Работа рек. Речные долины

Постоянные водотоки — реки—в процессе своей деятельности вырабатывают линейные отрицательные формы рельефа, называемые речными долинами. Основные элементы речной долины — русло, пойма, речные террасы.

Русло реки—наиболее углубленная часть речной долины, по которой протекает речной поток в межень. Русла рек различаются по ширине и морфологии в плане. Однако в их строении имеется и целый ряд общих черт. В русле каждой реки наблюдаются перекаты и плёсы, чередование которых вдоль течения реки нарушает равномерность уклона речного дна. Типичный для равнинной реки перекат—большая песчаная гряда, пересекающая русло под углом 20—30°. Гряда асимметрична: склон ее, обращенный против течения, отлогий, склон, совпадающий с направлением течения,—крутой (15—30°). Крутой склон называется подвальем.

римыкающие к берегам и возвышающиеся над меженным уровнем расширенные части гряды переката называются побочнями, тот из них, который расположен ниже по течению, называется нижним побочнем, противоположный—верхним.

Глубокая часть русла у противоположного побочню берега называется плёсовой лощиной, или плёсом, а седловина между побочнями—корытом переката. Корыто переката обычно ориентировано под углом (от 20 до 50°) к продольной оси русла, и меженный поток реки, огибая нижний побочень, переваливает на участке переката от одного берега к другому. Так же ведет себя и стрежень реки.

Кроме описанной простой формы переката встречаются и другие, в том числе перекаты-россыпи—сплошные обмеления русла без отчетливо выраженных побочней. У меандрирующих рек, или рек с излучинами, плёсы приурочены к вогнутым участкам берега, перекаты пересекают ось реки под острым углом от выпуклого участка берега одной излучины к выпуклому участку берега нижележащей но течению излучины. Перекаты располагаются, следовательно, в тех местах, где русло имеет сравнительно малую кривизну, меняющую свой знак на обратный. Самая глубокая часть плеса и самая мелкая часть переката несколько сдвинуты вниз по течению относительно точек наибольшей и наименьшей кривизны русла (рис. 54).

Рис. 53. Элементы переката: А—план в изобатах; Б—профиль по линии стрежня (по Н. II. Маккавееву):

а — поверхность побочней, возвышающихся над меженным уровнем воды; б — линия стрежня; в — берега меженного русла; 1, 2, 3,— изобаты.

Большинство перекатов перемещается вниз по течению реки. Перемещение их происходит преимущественно во время половодья со скоростью от нескольких дециметров до нескольких сотен метров в год. Перемещаясь вниз по течению, побочни перекатов вызывают местный размыв противоположного берега. У больших равнинных рек при прохождении побочня переката противоположный берег может отступить па 100 и более метров.

Аллювий, слагающий перекаты, характеризуется довольно хорошей сортировкой и четкой косой слоистостью. Аллювий плёсов менее сортирован. В основании аллювиальных отложений плёсов часто можно наблюдать базальную (т. е. лежащую в основании аллювиальной серии отложений) фацию аллювия, представленную крупнообломочным материалом. О формировании этой фации аллювия несколько подробнее будет сказано ниже.

В руслах рек часто встречаются и такие формы рельефа, как острова. Разделение (фуркация) русла и образование островов обычно служит признаком повышенной аккумуляции на данном участке реки несомого ею обломочного материала. Особенно много островов, делящих русло на множество рукавов, наблюдается: а) в дельтах рек, б) при выходе горных рек на равнину, в) в местах пересечения рекой отрицательных геологических структур, испытывающих погружение в настоящее время, г) в межгорных впадинах, расположенных между поднимающимися хребтами. Во всех этих случаях аккумуляция материала является следствием падения скоростей течения в связи с уменьшением уклонов. Большинство речных островов имеет высоту, не превышающую высоты поймы, и затопляется в половодье.

Общая схема образования аккумулятивного острова такова: в стрежневой зоне реки удельный расход наносов обычно максимальный, и поэтому при общем замедлении скорости течения (в результате подпора или уменьшения уклона) интенсивность аккумуляции здесь больше, чем у берегов. На стрежне реки вырастает осерёдок — не закрепленная растительностью отмель, лишь немного поднимающаяся над уровнем межени. Появление осерёдка приводит к разделению русла на протоки. В каждом из протоков в стрежневой зоне также может образоваться осерёдок, вызывающий более дробное деление потока, и т. д. С течением времени осередок, покрываясь растительностью, наращивается за счет аккумуляции наносов полых вод и постепенно становится островом. Остров перемещается вниз по реке за счет размыва его верхней по течению части — приверха и наращивания нижней—ухвостья. В местах интенсивной аккумуляции верховья островов могут перемещаться против течения реки. Такой регрессивный рост островов происходит за счет причленения к их приверхам осередков, спускающихся с вышележащего участка реки.

Излучины русла, их элементы и форма. Классификация излучин

Извилистость характерна для равнинных и полугорных рек, находящихся в стадии врезания или стабильного состояния продольного профиля. Менее характерны излучины для рек в стадии аккумуляции. Лучше всего развиты излучины (меандры) у равнинных рек с глинистыми или суглинистыми берегами, несущими много наносов.

Рис. 55. Элементы излучин: L—шаг излучины: r—радиус излучины; h— стрела прогиба; В — ширина пояса меандрирования; b — ширина русла

Рис. 56. Формы излучин в плане: А — сегментные; Б — синусоидальные: В — сундучные: Г — омеговидные:   Д—заваленные:   Е— сложные

Полная излучина (рис. 55) состоит из двух изгибов — колен, в пределах каждого колена различают вершину и крылья изгиба. Проекция излучины на продольную ось долины называется ее шагом b. Выделяют также радиус излучины r. Величина, обратная радиусу, называется кривизной изгиба 1/r, а расстояние от вершины колена до продольной оси долины—стрелой прогиба h, пространство суши внутри изгиба—шпорой. Удвоенная величина стрелы прогиба представляет собой ширину пояса меандрирования В. Отношение длины излучины, измеренной по оси русла, к се проекции на продольную ось долины называется коэффициентом извилистости. В среднем коэффициент извилистости меандрирующнх рек равен 1,5, на отдельных участках до 2 и более.

В плане излучины могут иметь различную форму. У равнинных рек чаще всего сегментные излучины, образованные дугами круга (рис.  56, Л).  Значительно  распространены синусоидальные (рис. 56,5) (преимущественно на полугорных реках) и омеговидные (рис. 56, Г) излучины (на малых равнинных реках). У омеговидных излучин шпора пережата у основания крыльев, где образуется шейка излучины. Реже встречаются сундучные (рис. 56.5) н заваленные (рис. 56, Д) излучины. Нередки сложные излучины(рис. 56, Е), имеющие вторичные изгибы.

Различают также первичные и вторичные излучины. Первичные излучины обусловлены рельефом земной поверхности, на которой заложился водоток. Вторичные излучиныформируются в результате работы самого водотока. Первичные меандры отличаются от вторичных невыдержанностью размеров радиусов кривизны и вообще неправильностью изгибов водотока. Ярким примером первичной излучины может служить Самарская лука на Волге, огибающая Жигулевские горы.

Среди вторичных излучин выделяют три типа: вынужденные, свободные и врезанные.

Вынужденные меандры образуются в результате отклонения русла речного потока каким-либо препятствием: выходом скальных пород на дне долины, конусами выноса ботовых притоков и т. п. Для вынужденных меандр характерны невыдержанность размеров и отсутствие закономерностей в их конфигурации и пространственном размещении.

Свободные, или блуждающие, меандры создаются самой рекой среди рыхлых аллювиальных осадков, слагающих пойму реки. Склоны долины и террасы в образовании этих излучин не участвуют. Форма, размеры и динамика свободных излучин обусловлены не случайными причинами, а определяются водностью и режимом реки. Так, радиус кривизны свободных излучин пропорционален ширине русла: r = f(b), а ширина русла, как известно, находится в прямой зависимости от расхода воды. Существует определенная связь между шириной русла и шагом меандра: величина отношения шага меандра к ширине русла обычно колеблется от 6 до 12. Наблюдения показывают, что у небольших (маловодных) и медленно текущих (равнинных) рек кривизна излучин больше, а ширина пояса меандрирования меньше, чем у больших, многоводных и быстро текущих рек. Таким образом, каждому водотоку присущи определенный, зависящий от водоносности и быстроты течения предельный радиус кривизны излучин и ширина пояса меандрирования.

Берега свободных излучин подвергаются деформациям направленного характера н испытывают смещение в продольном и в поперечном направлениях по отношению к оси долины реки. Скорости смещения излучин находятся в прямой зависимости от расхода воды и уклона и в обратной от высоты берегов и некоторых других факторов. В процессе синхронных перемещений в продольном и поперечном направлениях значительные изменения может претерпевать форма свободных меандр. Причины таких изменений рассмотрены ниже, при описании формирования поймы.

Врезанные меандры образуются из свободных в результате интенсивной глубинной эрозии. В отличие от свободных меандр шпоры врезанных меандр не заливаются в половодье, и в каждую излучину входит выступ коренного склона долины реки или ее надпойменных террас, т. е. излучины долины повторяют излучины русла. Размеры врезанных меандр обычно больше, чем свободных. Они также смещаются вниз по течению и в поперечном к оси долины направлении, но скорости этих перемещений на несколько порядков меньше, чем у свободных излучин. Смещение врезанных меандр вниз по течению в условиях прекращения глубинной эрозии может привести к их уничтожению и образованию свободных излучин.

Излучины, определяя гидравлическую структуру изгиба потока, играют большую роль в формировании речных долин, и прежде всего пойм и слагающих их фациальных разностей аллювия.