Строение речных долин

     Подобное  строение поперечных долин характерно  для многих рек Карпат: Латорицы, Ужа, Рики, Теребли и других  притоков р. Тиссы. Удивительный по высоте стен и красоте каньон образует р. Биказ в Румынских Карпатах. Много каньонов имеют реки Кавказа. Примером такого каньона может служить Худумское ущелье, промытое р. Сулак при прорыве ею наиболее северного хребта — Черных гор. Глубина ущелья достигает 1000 м при ширине его дна менее 10 м. Подобный же каньон имеется на р. Ингур (южный склон Западного Кавказа) и на многих других реках Кавказа.

     Речная  долина врезается в неоднородную  по составу толщу горных пород,  поэтому кривая ее продольного профиля не может быть вполне плавной — она оказывается ступенчатой. В местах выхода плотных, трудно размываемых пород, глубинная эрозия замедляется, а продольные уклоны возрастают, течение становится быстрым и бурным. Подобные участки крутых уклонов и бурного течения получили название порогов. В продольном профиле реки они образуют как бы ступени, или перепады. Если пласты особенно тверды, то перепад может приобрести форму почти вертикальной стенки, с которой поток будет низвергаться прямо вниз в виде водопада.

  Промежуточную  форму перепада, когда вода не  падает вертикально, а стремительно  низвергается по очень крутому  скалистому ложу, называют иногда  водоскатом. В СССР в горных  областях и на равнинах известно  много подобных образований. Это  знаменитые Днепровские пороги, располагавшиеся в том месте, где Днепр прорезал так называемую Украинскую кристаллическую полосу гранитов и гнейсов (теперь они перекрыты водами Днепровского водохранилища), водопад Кивач в Карельской АССР на р. Суне, воспетый в одах Державина. Много водопадов есть в горах Крыма, Кавказа, Средней Азии.

     По  форме низвергающегося потока  различают узкие, высокие и  широкие водопады, у которых ширина  значительно превышает высоту. Примером  последнего может служить один  из крупнейших в мире водопадов — Ниагарский водопад в Северной Америке. Ширина части этого водопада, расположенной в Канаде, достигает 900 с лишним метров при высоте около 50 м. Нарвский водопад на р. Нарве имеет уступ высотой всего 7 м при ширине потока 150 м. Наибольшую ширину (2700 м) имеет громадный водопад Игуасу на р. Паране в Южной Америке.

     Высота  уступа, с которого низвергаются  водопады, достигает иногда значительной  величины. Так, в Северной Америке  в Иосемитском национальном парке  располагаются наивысшие на земле водопады, высота которых достигает 792 м; водопад Коломбо на р. Замбези в Африке имеет высоту 427 м.

     В  некоторых случаях одиночные  водопады и пороги перегораживают  речные долины, иногда же они  образуют серию каскадов. Так,  р. Ангара в средней части  течения на протяжении 289 км не судоходна из-за порогов; на р. Вуоксе в Финляндии на протяжении 25 км имеется 12 порогов, водопадов и водоскатов, в их числе водоскат Большая Иматра. Реки Финляндии вообще характеризуются порожистостью: здесь насчитывают до двух тысяч порогов и водопадов.

     В  основании водопадов, водоскатов  и на порогах и быстринах  в русле реки обычно образуются  водовороты, вырывающие в дне  реки иногда очень глубокие  ямы. Особенно своеобразны ямы,  высверливаемые крупными валунами  и гальками, приводимыми во вращение падающей водой.

     Такие  ямы имеют форму узких колодцев  правильной цилин¬дрической или  конической формы со спиралеобразными  бороздами на стенках. Они получили  название исполинских, или эверзионных,  котлов. На дне котлов часто  находят один или несколько больших округленных камней, которым приписывают сверлящую роль.

      Образование котлов наблюдается,  как правило, в относительно  твердых породах, таких, как  известняки, песчаники, на иногда  происходит также и в более  мягких - глинах. Размеры котлов различны. Диаметр их значительно меньше глубины. Так, на реке Вуоксе описаны котлы диаметром 0,7—1,0 м при глубине 2 м. У основания Ниагарского водопада котлы достигают 1,5 м в диаметре. Максимальную известную глубину имеют котлы на р. Рейне и особенно на р. Дунае. Здесь в районе Железных Ворот возникают водовороты, которыми на дне реки при средней ее глубине 2,5—3 м высверлены котлы глубиной 30 и даже 50 м (М. Неймайр).

     Пороги  и водопады препятствуют судоходству.  Для их преодоления строятся различные гидротехнические сооружения, одновременно позволяющие использовать огромную энергию падающей воды. Строительство ряда плотин на порожистой р. Ангаре сделает ее судоходной на всем протяжении (1854 км) и обеспечит работу гидроэлектростанций общей мощностью 9—9,5 млн. квт.

     Высота  искусственно сооруженных плотин  достигает десятков и сотен  метров. На р. Куре в Закавказье  воздвигнута в 1954 г. плотина  Мингечаурского гидроузла высотой  87 м; плотина Тоул-дер-Дам на  р. Колорадо в Северной Америке имеет высоту 222м.

     Пороги  и водопады - образования не вечные. Постепенно они пропиливаются  и сглаживаются рекой, и образующие  их ступени продольного профиля  становятся все более и более  пологими и малозаметными. Но  на окончательное нивелирование их требуются огромные промежутки времени. Поэтому такие перепады играют роль базиса эрозии для вышележащей части течения реки, определяя высотное положение кривой ее продольного профиля. Такие местные базисы эрозии ведут к возникновению двух участков течения в продольном профиле реки, которые развиваются каждый применительно к своему базису эрозии.

     Глубинная  эрозия отчетливее всего проявляется  на ранних стадиях развития  эрозионных долин и особенно  в долинах с относительно крутыми  продольными уклонами дна и большими скоростями течения водных потоков. Для таких долин типичен упоминавшийся выше узкий и остродонный V-образный поперечный профиль. Эти долины принято называть морфологически молодыми.

     По  мере выработки кривой продольного  профиля и приближения ее к равновесной форме донная эрозия все более и более ослабевает; начинает существенно сказываться другая форма разрушительной работы потока — боковая эрозия, заключающаяся в подмыве основания склонов долины. Боковая эрозия приводит к расширению долины и возникновению у нее плоского дна (боковая планация). Ее поперечный профиль из V –образного постепенно преобразуется в плоскодонный или ящикообразный. Эту стадию развития долины называют стадией морфологической зрелости.

     Основной  причиной боковой эрозии и преобразования поперечного профиля долины в плоскодонный является образование и развитие речных излучин, или меандров.

     Извилистость (меандрирование) русла является  свойством, неизбежным почти для  всякой сравнительно медленно  текущей реки и почти никогда не наблюдающимся у рек с относительно крутым падением и большой скоростью течения. Бурно текущий поток как бы стремится снести со своего пути все препятствия и выпрямить свое течение, проложив русло в направлении наибольшего уклона ложа. Иное дело поток, текущий медленно. Благодаря иной внутренней гидродинамической структуре он, выражаясь образно, как бы «чувствует» любое препятствие, любую существенную неровность своего ложа и, еще не дойдя до них, стремится их обойти. Его течение начинает отклоняться в сторону.

     Линия  максимальных скоростей, т. е.  динамическая ось, или стрежень  потока, в прямолинейном русле  располагающаяся по его середине, приближается теперь к одному  из берегов. Течение подмывает  и обрушивает этот берег и,  отразившись от него, отклоняется в противоположную сторону.

     На  возникшем изгибе стрежня образуется  система поперечных токов, как  бы перемешивающих воду в русле.  На стрежне, т. е. у подмываемого  берега, вода опускается ко дну,  затем придонное течение направляется  к противоположному берегу, где вода поднимается и вновь возвращается к стрежню по поверхности. Накладываясь на общее продольное движение потока, эта система поперечной циркуляции превращается в штопорообразную. Придонные токи поперечной циркуляции удаляют продукты обрушения подмываемого берега и вместе с частью материала, принесенного рекой сверху, выносят их на противоположную сторону русла, где они частично откладываются в виде галечной или песчаной отмели.

     Таким  образом, один берег русла подмывается,  а другой, наоборот, наращивается. Особенно интенсивно этот процесс идет во время половодья, когда русло наполнено водой до краев и образующаяся отмель затоплена. В низкую воду она обсыхает, и тогда оказывается, что вслед за искривлением линии стрежня изогнулось и все русло в целом.

     Образование  изгиба русла в одном месте  неизбежно влечет за собой  возникновение целой серии сопряженных  с ним изгибов ниже по течению,  так как стрежень будет последовательно  отражаться то от одного, то  от другого берега.

     Возникший изгиб русла в дальнейшем растет, увеличиваясь в высоту, его вогнутый берег подмывается во время каждого половодья, а выпуклый берег наращивается путем отложения гальки и песка. Рост излучины продолжается до тех пор, пока ее шейка не станет столь узкой, что во время паводка полые воды смогут ее прорвать и вновь спрямить русло.

     В  таком случае основная масса  воды будет устремляться вдоль  этого вновь проложенного русла,  а в старой излучине даже  в половодье течение будет  слабым. Вода, заходя в старое русло, будет терять скорость и отлагать во входах в него часть принесенного обломочного материала. Постепенно входы в брошенную излучину закроются, и она превратится в замкнутое озеро — старицу. На новом русле одновременно начнется образование и рост новых излучин

     Процесс  преобразования рельефа континента  текучими водами осуществляется  сложно разветвленными системами  многочисленных речных бассейнов,  воды которых текут в разные  моря и озера. Главные реки  этих бассейнов имеют разную  длину, уклон и не всегда один и тот же уровень базиса эрозии. Примером этого являются реки Каспийского бассейна, которые с 1939 г. понизили свой первоначальный базис эрозии (—26 м) на 2 м. Реки бассейнов морей Черного, Балтийского, Белого и других базируются на более высокий — нулевой уровень или уровень Мирового океана. Реки, опирающиеся на более низкий базис, естественно, могут глубже врезать свои долины.

     Иными  словами, в их бассейне донная  эрозия будет идти энергичнее, и верховья эрозионной сети  будут быстрее отступать в ходе регрессивной эрозии. То же касается и рек с одинаковым по высоте базисом эрозии, но разной длиной течения. Более короткие реки, как правило, обладают в таком случае более крутым продольным профилем и большей скоростью течения. Следовательно, они будут энергичнее врезать свои русла, и регрессивная эрозия в их истоках также будет идти гораздо активнее. Удлиняя свои истоки путем регрессивной эрозии быстрее, чем реки смежных бассейнов, короткие реки постепенно расширяют свой водосбор за счет последних, оттесняя линию водораздела. Это перераспределение площадей бассейнов, принято образно обозначать как «борьба» рек за водосборы. Наиболее активными, или «агрессивными», оказываются при этом реки с низким базисом эрозии или с более коротким течением.

     В ходе этой борьбы реки могут перепилить своими истоками водораздел и перехватить сток из долин, принадлежавших ранее другому речному бассейну. Возникает проходная долина, рассекающая линию водораздела и обезглавливающая одну из долин соседнего водосбора, перехватывая сток из верховий последней. Случаи перехвата речных долин нередки в природе и некоторые из них ярко бросаются в глаза уже из рассмотрения гипсометрической карты.

     Ярким  примером подобного рода может  служить р. Пинега в бассейне  р. Сев. Двины. В верхнем и среднем течении эта река течет параллельно Сев. Двине (рис. 105), но затем очень резко, под прямым углом, поворачивает на юго-запад и впадает в р. Сев. Двину близ г. Холмогоры. На продолжении верховий р. Пинеги располагается долина р. Кулой, связанная с долиной Пинеги глубокой ложбиной, рассекающей водораздел. Дно этой ложбины

лежит так низко, что в половодье часть вод  р. Пинеги протекает через него в  истоки р. Кулой. Это связано с  тем, что еще сравнительно недавно  р. Кулой являлась нижним течением Пинеги, самостоятельно впадавшей в Мезенскую губу. Однако небольшой правый приток Сев. Двины перепилил водораздел и спустил воды Пинеги по более краткому пути в низовья Сев. Двины, уровень которой здесь близок к уровню моря.

     А.  П. Павловым был описан другой случай, когда перехват одной реки другою только еще намечается, но пока не осуществился. Речь идет о р. Волге и ее правом притоке р. Свияге у г. Ульяновска. Волга здесь отделена от р. Свияги очень узким водоразделом . При этом р. Свияга течет на север, в направлении, прямо обратном течению Волги, и впадает в последнюю несколько выше г. Казани и на целых 200 км выше г. Ульяновска.

     Профиль,  сделанный поперек течения обеих  рек, показывает, что разница отметок  уровней рр. Свияги и Волги  на широте г. Ульяновска составляет 64 м. У окраины г. Ульяновска со стороны Волги растет овраг, известный под названием Киньяковского. А. П. Павлов предсказал возможность перехвата Киньяковским оврагом верховьев долины р. Свияги, в результате которого сток вод р. Свияги по узкому и короткому Киньяковскому оврагу неминуемо вызвал бы разрушительную глубинную эрозию. Эта катастрофа была предотвращена своевременными мерами противоэрозионной защиты.

     Сложная  борьба за водостоки произошла  в четвертичном периоде на Северном Кавказе в бассейне рр. Терека, Кумы и Калауса. Первоначально р. Малка относилась к бассейну р.Кумы. В дальнейшем Терек своим левым притоком, разросшимся на запад, подрезал русло р. Малки и увел воды ее бассейна по кратчайшему расстоянию к общему базису эрозии — Каспийскому морю. Затем р. Кума своим левым притоком, р Курсавкой, подрезала верховье р. Калауса. В настоящее время р. Калаус обезглавлена и лишена водостока, собиравшего в прошлом обильные воды на северном склоне Кавказа. Сейчас эта река настолько маловодна, что приносит мало пользы плодородному, но засушливому Ставропольскому краю, весьма нуждающемуся в воде для орошения сельскохозяйственных угодий.