Ковалёв С.Г. (и др.) Общая геология с основами гидрогеологии и гидрологии

Подождите немного. Документ загружается.

веера, в пределах которых начинает откладываться выносимый материал.

Возникает конус выноса временного потока. Поверхность его наклонена от

горного склона в сторону предгорной равнины. В конусе выноса наблюда-

ется дифференциация принесенного материала. В привершинной части ко-

нуса выноса находится преимущественно крупнообломочный материал –

слабоокатанные обломки галечниковой размерности, гравий, щебень, кото-

рые погружены в песчаный или суглинистый материал. По мере удаления

от вершины щебенисто-гравийно-галечниковые отложения сменяются пес-

ками, супесями и даже суглинками. Отложения конусов выноса временных

горных потоков назваются

пролювием (от лат. «пролюо» – промываю). Ко-

нусы выноса горных потоков, сливаясь друг с другом, образуют широкие

пролювиальные шлейфы – наклонные равнины.

В ряде горных стран в долинах временных водотоков периодически

возникают мощные грязекаменные потоки –

сели, которые несутся с

большой скоростью. Они обладают огромной разрушительной силой. В

их водах содержится до 80% обломочного материала разного размера.

Временные потоки, имеющие большую массу и высокую скорость, спо-

собны перемещать массивные глыбы. Грязекаменные потоки возникают

при быстром и обильном снеготаянии или после сильных ливневых про-

должительных дождей. Они разрушают жилые здания, хозяйственные и

производственные постройки, транспортные магистрали, вызывают ги-

бель скота и приводят к человеческим жертвам.

§17. Реки

Речные системы. Рекой называется естественный водный поток, про-

текающий в вытянутых понижениях земной поверхности и имеющий от-

носительно постоянное и разработанное им русло, по которому осуществ-

ляется сток воды.

Атмосферные осадки, выпадающие на поверхность суши в жидком ви-

де, или воды, образующиеся от таяния снега, стекают с поверхностных

склонов струями различной величины (склоновый сток). Эти струи после

слияния становятся более крупными и образуют ручьи. Соединение мел-

ких ручьев от атмосферных осадков и вод, выходящих на поверхность в

виде ключей и родников, дает начало речкам, которые после слияния об-

разуют реки. Под действием силы тяжести реки текут с возвышенных

мест вниз, постепенно увеличиваются в размерах и несут свои воды в озе-

ра, моря или океаны. Все поверхностные водотоки, которые в зависимо-

сти от размеров называют ручьями, речками или реками, принимают уча-

стие в большом круговороте воды на земном шаре и разделяются на две

большие группы: постоянные водотоки (реки) и временные водотоки,

охарактеризованные выше.

Река, которая принимает в себя другие водные потоки (речки, ручьи) и

впадает в море или озеро, называется главной рекой, а реки, непос-

редственно впадающие в нее, называются притоками. Совокупность всех

рек, впадающих в главную реку, совместно с ней образуют речную систе-

му. Понятие главной реки является в некоторой степени условным, так

как есть случаи, когда главная река уступает какому-либо из своих основ-

ных притоков по длине и водоносности. Так, например, Ангара, считаясь

притоком Енисея, несет воды в 2,5 раза больше, чем Енисей до их слия-

ния; Волгу следовало бы считать притоком Камы, так как Кама превыша-

ет по водности Волгу и на 194 км длиннее ее до места их слияния. Выде-

ление главной реки должно основываться на оценке сравниваемых рек по

их водности и длине, ширине и глубине, площади бассейна, геологиче-

скому возрасту и высотному положению долин.

Главные реки подразделяются на морские, впадающие в океаны и мо-

ря, т. е. сообщающиеся с Мировым океаном – Днепр, Печора, Обь, Ени-

сей, Амур, и континентальные, протекающие в бессточных областях, не

имеющих сообщения с океаном – Волга, Урал, Терек, Кура, Аму-Дарья,

Сыр-Дарья и др. Каждая речная система имеет одну главную реку и ряд

притоков главной реки, притоки этих притоков и т. д. Притоки, впадаю-

щие непосредственно в главную реку, называются притоками первого

порядка по отношению к этой реке, а реки, впадающие в притоки первого

порядка, называются притоками второго порядка по отношению к главной

реке, в которую они непосредственно не впадают и т. д. Например, Дон,

впадающий в Азовское море, образует речную систему, где является

главной рекой; Воронеж, Битюг, Хопер, Медведица, Сев. Донец и другие

реки, впадающие в Дон, являются притоками первого порядка; притоками

второго порядка будут Оскол, Уды, впадающие в Сев. Донец, и все при-

токи, впадающие в притоки первого порядка.

Строение реки. Каждая река имеет исток, т. е. то место на земной по-

верхности, откуда она берет свое начало. Истоком реки может являться

озеро, ледник, болото, источники и место слияния образовавших ее двух

рек. Река, вытекающая из озера, имеет хорошо выраженный исток. За ее

начало принимается точка пересечения с контуром озера; примером таких

рек являются: Ангара, вытекающая из оз. Байкал, Нева – из Ладожского

озера. Для реки, расположенной в районе развитого оледенения и выте-

кающей из ледника, за исток принимается место, где она выходит из лед-

никового грота или из-под морены. Таковы истоки рек Терека, Кубани на

Кавказе и рек Нарын, Ак-Су в Средней Азии. В равнинных районах река

может вытекать из болота, например, из Пинских болот вытекают некото-

рые крупные притоки Припяти. За начало такой реки принимается место,

где она приобретает вид потока с заметным течением и довольно четко

выраженным руслом.

Некоторые небольшие реки и ручьи берут начало из родников, или ис-

точников, в этом случае место истока является неопределенным. При об-

разовании реки от слияния двух рек, имеющих разные названия, за ее на-

чало принимается место их слияния. Например, началом р Амура считает-

ся слияние рек Шилки и Аргуни; слияние рек Бии и Катуни дает начало р.

Оби. Если река образуется слиянием двух потоков без названия, то за на-

чало этой реки принимается исток водного потока большей длины, а при

одинаковом их протяжении за начало реки условились принимать исток

левого потока. Обычно на всем протяжении сравнительно крупных рек

выделяют участки верхнего, среднего и нижнего течения. Деление реки на

эти части производят с учетом орографических условий, характера тече-

ния, водности потока, транспортно-хозяйственного использования и дру-

гих характеристик.

Верхнее течение рек преимущественно располагается в возвышенной

или горной части поверхности суши. Так, р. Лена берет свое начало на

западном склоне Байкальского хребта, р. Ока стекает со Средне-Русской

возвышенности, а реки Кавказа — Кубань, Терек начинаются в высоко-

горных районах Кавказского хребта и характеризуются большими укло-

нами и скоростями, малыми глубинами, значительной размывающей и

переносной деятельностью потока и небольшим количеством воды. В

среднем течении рек значительно увеличивается ширина русла и водность

за счет впадения крупных притоков, уменьшается уклон и скорости тече-

ния, ослабевает эрозионная деятельность потока, река переносит в своих

водах большое количество обломочного материала, поступающего сверху.

В нижнем течении наблюдается затухание эрозионной деятельности реки,

меньшим становится уклон, происходит расширение русла, например,

низовье р. Оби от устья Иртыша до Обской губы. В некоторых реках из-за

уменьшения уклона в нижнем течении происходит интенсивное отложе-

ние продуктов размыва, приносимых рекой, которые способствуют раз-

дроблению русла на отдельные рукава и протоки.

Устьем реки называется место впадения ее в море, озеро или другую

реку. При впадении реки одним потоком устьем считается точка, лежащая

на середине по отношению к урезам воды принимающей ее реки, озера

или моря. Если река впадает двумя рукавами, то за ее устье принимается

устье более крупного рукава, а при многорукавном русле принимается

устье основного рукава. В засушливых районах некоторые реки теряют

свои воды и не доходят до моря, озера или другой реки в результате испа-

рения и просачивания воды. В данном случае река не имеет устья, и ее

нижняя часть носит название слепого конца, например на р. Сарысу. Не-

которые реки, протекая в карстовых районах, также не имеют устья, так

как целиком уходят по системе трещин в землю и превращаются в под-

земные потоки.

На формирование устьев рек оказывают влияние много-

численные факторы:

• расход воды в реке и его изменения во времени;

• количество и состав переносимого рекой обломочного материала;

• соленость и вдольбереговые морские течения;

• колебания уровня Мирового океана;

• приливы и отливы;

• тектонические движения.

Наиболее часто встречающимися видами устьев рек являются

дельты

эстуарии, или губы. Образование дельты начинается с отложения нано-

сов, приносимых рекой к своему устью, при впадении в море или озеро.

Систематические накопления наносов вызывают повышение дна берего-

вой части, появляются косы, возникают наносные острова; что приводит к

разветвлению русла реки на множество мелких, рукавов, т. е. появляется

многорукавное устье, называемое дельтой (рис. 22). Дельты по своему

положению принято делить на дельты выполнения, расположенные в глу-

бине залива или бухты (р. Кубань), и дельты выдвинутые, находящиеся на

открытом морском берегу (реки Кура, Терек) Положение дельты не оста-

ется устойчивым, оно меняется в зависимости от водности реки, количе-

ства речных наносов, блуждания рек, морских приливов и течений.

Рис. 22. Примеры дельты (а), эстуария или губы (б) и лимана (в)

Дельты некоторых рек имеют большие размеры. Наибольшей дельтой

обладают слившиеся реки Янцзы и Хуанхэ. Это огромная аллювиально-

дельтовая равнина, имеющая длину более 1000 км при ширине 300–400 км.

Близкие размеры имеет общая аллювиально-дельтовая равнина Брахмапут-

ры, Ганга и примыкающей к ним с юго-запада р. Маханади. Площадь дель-

ты рек Тигра и Евфрата составляет 48 000 км

, Лены – 28 000 км

, Волги –

около 19 000 км

, а на территории дельты Невы расположен крупнейший

город – Санкт-Петербург.

Встречаются самые различные по составу и происхождению отложе-

ния дельт. Это преимущественно аллювиальные русловые осадки, пред-

ставленные в равнинных реках песками и глинами, в горных – более гру-

бым материалом, озерные и озерно-болотные отложения, состоящие из

суглинистых осадков, обогащенных органическим веществом, болотные

отложения – торфяники и морские осадки, представленные тонким обло-

мочным материалом. Последние образуются на суше или в авандельте. Но

помимо обломочного материала они содержат материал, который осадил-

ся в результате коагуляции (от лат. «коагуляцио» – свертывание).

Эстуарии. Свое название они получили от латинского слова «эстуариум»

– берег, заливаемый приливом. Они представляют собой воронкообразные

заливы, глубоко вдающиеся в долину реки. Эстуарии хорошо выражены у рек

Сены, Эльбы, Темзы. Благоприятные условия для образования эстуариев в

тех местах, где в море наблюдаются приливы и отливы, сильные вдольбере-

говые течения, а также происходит прогибание прибрежной полосы, превы-

шающее скорость накопления осадков. Во время приливов море глубоко вда-

ется в устьевые части рек, а во время отливов морская и речная воды образу-

ют мощный поток, обладающий значительной энергией. При этом обломоч-

ный материал, приносимый рекой, не задерживается в устьевой части, а вы-

носится в море, где подхватывается вдольбереговыми течениями. Эстуарии

могут образоваться и в результате затопления устья реки, что бывает вызвано

опусканиями приустьевой части берега или подъемом уровня моря. Приме-

рами могут служить устья северных рек. Глубоко вдающиеся эстуарии здесь

именуются заливами или губами. Это приустьевые части рек Оби (Обская

губа) и Енисея (Енисейский залив). Подобного рода заливы возникают при

затоплении устьев речных долин водами бесприливных морей – Черного и

Азовского. Они называются лиманами (от греч. «лимнэ» – бухта, залив). Ли-

маны характерны для Днепра и Дона.

Густота речной сети. Густота речной сети, образованной постоян-

ными потоками, распределяется по поверхности суши неравномерно и

характеризует степень изрезанности реками данной территории. Густота

речной сети является одной из характеристик данной территории и нахо-

дится в прямой зависимости от климата, главным образом от количества и

распределения выпадающих осадков и условий их стока. Несомненное

влияние на развитие густоты речной сети также оказывают:

а) водные свойства грунтов, определяющие размываемость и прони-

цаемость пород – обычно (при прочих равных условиях) на водонепрони-

цаемых грунтах развивается более густая речная сеть, чем на водопрони-

цаемых;

б) рельеф – в горных странах густота речной сети больше, чем на рав-

нинах, что объясняется большим количеством выпадающих атмосферных

осадков и меньшей проницаемостью горных пород; крутизна склонов

уменьшает время попадания осадков в реки, отчего уменьшаются потери

на просачивание;

в) лесная растительность способствует некоторому уменьшению гус-

тоты речной сети, так как корневая система леса скрепляет почву и пре-

пятствует эрозии, увеличивает шероховатость поверхности склонового

стекания и способствует большему просачиванию влаги в грунт.

Естественная густота речной сети может изменяться также в резуль-

тате деятельности человека, который путем сооружения искусственных

водных путей и оросительных каналов в областях недостаточного ув-

лажнения атмосферными осадками увеличивает густоту речной сети.

Определение густоты речной сети производят несколькими способами:

1. Подсчитывается суммарная длина в километрах всех рек, находящих-

ся на данной площади, и делится на величину этой площади (в км

), т. е.

D =

ΣΣ

, км/км

Это отношение дает коэффициент густоты речной сети. Рассмотренный

способ рекомендуют применять в тех случаях, когда густота речной сети

равномерна для данной площади, а также для небольших площадей.

2. Второй метод заключается в том, что исследуемая площадь на карте

крупного масштаба делится на квадраты со стороной 2 км и сумма длин

всех рек каждого квадрата делится на его площадь – 4 км

. Этот метод дает

подробную характеристику густоты речной сети для различных частей ис-

следуемой площади. Распределение густоты речной сети по данной терри-

тории может быть представлено линиями равной густоты – изоденсами.

3. По третьему способу вся площадь бассейна данной реки, включая и

ее притоки, делится на отдельные площадки, ограниченные водотоками и

водораздельной линией. Чем гуще речная сеть, тем меньше площадка.

Если между двумя соседними реками таких площадок будет

n, а площадь

исследуемой территории

F, то густота речной сети (D) будет равна

D =

В этом способе нет надобности измерять длину рек.

Определенные тем или иным способом характеристики густоты реч-

ной сети являются в некоторой мере условными, так как зависят от мас-

штаба карт, по которым они определялись.

Речной бассейн. Водосбор. Бассейн – часть земной поверхности отку-

да происходит сток вод в отдельную реку или речную систему. Бассейн

каждой реки имеет поверхностный и подземный водосборы, границы ко-

торых, как правило, полностью не совпадают. Из-за трудности определе-

ния подземного водосбора величина бассейна обычно отождествляется с

величиной поверхностного водосбора. Площадь каждого речного бассей-

на ограничена водоразделом. Бассейн, определяемый по топографической

карте для главной реки до ее устья, состоит из бассейнов отдельных при-

токов, каждый из которых в свою очередь имеет бассейны притоков сле-

дующего порядка. Нередко требуется знать водосборную площадь бас-

сейна не всей реки, а части ее, до какого-либо пункта на реке, называемо-

го замыкающим створом; в этом случае измеряется площадь водосбора,

расположенного выше этого створа.

По величине площади водосбора реки принято делить на большие, сред-

ние и малые. В настоящее время к большим рекам относят водосборы с пло-

щадями более 50000–100000 км

, к средним – с площадями до 30000–50000

км

и к малым до 3000–5000 км

. В качестве примера приведем размеры во-

досборных площадей некоторых рек России (в км

): Енисей – 2600 тыс.,

Амур – 2050 тыс., Волга – 1380 тыс., Дон – 422 тыс., Урал – 220 тыс., Чусовая

– 47,5 тыс., Ветлуга – 35,9 тыс , Москва-река – 17,4 тыс.

Морфометрические характеристики бассейна. Речные бассейны

отличаются друг от друга своими размерами и формой. Морфометриче-

ские характеристики бассейнов определяются по топографическим кар-

там, на которых выделены водосборные площади реки. К основным мор-

фометрическим характеристикам речного бассейна относят: площадь,

длину, наибольшую и среднюю ширину, коэффициент асимметрии.

Площадь бассейна (F, км

). Для определения площади бассейна реки

применяется ряд методов: измерение планиметром, определение с помо-

щью геодезических таблиц, измерение палеткой, графическим методом.

Длина площади бассейна (L, км) определяется расстоянием по прямой

от устья реки до наиболее отдаленной точки бассейна.

Наибольшая ширина бассейна (км) проводится перпендикулярно дли-

не его в наиболее широком месте.

Средняя ширина бассейна (В

ср

, км) определяется путем деления пло-

щади бассейна на его длину, т. е.

ср

км.

Коэффициент асимметрии бассейна (а). Главная река может занимать

симметричное положение (посреди бассейна) или боковое, т. е. подходить к

одному из водоразделов. Обычно положение главной реки бывает асиммет-

рично. Мерой асимметрии является коэффициент, определяемый по формуле:

a =

ΠΠ

ΠΛ

ΛΛ

ΠΠ

ΠΛ

ΛΛ

−

−−

−

где

ΛΛ

– площадь левобережной части бассейна в км

; F

– площадь пра-

вобережной части бассейна в км

Конфигурация речного бассейна. Речные бассейны в большинстве случаев

имеют грушевидную форму и характеризуются сужением в верховьях и ни-

зовьях и расширением в средней части. Конфигурация бассейна характеризу-

ется коэффициентом развития длины водораздельной линии бассейна –

представляющим собой отношение длины водораздельной линии (

S) к длине

окружности круга (

S'), площадь которого равна площади бассейна, т. е.

r =

282,0

′

′′

′

ππ

где

S – длина водораздельной линии в километрах; F – площадь бассейна

(в км

Наименьшее возможное значение коэффициента

r равно единице; с его

увеличением форма речного бассейна больше отличается от формы круга.

Рис. 23. График нарастания

площади бассейна р. Ледок

(по Н.А.Соломенцеву и др.)

________________________

График нарастания пло-

щади бассейна реки харак-

теризует постепенное увели-

чение (нарастание) площади

бассейна реки по длине от

истока к устью. Для по-

строения этого графика на

топографической карте проводят водораздельные линии бассейнов прито-

ков главной реки, определяют площади бассейна притоков, межприточных

участков и расстояния от устья главной реки до мест впадения притоков и

составляют таблицу изменения площадей по длине реки для правого и ле-

вого берегов. На основании данных таблицы строится график, на котором

откладывается по горизонтальной оси длина главной реки в принятом мас-

штабе, а по вертикальной – площади межприточных участков и площади

бассейнов притоков в местах впадения их в главную реку (рис. 23).

Наклонные линии графика показывают постепенное нарастание пло-

щадей межприточных участков главной реки. В местах впадения прито-

ков в главную реку проводятся в масштабе отрезки вертикальных линий,

показывающие увеличение площадей бассейна за счет площади бассейна

притока. Обычно графики нарастания площади речного бассейна строятся

отдельно для левого и правого берегов реки. Суммарный график строят

путем последовательного суммирования площадей ординат графиков на-

растания левого и правого берегов бассейна. График нарастания площади

речного бассейна позволяет определить площадь, расположенную выше

любого створа по длине главной реки, а также характеризует речной бас-

сейн в отношении величин площадей притоков, межприточных участков,

асимметрии речного бассейна и др.

§18. Геологическая деятельность рек

Реки производят в огромных масштабах денудационную, транс-

портирующую и аккумулятивную работу. Они существенным образом

преобразуют рельеф земной поверхности (рис. 24).

Рис. 24. Цикл речной эрозии горизонтально залегающих пород

Режим геологической работы рек и масштабы переносимых объемов

воды связаны с различным

режимом питания рек. Это определяется

климатическими особенностями бассейнов. Питание рек осуществляется

поверхностными и подземными водами. Интенсивность работы рек оп-

ределяется 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 перепада высот,

деленная на расстояние по горизонтали, на котором наблюдается пере-

пад.

Для каждой реки в течение года характерно чередование периодов

низкого и высокого уровня воды. Состояние высокого уровня в зависимо-

сти от сезона называется паводком или половодьем, а низкого – меженью.

Ввиду того, что реки Европейской части России имеют преимущественно

снеговое питание (до 70% от годового стока), половодье наблюдается ча-

ще всего в апреле, а постепенный спад растягивается на 40–50 дней. В

конце лета уровень воды достигает самой низкой отметки, и наступает

межень. В противоположность этому на реках Дальнего Востока, имею-

щих всего 20% снегового питания (главная роль принадлежит дождевому

питанию), половодье наступает в период сильных весенних дождей.

Реки, берущие начало в высоких горах (Кавказ, Средняя Азия), имеют

ледниковое питание. Половодье на них наступает в июле – августе. Ряд

рек имеет смешанный ледниково-дождевой источник питания.

Количество воды в реках во время половодий увеличивается в 5–20

раз, а в годы обильных дождей или снега – в 80–100 раз. Тогда наступают

катастрофические наводнения.

Речная эрозия. Различают эрозию донную, или глубинную, направ-

ленную на врезание потока вниз, и боковую, ведущую к подмыву берегов

и к расширению долины. Соотношения донной и боковой эрозии изменя-

ются на различных стадиях развития долины реки. На начальных стадиях

преобладает донная эрозия, которая стремится выработать профиль рав-

новесия применительно к базису эрозии – уровню конечного бассейна,

куда впадает река. Базис эрозии определяет развитие всей речной систе-

мы. Первоначальный профиль, на котором закладывается река, обычно

характеризуется различными неровностями, созданными до образования

долины. Возникновение таких неровностей обусловлено различными фак-

торами – выходами в русле неодинаковых по твердости пород, каких-то

структурных форм водоемов, возникших на месте впадин в долине реки.

При регрессивной эрозии река, углубляя свое русло, стремится преодо-

леть различные неровности, постепенно сглаживая их. С течением време-

ни река вырабатывает более или менее плавную кривую, которая носит

название профиля равновесия реки (рис. 25).