Водний баланс річкового басейну

Водний баланс – це співвідношення за певний проміжок часу (рік, місяць, декаду і т.д.) припливу, витрати та акумуляції води в межах річкового басейну, ділянки території, чи будь-якого водного об'єкту.

Прихідна частина балансу складається із опадів (Х),конденсації вологи (К), поверхневого (Y_пов) та підземного (Y_підз) припливів.

Витратна частина складається із сумарного випарування з поверхні території (Е), поверхневого (Y¹_пов) та підземного (Y¹_підз) від­токів.

Позначивши акумуляцію води в даному об’ємі , запишемо рівняння водного балансу даної території:

 

= Х + К + Y_пов + Y_підз – E - Y¹_пов - Y¹_підз

 

Акумуляція води в посушливі роки має відємне значення, а в багатоводні – додатне.

Метод водного балансу є основним засобом дослідження формування стоку як за багаторічний період, так і для окремих років або періодів року.

 

Формування річкової долини

Сучасні річкові долини формувалися в тектонічних пониженнях або заглибленнях, які пропахались льодовиками. На протязі десятків тисяч років водний потік змінював долину, повздовжній профіль та планові окреслення.

Якщо на протязі довгого часу не відбувається скорих зміщень поверхні землі або базису ерозії (рівня, лімітуючого заглиблення русла), то річка набуває нормального ерозійного циклу. Розміри долини та русла кожної ріки знаходяться у тісному зв’язку з величиною її стоку та гідрологічним режимом.

На ранній стадії ріка інтенсивно розмиває річище і виносить всі наноси, які утворюються при цьому. Русло ріки постійно заглиблюється, долина набуває крутих схилів, а дно її заповнено водою. Там, де потік зустрічає більш тверді породи, утворюються пороги та водоспади. Повздовжній профіль ще не вироблений.

В плані річкова долина характеризується різкими поворотами, які обумовлені первинним рельєфом місцевості та різною піддатливістю грунту до розмивання. Але вже на цій стадії розвитку, на ділянках з малими нахилами та невеликою швидкістю течії, можуть відкладатися наноси і утворюватись алювіальна заплава. Це відбувається попереду виходу порід, що важко розмиваються, створюючи підпор потоку.

В подальшому, з врізанням потоку в гірські породи, повздовжній профіль вирівнюється, але все ще залишається різнорідним. На ділянках з пониженими нахилами посилюється бічна ерозія. Русло розширюється, і окреслення його в плані стають більш плавними, утворюються заплава і осередки.

Поступово річка сягне виробити плавно-увігнутий профіль, при якому потік здатен лише переносити поступаючи зверху наноси, але глибинна ерозія припиняється. На цій стадії річище ріки звивисте і часто розбите на рукави. Наступає стадія старіння ріки.

Формування заплави пов’язано з внутрішньорічним коливанням водності ріки – з проходженням повені і паводків, які несуть велику кількість наносів. Під час високої водності наноси відкладаються в розширених місцях долини, утворюючи побічні. Меженний потік не спроможний їх повністю зруйнувати і прокладає собі шлях серед наносів. В гірських районах зростанню побічнів сприяють виноси приток селевого типу.

Звичайний цикл розвитку долини може порушуватись внаслідок пониження або підвищення базису ерозії, або вертикальних зміщень витоку ріки. При пониженні базису ерозії внаслідок рухів ділянок суходолу або пониженні рівня моря нахил на нижній ділянці збільшується, ріка омолоджується і знову починає заглиблювати своє річище.

Утворення терас в алювіальних відкладах можна уявити собі наступним чином. Першочергово русло знаходилося біля лівого схилу. Внаслідок (блукання) по дну долини та заглиблення воно зміщується до протилежного схилу і опиняється на більш низькому рівні. В подальшому цей процес продовжується і русло займає серединне положення. Ділянки попередніх заплав, які залишилися не розмитими, з одного і з другого схилу перетворюються в тераси.

Природній розвиток річкової долини може порушуватись внаслідок втручання людини (будівництво греблі, пониження рівня внутрішніх водоймищ і т.ін.), і зміни характеру руслових процесів.

 

Типи річкових долин

За походженням розрізняють наступні типи долин: тектонічні, ерозійні та льодовикові. Однак у чистому вигляді долин одного походження не існує, і в формуванні будь-якої долини велике значення має ерозійний фактор. З іншого боку, первинна форма долин завжди має тектонічне походження.

За характером поперечного профілю розрізняють наступні п’ять типів долин:

щілини – глибокі і вузькі долини з уривчастими, іноді нависаючими схилами; ширина їх по дну майже дорівнює ширині русла. Зустрічаються в горах серед скельних порід, які важко руйнуються;

каньйони – глибокі долини з дуже крутими схилами і порівняно вузьким дном. Формуються в посушливих кліматах та в грунтах, що легко розмиваються. Слабка розробленість схилів пояснюється слабким розвитком схилового стоку на даній ділянці ріки. Зустрічаються в передгір’ях;

ущелини – глибокі гірські долини зі скельними крутими, звичайно вигнутими схилами. Зустрічаються у всіх гірських районах;

 

Рис. 9. Типи поперечних профілів річкових долин: а - щілина (каньйон); б - тесніна, ущелина; в - U-подібна долина; г - коритоподібна долина; д - трапецеїдальних долина; е - ящікообразная долина; ж - неясно виражена долина

трапецевидні – широкі долини з прямими або опуклими пологими схилами. Це найбільш розповсюджена форма долин в рівнинних умовах. Різновидністю цього типу є так звана ящикоподібна долина з широким, плоским дном та крутими схилами;

коритоподібні – широкі долини з ввігнутими схилами, які стають пологими до тальвегу, з широким дном. Характерні для гірської місцевості, де вони утворюються за участю льодовиків (троги).

Звичайно на невеликих ріках зустрічаються долини з неявно вираженими поперечними профілями. Докучаєв писав, що на Україні багато малих рік, в яких “ в сущности нет своего русла и определенных берегов, нет собственного дома, - они воспользовались и до сих пор довольствуются теми, уже готовыми, блюдцами, ложбинами и западинами, которые остались после ледника, и только больше заболотили их… ”.

 

2.7. Структура річкового русла. Русло вплані

Русло – частина дна долини, по якій здійснюється стік води. Частина русла, по якій здійснюється стік води в маловодний (меженний) період, називається корінним., або меженним руслом.

Частина долини річки, яка заливається річковою водою періодично лише в періоди інтенсивного надходження води, називається заплавним руслом (заплавою річки).

В плані русло має, як правило, звивисту форму. Це пояснюється розмивною діяльністю потоку, що формує своє русло в межах широкого дна долини, або внаслідок пристосування потоку до звивистості долини. Розподіл глибин в руслі пов'язаний з обрисом русла в плані. Розташування ізобат (ліній однакових глибин) на рівнинних річках вказує на чергування плесів (глибоких ділянок) і перекатів (мілких ділянок).

Рис. 10. Схематичний поперечний профіль річкової долин и та її основні елементи

 

Перекат – характерна для рівнинних річок форма рельєфу дна, яка формується відкладанням наносів у вигляді широкого пасма, що перетинає русло під кутом до загального напрямку течії і викликає відхилення його від одного берега до іншого. Лінію, що з'єднує точки з найбільшими глибинами вздовж річки у плані, називають фарватером.

Розрізняють два види звивистості:

а) орографічна, яка обумовлена рельєфом місцевості і різною твердістю порід, що складають береги долини;

б) ерозійна звивистість, яка є наслідком ерозійної діяльності самого потоку.

Формування звивистості другого роду називається меандруванням, а самі звиви – меандрами.

Меандри є рухливими утвореннями, які змінюють свою форму і переміщуються в просторі. Якщо в первинно прямому руслі, яке складене легкорухомим матеріалом, з’явився хоча би невеличкий згин, він буде в подальшому збільшуватись і перетвориться в звивину.

Рис. 11. Розподіл глибин в руслі (а), утворення меандр и стариць (б)

 

Першочергово русло приймає синусоїдальні окреслення в плані зі порівняно плавними поворотами. В подальшому кривизна поворотів збільшується, і синусоїда повільно перетворюється в ряд півкіл. Останні, по мірі розмиву берегів трансформуються у форму петель. Всі ці трансформації супроводжуються збільшенням довжини русла, тобто зменшенням нахилу. Але під час повені, коли рівень води підвищується і швидкість різко зростає, потік може розмити вузький перешийок між частинами русла, що наблизились, і тоді відбувається спрямлення русла. Відторгнута звивина часто уособлюється і перетворюється в старицю.