logo
Общая_гидрология-2009 Амеличев

§3. Морфология и морфометрия реки и ее бассейна

Водосбор и бассейн реки часто совпадают, хотя их следует различать.

Водосбор реки - это часть земной поверхности и толщи почв и грунтов, откуда данная река получает свое питание. Бывает поверхностный водосбор и подземный, иногда их границы не совпадают.

Бассейн реки - это часть суши, включающая данную речную систему и ограниченная водоразделом.

Бассейны рек, впадающих в один и тот же приемный водоем, объединяются в бассейны озер, морей и океанов (рис. 9).

Важными характеристиками бассейнов являются их средняя высота и средний уклон поверхности бассейна.

Любой бассейн оценивается через физико-географические характеристики, важнейшие из которых следующие:

Рис. 9. Бассейн реки Обь (слева) и речные водосборы бассейна Балтийского моря (справа).

K=f/F

где f - площадь, занятая озерами, болотами, лесами, ледниками; F - полная площадь территории.

Речные бассейны отделены друг от друга водоразделами.

Водораздел - это линия на земной поверхности, разделяющая сток атмосферных осадков по двум противоположно направленным склонам, в разные речные системы. Так же это линия, разделяющая речные бассейны, относящиеся к разным морям или океанам.

В горных районах водоразделы хорошо морфологически выражены и проходят по вершинам горных хребтов. На равнинах они выражены неясно и обычно проходят по низким плато.

Главный водораздел Земли разделяет земной шар на две основные покатости, по которым воды стекают с континентов в Мировой океан: Атлантическую и Тихоокеанско-Индийскую. Мировой водораздел простирается: от мыса Горн Южной Америки, через Анды и Кордильеры до Берингова пролива; на северо-востоке Азии - по Чукотскому хребту, через Анадырь, Гыдан, Джугджур, Становой, Яблоновый хребты, затем через Центральную Азию, север Аравийского полуострова и далее в меридиональном направлении по восточной части Африки приближается к Индийскому океану.

К основным морфометрическим характеристикам бассейна реки относят:

Любая река начинается с истока и заканчивается устьем.

Исток – место начала реки (выход из родника, озера, болота, ледника).

Устье - место непосредственного впадения реки в приемный водоем или другую реку.

Длина реки L - это расстояние вдоль русла между истоком и устьем реки. Течение реки разделяется на верхнее, среднее и нижнее.

Коэффициент извилистости реки (Кизв)- это отношение реальной длины реки L к длине прямой l, соединяющей ее исток и устье:

Кизв = L / 1

Речная сеть или система – совокупность главной реки со всеми ее притоками в пределах данного речного бассейна, сливающихся вместе и выносящих свои воды с этой территории в виде общего потока (главной реки) в океан, море или озеро. Ее характеризуют:

Протяженность речной сети - это сумма длин всех рек в пределах бассейна.

Густота речной сети (D) - это отношение протяженности речной сети к площади бассейна (F).

В ходе эрозионной и аккумулятивной деятельности рек формируются геоморфологические элементы, образующие флювиальный тип рельефа

Долина реки – отрицательная линейно вытянутая форма рельефа, образованная главным образом эрозионной деятельностью водотока, обладающая общим падением от истока к устью и от бортов долины к руслу.

В поперечном профиле долины выделяют: склоны и дно. В пределах дна (ложа) находятся русло и пойма. На склонах располагаются уступами речные террасы (рис.10).

По форме поперечного профиля речные долины подразделяют на:

теснины,

ущелья,

каньоны,

V-образные,

трапецеидальные,

ящикообразные,

корытообразные и др.

Рис. 10. Поперечный профиль долины (а) и русла реки (б).

1 — бровка долины (коренного берега), 2- уступ коренного берега. 3 - первая надпойменная терраса (аккумулятивная), 4 — вторая надпойменная терраса (эрозионная), 5 — бровка террасы, 6 - русло реки, 7 — низкая пойма, 8 — высокая пойма, 9 — коренные породы, 10 — аллювиальные отложения, 11 — прирусловой вал.

Речные долины по происхождению могут быть эрозионными, тектоническими, ледниковыми, карстовыми и др.

Русло – наиболее пониженная часть речной долины, по которой происходит сток воды в межпаводочные периоды.

Для определения расхода воды, количества наносов, объема растворенных веществ и других гидрологических величин необходимо знать морфометрические характеристики русла на данном участке. Основным источником информации для этой цели являются поперечный профиль водного сечения и план участка русла в изобатах или горизонталях.

Изобатами называются линии равных глубин, отсчитываемых от поверхности воды. План в изобатах легко перестроить в план в горизонталях, если известны отметки уровня воды во время производства промеров. Последний предпочтительнее при построении графика изменения элементов водного сечения в зависимости от уровня воды.

Водным сечением реки называется сечение потока в плоскости, перпендикулярной его динамической оси. При ледяном покрове площадь водного сечения определяется за вычетом площади погруженного льда.

Участки в водном сечении, особенно у берегов, где течения воды нет, называются мертвыми пространствами. При определении расхода воды они исключаются из общей площади водного сечения. Оставшаяся часть называется живым сечением русла (т.е. часть водного сечения реки, где наблюдается течение). С помощью живого сечения определяются следующие морфометрические характеристики русла:

Русла рек по форме в плане подразделяются на:

- прямолинейные,

- извилистые (меандрирующие),

- разделенные на рукава,

- блуждающие (рис. 11).

Рис. 11. Типы речных русел

а – прямолинейные, б – извилистые, в – разделенные на рукава, г – блуждающие; 1 – линия наибольших глубин, 2 – отмель, 3 – осередок или остров, 4 – размываемый участок берега, 5 – направление течения.

Согласно представлениям М.А. Великанова, формирование извилистых русел происходит следующим образом (рис. 12). Первоначально русло приобретает синусоидальные очертания в плане со сравнительно плавными поворотами (а). В дальнейшем кривизна поворотов увеличивается, и синусоида постепенно преобразуется в ряд сопряженных полукружий (б). Последние, по мере размыва вогнутых берегов, трансформируются в форму петель (в). Все эти трансформации сопровождаются удлинением русла, а значит, и уменьшением уклона. В половодье, когда уровень воды повышается, и скорость резко возрастает. Поток может размыть узкий перешеек между сблизившимися излучинами. Происходит спрямление русла. Отторгнутая извилина часто обособляется и превращается в старицу (г).

Рис. 12. Схема образования старицы

Особенно густой и сложной сетью стариц (староречий) отличаются равнинные реки (Обь, Лена и др.), протекающие в широких аллювиальных долинах.

К основным морфологическим элементам русла относят:

1. Излучины (меандры).

2 Осередки - затапливаемые подвижные возвышения дна, отделенные от берегов водой.

3. Острова - более высокие, более стабильные и закрепленные растительностью осередки, а также отчленившиеся части поймы.

4. Рукава - части русла, отделенные островами.

5. Протоки - сравнительно короткие и мелкие ответвления русла, отделенные осередками.

6. Глубокие участки русла – плесы, расположенные в местах наибольшей кривизны русла у вогнутого берега.

7. Побочни – отмели, находящиеся у выпуклых берегов напротив плесов.

8. Мелкие участки русла – перекаты - расположены на прямолинейных участках между плесами, пересекая русло под углом 20-30°. Часто имеется повышение дна в середине. Наиболее глубокая часть переката называется корытом переката; наиболее мелководный участок фарватера над перекатом - гребнем переката. Иногда перекаты расположены группами, образуя перекатные участки, положение которых стабильно. Отдельные перекаты могут смещаться вниз по течению вдоль перекатного участка (Козьмодемьянский на Волге – более 8 км за 100 лет).

9. Донные гряды различного размера (рифели, донные дюны, песчаные стоячие волны, антидюны, ленточные гряды и др.).

10. Полоса в русле реки с глубинами, наиболее благоприятными для судоходства, называется фарватером. Иногда помимо линии фарватера выделяют линию наибольших глубин.

Выше русла располагается пойма. Пойма формируется в результате отложений наносов и плановых деформаций русла. В период половодья (паводков) речная вода выходит из берегов и затопляет пойму. Таким образом, в этот период руслом потока является межевое русло вместе с поймой. В искривленных руслах усиливается размыв вогнутого берега и отложение наносов у выпуклого борта с формированием пляжей, напоминающих побочни, но неподвижных. Оконечности пляжей, обсыхая, образуют заструги, а они, разрушаясь, косы, вытянутые по течению. Водное пространство между косой и берегами называется затоном.

Косы и пляжи зарастают растительностью, увеличивают свои размеры и превращаются в береговые валы. При увеличении извилистости русла, благодаря размыву его берегов, развороту возникают излучины, называемые меандрами.

От истока к устью характер реки определяет продольный профиль - это график изменения отметок дна и водной поверхности вдоль русла. Продольный профиль может быть вогнутым, прямолинейным, выпуклым, ступенчатым (когда есть пороги и водопады). Его характеризует уклон (I, ‰) – отношение падения реки на каком-либо ее участке к длине этого участка:

I = ΔHi / Li

где ΔHi - падение уровня реки (см); Li - длина реки на данном участке i.

Уклон в каждой точке продольного профиля зависит от трех факторов: стока воды (среднего расхода), среднего содержания в потоке наносов и средней крупности наносов. Деформации продольного профиля могут также происходить при изменении положения главного базиса эрозии (уровня моря, океана), при врезании в породы с разной противоденудационной стойкостью.