Морфологические, морфометрические, гидрологические характеристики реки
Совокупность рек и других постоянно и временно действующих водотоков, а также озёр и болот на какой-либо территории называется гидрографической сетью (Российский гидрометеорологический энциклопедический словарь, 2009).
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). При определении длины рек по мелкомасштабным картам должны вводиться поправки на масштаб и извилистость русла: чем мельче масштаб карты и больше извилистость реки, тем больше ошибки при расчете длин рек.
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. Хотя водоток, который дает начало реке по своим размерам формально рекой не является (это скорей ручей), исток такого небольшого водотока все равно принимается за исток всей реки. Так, например, Волга – крупнейшая река Европы – берёт начало в болотах Валдайской возвышенности, и её истоком считается родник, креплёный деревянным срубом, у которого имеется надпись «Исток Волги». На первых километрах после истока Волга представляет собой небольшой ручей со слабым течением.
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 (Гидрология…, 2008).
Отношение длины участка реки Li к длине прямой li, соединяющей концы этого участка, называется коэффициентом извилистости реки на данном участке:
Сумма длин всех рек в пределах бассейна или какой-либо территории даст протяженность речной сети Отношение протяженности речной сети к площади бассейна характеризует густоту речной сети бассейна или территории:
имеющую размерность км/км 2 . Здесь f – площадь рассматриваемой
территории (Гидрология…, 2008).
Густота речной сети в пределах равнинных территорий Европейской части России в целом уменьшается с севера на юг: в лесной зоне она составляет 0,4-0,6 км/км 2 . (Гидрология…, 2008)
Речная сеть – это сложный результат тектонических и эрозионно-аккумулятивных процессов, движения ледников, крупномасштабных колебаний уровня океана и морей и т. д. Понять происхождение структуры современной речной сети невозможно без детальных геологических, палеогеоморфологических и палеогидрологических исследований.
Продольный профиль реки характеризуется продольным профилем дна русла (он всегда имеет вид волнистой линии) и водной поверхности (более плавная линия). Падение реки – высотная разница между истоком и устьем реки или разность высот двух точек водной поверхности по длине реки (h м). Уклон реки – отношение величины падения реки к длине реки (l) или к длине определенного участка реки (i=h/l). Уклон реки – величина безразмерная (Общее землеведение,).
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).
Рис. Поперечный профиль долины (а) и русла (б) реки:
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
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) (Гидрология…, 2008).
Русла рек по форме в плане подразделяются на прямолинейные,
извилистые (меандрирующие), разделенные на рукава, разбросанные (блуждающие) (рис.).
Рис. Типы речных русел:
а – прямолинейное; б – извилистое; в – разделенное на рукава; г – разбросанное; 1 линия наибольших глубин; 2 – отмель; 3 — осередок или остров; 4 – размываемый участок берега; 5 – направление течения
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 – плёсы 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. ) являются площадь поперечного сечения F, ширина русла В между урезами русла при заданном его наполнении, максимальная глубина русла hmах. Среднюю глубину русла hср в данном поперечном сечении вычисляют по формуле
Для большинства речных русел выполняется приближенное
соотношение hср = 2/3 hmax. В извилистом русле максимальная глубина обычно смещена к вогнутому берегу.
В гидравлических расчетах часто используют ещё две характеристики русла реки – длину смоченного периметра р (см. рис.)
и гидравлический радиус R, равный R = F/ p.
Смоченный периметр – это длина подводного контура поперечного сечения речного русла, т. е. линия контакта воды с ограничивающими её твёрдыми 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 hср практически совпадают, поскольку в этих случаях р
Для вычисления средней скорости водного потока используется формула Шези:
V – скорость течения,
R – гидравлический радиус,
i – уклон участка реки
Коэффициент С высчитывает по формуле Базена:
где η – коэффициент шероховатости русла (Учение о реках, 1963).
Расход воды в реке является ее важнейшей характеристикой,
дающей конкретное представление о водности потока.
Расходом потока называется количество воды, протекающее в единицу времени через данное живое сечение. За единицу времени принята одна секунда, за единицу объема – один кубический метр. Расходы малых потоков выражаются в литрах в секунду (л/с).
С изменением расхода происходит изменение уровней, скоростей, размывающей энергии потока и всех иных характеристик потока. Расходы воды, формируясь в результате стока в русло воды из бассейна, подвержены почти непрерывным колебаниям в соответствии с характером поступления воды и условиями, в которых осуществляются процессы стока.
Рис. Схема расчленения гидрографа по видам питания:
питание: I – снеговое, II – дождевое, III – подземное; 1-5 линии разделяющие снеговое и подземное питание в период половодья; 6 – ледостав; 7 – ледоход ссылка?
Зависимость расхода от уровня воды Q = f(H), изображенная
графически, носит название кривой зависимости расходов от уровней, или кривой расходов (Чеботарев, 1975).
На основании средних значений расходов по месяцам строятся гидрографы рек (рис.).
Речной бассейн – часть земной поверхности, включающая в себя данную речную систему. Самый большой бассейн у Амазонки – 7,2 млн км 2 . Водосборный бассейн – площадь суши, с которой речная система собирает свои воды. Он может быть меньше речного бассейна, если в пределах последнего есть бессточные участки (например, в бассейне Иртыша).
Водораздел – линия на земной поверхности, разделяющая сток атмосферных осадков по двум противоположно направленным склонам. Весь земной шар можно разделить на две основные покатости, по которым воды стекают с континентов: 1) в Атлантический и Северный Ледовитый океаны; 2) в Тихий и Индийский океаны. Между этими двумя покатостями проходит Мировой водораздел, или Главный водораздел Земли. Водоразделы
между периферийными областями и областями внутреннего стока называются внутренними водоразделами. Водоразделы океанов и морей разделяют области суши, сток с которых направлен в разные океаны или моря.
Речные водоразделы – линии раздела речных систем. Водоразделы лучше выражены в горах, нежели на равнинах.
Очень редко на аккумулятивных равнинах водоразделы вообще провести невозможно, так как масса воды одной реки делится на две части, направляющиеся в разные речные системы. Такое явление раздвоения течения называется бифуркацией реки (Общее землеведение,).
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 hmax, средний уровень воды hcр 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 hmax и среднюю глубину hср —частное от деления площади поперечного сечения на ширину русла: hср=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 hср при условии, что hср/ R
Источник