Поверхностные воды

Половодье – ежегодно повторяющееся в один и тот же сезон относительно длительное и значительное увеличение количества воды в реке.

Паводок – относительно кратковременные и непериодические подъемы уровня воды в реке, вызываемые поступлением в реку дождевых (талых) вод.

Межень – наиболее низкое стояние воды в реке при преобладании подземного питания. 

 Интенсивность работы  рек определяется их кинетической  энергией, которая зависит от  массы воды и скорости течения. Последняя, так же как и в случае временных потоков, зависит от уклона. Под уклоном понимается величина перепадов высот, деленная на расстояние по горизонтали, на котором наблюдается перепад.

Реки производят в огромных масштабах денудационную, транспортирующую и аккумулятивную работу. Они существенным образом преобразуют рельеф земной поверхности.

2.2 Денудационная (разрушающая) работа рек.

Разрушающая работа выражается в речной эрозии. Реки, обладая высокой энергией, расширяют свою долину. Различают эрозию донную, или глубинную, направленную на врезание потока в глубину, и боковую, ведущую к подмыву берегов, а следовательно, к расширению долины. Соотношение донной и боковой  эрозии изменяются на различных стадиях развития долины рек.

Донная эрозия. На начальных стадиях  преобладает донная эрозия, которая стремится выработать профиль равновесия применительно к  базису эрозии – это уровень конечного бассейна, куда впадает река. Базис эрозии определяет развитие всей речной системе. Первоначальный профиль, на котором закладывается река, обычно характеризуется различными неровностями, созданными до образования долины. Возникновение таких неровностей обусловлено различными факторами – выходами в русле неодинаковых по плотности пород, каких-то структурных форм водоемов, возникающих на месте впадин в долине реки. При регрессивной эрозии река, углубляя свое русло, стремится преодолеть различные неровности, постепенно сглаживая их. С течением времени река вырабатывает более или менее плавную кривую, которая носит название профиль равновесия реки.

При выработки профиля равновесия, как горных так и равнинных рек, большую роль играет не только главный базис эрозии, но и множество местных. К последним относятся уступы или пороги. На месте уступа возникают водопады. Воды реки энергично размывают дно уступа, одновременно подмывая его. В результате этого процесса уступ, постепенно разрушаясь, отступает. Особенно впечатляет скорость отступания уступа Ниагарского водопада, который ежегодно перемещается на 1 – 1,2 м. Такой уступ является местным (локальным) базисом эрозии. Часть реки, располагающаяся  вверх от такого уступа, развивается регрессивно по отношению к нему, а ниже, расположенный отрезок долины развивается применительно к главному базису эрозии. Только после того как уступ полностью размоется, развитие всей долины реки будет контролироваться главным базисом эрозии. Кроме уступа местными базисами эрозии могут быть озера, располагающиеся во впадинах  в переделах долин рек. До тех пор, пока озеро не исчезает, оно контролирует развитие части долины, расположенной вверх по течению от озера.

По мере выработки продольного профиля эрозии закономерно меняется форма поперечного профиля самой речной долины. На ранних стадиях развития при значительном преобладании глубинной эрозии реки вырабатывается крутостенная (обрывистая ) узкая долина, дно которой почти полностью занято рекой. В этом случае  поперечный профиль представляет собой каньон с почти вертикальными, иногда ступенчатыми боковыми склонами. При дальнейшей выработке долина превращается в V-образную форму. Такие формы особенно хорошо выражены в молодых горно-складчатых системах Альп, на Кавказе, в Гималаях, где глубина долин рек достигает 1-2 км. Такие горные ущелья с крутыми, почти отвесными стенками называют ущельями-каньонами. По мере выработки профиля долина принимает  U-образную форму, т. е. склоны долины постепенно выполаживаются.

Боковая эрозия. В результате выработки  профиля равновесия помимо развития  донной эрозии проявляется и боковая. По мере того как ослабевает донная эрозия, усиливается боковая, направленная на подмыв берегов и расширение долины. Особенно сильно боковая эрозия проявляется во время половодий и паводков, когда скорость течения реки и турбулентность движения потока существенно увеличиваются. Вода поступает к обрывистому склону и от сильного вихревого движения в придонном слое подмывает берега. Начинается усиленный подмыв одного берега и накопление наносов на противоположном. Это приводит к образованию изгиба реки. Первичные изгибы, постепенно развиваясь, превращаются в излучины, которые играют большую роль в формировании речных долин.

Рис. 4  Выработка продольного профиля равновесия реки на различных стадиях регрессивной эрозии (б0-а0; б1-a1, б2-а2); А - исток реки, Б - базис эрозии.

2.3 Транспортная работа рек.

Реки захватывают и переносят во огромных количествах обломочный материал, образовавшийся в результате выветривания, гравитационных и склонных процессов. Речные воды в зависимости от скорости потока переносят обломочный материал разного размера -  от тонких иловых частиц и тонкозернистого песка до крупных обломков. Переносимый рекой материал еще больше усиливает глубинную и боковую эрозию. Обломки не только сами разрушаются, но и дробят, шлифуют горные породы, слагающие дно русла и боковые стенки долины. При этом они сами дробятся, измельчаются и истираются. Перенос обломочного материала в зависимости от скорости потока и величины обломка может осуществляться различными способами:

1. волочение по дну;
2. во взвешенном состоянии;
3. в растворенном виде.

Обломки первого и второго способа переноса называют твердым стоком рек.

Кроме обломочного материала реки переносят в растворенном состоянии минеральные соединения. Часть этих соединений речные воды растворяют по мере своего перемещения по земной поверхности, часть попадает в реки  с подземными водами. В речных водах гумидных областях преобладают карбонаты кальция и магния, на долю которых около 60% ионного стока. В небольших количествах растворимые соединения железа и марганца, которые чаще переносят не в виде истинных, а в форме коллоидных растворов. В речных водах аридных областей кроме карбонатов заметную роль играют хлориды и сульфаты. В равнинных реках преобладают растворимые вещества, далее следуют взвеси и почти отсутствуют влекомые по дну обломки .Горные реки в основном переносят обломочный материал во взвешенном состоянии, но перемещают гальку и крупные валуны по дну.

2.4 Аккумулятивная работа рек.

Процесс осаждения вещества не завершает перенос и эрозию, а происходит почти одновременно с ними. На первых стадиях развития реки преобладают процессы эрозии, но местами отлагаются и речные осадки, которые, однако, являются неустойчивыми и подвергаются новому размыву и переносу при увеличении полноводности потока и его скорости. По мере выработки профиля равновесия и расширения долины образуются постоянные речные отложения, называемые аллювиальными или аллювием. В формировании аллювия и речных долин большую роль играют изгибы и излучены реки. в пределах которых меняются турбулентность потока. его скорость, а так же характер дна. Двигаясь по дуге изгиба, вода испытывает воздействие центробежных сил, и стрежень потока прижимается к вогнутому берегу, где она опускается вниз, вызывая усиленный размыв дна, борта русла, и захватывает  обломочный материал. Направляясь от подмываемого крутого берега к противоположному выпуклому, придонные потоки воды, снижая скорость, вынуждены сбрасывать влекомые им обломки. Здесь начинается интенсивная аккумуляция осадка и образуется так называемая прирусловая отмель. Эта часть русла обнажается при понижении уровня воды во время межени. Этот процесс знаменует начало формирования аллювия.

С течением времени подмываемый берег становится обрывистым и постоянно под натиском русловых потоков отступает, увеличивая крутизну изгиба. В это  время на противоположном берегу, прирусловая отмель постепенно наращивается. Примером необычной крупной излучины  является Самарская Лука на реке Волга, которая огибает приподнятый массив Жигулей. Длительное развитие излучин, наращивание прирусловых отмелей у выступающих берегов и отступание вогнутых берегов через  определенное время  приводят к  возникновению серии излучин, которые носят название меандр.

По мере последовательно развития речной долины площади аллювиальных накоплений расширяются. Намытый низкий берег начинает выступать над уровнем воды и заливается только в половодье. Такой низкий участок долины, сложенный аллювием, представляет пойму реки.

С течением времени профиль долины приобретает плоскодонную или ящикообразную  форму. Меандры, развиваясь, приобретают значительную крутизну, образуя серию сближенных между собой петель, разделяемых узкими перешейками. Местами происходит прорыв перешейка и на таких участках  река спрямляет свое русло. В покинутой рекой излучине остается замкнутое озерцо, которое медленно зарастает. Отделенные от русла реки излучены с озерами называются старицами. С течением времени такие старицы заполняются осадками и заболачиваются.

Процессы образования стариц, меандрирования и спрямление русла весьма характерны для медленно текущих равнинных рек. Наблюдение показали, что излучины развиваются не только в сторону берегов, но и вниз по течению. В результате выступы, сложенные твердыми коренными породами, постепенно срезаются и образуется широкая пойма со сложным рельефом.

Фация отложения - слой или группа слоёв, отражающих среду осадконакопления.

Фация аллювия:

1. Русловой аллювий. Отложения, которые формируются в пределах русла рек. Ими выстилается дно реки на всем протяжении долины. Они представлены грубозернистыми и крупнозернистыми песками с включением гравия и галек. Местами, особенно в долинах рек с сильным течением, русловой аллювий представлен галечным материалом.
2. Пойменный аллювий. Формируется в период паводков и половодий и тогда на пойме осаждается главным образом  тонкий материал. Пойменные отложения представлены преимущественно супесчано-суглинистым  материалом.
3. Старичный аллювий. Накапливается в отдельных излучинах,  превратившихся в застойные озера. Поэтому он слагается тонким обломочным материалом (алевриты, глины), обогащенным органическими веществами.

2.5 Сравнение основных  характеристик равнинных и горных  рек.

Быстрое течение горных рек способно нести песок и гальку, перекатывать валуны. Ударная энергия речной воды в верховьях размывает дно и берега, переносит обломки и откладывает их в низовьях, на равнинах, где скорость течения падает. Если река протекает по мягким породам, дно размывается быстро, и русло заметно углубляется. При этом формируется долина с крутыми берегами V-образного профиля. Когда скорость размыва дна замедляется, и, из-за смыва обломков со склона и подмывания берегов, дно долины расширяется, она приобретает U-образный профиль. В твердых, не склонных к разрушению породах, река пропиливает каньоны с, практически, отвесными склонами. На Западном Кавказе, в Абхазии река Бзыбь, ниже села Псху, образовала каньон глубиной 50-70 метров при ширине 5-10 метров. Туристам известен каньон реки Гуамки близ Майкопа. В Таджикистане река Зеравшан, имеющая в среднем течении ширину до 500 метров, прорывает скальный пояс, состоящий из вертикально расположенных сланцев, каньоном шириной около пяти метров. В Копетдаге притоки реки Сакисяб пропилили в предгорьях извилистые узкие каньоны. Их линии, следуя изгибам складок горных пород, нередко меняют направление на 270 и более градусов, поэтому, начинаясь на расстоянии 3-5 километров от русла реки, они имею протяженность 15 километров и более.

Если текущая вода встречает на пути крупный валун или участок твердых пород, она вынуждена отклоняться в сторону от линии наибольшего уклона, и ее русло изгибается. Сила тяжести возвращает поток обратно, при этом река поворачивает, но по инерции отклоняется от оптимального пути в другую сторону. Процесс повторяется, пока вода не выйдет на наибольший уклон или не встретит новое препятствие. По мере размыва препятствий, излучины (их называют меандрами, по реке Меандр, где этот процесс был впервые описан учеными) смещаются вниз по течению. При этом, движущиеся изгибы русла расширяют дно долины. Вот поэтому горные реки нередко текут по широким галечным поймам, в десятки и сотни раз превышающим ширину водного потока. Особенно впечатляют реки Восточного Памира (Маркан-су, Уй-су) буквально теряющиеся в километровой ширине долин.

Если скорость течения реки не меняется, пойма существует без особых изменения столетиями. Но вот происходит поднятие гор или опускание предгорных равнин. При этом скорость потока возрастает, начинается активный размыв и углубление дна. Бывшая пойма оказывается высоко над рекой, которая, уже известным способом, разрабатывает новую пойму. Остатки прежней поймы образуют надпойменную террасу. У равнинных рек таких террас может быть 2—3. У горных рек террас может быть значительно больше. Склоны или берега, расположенные над верхней террасой, не тронутые рекой называют коренными берегами.

Равнинные реки имеют медленное течение, поскольку на это влияет рельеф местности и то что равнинные реки находятся под небольшим уклоном, высота которого достигает несколько десятков метров. Также рельеф дна (глубина на перекатах около полуметра, а иногда находятся и ямы до 30 метров) и грунтов, разнообразных по своему химическому составу ископаемых (начиная от песка и заканчивая каменистым дном) влияет на характер и направление течения реки. Равнинные реки существуют при наличии извилин русла, образующихся в результате русловых процессов, из-за которых можно наблюдать чередование участков размыва русла, в результате которого образуются осерёдки и перекаты. Скорость течения некоторых равнинных рек около 1 м/с. Не имея достаточной скорости для прокладывания прямого пути равнинная река обходить препятствия и образуя широкую, но не глубокую, долину, дном которой извивается ее русло. Часть твердых материалов, находящихся в ней, река несет вниз по течению, а часть откладывает в русло, формируя песчаные пляжи. Иногда, когда завороты рек расположены близко, то узкий промежуток между ними размывается и река выравнивает свое русло.

Основную массу питания (50-80 %) равнинные реки получают в результате атмосферных осадков и имеют мешаное и приоритетно снеговое питание. Наибольшее количество воды они получают весной, когда начинают таять снега, вода стекает, пробивая лёд. В результате паводка уровень воды может увеличиться в среднем на 5-7 метров, что может привести к выходу реки с берегов. Равнинные реки протекают в небольших долинах с уклонными берегами.