Работа рек. Речные долины

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

Русло реки — наиболее углубленная часть речной долины, по которой протекает река в межень¹. Русла рек различаются по ши­рине и морфологии в плане. Однако в их строении имеются и общие черты. 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° (рис. 72). Гряда асимметрична: с пологим скатом, обращенным против течения, и крутым (15—30°) — по течению. Крутой склон называется подвалъем. Примыкающие к берегам и возвышающиеся над меженным уровнем расширенные части гряды переката назы­ваются побочнями; побочень, расположенный ниже по течению гряды переката, называется нижним побочнем, выше — 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 стрежень² реки.

1 Межень — фаза водного режима реки, характеризующаяся малой воднос­тью, обусловлена сухой или морозной погодой, когда водность реки поддержи­вается главным образом грунтовым питанием.

2 Стрежень — линия наибольших поверхностных скоростей течения в реч­ном потоке.

3 Меандр (от древнегреч. Назв. Р. Большой Мендерес в Турции) — изгибы (излучины), образованные рекой.

Встречаются и другие формы перекатов, в том числе перека­ты-россыпи — сплошные обмеления русла без отчетливо выра­женных побочней. У меандрирующих³ рек, или рек с излучинами, плёсы приурочены к вогнутым участкам берега, перекаты пересека­ют ось реки под острым углом от выпуклого участка берега одной

Б

Верхняя плесовая лощина

Нижняя плёсовая лощина

излучины к выпуклому участку берега нижележащей по течению излучины. Следовательно, перекаты располагаются в тех местах, где русло имеет сравнительно малую кривизну, меняющую свой знак на обратный. Самая глубокая часть плёса и самая мелкая часть переката несколько сдвинуты вниз по течению относительно точек наибольшей и наименьшей кривизны русла (рис. 73).

Большинство перекатов перемещается вниз по течению реки. Их перемещение 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 за несколько лет может отступить на 100 м и более.

Рис. 73. Пространственное положе­ние плесов и перекатов у меандри-

рующих рек: а — поверхность побочней (прирус­ловых отмелей), возвышающихся над меженным уровнем воды; б — тела перекатов; в — плёсовые лощины; 0, 1, 2 — изобаты

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) фацию¹ 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. Ветвление — 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: 1) в дельтах рек, 2) при выходе горных рек на равнину, 3) в местах пересечения рекой отрицательных геологических структур, испытывающих погружение в настоящее время, 4) в межгорных впадинах, расположенных между поднимающимися хребтами, если река течет вкрест простирания геологических структур, и т.д. Во всех этих случаях аккумуляция материала является следствием падения скоростей течения в связи с уменьшением уклонов. Боль­шинство речных островов имеет высоту, не превышающую сред­нюю высоту поймы, и затапливается в половодье.

¹ Фация (от лат. fades — лицо, облик) — пласт или свита пластов, характе­ризующиеся одинаковыми литологическими признаками и содержащие одина­ковые ископаемые органические остатки.

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 осе-рёдка 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 осерёдок, 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 осерёдков, спускающихся с вышележащего участка реки.

Излучины русла_г их элементы и форма

Извилистость характерна для равнинных и полугорных рек, находящихся в стадии слабого врезания или стабильного состоя­ния продольного профиля. Лучше всего развиты излучины — ме­андры — у равнинных рек.

Полная излучина (рис. 74) состоит из двух изгибов — колен. В пределах каждого колена различают вершину и крылья изгиба. Проекция излучины на продольную ось долины называется ее шагом L. Выделяют также радиус кривизны излучины г. Расстояние от вершины колена до продольной оси долины называется стре­лой прогиба h, пространство суши внутри колена — шпорой. Удво­енная величина стрелы прогиба представляет собой ширину пояса меандрирования В. Отношение длины излучины, измеренной по оси русла, к ее проекции на продольную ось долины называется коэффициентом извилистости. В среднем коэффициент извилис­тости меандрирующих рек равен 1,5, на отдельных участках 2 и более. В плане излучины могут иметь различную форму. Суще­ствуют первичные и вторичные излучины. Первичные излучины обусловлены рельефом земной поверхности, на которой зал ожил ся водоток. Вторичные излучины формируются в результате работы са­мого водотока. Первичные излучины отличаются от вторичных не­выдержанностью размеров радиусов кривизны и 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 до- лины, конусами выноса бо- ковых ПРИТОКОВ И Др. ДЛЯ -Ч'~ f_r—Ж:-±г.аН1 ^L — -ЬЧ -°° Долиня

Рис. 74. Элементы излучин: L — шаг излучины; г — радиус излу­чины; h — стрела прогиба; В — ши­рина пояса меандрирования; b — ширина русла. А, Б, В, Г, Е — формы излучин в плане

вынужденных меандров 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. 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 водности и быст­роты течения предельный радиус кривизны излучин и ширина пояса меандрирования.

Берега свободных излучин подвергаются деформациям направ­ленного характера и испытывают смещение в продольном и 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 излучин. Причины таких изменений рассмотрены ниже, при описании формирования поймы.

Врезанные меандры образуются из свободных в результате ин­тенсивной глубинной эрозии. В отличие от свободных меандров шпоры врезанных меандров 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 меандров 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 меандров 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, прежде всего пойм и слагающих их фациальных разностей аллювия.