Морфологія й морфометрія річки та її басейну

4.3.1. Водозбір і басейн річки

 

Водозбір – це частина земної поверхні та товща ґрунтів і гірських порід, звідки вода надходить до водного об’єкта. Він включає поверхневий водозбір, обмежений поверхневими водами, і підземний водозбір, що включає площу, із якої підземна вода стікає в дану річку (систему). Межі поверхневого й підземного водозборів, як правило, не збігаються. Межі підземного водозбору визначити важко, тому за площу басейну річки беруть площу поверхневого водозбору.

Басейн річки – частина земної поверхні, яка включає в себе дану річкову систему і обмежена орографічним вододілом. Лінія на земній поверхні, яка розділяє басейни річок і річкових систем – вододіл. Усю земну кулю можна поділити на два основні схили, по яких води збігають із континентів у Світовий океан: Атлантико-Арктичний і Тихоокеансько –Індійський. Вододіл між цими схилами називають Світовим або Головним вододілом Землі. Окрім того виділяють безстічні області земної кулі, це частина суші, із якої немає стоку в океан і води її річок надходять у безстічні озера, або витрачаються на випаровування.

Річкові басейни відрізняються один від одного розмірами і формою.

У більшості випадків площа басейна річки і площа водозбору співпадають, але інколи водозбірна площа буває меншою від площі басейну. Це спостерігається в тих випадках, коли в басейні є площі внутрішнього стоку або площі, із яких стоку взагалі не буває. Наприклад, площа басейну р. Об більша за площу водозбору, тому що має області внутрішнього стоку між річками Об та Іртиш, між Іртишем та Ішимом і між Ішимом та Тоболом.

 

4.3.2. Морфометричні характеристики басейну

 

Основні морфометричні характеристики річкового басейну:

1. Площа басейну (F, км²) – площа, яка обмежена вододільною лінією.

2.Довжина басейну (L, км) – це відстань по прямій (по ламаній або медіані) від гирла річки до найвіддаленішої точки басейну (рис. 2).

3. Ширина басейну (B_сер, В_max,км):

Середня ширина басейну (B_сеp,км) – це відношення площі басейну (F) до його довжини (L, км):

В_сер = F/L

Максимальна ширина басейну (В_max, км) визначається як довжина прямої, перпендикулярної до довжини басейну в його найширшому місці (рис. 2).

 

 

Рис. 2. Довжина басейну річки:

а – по прямій лінії; б – по медіані; в – по ламаній лінії

Важливою характеристикою басейну є розподіл площі басейну по висотах місцевості – гіпсографічна крива, що показує, яка частина площі басейну (у км² або %) розташована вище любої заданої позначки місцевості.

За допомогою гіпсографічної кривої можна визначити середню висоту басейна. Для цього площу фігури F´ на рис. 3, обмежену гіпсографічною кривою і осями координат, поділяють на площу басейну F.

4. Коефіцієнт асиметрії басейну (а) характеризує нерівномірність розподілу лівобережної та правобережної площ:

а = F_лів - F_пр/ F_лів + F_пр/2

5. Коефіцієнт розвитку вододільної лінії басейну (m) характеризує конфігурацію річкового басейну і являє собою відношення довжини вододільної лінії (S) до довжини кола круга (S^/), площа якого дорівнює площі басейну (F) і обчислюється за такою формулою:

m = S/S^/ = S/2√ПF = 0/282 S/√F

6. Ухил басейну (I) визначається за такою формулою:

I = H₁-H₂/L,

дe: Н₁, Н₂ – абсолютні відмітки поверхні басейну відповідно у верхній і нижній його частинах, м; L – довжина басейну, м.

4.3.4. Річка і річкова мережа

Витікрічки – місце на земній поверхні, де з’являється постійна течія води в руслі річки. Витоком може бути джерело, болото, озеро, льодовик.

Гирлорічки – місце, де річка впадає в іншу річку, озеро або море. Інколи річка закінчується в тому місці, де вода повністю розтікається по поверхні суші, витрачаючись на випаровування і просочування в ґрунт, або ж її повністю забирають на господарські потреби. Місця, де такі річки припиняють свою течію, називають сліпими гирлами.

Довжина річки (L) – це відстань від витоку до гирла.

Звивистість річки характеризується коефіцієнтом звивистості (К) – це відношення довжини річки (L¢) на даній ділянці до довжини прямої (L¹) між кінцевими точками річки на цій ділянці:

К = L/L¢

Ширина річки (В) – відстань між урізами двох берегів.

Протяжність річкової мережі – це сумарна довжина усіх річок у межах басейну.

Густота річкової мережі – довжина річкової мережі, що припадає на квадратний кілометр певної території і характеризується коефіцієнтом густоти (Д, км/км²) – це відношення сумарної довжини річкової мережі на даній ділянці (åL,км) до величини цієї площі (F, км²):

Д=åL/F.

 

4.3.5. Річкова долина й русло річки

 

Долина – вузьке витягнуте зниження форми рельєфу, яке характеризується похилом свого ложа від одного кінця до другого.

Річкові долини за походженням можуть бути тектонічними, льодовиковими і ерозійними.

У поперечному профілі долини (рис. 3 ) виділяють схили долини (ділянки земної поверхні, що обмежують долину з боків) і дно (або ложе) долини – найбільш знижена частина долини. У межах дна (ложа) долини знаходяться русло річки (1) ерозійна заглибина у дні долини, вироблена водним потоком і заповнена його водами; 2) найбільш низька частина долини, яка заповнена водою в межень) і заплава (частина дна річкової долини, що затоплюється в період водопілля).

Русла річок за формою у плані поділяють на прямолінійні, звивисті, розділені на рукава, розкидані.

Тальвег – безперервна звивиста лінія, яка з’єднує найнижчі точки дна долини.

Бровка – лінія стику схилів долини з поверхнею прилеглої місцевості.

Тераса – ділянки, розташовані виступами на певній висоті над тальвегом.

Основні морфологічні елементи русла: меандри – закрути русла річки, що виникають унаслідок циркуляції води в річковому потоці; осередки – рухомі підвищення дна, що затоплюються; острови – стабільні підвищення дна, які закріплені рослинністю; плеса й перекати – це глибокі й мілкі ділянки русла; донні пасма різного розміру.

Смуга в руслі річки з глибинами, які найбільш придатні для судноплавства, називається фарватером. Іноді крім фарватеру виділяють лінію найбільших глибин. Лінії на дні річкового русла, що з’єднують точки з однаковими глибинами, називають ізобатою. Поперечний профіль, або переріз русла - вертикальна площина, перпендикулярна до напряму течії потоку й обмежена з боків схилами русла, а зверху лінією горизонту.

 

Основні морфометричні характеристики річкового русла:

Площа поперечного перерізу (w, км²) – це певна площа, обмежена поверхнею води й дном річки (рис. 4). У межах поперечного профілю розрізняють площі водного й живого перерізу та мертвої зони.

1. Площею (w, м²) живого перерізу w = f₁ (h), яка визначається за виміряними глибинами.

2. Шириною русла (В, м) – відстань між урізами берегів:

В = l₁-l₂,

3. Змоченим периметром (Р, м) – довжина підводного контуру поперечного перерізу водотоку і визначається за такою формулою:

 

P = √b₁² + h₁² + √b₂² + (h₂ – h₁)² + √b_n-1² + (h_n-2 – h_n-1)² + √b_n² + h_n²,

 

де: b – відстань між промірними вертикалями, м;

h – глибина вертикалей, м.

4. Середньою глибиною річки (h_сер) – це відношення площі водного перерізу (w) до ширини річки (В):

h_сер = w/ В

5.Гідравлічним радіусом (R) – відношення площі водного перерізу (w) до змоченого периметра Р:

R = w/P

Для широких і відносно неглибоких русел і для періоду відкритого русла (без льодового покриву) величини гідравлічного радіуса і середньої глибини практично співпадають, оскільки у цих випадках Р~В.