунду (л/с).

Живое сечение реки — площадь поперечного сечения водного потока.

Годовой сток — количество воды, протекающей за год через устье реки.

Таблица. 10 крупнейших рек мира по годовому стоку

Материк, на котором расположена река

Объем годовою стока за год. км 3

Движение воды в реке непрерывно изменяется по величине и направлению, что приводит к горизонтальному и вертикальному перемешиванию воды. Течение реки характеризуется скоростью. Ее можно определить поплавками или специальными приборами — гидротермическими вертушками. Выражается она в метрах в секунду.

При открытой водной поверхности в штилевую погоду наименьшие скорости наблюдаются у берегов и дна, что обусловлено трением, и нарастают к поверхности и середине реки. При попутном ветре максимальная скорость бывает на поверхности, при встречном ветре и зимой при наличии ледяного покрова максимальная скорость наблюдается на некоторой глубине.

Движущаяся вода способна производить работу, т. е. обладает энергией. Ее называют живой силой реки. Она прямо пропорциональна массе воды и скорости.

Кроме воды, реки переносят большое количество твердых веществ. Их условно подразделяют на взвешенные — движущиеся вместе с водой в толще потока, и влекомые — перемещаемые по дну путем перекатывания и волочения.

Массы взвешенных, влекомых и растворенных химических и биогенных веществ, горных пород, которые сносятся поверхностным стоком, называют твердым стоком. Измеряется твердый сток в тоннах, проносимых рекой за определенный промежуток времени (сутки, месяц, сезон, год) через живое (поперечное) сечение реки. В крупных реках объем твердого стока достигает десятков и даже сотен миллионов тонн в год.

Первое место в мире по объему твердого стока занимает р. Хуанхэ (в переводе на русский «желтая река»). Ее название связано с обилием переносимых твердых веществ, придающих воде желтый оттенок (1300 млн т/год). Китайцы говорят, что такая вода чересчур густа, чтобы ее пить, но слишком жидка, чтобы ее пахать. Русло р. Хуанхэ быстро заиливается.

При выходе реки к морю или впадении в другую реку материал твердого стока образует конусы выноса или дельты, обычно с плодородными землями.

От величины твердого стока зависит мутность воды в реке.

Мутность воды — количество взвешенных частиц, содержащихся в 1 м 3 воды (г/м 3 ) или в литре воды (мг/л).

Одной из самых мутных рек мира является р. Янцзы. Этому способствуют слабая устойчивость горных пород, по которым протекает река, возвышенный и горный рельеф, интенсивные дожди, вырубка лесов и распашка земель.

Небольшой мутностью обладают многие реки Евразии и Канады, где на них «нанизаны» озера-отстойники, хорошо сохранилась естественная растительность, грунты скованы многолетней мерзлотой, преобладают низменные прибрежные равнины.

Помимо твердых частиц в речных водах содержится небольшое количество растворенных веществ. Они попадают в реки за счет поверхностного и подземного стока. В целом минерализация речных вод небольшая (обычно менее 200 мг/л, но может доходить до 500 мг/л), так как поверхностные воды стекают с хорошо промытых почвогрунтов междуречий, и в реках происходит быстрая смена воды. В зонах избыточного увлажнения в реках встречаются кальциевые воды. В водах степных рек появляются сульфаты, в транзитных реках полупустынь и пустынь — хлориды. Самая незначительная минерализация у горных рек, питающихся ледниковыми и снеговыми водами, самая большая — у рек, питающихся преимущественно подземными водами (например, реки Казахстана: Ишим — 12 г/л, Эмба — 16 г/л, Тургай — 19 г/л). Помимо минеральных веществ в речной воде всегда содержатся биогенные вещества, необходимые для жизни в самих реках.

Тепловой режим рек зависит от климата и источников питания. По тепловому режиму выделяют три основных типа рек:

• с постоянно теплой водой без сезонных колебаний температуры: Амазонка, Конго, Нигер и др.;
• с сезонными колебаниями температуры воды, но не замерзающие зимой: Сена, Темза и др.;
• с большими сезонными колебаниями температуры, замерзающие зимой: Волга, Амур, Маккензи и др. в умеренном и субарктическом климатических поясах.

В теплое полугодие температура воды по живому сечению из-за перемешивания мало различается. Изменение температуры по длине реки зависит от направления течения: оно меньше у широтных рек, нежели у рек, текущих в меридиональном направлении. У рек, текущих с севера на юг, температура повышается от истока до устья (Волга и др.), у текущих с юга на север, наоборот (Обь, Енисей, Лена, Макензи). Эти реки несут огромные запасы тепла в Северный Ледовитый океан, облегчая там ледовую обстановку в весеннее время, и смещают к северу границы природных зон.

В зимнем периоде застывающих рек выделяются три основные фазы: замерзание, ледостав, вскрытие.

Замерзание рек начинается при температуре воздуха чуть ниже О °С с появления кристаллов — игл, потом сала и блинчатого льда. При обильных снегопадах в воде образуется снежура. Одновременно появляются полосы льда у берегов — забереги. На перекатах (быстринах) может возникнуть донный лед, который потом всплывает, образуя вместе с блинчатым льдом, снежурой и оторвавшимися от заберегов льдинами осенний ледоход.

Ледяной покров на реках устанавливается в основном в результате заторов — скопления льдин на мелководьях, в извилистых и узких местах и смерзания их друг с другом и с заберегами. Малые реки замерзают раньше больших.

Продолжительность ледостава и толщина льда разная и зависит от климатических условий. Например, р. Волга в среднем течении покрыта льдом 4-5 месяцев и толщина льда составляет до 1 м, р. Лена в среднем течении — 6-7 месяцев с толщиной льда до 1,5-2 м. Толщина и прочность льда определяют возможность и продолжительность переправ через реки и движения по их льду — по дорогам-зимникам. При ледоставе на реках могут наблюдаться такие явления, как полыньи: динамические — на порожистых участках русла, термические — в местах выхода теплых подземных вод или сброса технических вод.

В районах с многолетней мерзлотой и сильными морозами часты речные наледи — наросты льда в виде плоско-выпуклых ледяных тел при излиянии речной воды на поверхность из-за сужения живого сечения потока. Толщина наледей в среднем 3-5 м. По длине реки они обычно располагаются цепочками на протяжении десятков километров, то сужаясь, то расширяясь в зависимости от формы речной долины. Известны случаи, когда наледи «брали в плен» деревни. Самая крупная в мире наледь (по данным В. М. Котлякова) — Большая Момская (более 100 км 3 ) существует в долине р. Момы, правого притока Индигирки. Она имеет протяженность 40 км и толщину 3-8 м. В ее образовании участвует поток подземных вод. Нередко на реках можно увидеть рядом, казалось бы, антагонистические явления — полыньи и наледи. На самом деле они тесно связаны друг с другом: наледи своим верхним краем прилегают к полыньям в местах выхода сравнительно мощных теплых источников.

На реках бывают и зажоры — закупорка живого сечения реки массой внутриводного и донного битого льда. Они затрудняют работу ГЭС, гак как лед забивает водоприемные отверстия плотин. Наконец, возможно и полное промерзание рек (на северо-востоке Сибири и Аляске).

Вскрытие рек весной происходит через 1,5-2 недели после перехода температуры воздуха через О °С за счет солнечного тепла и прихода теплого воздуха. Таяние льдов начинается под влиянием поступающих в реку талых снеговых вод, у берегов появляются полосы воды — закраины, а при таянии снега на поверхности льда — проталины. Потом происходят подвижки льда, он разрушается, наблюдается весенний ледоход и половодье. На реках, вытекающих из озер, помимо основного речного, наблюдается вторичный ледоход, вызванный выносом озерного льда. Высота половодья зависит от годового количества снежных запасов на водосборе, интенсивности весеннего снеготаяния и дождей в этот период. На реках, текущих с севера на юг, ледоход и половодье на разных отрезках проходят разновременно, начиная с низовьев, бывает несколько пиков половодий, и в целом все проходит спокойно, но растянуто во времени (Днепр, Волга и др.).

Водный режим рек характеризуется совокупным изменением во времени уровней и объемов воды в реке.

Уровень воды — высота водной поверхности реки относительно определенной нулевой отметки.

Характерные периоды с определенными уровнями и объемами воды в реке называют фазами водного режима. У разных рек они различны и зависят от климатических условий и соотношения источников питания: дождевого, снегового, подземного и ледникового.

Основные фазы водного режима — это половодье и межень.

Половодье — ежегодно повторяющийся в один и тот же сезон высокий и длительный подъем уровня воды в реке, сопровождающийся затоплением поймы. В этот период реки имеют наибольшую водность. На половодье приходится большая часть годового стока рек (до 60-80 %). Половодья вызываются весенним таянием снега на равнинах, летним таянием снега и льда в горах и в полярных областях, длительными обильными дождями в теплый период года. В зависимости от того, что является причиной половодья, этот период на различных реках бывает в разные сезоны года, например, летом на р. Ганг, Инд, Янцзы, Меконг вследствие муссонных летних дождей и таяния ледников в горах; зимой на реках Средиземноморья (Гвадиана, Гвадалквивир и др.) из-за зимних дождей.

Таблица. Распределение основных типов источников питания рек по материкам и частям света

Источник

Речная система и ее гидрографические характеристики

Речную систему составляют главная река, впадающая в приемный водоем (океан, море, бессточное озеро), и все впадающие в нее притоки различного порядка.

Вода, стекая со склонов после выпадения осадков, сначала образует мелкие бороздки, которые, сливаясь, образуют русла.

Руслом называется выработанное водотоком ложе, по которому постоянно или периодически происходит движение воды.

Совокупность русел постоянных и временных водотоков называется русловой сетью. Часть русловой сети из русел постоянных водотоков называется речной сетью.

Все водотоки (постоянные и временные), а также водоемы в виде озер, болот и водохранилищ составляют гидрографическую сеть территории. Таким образом, речная сеть лишь часть гидрографической сети.

Каждая река имеет исток, т.е. место на земной поверхности, откуда она берет начало. Истоком может быть озеро, ледник, болото, родники и место слияния двух рек.

Устьем реки называется место впадения ее в море, озеро или другую реку.

В реке также различают верхнее, среднее и нижнее течение.

Основные гидрографические характеристики речной системы: длина составляющих ее рек, густота речной сети, извилистость и разветвленность рек.

Отношение длины участка реки L_i к длине l_i, соединяющей концы этого участка, называется коэффициентом извилистости реки на данном участке:

Коэффициент извилистости на отдельных участках рек изменяется от 1 до 2-3, а иногда и больше.

Поскольку на отдельных участках извилистость реки разная, общий коэффициент извилистости реки определяют по формуле:

Между длиной реки L (км) и площадью бассейна F (км 2 ) имеется определенная связь, близкая к квадратичной:

. (24)

Например, для рек бывшего СССР получена такая осредненная эмпирическая зависимость:

Сумма длин всех рек в пределах бассейна или какой- либо территории дает протяженность речной сети ∑L_i. Отношение протяженности речной сети к площади бассейна F характеризует густоту речной сети бассейна или территории:

Густота речной сети в пределах равнинных территорий Европейской части России в целом уменьшается с севера на юг: в лесной зоне она составляет 04- 0,6 км/км 2 , в степной 0,2- 0,3, на Прикаспийской низменности уменьшается до 0,05. На Кавказе с увеличением высоты местности густота речной сети возрастает до 0,8-1,0, а иногда и до 2 км/км 2 (А. Н. Важнов, 1976).

Разветвленность. Нередко русло разветвляется на несколько притоков (рукавов). Степень разветвленности выражается отношением суммы длин всех притоков и главного русла к длине соответствующего участка главного русла L:

Водосбор и бассейн реки

Следует различать водосбор и бассейн реки. Водосбор реки — это часть земной поверхности и толщи почв и грунтов, откуда данная река получает свое питание. Поскольку питание рек может быть поверхностным и подземным. Различают поверхностный и подземный водосборы, которые могут не совпадать. Бассейн реки — это часть суши, включающая данную речную систему и ограниченная орографическим водоразделом.

Обычно водосбор и бассейн реки совпадают. Однако нередки случаи и их несовпадения. Так, если в пределах речного бассейна часть территории оказывается бессточной, то она, оставаясь частью бассейна, в состав водосбора реки не входит. Такие случаи весьма характерны для засушливых районов с плоским рельефом.

Различают физико-географические и морфометрические характеристики бассейнов.

К первым относятся: географическое положение, климатические условия (осадки, температура), геологическое строение и почвенный покров, рельеф водосбора, растительный покров, озерность, заболоченность.

К морфометрическим характеристикам относятся: площадь, форма, высота и уклон водосбора.

Площадь водосбора определяет водность реки и условия формирования стока. Определяют планиметром или палеткой по картам.

Суммируя последовательно от истока к устью площади бассейнов рек 1-го порядка можно построить график нарастания площади бассейна по длине главной реки.

Длина площади бассейна L_б определяется расстоянием по прямой от устья реки до наиболее отдаленной точки бассейна.

Наибольшая ширина бассейна В_б проводится перпендикулярно длине его в наиболее широком месте.

Средняя ширина бассейна В_б.ср. определяется путем деления площади бассейна на его длину , т. е.

Форма водосбора может характеризоваться коэффициентом асимметрии бассейна:

где F_л и F_п — площадь левобережной и правобережной частей водосбора.

Речные бассейны обычно имеют грушевидную форму и характеризуются коэффициентом развития водораздельной линии бассейна – К_в, определяемом как отношение длины водораздельной линии S к длине окружности круга s с площадью равной площади речного бассейна

F= πR 2 , тогда (30)

К_в=S/s=0.282 S/ . (31)

Наименьшее возможное значение К_в = 1, а обычно он составляет от 1,2 до2,6.

Среднюю высоту бассейна определяют по карте бассейна в горизонталях:

где f_i— площадь между горизонталями; h_i— ср. высота площадки между горизонталями; F- площадь бассейна.

Уклон водосбора. Уклон между двумя горизонталями iбудет равен:

b, (33)

где ∆H — сечение горизонталей; b- среднее расстояние между горизонталями.

Средневзвешенный уклон водосбора равен:

где l_i— длина горизонталей, м.

Долина и русло реки

Долины – вытянутые пониженные формы рельефа с общим наклоном тальвега. По происхождению речные долины могут быть тектоническими, ледниковыми и эрозионными.

По форме поперечного профиля их подразделяют на теснины, каньоны, ущелья, V-образные, трапециевидные, корытообразные и др.

В долинах могут образовываться террасы: аккумулятивные – в результате врезания реки в собственные отложения и эрозионные – в результате воздействия потока на коренные породы.

Руслом реки называется часть долины, по которой осуществляется речной сток. Часть дна долины, по которой проходит сток в период низких вод — коренное или меженное русло, а часть долины, сложенная наносами и периодически затапливаемая в половодье и паводки, — пойма.

Границы русла реки четко определяются берегами и бровками русла. Пойма четких границ не имеет.

В поперечном профиле долины выделяют склоны долины (вместе с уступом долины и надпойменными террасами) и дно долины. В пределах дна (ложа) долины находятся русло реки и пойма.

Русла рек по форме в плане подразделяются на прямолинейные, извилистые (меандрирующие), разделенные на рукава, разбросанные (блуждающие).

Основные морфологические элементы русла следующие: излучины (меандры), затопляемые подвижные повышения дна – осередки и более высокие, более стабильные и закрепленные растительностью острова, глубокие и мелкие участки русла – плесы и перекаты, донные гряды различного размера.

Полоса в русле реки с глубинами, наиболее благоприятными для судоходства, называется фарватером. Иногда помимо фарватера выделяют линию наибольших глубин. Линии на дне речного русла, соединяющие точки с одинаковыми глубинами, называют изобатами.

Основными морфометрическими характеристиками речного русла являются площадь поперечного сечения , ширина русла В между урезами при заданном его наполнении, максимальная глубина русла h_max . Среднюю глубину русла h_ср. в данном поперечном сечении вычисляют по формуле:

h_ср= /В. (35)

Для большинства речных русел выполняется приближенное соотношение h_ср

2/3h_max. В извилистом русле максимальная глубина обычно смещена к вогнутому берегу.

В гидравлических расчетах часто используют еще две характеристики русла реки – длину смоченного периметра p и гидравлический радиус R, равный:

R= /p. (36)

Смоченный периметр – это длина подводного контура поперечного сечения речного русла, т.е. линия контакта воды с ограничивающими ее твердыми поверхностями – с дном и берегами, а зимой также и с ледяным покровом.

Для широких и относительно неглубоких русел и для периода открытого русла (без ледяного покрова) величины гидравлического радиуса R и средней глубины h_ср практически совпадают, поскольку в этих случаях p

Максимальная ширина русла на реках может достигать десятков километров (р. Амазонка), а максимальная глубина – 100 -110 м (низовья Енисея).

Продольный профиль реки

Продольный профиль характеризует изменение по длине реки отметок дна и водной поверхности. Строится обычно по данным наблюдений за уровнем в меженный период. Данные приводятся к одному мгновенному уровню (особенно тщательно в паводок).

Типы продольных профилей.

1. Профиль равновесия реки или вогнутый профиль характеризуется уменьшением уклона дна от истока к устью. Образуется в результате наступления равновесия между эрозией, транспортом и аккумуляцией наносов при стабильном базисе эрозии. (Хотя полного равновесия никогда не наблюдается).

2. Прямолинейный, наблюдается чаще у малых рек (степное Заволжье).

3. Выпуклый или сбросовый, характеризуется увеличением уклона дна от истока к устью. Встречается редко.

Иногда как отдельный выделяют ступенчатый профиль – с водопадами и порогами (в горах).

Определяющими тип продольного профиля причинами являются:

— топография (удаленность от базиса и разность высот устья и истока);

— литология (какими геологическими породами сложен водосбор);

— гидрологический режим территории (количество осадков, их распределение во времени, дружность паводков и пр.).

Перегибы продольного профиля обычно приурочены к местам впадения притоков (ниже их профиль, как правило, выполаживается), а также к местным базисам эрозии, в качестве которых могут быть главная река для притока, пороги, водопады, проточные озера, водохранилища и др. Уровень приемного водоема (океана, моря, бессточного озера), куда впадает река, называют общим базисом эрозии.

Для характеристики крутизны продольного профиля рек используют понятие уклон реки (отдельно для дна и водной поверхности). Уклон реки вычисляют по формуле:

где ∆H_i — падение, L_i— длина реки на участке. Длину измеряют вдоль русла, и поэтому I представляет собой не тангенс, а синус угла наклона дна или водной поверхности к горизонту. Величина I для водной поверхности реки всегда положительна (исключения – лишь устья рек, подверженных действию приливов и нагонов), а для дна (в этом случае вместо I обычно пишут i_о) может на некоторых участках принимать и отрицательные значения, например в месте резкого уменьшения глубин на перекате. Уклон реки I – величина относительная, и ее выражают в долях единицы, %, %о. Во многих случаях гидрологи используют также такое понятие, как падение на 1 км длины реки: величину падения уровня ∆H, выраженную в сантиметрах, делят на длину участка русла L_i в километрах. Эту величину называют километрическим падением.

Источник



МОРФОЛОГИЯ И МОРФОМЕТРИЯ ДОЛИНЫ И РУСЛА РЕКИ

4.1. Речная долина и ее элементы

Поскольку отличительной особенностью рек, как постоянных русловых потоков, является наличие долины (см. пункт 3.1), остановимся на основных ее элементах.

Долина реки ― это относительно узкое, вытянутое в длину, извилистое углубление в земной поверхности, образованное вековой деятельностью текучих вод, имеющее общий наклон от истока к устью.

В поперечном профиле долине реки различают следующие элементы (рис. 4.1).

Рис. 4.1. Поперечный профиль долины реки

1. Бровка долины (коренного берега).

2. Склон (слева) и уступ (справа) коренного берега долины.

3. Первая надпойменная терраса (аккумулятивная).

4. Вторая надпойменная терраса (эрозионная).

5. Бровки террас.

6. Русло реки, находящееся в пределах дна (ложа) долины.

7. Низкая пойма, ежегодно затапливаемая водами половодья.

8. Высокая пойма, затапливаемая водами значительных половодий.

На рис. 4.1а показаны также коренные породы 9 и аллювиальные отложения 10.

На рис. 4.1б показаны низкая пойма 7, прирусловой вал 11, ширина реки В, макси­мальный уровень воды h_max, средний уровень воды h_cр и русло реки р.

В зависимости от того, какой фактор оказал наиболь­шее влияние в формировании речных долин, они могут быть эрозионными, тектоническими и ледниковыми. Однако, кроме эрозии, ни один из других факторов сам по себе не может создать долину.

Речные долины, в зависимости от геологического возраста и ха­рактера слагающих их горных пород и грунтов, из которых сложены их дно и склоны, имеют различные продольные ук­лоны и очертания в плане и поперечном разрезе.

Долины молодые, еще сравнительно мало разработанные дейст­вием текущей воды, имеют поперечный профиль с крутыми склонами и узким дном. В плане эти долины имеют вид ломаных линий, а их продольный профиль часто бывает сту­пенчатым. Такие долины свойственны горным районам. Их дно и берега состоят из скалистых твердых пород, по­этому первона­чальная форма долины сохраняется надолго. Глубокие и узкие, большей ча­стью скалистые речные долины с выпуклыми склонами, книзу приобретающими значительную крутизну, называются ущельями.

Более старые долины, или сложенные сравнительно легко раз­мываемыми породами, имеют в плане плавно извилистый вид, а их продольный профиль характеризуется равномерным скатом к устью. Такие долины имеют отлогие берега и широкое дно, заполненное отложениями речных наносов (аллювиальные отложения).

В природе между указанными крайними типами речных долин встречается ряд переход­ных форм, занимающих промежуточное положение или приближающихся к одному из указан­ных основных типов. Река, разрабатывая профиль своей долины и врезаясь по­степенно в ее дно, создает террасообразное поперечное сечение долины. В ряде случаев террасы явились результатом тектониче­ских процессов или изменений уровня моря, в которое впадает река, или следствием наступания и отступания ледников. Во всех указанных случаях происходившие поднятия или понижения дна долин вы­зывали соответственно усиление размывающей дея­тель­ности реки или отложения наносов.

В Беларуси самые молодые речные долины сформировались в Белорусском Поозе­рье после отступания последнего ледникового покрова около 14−16 тыс. лет назад. Они имеют узкие, глубокие и крутые склоны, неширокие поймы (которые иногда отсутст­вуют). Самые крупные долины (шириной 1−5 км) здесь выработали Западная Двина и ее притоки. К югу от границы последнего оледенения (в центральных и южных частях Бела­руси) долины широкие (у Припяти ― до 50−70 км), преимущественно неясно выражен­ные.

Строение речных долин, их форма и размеры влияют на интенсивность и направлен­ность эрозионно-аккумулятивных процессов.

4.2. Морфологические элементы и морфометрические характеристики русла

Русло реки ― это часть дна долины, по которой осуществляется сток воды. Русла равнинных рек извилистые (меандрирующие), характеризуются наличием подвижных скоп­лений наносов, формирующих русловые образования.

Основные морфологические элементы русла следующие (рис. 4.2).

Рис. 4.2. Формы русловых образований

Остров ― часть поймы, ограниченная рукавами или протоками реки, устойчивая и закрепленная растительностью.

Осередок ― затопляемое и подвижное повышение дна.

Протока ― ответвление реки от основного русла, с меньшими размерами.

Рукав ― часть русла реки, отделенная островом.

Залив (затон) ― глубоко вдающийся в берег залив в реке.

Староречье (старица) ― отчленившийся участок ранее существовавшего русла реки.

Останец ― островное возвышение между основным руслом и староречьем, устойчи­вое и закрепленное растительностью.

Перекат ― более или менее устойчивое образование в русле в виде поперечного вала из наносов, пресекающего русло под некоторым углом.

Плёс ― более глубокий участок реки по сравнению с выше и ниже расположенными.

Приплёсок ― узкая полоса (песчаная, галечная), по береговому склону, заливаемая даже при небольших подъемах уровня воды.

Отмель ― мелководное место в русле, обсыхающее при очень низкой воде.

Коса ― узкая намывная полоса, причлененная одним концом к берегу, а другим вы­ступающая в сторону реки.

Пляж ― широкая ровная береговая полоса, примыкающая к руслу, сложенная нано­сами (чаще песчаными).

Размеры и формы русла, как и речной долины, изменяются по длине реки в зависимо­сти от водности, строения долины, характера пород и грунтов, которыми оно сложено. Мор­фологические особенности русла можно отобразить в виде его плана с изобатами и попереч­ного профиля.

Основными морфометрическими характеристиками поперечного сечения речного русла являются площадь поперечного сечения, ширина и глубина русла, смоченный пери­метр и гидравлический радиус.

Площадь поперечного сечения ω (м 2 ) — площадь, ограниченная профилем русла и уровнем воды. При определении расхода воды выделяют площадь живого сечения, кото­рая меньше площади поперечного сечения на величину мертвого пространства (застойной зоны).

Ширина русла В (м) — расстояние между урезами русла по линии, перпендикуляр­ной потоку.

Глубина русла h (м) — расстояние по вертикали от поверхности воды до дна. Раз­личают максимальную глубину h_max и среднюю глубину h_ср —частное от деления пло­щади поперечного сечения на ширину русла: h_ср=ω/B.

Смоченный периметр c(м) — длина подводного контура поперечного сечения.

Гидравлический радиус R (м) — частное от деления площади поперечного сечения на длину смоченного периметра: R=ω/c. Для равнинных рек, смоченный периметр кото­рых незначительно превышает ширину, величину R можно заменить величиной h_ср при условии, что h_ср/ R

Это положение далеко не универсально. Например, для большинства равнинных рек расположение участков размыва, транзита и отложения наносов по длине значительно более сложно и подчинено влиянию более многочисленных факторов (закономерности развития продольного профиля реки подробно рассматриваются в разделе 10).

В зависимости от харак­тера распределения уклонов вдоль по реке можно выделить че­тыре основных типа продольных профилей (рис. 4.3).

Рис. 4.3. Типы продольных профилей рек

1. Плавновогнутый, или профиль равновесия — наиболее распространенный; он харак­теризуется вогнутой кривой параболического вида, более крутой в истоках реки и пологой ближе к устью.

2. Прямолинейный, характеризующийся относи­тельно равномерными уклонами на всем протяжении реки; на­блюдается главным образом у малых рек.

3. Сбросовый, или выпуклый, имеющий малые ук­лоны в верховьях и большие в ниж­нем течении реки; встречается редко и характерен для рек Карельской АССР и Кольского по­лу­острова.

4. Ступенчатый, образующийся при наличии ряда хорошо выра­женных промежуточных ба­зисов эрозии, в виде встречаемых иногда рекой трудно поддающихся размыву горных пород или в форме котловин проточных озер или водохранилищ.

Если рассматривать продольный профиль реки более детально, то на самом деле он представляет собой сложную кривую. При этом продольный профиль дна реки изменяется относительно мало, однако продольный профиль водной поверхности изменяется вместе с изменением водности реки во время половодий и паводков.

Подробнее о факторах формирования продольного профиля и его природных и ан­тропогенных деформациях рассказывается в последующих разделах.

4.4. Продольный профиль долины р. Западная Березина

Ниже приводится продольный профиль (рис. 4.4) и пример гидрографического опи­сания долины и русла р. Западная Березина.

Источник информации: Ресурсы поверхностных вод СССР. Т. 5. Белоруссия и Верхнее По­днепровье. Описание рек и озер. Ч. I. — Л.: Гидрометеоиздат, 1971. — 1108 с.

Рис. 4.4. Продольный профиль р. Западная Березина от истока до д. Саковщина:

1 ― абсолютная отметка уровня воды, м; 2 ― расстояние от устья, км;

3 ― уклон водной поверхности, ‰

Про­цесс формирования продольного профиля проходит в стадии зре­лости. Тип продольного профиля ― плавновогнутый, характеризуется кривой параболического вида, бо­лее крутой в истоках реки.

По особенностям строения долины и русла от истока до створа д. Саковщина
р. Западная Березина может быть разделена на два участка.

Участок 1 ― от истока до д. Городьки (длина 84 км). Долина преимущественно трапецеидальная, хорошо разработанная, шириной от 0,5 до 3 км, наибольшая ― 5,5 км у д. Оборок. Склоны умеренно крутые, высотой 10–15 м, местами до 35–40 м, песчаные, преимущественно распаханные. Левобережный склон частично покрыт хвойным лесом, правобережный ― местами заболоченным лесом.

Пойма осушенная, на большем протяжении двухсторонняя, ширина ее от 200 до 500 м, наибольшая ― 2 км у д. Оборок. Поверхность преимущественно ровная, от д. Го­родок до впадения р. Цветень местами кочковатая, сложена супесями, на отдельных осу­шенных участках торфянистая, покрыта луговой растительностью и редким кустарни­ком. В поло­водье и при высоких дождевых паводках затопляется на высоту 30–40 см, иногда до 1 м.

Русло реки сильно извилистое (К = 1,20), свободно меандрирующее, неразветв­ленное, от д. Березовцы до д. Литва канализированное. Ширина реки изменяется от 5 до 20 м, в местах подпора плотинами она достигает 200 – 300 м. Глубина 0,2–1,5 м, в верхних бьефах плотин до 3,5 м. Скорости течения изменяются от 0,1 м/с на плесовых участках до 0,6 м/с на перекатах. До д. Литва русло засорено корчами, зарастает водной растительно­стью, ниже растительность встречается в виде узких, прерывистых полос в прибрежной зоне. Дно неровное, песчано-илистое, реже песчано-галечное. Берега крутые, высотой
2–4 м, в верховье до 8 м, преимущественно супесчаные; на участке д. Городок ― д. Чер­ские Луки торфянистые, повсеместно закреплены кустарником, поросли травой, местами подвер­жены размыву.

Участок 2 ― от с. Городьки до плотины Саковщинского водохранилища (длина
53 км). Долина хорошо выраженная, трапецеидальная, шириной 3 – 4 км. Склоны пологие, высотой 5–15 м, на участке д. Неровы ― д. Саковщина местами до 30 м, преимущест­венно супесчаные, покрыты смешанным лесом с преобладанием лиственных пород, реже кус­тарником.

Пойма двухсторонняя, луговая, шириной от 300 м до 3 км. Поверхность ровная, местами кочковатая, сложена супесями, реже торфянистая. В период половодья ежегодно затопляется на глубину до 1,5 м, сроком 2–3 недели. В высокое половодье глубина зато­пления достигает 2,5 м.

Русло неразветвленное, сильно извилистое (К=1,17), свободно меандрирующее, шириной 20–35 м. Глубина изменяется в пределах 0,7–3 м (преобладающая 1,5–2,0 м), скорости течения до Саковщинского водохранилища не более 0,4 м/с. Русло чистое, зарас­тает лишь на участке от д. Бартоши до впадения р. Лостоянка, ниже растительность встре­чается в виде прерывистых, узких (до 5 м) полос в прибрежной зоне. Дно ровное, песча­ное. Берега крутые, высотой 2–2,5 м, супесчаные.

Источник

Река и речная сеть. Долина и русло реки

Совокупность водотоков (рек, ручьев, временных водотоков, ка­налов), водоемов (озер, водохранилищ) и особых водных объектов (болот, ледников) в пределах речного бассейна составляет гидрогра­фическую сеть бассейна. Совокупность естественных и искусствен­ных водотоков называют русловой сетью. Частью гидрографической (и русловой) сети является речная сеть. Речную систему составляют главная река, впадающая в при­емный водоем (океан, море, бессточное озеро), и все впадающие в нее притоки различного порядка. В качестве главной реки в разных случаях считают либо наиболее длинную реку в бассейне (Волга длиннее более полноводного притока Камы), либо наиболее много­водную реку (Миссисипи при слиянии с более длинной Миссури).

Длина реки L — это расстояние вдоль русла между истоком и устьем реки..Длины рек обычно определяют по крупномасштаб­ным картам или аэрофотоснимкам (расстояния измеряют по гео­метрической оси русла или фарватеру).

Исток — это место начала реки (выход из озера, болота, ледни­ка, родника и т. д.). Если река начинается в гористой местности там, где подземные воды выходят из-под скопления обломочного материала (осыпи), то это место и считают истоком. Откуда бы река ни вытекала, ее исток не может находиться на самом орогра­фическом водоразделе. Устье реки —это место впадения реки в море, озеро, другую реку. Иногда река заканчивается там, где прекращается речной сток из-за потерь на испарение и инфильтрацию или в результате полного разбора воды на орошение. Такое место иногда называют слепым устьем. Отношение длины участка реки L i, к длине прямой l i, соединя­ющей концы этого участка, называется коэффициентом извилисто­сти реки на данном участке: Kизвi=L i/l i .

Коэффициент извилистости на отдельных участках рек изменя­ется от 1 до 2—3, а иногда и больше. Поскольку на отдельных участках извилистость реки разная, общий коэффициент извилистости реки определяют по формуле

Сумма длин всех рек в пределах бассейна или какой-либо терри­тории дает протяженность речной сети ΣL i,. Отношение протяжен­ности речной сети к площади бассейна характеризует густоту реч­ной сети бассейна или территории:

имеющую размерность км/км 2 . Здесь f— площадь рассматриваемой территории. Густота речной сети в пределах равнинных территорий Евро­пейской части России в целом уменьшается с севера на юг. Речная сеть по характеру рисунка может быть древовидной (или центрической), прямоугольной, центростремительной и др.

Речная сеть — это сложный результат тектонических и эрозион­но-аккумулятивных процессов, движения ледников, крупномасштаб­ных колебаний уровня океана и морей и т. д.

Долина и русло реки. Речные долины по происхождению могут быть тектоническими, ледниковыми и эрозионными.

По форме поперечного профиля речные долины подразделяют на теснины, ущелья, каньоны, V-образные, трапецеидальные, ящикообраз­ные, корытообразные и др. В поперечном профиле долины (рис. 6.3, а)

выделяют склоны долины (вместе с уступом долины и надпоймен­ными террасами) и дно долины. В пределах дна (ложа) долины находятся русло реки (наиболее низкая часть долины, занятая вод­ным потоком в межень) и пойма (заливаемая водами половодья или значительных паводков часть речной долины).

Русла рек по форме в плане подразделяются на прямолинейные, извилистые (меандрирующие), разделенные на рукава, разбросанные (блуждающие) (рис. 6.4).

Основные морфологические элементы русла следующие: излучи­ны (меандры), затопляемые подвижные повышения дна — осередки и более высокие, более стабильные и закрепленные растительно­стью острова, глубокие и мелкие участки русла — плесы и перека­ты, донные гряды различного размера.

Полоса в русле реки с глубинами, наиболее благоприятными для судоходства, называется фарватером. Иногда помимо фарватера выделяют линию наибольших глубин. Линии на дне речного русла, соединяющие точки с одинаковыми глубинами, называют изобатами.

Основными морфометрическими характеристиками речного русла (см. рис. 6.3, б) являются площадь поперечного сечения со, ширина русла В между урезами русла при заданном его наполнении, мак­симальная глубина русла h max. Среднюю глубину русла h cp в данном поперечном сечении вычисляют по формуле

Для большинства речных русел выполняется приближенное соотношение h cp

2/3hmax В извилистом русле максимальная глубина обычно смещена к вогнутому берегу.

В гидравлических расчетах часто используют еще две характе­ристики русла реки — длину смоченного периметра р (см. рис. 6.3, б) и гидравлический радиус R, равный

Смоченный периметр — это длина подводного контура попереч­ного сечения речного русла, т. е. линия контакта воды с ограни­чивающими ее твердыми поверхностями — с дном и берегами, а зи­мой также и с ледяным покровом. Максимальная ширина русла на реках может достигать десят­ков километров (р. Амазонка), а максимальная глубина — 100—110 м (низовья Енисея). Здесь не учитываются те случаи, когда море затопило древние русла или каньоны (устья Конго, Св. Лаврентия) и когда глубины достигают 300—400 м.

Источник