НЕКОТОРЫЕ ОБЩИЕ ЗАКОНОМЕРНОСТИ РАБОТЫ ВОДОТОКОВ

Водотоки или, как их еще можно назвать, русловые потоки, про­изводят разрушительную работу — эрозию, перенос материала и его аккумуляцию и создают выработанные (эрозионные) и акку­мулятивные формы рельефа. Те и другие теснейшим образом свя­заны друг с другом, так как то, что было унесено водой в одном месте, откладывается где-либо в другом. Размыв и аккумуляция материала часто сменяют друг друга во времени и пространстве, поэтому не существует геоморфологических комплексов, где были бы развиты исключительно формы одного из этих двух генетиче­ских типов. Можно только различать области преобладающей эро­зии и преобладающей аккумуляции. Однако на суше эрозионные формы рельефа пользуются большим развитием и распространени­ем, чем аккумулятивные. Обусловлено это тем, что значительная часть обломочного материала, переносимого постоянными и вре­менными водотоками, выносится в моря и океаны и откладывается на дне, образуя толщи морских осадочных пород.

Эрозионная работа водотока осуществляется за счет живой силы потока, корразии (воздействия на дно и берега влекомыми водным потоком обломками) и химического воздействия на поро­ды, слагающие дно и берега реки.

Наибольшее значение имеет живая сила, или энергия потока, которая может быть выражена формулой

.Г = тог>²₍2,

где Р — энергия потока, пг — масса воды, и — скорость течения.

Следует отметить, что масса воды пропорциональна расходу потока, что же касается скорости течения, то она находит выраже­ние в формуле Шези:

где С — коэффициент, зависящий от шероховатости русла, Я — гид­равлический радиус (отношение площади живого сечения водотока к смоченному периметру русла), I — уклон. Таким образом, чем многоводнее поток и круче уклон, тем больше его живая сила и эродирующая способность. Однако поток будет эродировать лишь в том случае, если не вся живая сила текучей воды расходуется на перенос твердого материала и на преодоление сопротивления. В противном случае в русле потока будет происходить аккумуля­ция.

В эрозионной работе водотоков различают донную эрозию, на­правленную на углубление (врезание) русла водотока, и боковую эрозию, ведущую к расширению вреза в стороны. В работе любого водотока почти всегда можно обнаружить признаки обоих видов эрозии. Однако интенсивность их будет меняться в зависимости от уклона русла, геологического строения территории, по которой про­текает водоток, стадии развития водотока (его возраста) и ряда других причин. Преобладание того или иного вида эрозии наклады­вает отпечаток прежде всего на морфологию (форму) долин русло­вых потоков. Узкие, глубокие и относительно спрямленные долины свидетельствуют об интенсивном врезании текущих по ним водо­токов. Напротив, широкие, плоскодонные долины с прихотливо из­вивающимися руслами водотоков говорят о преобладании боковой эрозии.

Ширина долины водотока зависит от его величины, состава по­род, прорезаемых водотоком, уклона местности и ряда других фак­торов. Углубление русла водотока также происходит не беспредель­но. Оно ограничивается прежде всего уровнем водного бассейна (озера, моря), куда впадает водоток. Этот уровень называется ба­зисом эрозии. Общим базисом эрозии для русловых водотоков яв­ляется уровень Мирового океана. Наряду с ним различают мест­ные базисы эрозии, которые могут располагаться на любой высоте. Возникновение местных базисов эрозии чаще всего определяется геологическим строением ложа (русла) потока. Выходы прочных пород, пересекающих русло, неизбежно вызывают замедление вре­зания, и на каком-то отрезке времени профиль русла на участке выше этого выхода будет приспосабливаться к такому временному базису.

Поскольку уровень воды в реке является базисом эрозии впа­дающих в него притоков, то местным базисом эрозии также часто называют уровень дна долины по отношению к прилегающей по­верхности водосбора, который она дренирует.

Выше базиса эрозии водоток будет врезаться до тех пор, пока не сформирует профиль, в каждой точке которого живая сила по­тока окажется уравновешенной сопротивлением подстилающих пород размыву, и транспортирующая способность потока окажется выравненной по всей его длине. Такой профиль называется выра­ботанным продольным профилем или профилем равновесия. Иде­альный профиль равновесия (плавная вогнутая кривая, рис. 49, /), может быть выработан только при определенных условиях: 1) при однородном составе пород, размываемых водотоком на всем его протяжении, и 2) при постепенном увеличении количества воды по направлению от истока к устью. В природной обстановке поверх­ность, по которой течет водоток, обычно сложена породами разного состава, а, следовательно, и разной устойчивости к размыву. Поро­ды более податливые размываются легче, менее податливые за­держивают глубинную эрозию. В таком случае продольный профиль водотока приобретает вид сложной кривой, характеризующей­ся чередованием участков с разными уклонами (рис. 49, //). Однако даже тогда, когда водоток смог бы выработать профиль равновесия, он не представлял бы плавную кривую. Обусловлено это тем, что, во-первых, равновесие между живой силой потока и сопротивлением горных пород размыву для разных пород будет достигнуто при разных уклонах; во-вторых, изменение водности потока, а следовательно, и его живой силы происходит не посте­пенно, а скачками. Скачки обусловлены впадением круп­ных притоков.

Таким образом в процессе врезания русла продольный профиль водотока должен про­ходить несколько стадий, а именно: стадию невырабо-танного профиля; стадию выра­ботанного профиля; стадию предельного профиля. Под по­следним понимается такой про­филь, когда в любой точке рус­ла не происходит ни врезания, ни аккумуляции, а вся энергия: реки затрачивается на транс­порт. Это состояние теоретиче­ски может быть достигнуто каждым водотоком, однако сложность и изменчивость гео­графических и геологических условий, в которых происходит выработка русла, практически делает недостижимым такое со­стояние.

Не выработанный продольный профиль потока характеризуется наличием водопадов, порогов, быстрин.

Водопадом называют место, где ложе потока образует уступ, с которого вода падает вниз. Различают несколько видов водопа­дов: 1) ниагарский, когда масса воды низвергается широким фрон­том, а его ширина равна или больше высоты; 2) иосемитский, или каскадный — вода падает сравнительно узкой струей иногда с гро­мадной высоты (водопад Энджей в Венесуэле имеет высоту 980 м), причем струя нередко разбивается на ряд каскадов, соответствую­щих отдельным уступам; 3) карельский, или падун, — крутой (до 40°), но не отвесный участок русла (например, водопад Иматра на реке Вуоксе). Ряд уступов, образующих серию небольших водопа­дов, называют катарактами, небольшие положительные неровности русла,— порогами.