Равновесие. Река, гидравлические характеристики которой
постоянно изменяются и компенсируются таким образом, что система находится в
состоянии равновесия, представляет собой выровненную реку. Первым идею о потоке,
достигшем профиля равновесия, развил геоморфолог Дж. Гувер Маккин. Его концепция
такова (Mackin, 1948): «Река считается выровненной, если на протяжении ряда лет
ее уклон сохраняется таким, что при существующем дебите и преобладающей
характеристике русла обеспечивает именно ту скорость, которая требуется для
транспортировки материала, поступающего из водосборного бассейна. Выровненная
река - это река, достигшая профиля равновесия. Ее диагностическим признаком
является то, что любое изменение любого из контролирующих факторов вызовет
смещение равновесия в том направлении, которое будет стремиться уменьшить
влияние этого изменения».
Факторы, контролирующие равновесие.
Главные факторы, контролирующие равновесие, - это расход воды, твердый сток и размер осадочных частиц, уклон и форма русла.
а. Расход воды представляет собой количество воды в данной точке или сток из водосборного бассейна, расположенного выше по течению, и обычно измеряется в кубометрах в секунду. Зависит он главным образом от климата. В количественной форме расход воды выражается соотношением
Q (расход воды) = Vср(средняя скорость течения)х A (площадь поперечного сечения).
б. Твердый сток и размер осадочных частиц. Количество вынесенного материала (в тоннах в сутки) и размер осадочных частиц определяются климатом, выветриванием и всеми процессами, при помощи которых осадки попадают в реку. Величина твердого стока зависит также от размера зерен и от состава и текстуры первичной породы.
в. Уклон русла сам по себе регулируется таким образом, чтобы обеспечивалась скорость течения, необходимая для переноса именно того количества и той размерности материала, который поступает в реку. Если уклон русла слишком мал для переноса осадков, то происходит их отложение (аккумуляция) до тех пор, пока уклон не станет достаточным для транспортировки. Если же уклон русла настолько крутой, что обеспечивает большую скорость, чем необходима для переноса, то его крутизна уменьшается за счет эрозии. Новый уклон обеспечивает именно ту скорость, которая требуется для переноса.
г. Форма русла. Для описания формы русла используется отношение его глубины к ширине. Форма русла определяется взаимодействием расхода воды, количества осадков, уклона русла и локальных факторов, таких, как размываемость берегов и степень прямолинейности русла.
Форма русла важна для определения скорости течения и, следовательно, переноса осадков. В общем случае, чем уже русло, тем больше осадков переносится потоком. Когда русло сужается из-за аккумуляции осадков вдоль берегов, это может привести к размыву ложа реки, если же аккумуляция материала в русле усиливает размыв берегов, то русло расширяется.
Базис эрозии. Когда речь идет о том, как река вырабатывает профиль равновесия, а также о формировании долины, важным является понятие о базисе эрозии. Базис эрозии-это самый низкий уровень, до которого река может размывать свое ложе. Базис эрозии достигнут, когда уклон русла приближается к нулю, а течение приостанавливается или замедляется. После этого река неспособна производить эрозию. Существуют два типа базиса эрозий - местный, или временный, и общий, или постоянный. Местным базисом эрозии может служить выступ или барьер из прочной породы, озеро или место слияния главной реки с притоком. Общий базис эрозии у устья реки располагается немного ниже уровня моря. Хотя постоянным он может и не быть, общий базис эрозии изменяется гораздо медленнее, чем временные местные базисы эрозии.
Ниже базиса эрозии река прорезает русло до глубины, соответствующей ее размеру. Например, уровень русла Миссисипи у Нового Орлеана примерно на 25 м ниже среднего уровня моря. Когда река впадает в озеро или море, движение воды и осадочного материала полностью не прекращается. Они продолжают двигаться в виде потока до тех пор, пока существует наклон водной поверхности, обеспечивающий течение под действием силы тяжести.
Нарушение равновесия. Вдоль северного берега озера Эри береговая линия под действием волновой эрозии отступает в сторону суши, укорачивая таким образом небольшие речки, впадающие в это озеро. В ответ на увеличение уклона в нижнем течении реки увеличивают перенос осадочного материала за счет активного врезания. В результате вдоль берега озера вода подтачивает стои мостов, смещает водопроводные трубы и разрушает дороги.
В плейстоцене уровень моря несколько раз понижался примерно на 100 м за тысячу лет. Это происходило потому, что большое количество воды удерживалось в виде крупных материковых ледников и не поступало в море. В периоды оледенения реки, впадавшие в море, в нижнем своем течении обычно приспосабливались к понижению базиса эрозии, глубже врезая русла. Происходило то же самое, что я на северном берегу озера Эри. Одновременно реки в верхнем течении, а возможно, и на всем протяжении приспосабливались к изменению расхода воды и количества переносимого материала, что было следствием климатических изменений, сопровождавших оледенение.
Описанные здесь нарушения равновесия рек сравнительно просты, так как меняется только один или два фактора. Даже относительно небольшое изменение климата может повлиять на расход воды (полноводность реки), количество переносимого материала и способность берегов размываться, а это ведет к резкому изменению формы и характера рек.
Изменение расхода воды может иметь место, когда река перехватывает бассейн стока другой реки. Перехват реки приводит к увеличению стока в одной реке и к уменьшению в другой. Кроме того, перестройку водосборных бассейнов могут вызвать формирование разрывов, оледенение, вулканизм и изменение количества атмосферных осадков и испарения.
Ледниковые процессы, образование оползней или деятельность человека, нарушая растительный покров, могут значительно увеличить количество осадочного материала, переносимого рекой. Уменьшение твердого стока может произойти в результате прекращения любого из этих процессов или в результате развития растительного покрова.
Подобные изменения в расходе воды и величине твердого стока происходят во время паводков. Когда уровень воды поднимается, река часто размывает свое ложе, а когда вода спадает, река откладывает осадки. Замечательным примером могут служить явления, которые происходили на реке Миссури, прежде чем ее разливы были ограничены с помощью плотин и водохранилищ, построенных в верхнем течении реки. Раньше большие паводки размывали ложе реки между городами Омаха и Небраска на глубине от 12 до 25 м и неоднократно сносили опоры мостов. Река размывает свое ложе только тогда, когда в ней больше воды, чем требуется для переноса осадков, а заполняет русло только тогда, когда осадочного материала в реке больше, чем она может транспортировать. Часто думают, что во время паводка река размывает русло на всем его протяжении. Если бы это было так, то водохранилища заполнялись бы осадками гораздо быстрее, чем это происходит на самом деле. На многих участках русла речное ложе при паводках совсем или почти не углубляется; напротив, в некоторых местах может происходить даже аккумуляция.
Противоположные тенденции могут взаимно компенсироваться, так что в результате равновесие изменится лишь незначительно или будет нарушаться весьма медленно. Примером может служить реакция Нила на строительство высотной Асуанской плотины. До того как Нил был перекрыт, он нес огромное количество осадочного материала, особенно во время разливов. Теперь огромный твердый сток и максимальные паводки Нила прекратились. В воде, которую спускают из озера Насера-водохранилища за плотиной - для орошения полей, содержится очень мало обломочного материала, и может показаться, что размыв речных осадков ниже плотины неизбежен. Однако для орошения спускают мало воды по сравнению с прежними ежегодными разливами Нила, и до сих пор размыва, которого опасались, не происходило. Привнос осадочного материала притоками, впадающими в Нил ниже плотины, соответствует или даже превосходит транспортирующую способность воды, которую спускают из водохранилища для полива.
Изменения продольного профиля рек. Большинство рек имеет длинные продольные профили, крутые в верховьях и постепенно выполаживающиеся в нижнем течении. Однако вдоль такого профиля общая тенденция может нарушаться. Для сохранения равновесия река приспосабливает уклон русла к каждому изменению контролирующих факторов. Например, дополнительное количество воды, поступающее из притока, позволяет реке переносить осадки при более пологом уклоне русла и, наоборот, увеличение количества или размера осадочных частиц за счет выноса материала притоком может потребовать увеличения крутизны.
На прочных коренных породах сходный профиль может образоваться в результате равновесия другого типа. Скорость врезания реки зависит от характера ее ложа. На твердых породах возникает уклон, который продолжает увеличиваться. Способность реки к врезанию возрастает до тех пор, пока действующие силы не уравновесятся.
Там, где уклон русла приспосабливается к сопротивлению ложа, работа реки направлена не на перенос осадков, а на размыв коренных пород. В таком случае река обычно может переносить больше материала, чем она получает, и ее профиль, несмотря на внешнее сходство, не соответствует профилю, который требуется для транспортировки материала.
Факторы, контролирующие равновесие.
Главные факторы, контролирующие равновесие, - это расход воды, твердый сток и размер осадочных частиц, уклон и форма русла.
а. Расход воды представляет собой количество воды в данной точке или сток из водосборного бассейна, расположенного выше по течению, и обычно измеряется в кубометрах в секунду. Зависит он главным образом от климата. В количественной форме расход воды выражается соотношением
Q (расход воды) = Vср(средняя скорость течения)х A (площадь поперечного сечения).
б. Твердый сток и размер осадочных частиц. Количество вынесенного материала (в тоннах в сутки) и размер осадочных частиц определяются климатом, выветриванием и всеми процессами, при помощи которых осадки попадают в реку. Величина твердого стока зависит также от размера зерен и от состава и текстуры первичной породы.
в. Уклон русла сам по себе регулируется таким образом, чтобы обеспечивалась скорость течения, необходимая для переноса именно того количества и той размерности материала, который поступает в реку. Если уклон русла слишком мал для переноса осадков, то происходит их отложение (аккумуляция) до тех пор, пока уклон не станет достаточным для транспортировки. Если же уклон русла настолько крутой, что обеспечивает большую скорость, чем необходима для переноса, то его крутизна уменьшается за счет эрозии. Новый уклон обеспечивает именно ту скорость, которая требуется для переноса.
г. Форма русла. Для описания формы русла используется отношение его глубины к ширине. Форма русла определяется взаимодействием расхода воды, количества осадков, уклона русла и локальных факторов, таких, как размываемость берегов и степень прямолинейности русла.
Форма русла важна для определения скорости течения и, следовательно, переноса осадков. В общем случае, чем уже русло, тем больше осадков переносится потоком. Когда русло сужается из-за аккумуляции осадков вдоль берегов, это может привести к размыву ложа реки, если же аккумуляция материала в русле усиливает размыв берегов, то русло расширяется.
Базис эрозии. Когда речь идет о том, как река вырабатывает профиль равновесия, а также о формировании долины, важным является понятие о базисе эрозии. Базис эрозии-это самый низкий уровень, до которого река может размывать свое ложе. Базис эрозии достигнут, когда уклон русла приближается к нулю, а течение приостанавливается или замедляется. После этого река неспособна производить эрозию. Существуют два типа базиса эрозий - местный, или временный, и общий, или постоянный. Местным базисом эрозии может служить выступ или барьер из прочной породы, озеро или место слияния главной реки с притоком. Общий базис эрозии у устья реки располагается немного ниже уровня моря. Хотя постоянным он может и не быть, общий базис эрозии изменяется гораздо медленнее, чем временные местные базисы эрозии.
Ниже базиса эрозии река прорезает русло до глубины, соответствующей ее размеру. Например, уровень русла Миссисипи у Нового Орлеана примерно на 25 м ниже среднего уровня моря. Когда река впадает в озеро или море, движение воды и осадочного материала полностью не прекращается. Они продолжают двигаться в виде потока до тех пор, пока существует наклон водной поверхности, обеспечивающий течение под действием силы тяжести.
Нарушение равновесия. Вдоль северного берега озера Эри береговая линия под действием волновой эрозии отступает в сторону суши, укорачивая таким образом небольшие речки, впадающие в это озеро. В ответ на увеличение уклона в нижнем течении реки увеличивают перенос осадочного материала за счет активного врезания. В результате вдоль берега озера вода подтачивает стои мостов, смещает водопроводные трубы и разрушает дороги.
В плейстоцене уровень моря несколько раз понижался примерно на 100 м за тысячу лет. Это происходило потому, что большое количество воды удерживалось в виде крупных материковых ледников и не поступало в море. В периоды оледенения реки, впадавшие в море, в нижнем своем течении обычно приспосабливались к понижению базиса эрозии, глубже врезая русла. Происходило то же самое, что я на северном берегу озера Эри. Одновременно реки в верхнем течении, а возможно, и на всем протяжении приспосабливались к изменению расхода воды и количества переносимого материала, что было следствием климатических изменений, сопровождавших оледенение.
Описанные здесь нарушения равновесия рек сравнительно просты, так как меняется только один или два фактора. Даже относительно небольшое изменение климата может повлиять на расход воды (полноводность реки), количество переносимого материала и способность берегов размываться, а это ведет к резкому изменению формы и характера рек.
Изменение расхода воды может иметь место, когда река перехватывает бассейн стока другой реки. Перехват реки приводит к увеличению стока в одной реке и к уменьшению в другой. Кроме того, перестройку водосборных бассейнов могут вызвать формирование разрывов, оледенение, вулканизм и изменение количества атмосферных осадков и испарения.
Ледниковые процессы, образование оползней или деятельность человека, нарушая растительный покров, могут значительно увеличить количество осадочного материала, переносимого рекой. Уменьшение твердого стока может произойти в результате прекращения любого из этих процессов или в результате развития растительного покрова.
Подобные изменения в расходе воды и величине твердого стока происходят во время паводков. Когда уровень воды поднимается, река часто размывает свое ложе, а когда вода спадает, река откладывает осадки. Замечательным примером могут служить явления, которые происходили на реке Миссури, прежде чем ее разливы были ограничены с помощью плотин и водохранилищ, построенных в верхнем течении реки. Раньше большие паводки размывали ложе реки между городами Омаха и Небраска на глубине от 12 до 25 м и неоднократно сносили опоры мостов. Река размывает свое ложе только тогда, когда в ней больше воды, чем требуется для переноса осадков, а заполняет русло только тогда, когда осадочного материала в реке больше, чем она может транспортировать. Часто думают, что во время паводка река размывает русло на всем его протяжении. Если бы это было так, то водохранилища заполнялись бы осадками гораздо быстрее, чем это происходит на самом деле. На многих участках русла речное ложе при паводках совсем или почти не углубляется; напротив, в некоторых местах может происходить даже аккумуляция.
Противоположные тенденции могут взаимно компенсироваться, так что в результате равновесие изменится лишь незначительно или будет нарушаться весьма медленно. Примером может служить реакция Нила на строительство высотной Асуанской плотины. До того как Нил был перекрыт, он нес огромное количество осадочного материала, особенно во время разливов. Теперь огромный твердый сток и максимальные паводки Нила прекратились. В воде, которую спускают из озера Насера-водохранилища за плотиной - для орошения полей, содержится очень мало обломочного материала, и может показаться, что размыв речных осадков ниже плотины неизбежен. Однако для орошения спускают мало воды по сравнению с прежними ежегодными разливами Нила, и до сих пор размыва, которого опасались, не происходило. Привнос осадочного материала притоками, впадающими в Нил ниже плотины, соответствует или даже превосходит транспортирующую способность воды, которую спускают из водохранилища для полива.
Изменения продольного профиля рек. Большинство рек имеет длинные продольные профили, крутые в верховьях и постепенно выполаживающиеся в нижнем течении. Однако вдоль такого профиля общая тенденция может нарушаться. Для сохранения равновесия река приспосабливает уклон русла к каждому изменению контролирующих факторов. Например, дополнительное количество воды, поступающее из притока, позволяет реке переносить осадки при более пологом уклоне русла и, наоборот, увеличение количества или размера осадочных частиц за счет выноса материала притоком может потребовать увеличения крутизны.
На прочных коренных породах сходный профиль может образоваться в результате равновесия другого типа. Скорость врезания реки зависит от характера ее ложа. На твердых породах возникает уклон, который продолжает увеличиваться. Способность реки к врезанию возрастает до тех пор, пока действующие силы не уравновесятся.
Там, где уклон русла приспосабливается к сопротивлению ложа, работа реки направлена не на перенос осадков, а на размыв коренных пород. В таком случае река обычно может переносить больше материала, чем она получает, и ее профиль, несмотря на внешнее сходство, не соответствует профилю, который требуется для транспортировки материала.
Комментариев нет:
Отправить комментарий