Строение речных долин

Содержание: 
 

I. Введение.--------------------------------------------------------------------------3стр.

II. Основная часть.---------------------------------------------------------------4стр.

    1.      Геологическая работа текущих вод.----------------------------------4стр.

    1.1    Основные формы геологической работы текучих вод.----------12стр.

    1.2    Образование аллювия и пролювия. ---------------------------------15стр.

    2.      Строение речных долин.-----------------------------------------------30стр.

III. Работа с исходными данными (вариант №5)-----------------------37стр.

IV. Содержание.------------------------------------------------------------------39стр.

V.  Список использованной литературы.---------------------------------40стр. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

I. Введение. 

                  Реки формируют ландшафт. Они смывают почву, разбивают камни и переносят песок, гальку и булыжники вниз по течению. Реки могут даже менять направление, отрезая изгибы в своем обычном русле и образуя пресные озера. 

                  Вода попадает в реки по-разному. Чаще всего основным источником воды является родник - мест, откуда она пробивается, то есть, тоненькой струйкой ручеек пополняется дождевой водой, стекающей с близлежащей территории. Пополняясь все новыми потоками, река течет к морю. 

                   Особенности рек зависят от ландшафта. На разных участках пути от истока к морю свойства реки отличаются друг от друга. Многие реки берут свое начало в горной местности, откуда быстрым потоком стекают вниз. В Норвегии вдоль низких прибрежных территорий Южной Америки течение многих рек короткое и крутое. Молодые горные потоки имеют настолько быстрое течение, что адаптироваться к нему удастся лишь немногим водным растениям и видам рыб, Довольно распространенным явлением являются водопады. Вода там всегда чистая и холодная, а дно реки покрыто - галькой. На этом участке река обычно течет вдоль крутых V_образных ущелий и долин. В результате создастся то, что мы называем красивым пейзажем. 

В средней части своего течения река вступает в зрелую стадию развития. Она неспешно чечет по более равнинной местности, давая приют многим видам растений и рыб. Дно реки покрыто мелким гравием или тиной. Река протекает между широких берегов. Воды в ней становится больше, так как она несет в себе воды окрестных ручьев и воды притоков. 

В конце русла  река вступает в поздний период своего возраста. Она течет еще медленнее  по практически равнинном ландшафту  Ее берега снижаются, и вследствие проливного дождя и вследствие таяния снега, и значительно поднимается уровень воды, она выходит из берегов. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

II. Основная часть. 

1. ГЕОЛОГИЧЕСКАЯ  РАБОТА  ТЕКУЧИХ ВОД. 

     Под текучими водами понимают всю воду, стекающую по поверхности суши, начиная от мелких струек, возникающих во время дождей и таяния снега, до самых крупных рек, подобных Волге, Амуру или Амазонке. Текучие воды являются самым мощным из всех экзогенных факторов, преобразующих поверхность материков. Разрушая горные породы и перенося продукты их разрушения в виде гальки, песка, глины и растворенных веществ, текучие воды способны в течение миллионов лет сравнять с землей самые высокие горные хребты. В то же время вынесенные ими в моря и океаны продукты разрушения горных пород служат главным материалом, из которого возникают мощные толщи новых осадочных пород. 

     О  масштабах работы текучих вод  можно судить по следующим  данным.

     Объем  воды, стекающей ежегодно в моря  с поверхности суши, может быть  определен как разность годовой  суммы осадков и количества испарившихся осадков (табл. ).

     Соотношение  испарения и осадков (по данным  М. И. Львовича) 

Поверхность        Испарение в км³        Атмосферные        Разность в км³ 

земного шара                                           осадки в км³          

Море                    447 900                        41160О                 -36 300 

Суша                    70700                          107000                   +36 300 

     Таким  образом, ежегодно 36 300 км³ влаги  переносится в виде паров с  моря на сушу и те же 36300 км³ стекают в виде рек в море. Сток воды происходит к уровню океана с суши, средняя высота которой равна 750 м над уровнем моря.

     При  этом производится колоссальная  работа, значительная часть которой  тратится на разрушение горных  пород и перенос продуктов их разрушения в растворенном и механически раздробленном состоянии, т. е. в виде гальки, песка и глины.

     По  подсчетам Г. В. Лопатина, все  реки земного шара (без учета  Антарктиды, Гренландии и Канадского  полярного архипелага, по которым данных нет) выносят за год в море в растворенном и механически взвешенном состоянии около 17,5 млн. т вещества, полученного за счет разрушения суши. Это равносильно общему понижению ее поверхности со средней скоростью около 0,09 мм в год, или 9 см в тысячелетие.

     Таким  образом, если скорость разрушения  суши текучими водами принять  за строго постоянную, то за 8,3 млн. лет средняя высота суши  уменьшилась бы как раз на  те 750 м, которым она равна в  настоящее время, т. е. она  практически сравнялась бы с уровнем моря. Но фактически суша существует сотни и тысячи миллионов лет, так как существуют другие процессы, восстанавливающие ее высоту или даже создающие новые участки. Это поднятия земной коры. Без них вообще не могло бы существовать крупных возвышенностей, так как горы разрушаются текучей водой особенно интенсивно. Ведь с них стекают бурные реки, способные переносить даже крупные глыбы по 1—2 м и более в поперечнике.

     Расчет  показал, что в водосборе р.  Вахш, притоки которой стекают  с Алайского и Заалайского хребтов в Средней Азии, ежегодно смывается водой в среднем 2612 т только одних мелких частиц горных пород, переносимых во взвешенном состоянии в виде мути. Это дает среднее понижение всей поверхности водосбора на 1,6 мм в год, или в 18 раз больше, чем в среднем для всей суши.

     Нередко  всю разрушительную работу текучих  вод в целом называют одним  термином эрозия (по-латыни это  значит разъедание). Однако это  не вполне правильно, так как  можно выделить две формы ее  проявления, принципиально отличающиеся друг от друга по своим результатам.

      Простейшим случаем движения  воды в русле является случай  так называемого ламинарного  течения, при котором вода движется  строго параллельными струями,  следующими вдоль длинной оси  русла.

     Вода, как и всякая жидкость, обладает вязкостью, поэтому любая из струй, на которые можно разложить ламинарный поток, испытывает трение о соседние части водной толщи. Однако это внутреннее трение сравнительно невелико. Гораздо больше внешнее трение, испытываемое движущейся водой о дно и стенки русла. Это внешнее трение сильно тормозит течение, уменьшая иногда его скорость почти вдвое. Замедляется течение и в поверхностных слоях потока в связи с трением о воздух. Поэтому движение ламинарного руслового потока происходит как бы послойно Слой, прилежащий ко дну и стенкам, движется медленнее всего; слой, расположенный над ним — быстрее; слой, находящийся в центре потока, — еще быстрее и т. д.

     Эти  слои, концентричные контурам поперечного  сечения потока, конечно, не отграничены четко друг от друга. В вертикальном и продольном сечении скорости течения будут нарастать от дна к средней части потока и затем уменьшаться к поверхности. Наибольшие скорости также будут расположены посредине потока, а к берегам будут убывать.

    Однако ламинарным может быть движение потока лишь при ничтожно малых скоростях — порядка 0,1—0,7 см/сек. Практически даже медленно текущие ручьи и реки равнинных стран обладают гораздо большими скоростями течения (0,5— 2,5 м/сек).

     При  таких скоростях движение воды не может быть ламинарным, а преобразуется в так называемое турбулентное, т. е. вихревое. Хотя в среднем распределение продольных скоростей в потоке и остается тем же, что и при ламинарном движении, но в толще воды возникают завихрения, перемешивающие воду, как в вертикальном, так и в горизонтальном направлениях. Именно эти завихрения и являются основными причинами размыва дна и стенок русла, взмучивания частиц, оторванных от них, и переноса этих частиц вниз по течению.

     Чем  больше скорости течения, тем больше и степень турбулентности потока, тем прихотливее система образующихся в нем вихрей. Именно поэтому относительно медленно текущие реки равнинных стран несут свои воды плавно, спокойно, а быстротекущие горные реки бурлят и пенятся. От средней скорости течения и степени турбулентности потока прямо зависит его разрушительная сила.

     Работа  рек и ручьев зависит еще  и от степени их много водности, т. е. от массы воды, протекающей  через сечение русла в единицу  времени, или иначе от расхода потока. В большинстве случаев расход реки или ручья не бывает строго постоянным, а меняется по сезонам года то, возрастая, то уменьшаясь.

     Соответственно  различают паводки, когда расходы  реки или ручья возрастают  против средней величины, и межень, когда расходы минимальны. В межень русло не целиком заполнено водой. Во время паводка уровень воды поднимается, и русло заполняется водой в большей его части или же целиком. Если паводок очень велик, то река или ручей могут выйти из берегов и разлиться, затопив обширные площади. Такие паводки, сопровождающиеся разливами, носят название половодий.

     Характер  изменения расходов воды в  течение года, количество и высота  паводков, наличие или отсутствие  половодий, степень падения уровня  и обмеления реки во время меженя — все это вместе носит название ее гидрологического режима. Он очень различен для разных рек и определяется климатом страны, в первую очередь количеством выпадающих за год осадков и их распределением по сезонам, а соответственно относительной ролью в питании реки трех основных источников воды: дождей, таяния снегов и льдов и грунтовых вод.

А. И. Войков (1884) предложил следующую климатическую  классификацию рек по их режиму (в  сокращенном виде):

  1. Реки преимущественно  снегового питания. Высокие весенние паводки и очень низкие летние и зимние межени. Резкое изменение режима в течение года. Примером могут служить реки холодного и холодно-умеренного пояса, например севера Азиатской части СССР (рр. Колыма, Хатанга и др.).

  2. Реки с  преимущественным питанием за счет таяния горных снегов и ледников. Режим отличается длительными паводками в промежутках от конца весны до конца лета (рр. Аму-Дарья, Сыр-Дарья и др.).

  3. Реки с  дождевым летним питанием в  условиях муссонного или экваториального  климата. Длительные летние паводки, совпадающие с сезонами тропических или муссонных дождей (рр. Амазонка, Ганг, Брамапутра, Амур, реки Китая).

  4. Реки со  смешанным питанием за счет  талых вод и летне-осенних дождей. Высокие весенние паводки сочетаются  с более низкими летними или осенними и чередуются с летним и зимним меженями (рр. Волга, Дон, Днепр и др.).

  5. Реки с  эпизодическим дождевым питанием. Это непостоянно и редко действующие  потоки пустынь и полупустынь,  обычно совершенно пересыхающие  в засушливое время года.

     Активную  разрушительную и созидательную  работу реки и ручьи производят  главным образом во время паводков. Это касается не только временных  потоков, совершенно иссякающих  во время сухих сезонов, но  и постоянно текущих рек. В  межень, когда русло заполнено водой лишь частично, такие реки также малоактивны. Поэтому именно паводковое состояние наиболее показательно с точки зрения оценки геологической роли реки или ручья.

     Особенно  велико различие мощности потока  в паводок и в межень у  рек областей с засушливым климатом, получающих воду либо почти исключительно весной за счет таяния снега, либо в сезоны летних дождей. Весьма неравномерен и расход рек холодно-умеренного пояса с длительной снежной зимой, для них характерно громадное количество воды в мощные весенние половодья. Для большинства крупных рек Советского Союза максимальный расход воды в весеннее половодье превышает среднее его значение за год в 10—20 раз, подъем уровня достигает 5—10 м; в горных реках в местах сужения долин подъем уровня воды при половодье может достигать 30 м.

     Ширина  разлива у таких крупных рек,  как Волга, Енисей и другие, местами доходит до 30—40 км. Продолжительность  половодья крупных рек определяется  двумя-тремя месяцами, на мелких  реках половодье может продолжаться  всего несколько дней. На некоторых реках на время половодья приходится до 50% годового объема стока, в засушливых районах — до 100%.

     Эпизодические  паводки в отличие от регулярно  повторяющегося половодья могут  приводить к крайне быстрому, но кратковременному поднятию уровня воды в реке. Такой паводок естественным путем может возникнуть от внезапного или быстрого таяния снега или льда, от сильных дождей, охвативших какую-либо часть водосбора реки, и т. п. Нередко при этом он прокатывается сверху вниз по реке в виде мощной волны, имеющей крутую лобовую и пологую тыловую части.

     В  зависимости от уклона русла  реки паводковая волна движется  с различной скоростью — в  горных областях скорость движения  паводковой волны может достигать  13—45 км/час, на равнинах —3—5 км/час. Скорость движения паводковой волны и расход воды меняются в зависимости от формы поперечного сечения долины — в суженных ее частях высота подъема уровня воды увеличивается, а скорость уменьшается. В результате таких паводков нередко возникают внезапные наводнения, иногда катастрофические, во время которых затопляются населенные местности, гибнет большое количество людей и животных, разрушаются пути сообщения, мосты и т. д., а выносимым с гор обломочным материалом заносятся большие пространства низменностей.

     Для  наблюдателя, изучающего реку  во время межени, свидетельством  бывшего половодья могут служить  следы, оставляемые на берегах  высоким уровнем воды — ободранная  льдинами кора деревьев, повисший  на стволах деревьев высоко  над поверхностью воды и др.

     Все  водные потоки размывают свое  ложе и врезаются в поверхность  земли, создавая эрозионные борозды.  В зависимости от размера водного  потока эти борозды могут иметь  самую различную величину. Крупные  реки разрабатывают большие речные  долины, глубина которых достигает сотен и даже тысяч метров, а ширина иногда даже десятков километров. Небольшие ручьи и временные потоки создают различного размера овраги. Совсем маленькие струи воды образуют на поверхности земли лишь незначительные промоины глубиной в доли метра или немногие метры. Все эти формы рельефа, хотя и сильно отличающиеся друг от друга, близки по происхождению, а поэтому могут быть объединены общим термином — эрозионные долины.

     Величина  водного потока и размер его  эрозионной долины зависит от той площади, с которой он собирает воду, или иначе от размера его водосбора. Последний неуклонно увеличивается от истоков к устью любого водного потока. Соответственно возрастает мощность потока и размеры его эрозионной долины. При длине, измеряемой тысячами километров, поток может начаться ничтожным ручейком и постепенно превратиться в громадную реку.

     Крупные  реки имеют водосборы, или речные  бассейны, площадью в миллионы  квадратных километров и образуются  из последовательного слияния  ручьев, речек и значительных па величине рек, образующих в плане сложно ветвящуюся речную систему, напоминающую на карте своим рисунком раскидистое дерево. Этой гидрографической сети соответствует эрозионная сеть, или система долин внутри того же речного бассейна. Все эрозионные долины любого речного бассейна, независимо от их размеров, подчиняются в своем развитии одним и тем же общим законам. Создающие их водные потоки размывают свое дно, стремясь врезаться вглубь и увеличить тем самым глубину эрозионной рытвины. Эта сторона их разрушительной работы получила название донной, или глубинной, эрозии.

     Глубинная  эрозия приводит к постепенному  изменению продольных уклонов  русла водного потока, приобретающих  на разных отрезках его течения  разные, но взаимно зависящие друг от друга значения. Так постепенно перестраивается весь продольный профиль дна эрозионной долины, приобретая вполне определенные черты.

     Наряду  с этим поток подмывает основание  стенок эрозионной рытвины, постепенно  разгружая их и расширяя рытвину в целом. Эта форма его разрушительной работы получила название боковой эрозии. В результате боковой эрозии меняется форма поперечного сечения, или поперечного профиля, эрозионной долины; у нее возникает более или менее плоское дно, четко отделенное от склонов.

     Одновременно  с разрушительной работой водный  поток осуществляет и созидательную  работу, отлагая на дне долины  наносы. Эти отложения рек ручьев  получили название аллювия или  аллювиальных отложений. По мере  их отложения русло потока, первоначально занимавшее все дно долины, начинает все более четко противополагаться последнему, занимая  лишь незначительную его часть.

     Проявление  глубинной и боковой эрозии  и накопление аллювия различно  в долинах крупных рек и  маленьких ручьев. Однако развитие небольших оврагов, начиная от их заложения до зрелого возраста, нагляднее всего иллюстрирует самые общие законы эрозии и обнаруживает много общих черт с историей крупных речных систем. Это было подмечено А. Сюреллем еще в начале XIX в. Он писал, что закономерность в деятельности рек  «менее очевидна, так как проявляется на более обширном пространстве, в деятельности же потоков, проявляясь на сравнительно незначительном пространстве, она (закономерность) обнаруживается очень ясно». Поэтому рациональнее всего начать обзор именно с оврагов, создаваемых небольшими временными потоками.

     Для  оврагов горных склонов оба  описанных типа не характерны. Эти овраги закладываются и  развиваются приблизительно одновременно  на всем своем протяжении.

     По  мере продвижения вершины растущего оврага в глубь водораздельного плато, она начинает ветвиться. Ответвления, или отвершки, оврага также растут попятно, следуя вверх по течению сливающихся струй воды. Образуется перисто-ветвящаяся система оврагов, но водосборная воронка, как в горных странах, на равнинах почти никогда не образуется.

     В  связи с неоднородностью ложа  потока и первоначальными неровностями  поверхности земли продольный  профиль оврага на начальных  стадиях развития может быть  различным по форме, часто ступенчатым, на одних участках вогнутым, на других выпуклым. Но по мере врезания оврага он постепенно сглаживается и приобретает форму довольно правильной плавной вогнутой кривой, полого наклонной к горизонту в устье оврага и все более круто поднимающейся ближе к верховьям. Объяснить это можно следующим образом:

как известно кинетическая энергия движущегося тела равна: K=mv²/2, где   m - масса воды; v - скорость течения.

     В  применении к водному потоку  массу следует заменить расходом, т. е. количеством воды, протекающим через данное поперечное сечение потока в единицу времени. Формула кинетической энергии изменится, станет сложнее, но и в эту измененную формулу расход также войдет в первой степени, а скорость — в квадрате.

     На  донную эрозию поток будет  тратить не всю кинетическую энергию, а только какую-то ее часть. Интенсивность разрушительной работы потока прямо пропорциональна кинетической энергии, следовательно, мы вправе использовать приведенные зависимости для ее оценки.

     В  устье оврага поток выходит на плоское, очень пологопокатое дно долины или непосредственно впадает в текущую по дну долины реку. При этом скорость течения резко падает или даже приближается к нулю, так как она всегда пропорциональна продольному уклону. Эрозия делается невозможной до тех пор, пока уровень подошвы склона или уреза реки остается неизменным. При этом независимо от хода глубинной эрозии, выше по течению точка устья на кривой продольного профиля будет постоянной. Наоборот, положение этой точки будет определять собой развитие кривой продольного профиля, которая будет всегда как бы опираться на нее, как на свое основание. Поэтому уровень реки или дна долины, к которому спускается овраг, называют его базисом эрозии.

     Выше  по течению донная эрозия будет  идти до тех пор, пока разрушительная сила потока превышает сопротивление, оказываемое размыву породами ложа. В низовьях оврага расход потока всегда самый большой, поэтому размыв здесь становится невозможным лишь при очень малых скоростях течения или при очень малых продольных уклонах русла. Наоборот, в верховьях оврага, где расход потока еще невелик, размыв может практически отсутствовать даже при значительных скоростях течения или при больших продольных уклонах. Этим и объясняется форма кривого продольного профиля, постепенно вырабатывающаяся в ходе глубинной эрозии.

     Когда  продольные уклоны на всем  протяжении оврага достигнут  значений, при которых скорости  течения будут недостаточны для  преодоления сопротивления пород  ложа, глубинная эрозия прекратится,  закончится и рост оврага, наступит состояние его равновесия. Эта предельная форма продольного профиля, к которой он стремится в ходе глубинной эрозии, получила название профиля равновесия (или кривой равновесия).

     Раньше  всего продольные уклоны приблизятся  к равновесным значениям в нижнем течении, так как здесь мощность потока наибольшая, эрозия протекает, скорее всего, а потому и равновесное состояние достигается раньше. Наоборот, в верховьях оврага эрозия идет медленнее, и равновесное состояние достигается позже. Когда овраг уже начал зарастать в устьях, в вершине он еще интенсивно растет — это обычное явление, часто наблюдаемое в природе.

     Образование  и рост оврагов протекают очень  интенсивно во многих районах  Русской равнины, сложенных рыхлыми,  легко размываемыми породами, такими, как лёссовидные суглинки, пески, глины и др. Овраги растут здесь очень быстро и образуют часто густую сеть, расчленяющую водораздельное плато на отдельные массивы. Образование и рост оврагов характерны, например, для степной и лесостепной зоны Европейской части СССР. По подсчетам С. С. Соболева, суммарная протяженность овражной сети в некоторых районах УССР. Достигает 100—150 км на каждые 100 км².

     О  скорости роста оврагов могут  свидетельствовать следующие наблюдения, произведенные в окрестностях г. Харькова. При прокладке железнодорожного полотна была сделана выемка на склоне заросшей балки. Это стимулировало возобновление эрозии и рост двух оврагов. За 18 лет один из них удлинился на 120 м при глубине 15 м, другой — на 221 м. Ежегодно из первого оврага выносилось около 340 м разрушенного материала, из. второго за тот же период — около 900 л³.

     Приведенный  пример показывает, что в образовании  и росте оврагов Русской равнины  чаще всего виноват человек.  Вырубая лес, распахивая склоны, он уничтожает растительный покров, предохраняющий поверхность земли от размыва. Борозды, проведенные вдоль склона трактором, колеи грунтовых дорог, канавы и т. п. служат начальными рытвинами, преобразуемыми потоками дождевых и талых вод в промоины и овраги. Там, где оврагов очень много, они приносят большой вред народному хозяйству.

     Очень  быстро разрастаясь, они уничтожают  большие площади сельскохозяйственных  угодий, полей, огородов, садов, дорог  и разрушают даже здания в  населенных пунктах. Для борьбы с оврагами выработан ряд мероприятий, подразделяющихся на профилактические и на мероприятия, направленные на борьбу с ростом уже существующих оврагов.

     К  профилактическим мероприятиям  относятся защита подверженных  размыву склонов от всяких  нарушений целостности их поверхностного покрова, для чего запрещается вырубка леса и кустарника по крутым склонам, излишний выпас скота во избежание вытаптывания дерна, распашка склонов, заложение борозд и канав в направлении вниз по склону.

     Мероприятия  по борьбе с оврагами направлены на предотвращение попятной эрозии путем укрепления головной части оврага, укрепления склонов оврагов и ослабления силы руслового потока. Рост существующих оврагов могут остановить насаждения в верховьях оврага и на его склонах деревьев и кустов, особенно имеющих длинные корневища, инженерные сооружения в голове оврага в виде цементных лотков, инженерные сооружения на дне оврага в виде перепруд, цель которых заключается в уменьшении размывающей силы воды. Перепруды устраиваются в виде плетней, расположенных поперек тальвега, а также в виде деревянных, каменных и бетонных запруд. Дно оврага под запрудами укрепляется водобойными сооружениями из камня или деревьев и прутьев. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

1.1 ОСНОВНЫЕ ФОРМЫ ГЕОЛОГИЧЕСКОЙ РАБОТЫ

ТЕКУЧИХ ВОД. 

    Первая из них — это эрозия, или иначе размыв (линейный размыв). Под этим названием понимается разрушительная работа русловых водных потоков, т. е. временных или постоянных ручьев и рек. Все они стремятся врезать свое русло в поверхность земли на всем протяжении в виде более или менее глубокой рытвины, промоины, оврага. Крупные водные потоки постепенно разрабатывают этим путем обширные и глубокие долины и ущелья. Линейный размыв, или эрозия, стремится, таким образом, расчленить рельеф суши, сделать его более неровным, иногда даже очень неровным, так как речные долины иногда имеют глубину до 1,5—2 тыс. м.