Долина, поима и русло реки

Речная долина представляет собой протяженную, извилистую, полую форму земной поверхности, наиболее глубокую часть которой занимает русло реки. Ширина долин обычно во много раз превосходит ширину русел, и реки могут добавочно извиваться внутри своих долин.

Образование долин больших рек нередко отделено от нас миллионами лет. Условия для образования долин создавались тектоническими процессами и процессами накопления морских и ледниковых отложений, определившими в своей совокупности главные черты рельефа суши. Однако выработка самих долин и последующие изменения их размеров и форм всегда были результатом деятельности текущей воды. Естественные потоки сами создали свои долины и русла и продолжают их изменять.

В четвертичный период, последней стадией которого является голоцен и полная длительность которого составляет 2,5 млн. лет, Земля пережила ряд циклов оледенения. С этими циклами были связаны сильные колебания стока. В фазах оледенения сток был настолько мал, что уровень мирового океана понижался на 80-120 м по сравнению с современным. В фазах таяния льдов возникали огромные потоки воды, которые углубляли и расширяли существовавшие русла и нередко создавали новые. Чтобы представить объем влаги, накапливавшейся в материковых льдах, достаточно сказать, что во времена своего наибольшего развития льды покрывали от 25 до 38% площади суши, причем толщина ледяного покрова достигала 1000-2000 м. В зоне, не подвергавшейся оледенению, но примыкавшей к его области, в фазы таяния льдов происходило увеличение влажности воздуха и местный сток тоже сильно возрастал.

Долины многих крупных рек нашей страны были выработаны потоками, формировавшимися при отступании ледника. Следы колебаний водности, происходивших в четвертичный период, представлены в современных долинах надпойменными террасами. Образование их обусловлено тем, что последовательно возникавшие мощные потоки ледниковых вод все глубже врезались в коренные породы и вместе с этим оказывались смещенными относительно друг друга в плане. В периоды ослабления водности выработанные широкие и глубокие русла заносились. В результате речные долины заполнились окатанным и перемытым обломочным материалом – аллювием, и современным рекам приходится прокладывать себе путь в его толще. На рис. 5 показан поперечный разрез долины Средней Волги, на котором можно видеть I-V надпойменных террас. Мощность слоя аллювиальных отложений в долине Средней Волги достигает 50-60 м.

Рис.5. Геологический разрез долины Средней Волги

В настоящее время реки используют для пропуска стока лишь самую глубокую часть своих долин. В межень, т.е. в летний и зимний сезоны низкой водности, течение сосредоточено в русле реки. В границах русла нередко проходят и низкие весенние паводки. Однако если паводок выше среднего, река выходит из берегов и затапливает часть долины. Затапливаемая во время паводков часть долины называется поймой. Поверхность поймы хранит на себе следы прежних положений русла в виде стариц и грив (невысоких серповидных валов), но в среднем является плоской. От русла ее отделяет прирусловой вал. Он образуется вследствие того, что, вступая на пойму, поток резко уменьшает свою скорость и взвешенные в воде частицы песка и ила осаждаются. Пойменные гривы есть не что иное, как прежние прирусловые валы. Осаждение наносов идет и в глубине поймы, но там выпадает лишь тонкий слой наиболее мелких частиц – наилок.

Процесс осаждения взвешенных частиц приводит к тому, что высота поверхности поймы медленно увеличивается, и в пойменных грунтах всегда содержится значительно больше мелких – илистых и глинистых – частиц, чем в русле реки.

Высота поймы над низким меженным уровнем воды составляет
от 2-3 до 7-8 м.

Русла рек отличаются сложными пространственными формами.
Их очертания в плане обычно криволинейны. Отношение длины реки
к длине прямой, соединяющей на карте ее исток и устье, называется коэффициентом извилистости реки. Отношение длины реки к длине ее долины представляет коэффициент извилистости русла. Разделив первый коэффициент на второй, получим коэффициент извилистости долины. Между этими тремя коэффициентами имеются неравенства:

.

Поперечные размеры русла возрастают от истока к устью реки в соответствии с нарастанием водности, но и на участках между притоками, где водность почти не изменяется, ширина и глубина русла могут сильно колебаться. Основная особенность речных русл состоит в чередовании по их длине глубоких и мелких мест: плесовых лощин (плесов) и перекатов или порогов. Перекатом называется скопление песка, гравия или гальки в форме вала, простирающегося от одного берега до другого. Пороги могут быть образованы либо скоплениями валунов, либо выходами скальных пород, либо тем и другим вместе.

Перекаты могут иметь разную конфигурацию, но в их строении есть общие черты (рис. 6). Прибрежные, повышенные части перекатного вала называются побочнями – верхним 1 и нижним 5. Между ними располагается седловина, наиболее низкая часть которой называется корытом пе

Рис.6. Перекат: а – план; б – продольный профиль.

реката 3. Через корыто переката проходит судовой ход. Линия, соединяющая наиболее высокие точки перекатного вала, отмечает гребень переката 2: Глубокие части русла, расположенные выше и ниже переката, представляют собой, соответственно верхнюю 6 и нижнюю 4 плесовые лощины. Низовой скат переката 8 почти всегда бывает круче верхового ската 7. Место сопряжения низового ската с дном нижней плесовой лощины называется подвальем переката 9. Перекатные валы располагаются косо по отношению к берегам. Если эта скошенность велика, то верхняя и нижняя плесовые лощины заходят друг за друга. Тупиковая оконечность нижней плесовой лощины, заходящая за верхнюю плесовую лощину, называется затонской частью переката, а перекаты такого типа называются перекатами с затонской частью (рис. 7).

Рис.7. Перекат с затонской частью

Благодаря косому расположению перекатного вала линия наибольших глубин, а с ней и судовой ход на участке переката переваливает от одного берега к другому. На перекатах с затонской частью этот перевал может быть крутым, что затрудняет проход судов. При низких уровнях воды побочни обнажаются и тогда поток воды приобретает извилистость внутри русла – так же, как линия наибольших глубин, он попеременно подходит то к одному, то к другому берегу.

От истока до устья реки перекаты следуют друг за другом с интервалами, равными от 5 до 25 ширин русла. На участках, где поток во время весеннего половодья оказывается в подпоре, например выше сужений поймы или устьев крупных притоков, частота следования перекатов увеличивается, образуются группы перекатов.

Рис.8. Дельта и приустьевой бар

Если река впадает в море или в большое озеро, то в устье скорости течения резко уменьшаются. Вследствие этого перемещаемые потоком частицы песка, ила и глины осаждаются и возникают особые формы руслового рельефа – дельты и бары. Дельта (рис. 8) представляет собою многорукавное разветвление русла перед впадением реки в водоем. Ее общее очертание обычно напоминает греческую букву D, откуда происходит и ее название. Большая часть твердого материала, слагающего дельту, приносится речным потоком. Так как поступление твердого материала продолжается, то дельта постепенно выдвигается в принимающий водоем. Острова между рукавами дельты низкие, часто заболоченные. В СССР наиболее крупные дельты имеются у рек Оби, Лены и Волги.

Самые мелкие частицы, несомые речной водой, выпадают уже за пределами дельты, образуя приустьевой бар (см. рис. 8). Глубины на баре нередко бывают меньше глубин в реке и ограничивают осадку судов, следующих с моря в реку или обратно.

В ряде случаев устья рек выходят в узкие заливы, далеко вдающиеся в сушу. Такие заливы называются эстуариями, а на юге нашей страны – лиманами. Эстуарий обычно представляет собой затопленную океаном конечную часть древней долины реки. Впадая в эстуарий, река может сформировать дельту, а может иметь и однорукавное устье. Дельта Оби расположена в вершине обширного эстуария – Обской Губы Карского моря.

Под действием текущей воды русла рек хотя и медленно, но непрерывно изменяются. Эти изменения называются русловыми деформациями. Наиболее часто встречающиеся случаи русловых деформаций – это сезонные колебания, высоты гребней перекатов, смещение перекатов вниз по течению, размыв вогнутых берегов. Будучи вызваны движением воды, русловые деформации оказывают обратное влияние на поток. В месте отложения частиц грунта и уменьшения емкости русла скорость движения воды возрастает, ограничивая тем самым дальнейший рост отложений. На участке размыва дна, вследствие увеличения емкости русла, скорость снижается, ограничивая дальнейшее развитие размыва. Таким образом, поток и русло постоянно взаимодействуют друг с другом, причем это взаимодействие таково, что оно обеспечивает колебания размеров русла около некоторых устойчивых средних значений.

Совокупность явлений первоначального образования естественных русел и их последующих деформаций называется русловым процессом. Наблюдения показывают, что в природе встречаются три основных типа руслового процесса.

Первый тип – побочневый – развивается на прямолинейных или слабо изогнутых участках русел с узкой поймой. На таких участках побочни сильно развиты, а плесовые лощины короткие и мелкие. Перекаты следуют один за другим с интервалами в 5-7 ширин русла, причем каждый побочень входит в два смежных переката: для одного он является нижним, для следующего – верхним (рис.9, а). Основной процесс состоит здесь в постепенном смещении всех русловых форм – перекатов и плесовых лощин – вниз по течению. Это смещение происходит во время половодья, когда побочни затоплены, и выражается обычно десятками метров в год.

	Рис. 9. Виды речных русел: а – побочневое; б – меандрирующее; в – разветвленное

Второй тип руслового процесса требует для своего развития широких пойм. Не стесненная бортами долины река здесь может свободно извиваться, образуя излучины большой кривизны (рис. 9, б). Такие русла называются меандрирующими, а процесс развития и переформирования излучин носит название меандрирования. Эти термины происходят от названия известной в древней Греции извилистой реки Меандр (впадает в Эгейское море; в настоящее время ее бассейн относится к территории Турции). В процессе меандрирования каждая излучина проходит один и тот же цикл переформирований: постепенное увеличение кривизны; приобретение петлеобразного очертания; прорыв перешейка между сблизившимися частями петли и превращение излучины в старицу. На рис. 9, б цифрами 1, 2, 3 обозначены излучины, находящиеся в этих трех стадиях развития. Перекаты в меандрирующих реках приурочены к перегибам русла и не смещаются по течению. Если пойма низкая и сложена рыхлыми грунтами, излучины спрямляются раньше, чем достигнут петлеобразной формы. Такой подтип процесса называется незавершенным меандрированием.

Третий тип руслового процесса – ветвление, т.е. деление реки на рукава. Различают русловую и пойменную многорукавность. В первом случае поток разбивается на рукава, обтекая расположенные в русле острова
(рис. 9, в). Во втором случае сеть рукавов прорезает пойму. Иногда, как,
например, на реке Большой Северной Двине, оба типа многорукавности развиваются совместно. Основное явление руслового процесса на разветвленных участках рек состоит в развитии одних и отмирании других рукавов.

В настоящее время речные русла подвергаются сильным изменениям в результате человеческой деятельности. На судоходных реках глубины судового хода увеличиваются посредством дноуглубительных работ. Эти работы состоят в устройстве прорезей (подводных каналов) через перекаты и приустьевые бары. Крутые извилины судоходных рек спрямляются искусственно. Для обеспечения устойчивости прорезей на перекатах возводятся выправительные сооружения.

Коренные изменения претерпевают реки при постройке подпорных гидроэнергетических узлов. В результате подъема уровня выше гидроузла долина реки затапливается, образуется водохранилище с большой площадью зеркала и очень малыми скоростями течения. Русло реки перестает играть заметную роль в пропуске стока и постепенно заносится.

На европейской части СССР в каскады водохранилищ превращены Волга от Калинина до Волгограда, Кама от Соликамска до устья Вятки, Днепр от устья Припяти до Каховки. Сейчас в широких масштабах идет освоение водноэнергетических ресурсов Сибири. В результате такого размаха гидротехнического строительства гидрология перестала быть наукой, занимающейся лишь природными явлениями. Предметом ее изучения являются теперь многие искусственные объекты, такие, как водохранилища, каналы, оросительные системы. Проблема воздействия человека на водные объекты суши неразрывно связана с задачей охраны и улучшения этих объектов.