Процес формування річкового русла

Размещено на http://www.allbest.ru/

Процес формування річкового русла

Якби земна поверхня на якій-небудь її ділянці представляла ідеальну похилу площину, то водотік, що заклався на такій площині, стікав би по ній прямолінійно, слідуючи постійному напряму найбільшого ухилу. Але земна поверхня, як правило, не є такою ідеальною площиною - на ній майже завжди спостерігаються нерівності у вигляді чергуючих підвищень і понижень, іноді різко виражених, іноді ледве помітних для ока. Вода, як легкорухливе середовище, швидко обтікає всі підвищення, слідуючи в кожній даній крапці напряму найбільшого ухилу. Таким чином, лінія кожного тільки що водотока, що утворився, з самого початку свого заставляння не буде прямолінійною; залежно від інтенсивності нерівностей і їх величини вона робитиме те більш пологі, то більш круті дугоподібні повороти і вигини то в одну, то в іншу сторону.

Ці вигини, обумовлені первинним рельєфом (або мікрорельєфом) земної поверхні, можна назвати первинним і закрутами або первинними меандрами, на відміну від вторинних закрутів, що формуються в результаті роботи самого водотока або за участю впадаючих в нього водотоків другого порядку, що утворюються пізніше. Первинні меандри відрізняються від вторинних нестриманістю розмірів радіусів кривизни і взагалі неправильністю вигинів водотока; частіше всього вони, мабуть, характеризуються меншою крутизною поворотів, тобто великим радіусом кривизни. Незначні вигини річки, що заклалися у вигляді первинних закрутів, можуть з'явитися однією з причин утворення вже більш крутих закрутів - справжніх або вторинних меандрів. Останні представляють ритмічно плавно-дугообразні вигини річки, що повторюються, поперемінно в ту і іншу сторони, причому у стадії достатньо зрілого розвитку ці вигини є описаними більш менш певним радіусом кривизни, витриманому на відрізку перебігу річки між двома її найближчими притоками. Іншою причиною утворення вторинних закрутів водотока можуть бути впадаючі в нього притоки, що відтісняють головну річку в протилежну сторону, а іноді і притягаючі її до себе. Подальша розробка цих спочатку незначних вигинів зобов'язана гідродинаміці самого руслового потоку, який і переробляє їх в справжні меандри. Роль меандрів у формуванні широкої, плоскодонної поіменної долини буде освітлена пізніше.

Вироблення закрутів, тобто зсув окремих ділянок водотока в горизонтальному напрямі на ранніх стадіях розвитку русла, при достатньо глибокому положенні базису ерозії, відбувається одночасно з енергійною глибинною ерозією. В результаті в межах кожного окремого закруту русло річки придбаває дещо асиметричний поперечний профіль з крутим (прямовисним) увігнутим берегом і більш пологим опуклим. Оскільки зсув русла убік відбувається особливо енергійно в повені, то на пологій, опуклій ділянці берега, від якого водоток відступає таким чином як би скачками, утворюються невеликі сходинки, покриті тонким шаром алювія, з яких кожна нижчележача є більш молодою в порівнянні з вищерозміщеною. Так виникають загалом крутонаклонні поверхні, які французький дослідник Шапю запропонував називати полігенетичними терасами (Terrasses polygeniques). Такі сходинки можуть виникати і при стабільному базисі ерозії унаслідок різної в різні роки висоти половодій.

У цих більш ранніх стадіях розвитку долини, коли глибинна ерозія протікає енергійно, ніж бічна, морфологічний ефект останньої буває виражений порівняно слабо: долина залишається вузькою, крутостінною, глибина її часто перевищує ширину верхнього поперечника. Долини такого типу часто називають "тиснений", "щілиною", "ущелиною". В цій стадії розвитку обидва поняття - "русло річки" і "долина" - ще частково співпадають, оскільки русло річки, тобто заповнена без остачі водою частина ерозійного врізу, представляє нижню частину долини-ущелини. Відповідно до цього і закрути річки точно повторюють закрути долини ("долинні меандри"). Закрути річки, безпосередньо облямовані крутими і високими бортами долини, називають також врізаними меандрами.

У деяких випадках стадія тиснення або щілини може зберігатися порівняно довгий час. Це спостерігається, наприклад, в областях розвитку дуже проштовханих для води порід (пісковики, пористі вулканічні породи, детритусові черепашкові вапняки) або в областях аридного клімату з дуже малою кількістю опадів. В обох цих випадках поверхневий стік з прилеглих до долини просторів буде дуже малий і схили долини будуть виполохуються поволі. меандр закрут водоток рельєф

У більш пізню стадію розвитку долини, коли глибинна ерозія з наближенням річки до подовжнього профілю рівноваги сповільниться, в подальшому розвитку русла наступають істотні зміни якісного характеру. Бічний зсув русла починає тепер грати головну роль в морфологічній зміні долини. Ця тенденція до зсуву русла в горизонтальному напрямі властива всім водотокам незалежно від того, чи обмежені вони крутими і високими берегами з твердих корінних порід, або протікають але плоскої алювіальної поверхні заплави в низьких берегах з рихлого матеріалу. Різниця полягає лише в тому, що в корінних породах, часто дуже стійких, цей процес горизонтального зсуву протікає украй поволі, в рихлому ж алювії несумірно швидше. Процес бічного зсуву русла і веде до утворення крутих закрутів річки - вторинних меандрів. Самий механізм зсуву, пов'язаний з розмивом берегів, можна зрозуміти лише при деякому знайомстві з гідродинамікою руслового потоку, що одночасно проливає також світло і на ряд морфологічних особливостей будови русла.

Досліджуючи будову русла річки, закруту твірної, можна помітити, що воно представляє чергування глибоких ділянок - плес і дрібних - перекочувань. Ті і інші мають довгасту, витягнуту уздовж річки форму і розташовуються дуже закономірно: плеса приурочені до опуклих сторін річкових закрутів, притискаючись до увігнутих ділянок берега, перекочування ж перетинають вісь річки під дуже гострим утлому у вигляді гребеня, що йде від опуклої ділянки берега одного закруту до опуклої ж ділянки берега нижлежачий за течією закруту. Перекочування розташовуються, отже, в тих місцях, де русло має порівняно малу кривизну, що міняє тут свій знак на зворотний. Згідно першому закону Л. Фарга, найглибша частина плеса і найдрібніша частина перекочування є дещо зсунутими вниз за течією відносно, точок найбільшої і якнайменшої кривизни русла.

Лінія найбільших поверхневих швидкостей течії, що проходить уздовж річки звично через найглибші частини послідовних плес і перетинаюча перекочування, називається стрижнем річки. Навіть у тому випадку, коли річка на деякій ділянці має випрямлену течію, не утворюючи закрутів, стрижень її виявляється зігнутим в плані і до вершин його вигинів бувають приурочені плеса, а в проміжках між ними розташовуються перекочування.

Вода у всіх природних водотоках має, як правило турбулентний характер течії. Разом з поступальною ходою води вниз але руслу, кожному водотоку властиві ще поперечна циркуляція. Біля меандрируючих річок стрижень на плесі притиснутий до увігнутої ділянки берега. Тут, разом із загальною поступальною ходою потоку спостерігаються інтенсивні низхідні струми води, що проводять посилений розмив як берега, так і прилеглої частини дна річки. Результатом є як утворення самого плеса, так і відступ в горизонтальному напрямі увігнутої ділянки берега. Від стрижня тут у бік протилежного опуклого берета йде донна течія, що ухиляється в той же час вниз по річці, слідуючи загальній поступальній ході потоку. Ця течія несе вимитий на плесі матеріал і відкладає його, поступове заповільнення, біля опуклого берега, утворюючи тут примикаючу до корінного схилу, але більш полого нахилену у бік річки прируслову мілину.

Поступово наростаюча прируслова мілина як би заміщає собою відступаючу у бік увігнутого берега, що розмивається, плесову ділянку русла. Прируслові мілини представляють окремі, складені алювієм ділянки, з яких пізніше в результаті їх зростання і злиття формується заплавне днище долини.

Разом з вказаною низхідною течією біля увігнутого берега на поверхні річки виникає течія ("збійна" течія Н.З. Лелявського), що йде від опуклої ділянки берега до стрижня і що також дещо ухиляється вниз по річці. Так замикається гвинтоподібна поперечна циркуляція води в річці, що формує плеса, перекочування, прируслові мілини. Поперечна циркуляція особливо яскраво виражена в меандрируючих водотоках. Експериментальні дослідження М.А. Великанова показали, проте, що меандри утворюються навіть водотоком, поточним первинно в прямолінійному руслі, і названий автор схильний пояснювати утворення цих меандрів наявністю поперечної циркуляції навіть в прямолінійному потоці.

Відступ русла водотока при незмінній його ширині у бік увігнутого берега супроводжується, як правило, збільшенням кривизни закруту в порівнянні з первинною її кривизною - радіус кривизни її стає все меншим і меншим.

Нагляди показують, що біля невеликих (маловодних) і поволі поточних (рівнинних) річок кривизна закрутів буде найбільшою, а ширина меандрового пояса (тобто смуги між двома дотичними до вершин закрутів кожної сторони річки) меншої, ніж біля великих, багатоводних і швидко поточних річок. Таким чином, невеликі рівнинні річки сильно петляють, утворюючи численні круті закрути на коротких ділянках течії. Ці нагляди і теорія показують, що кожному водотоку, залежно від його водоносності і швидкості течії, властивий певний граничний радіус кривизни закрутів. Інакше кажучи, відступ русла водотока у бік увігнутого берега не може продовжуватися безмежно, але припиняється по досягненню граничного, відповідного даній річці радіусу кривизни закрутів.

Перейдемо тепер до розгляду прируслових мілин. Як вже було відзначено вище, вони формуються біля рівнинних річок звичайно з добре відсортованого піщаного матеріалу, який приноситься донними течіями з пристрежневої плесової частини русла до опуклих ділянок берега. Переміщення донних наносів поблизу опуклого берега скоюється у вигляді закономірно побудованих рухомих піщаних хвиль ("підводних дюн"). Останні представляють систему дугоподібно зігнутих в плані піщаних гряд, перпендикулярних в кожній даній крапці до напряму придонних струменів. У зв'язку з цим піщані хвилі мають асиметричний поперечний профіль з крутим (досягаючим 30°) схилом, обернутим вниз за течією, і дуже пологим схилом, обернутим вгору за течією. Відносна висота цих хвиль, мабуть, пропорційна величині річки і може змінюватися від одного - декількох дециметрів до одного і більше метра при довжині, що варіює від 10 до 40 м. Гребені хвиль орієнтовані під гострим кутом до опуклої ділянки берега, ухиляючись все більш різко вгору за течією у міру наближення до увігнутого берега. Переміщаються підводні піщані хвилі вниз по руслу біля рівнинних річок з швидкістю, пропорційною другою - третього ступеня швидкості течії і що коливається в межах часток метра в доба. Завдяки наявності піщаних хвиль урізання води по околиці берегових мілин в меженний час має характерний пилкоподібно-зубчатий вигляд, представляючи ряд вузьких мисів, чергуючих з такими ж затоками.

Поступаючий у вигляді таких піщаних хвиль до опуклої ділянки первинного корінного берега матеріал утворює примикаючу до нього спочатку вузьку, поступово розширяється смугу алювію, дугоподібно зігнуту в плані і що поступово звужується і вибивається клин вгору і вниз за течією. Це - прируслова мілина, полого нахилена від корінного берега у бік річки. Вона дещо зсунута вниз за течією щодо першини опуклості корінного берега Ширина її збільшується до тих нір, поки річка не виробить закрутів граничного радіусу кривизни, т. е, поки русло продовжує відступати від опуклого берега. Наростання мілини відбувається як би скачками, переважно і періоди паводків, причому по русловому краю мілини утворюється з матеріалу, що відкладається, кожного разу новий прирусловою вал. Свіжий прирусловою вал має несиметричний, поперечний перетин: схил його, звернений до річки, - пологий, лише небагато чим крутіше за загальний спад прируслової мілини, схил же, звернений до корінного берега, - крутий, рівний куту природного укосу рихлих, сипких тел. В ранніх стадіях розвитку прируслової мілини, коли бічний зсув русла у бік погнутого берега відбувається швидко, прируслові вали, що утворюються послідовно, відділяються один від одного виразно вираженими улоговино-образними пониженнями. Серії таких валів, що протягуються в межах прируслової мілини у вигляді субконцентричних дуг, утворюють її гривастий мікрорельєф, чудово виражений на аерофотознімках. Тільки що утворений прирусловою вал має найбільшу висоту в своїй середній частині, поступово знижуючись і сходячи па немає до верхнього і нижнього за течією кінцям опуклої ділянки берега. До цих же кінців вали зближуються між собою до повного злиття. У зв'язку з тенденцією закрутів річки зміщуватися вниз по долині, верхні за течією кінці серії прируслових валів звичайно виявляються зрізаючими річкою, утворюючи так звані "віяла блукання".

З наближенням до стадії граничного розвитку меандрів, коли відступ русла від прируслової мілини сповільнюється, послідовно прируслові вали, що утворюються при повенях, починають перекривати один одного, сильно наростаючи у висот. Їх зростання може тривати до висоти найвищих поводків, що трапляються іноді раз в десяток і більше років. Швидке їх наростання у висоту пояснюється тим, що в повені річкові води, виходячи з меженого русла і поступаючи на прируслову мілину (або вже на заплаву, що сформувалася), відразу втрачають швидкість течії і значна частина зваженого і вабленого матеріалу, в першу чергу більш грубі частинки, випадає тут же. по краю меженого русла. Накопиченню алювія сприяє також чагарникова рослинність, що швидко розвивається на прируслових валах в умовах вологого клімату. Висота прируслових валів залежить від потужності річки і висоти паводків. За спостереженнями Е.В. Шанцера, на Волзі висота прируслових валів над рівнем річки досягає іноді 5 м, на Оці і Мокше - 2,5-3,0 м, на Керженце - 1,5 м.

У країнах аридного клімату піщані прируслові вали і прируслові мілини часто стають жертвою розвівання і дають початок рухомим дюнам. Це спостерігається, наприклад, по берегах Сир-Дар'ї в західній частині Фергани, де вітри за умов рельєфу досягають особливої сили.

З сказаного вище видно, що біля меандрируючих річок прируслові вали не пнулися безперервно на великі відстані уздовж кожного берега річки, але приурочуються лише до опуклих ділянок береги. Бувають, проте, і виключення з цього правила. Це спостерігається на тих, що зустрічаються іноді порівняно прямих руслах з плесами і перекочуваннями, що вільно зміщуються уздовж них; у міру того, як останні міняються своїми місцями, прируслові вали дістають можливість формуватися уздовж всього берега, витягуючись в безперервну лінію.

Як показав в 1893 р. Н.С. Лелявский, на таких відносно випрямлених ділянках спостерігається загальне ослаблення поперечної циркуляції, яка придбаває притому особливий характер, відмінний від розглянутого нами вище за тип, характерний для меандруючих річок. Тут поперечна циркуляція як би розбивається на дві системи, причому стрижнева лінія з відповідними їй низхідними струмами води розташовується уздовж осьової частини водотока, біля бортів же русла має місце висхідний рух, що супроводжується освітою біля обох берегів, які протилежно лежать, не дуже сильно розвинених прируслових мілин.

Досить часто спостерігається ще один тип поперечної циркуляції, зображений на мал., В і властивий річкам, що мають тенденцію замість меандрування до розпаду на рукави. При цьому типі потік як би розпадається на дві або навіть на три частини з утворенням стрижневих ліній в місцях низхідного руху струменів; тут відбувається розмив наносів і, отже, поглиблення дна. Навпаки, в місцях зіткнення... обох частин потоку, де має місце висхідний перебіг води відбувається часткове відкладення донних наносів. Накопичення останніх може бути таким значним, що вони підіймаються вище за меженою рівень річки у вигляді витягнутих уздовж русла островів, так званих осередків, як би що намічають розділення русла на окремі рукави. Таких осередків багато на Волзі, Ангарі і інших крупних річках. Осередки звичайно зміщуються вниз за течією, розмиваючись на своєму верхньому кінці, званому на Волзі "приверхом", і наростаючи на нижньому - "ухвосття". Залежно від того, який з цих двох процесів бере гору, осередок або поступово зменшується і зникає, або розростається уподовж по річці, розділяючи її на два рукави. Спостерігалися випадки зсуву осередків і вгору за течією. Таке явище було встановлено В.Е. Мурзаєвой, наприклад, на річках Шилке і Аргуні. Острови-осередки, що сильно розрослися, звичайно зупиняються, хоча і продовжують змінювати свої контури. При цьому один з рукавів, що оздоблюють такий крупний острів, стає головним, стягуючи в себе всю більшу і більшу кількість води, інший же рукав по той бік острова поступово заноситься піском і звичне прибивається до берега або до іншого такого ж осередку, а що залишилася незанесеною частина протоки утворює затоку - "затон". З боку діючого рукава до острову-осередку звичайно починає прибиватися нормальна прируслова мілина, що відсовує рукав убік. Ті осередки, які не втратили ще здатності зміщуватися вниз за течією, спускаються часто із швидкістю декількох десятків метрів і навіть до 100 м в рік.

Література

1. Бегишвили К. Некоторые особенности генезиса, движения и отложения грязекаменных потоков. "Тр. Батумекого мединститута им. Руставели", 1954, т.IV.

2. Жуков М.М. Основы геологии. - М., 1961.

3. Коротун І.М. Прикладна геоморфологія. - Рівне, 1996

4. Свинко Й.М. Геологія. - К.: Либідь, 2003

5. Щукин И.С. Общая геоморфология. Том 1-2. - М.: МГУ, 1964.

Размещено на Allbest.ru