Река –
крупный естественный водоток, по которому избыток воды, попадающий на сушу в виде дождя или снега, возвращается в океан. Реки являются составной частью гидрологического цикла (круговорота воды в природе), в котором вода постоянно перераспределяется на суше и в атмосфере.
Реки дренируют лишь ок. 60% площади всей суши. В сухих областях постоянные водотоки отсутствуют, поскольку выпадающие там скудные осадки быстро впитываются в грунт. В холодных областях влага аккумулируется в форме льда и очень медленно перемещается вместе с ледниками.
Зарождение водотока и его развитие. Избыток дождевой или талой снеговой воды возникает на суше после насыщения ею почвы или залегающих на поверхности горных пород. Реки начинаются с крошечных бороздок, по которым отводится эта избыточная влага. Они могут также вытекать из озер или болот. Борозды и промоины разрастаются, образуя овраги, затем возникают небольшие долины ручьев, которые помимо поверхностного стока питаются грунтовыми водами из родников. В пределах всего водосборного бассейна более мелкие водотоки (притоки) вливаются в более крупные. Вся сеть водотоков в целом, состоящая из притоков разного порядка и главной реки, называется речной системой. Территория, дренируемая данной речной системой, называется водосборным бассейном.
Согласно классической схеме развития речных долин, выделяется стадия юности, когда начинается врезание водотоков в геологически молодой ландшафт. На этой стадии энергия потока в основном расходуется на врезание (глубинную эрозию) по направлению к базису эрозии (глобальным базисом эрозии является уровень океана). На стадии зрелости речных долин, когда речная сеть уже сложилась, начинается блуждание более крупных водотоков, почти достигших базиса эрозии, по днищам их долин. На стадии старости долин поймы рек становятся очень широкими, возвышенности приобретают пологие склоны, а течение рек становится медленным, спокойным.
Некоторые положения этой концепции справедливы, однако на основании полевых наблюдений и измерений многие принятые в ней допущения были опровергнуты. Например, верно, что в условиях геологически молодого, или свежего, рельефа должны развиться речные системы, которые удаляли бы избыток атмосферных осадков с поверхности. Однако в геологическом масштабе времени главные водотоки и сеть их притоков формируются быстро. Традиционное представление о "молодом" водотоке особенно удобно для объяснения природы рек горных областей, недавно испытавших поднятие. Такие реки часто протекают в узких ущельях и имеют пороги и водопады. Эти черты, однако, не являются безошибочным признаком молодости рельефа, поскольку выступы устойчивых горных пород, создающие водопады, часто просто служат локальными базисами эрозии, а выше них по течению как главное русло, так и его притоки могут обладать всеми характерными признаками зрелого рельефа.
Часто понятие равновесного или квазиравновесного состояния системы бывает более полезным, чем концепция возрастных стадий развития рельефа. Это понятие подразумевает, что равновесие между размерами и формой русла, стоком воды и характером и количеством наносов, выносимых в море, достигается потоком очень быстро. Когда такое равновесие почти достигнуто, никаких существенных изменений, вызванных только старением рельефа, не происходит. Скорее перемены происходят под воздействием значительных изменений климата, поднятия поверхности или каких-либо других факторов.
Продольный профиль речного русла обычно имеет слабовогнутую форму с бльшими углами наклона в верхнем течении и меньшими - в нижнем. Форма профиля реки внутренне связана с упомянутым равновесием и отражает количество энергии, затрачиваемой потоком на движение наносов, поступающих в него за счет выветривания и эрозии бортов русла и прилегающих склонов долины. Там, где сток воды меньше (например, в верховьях бассейна), для транспортировки наносов требуются бульшие уклоны, а там, где расходы больше (в низовьях), достаточно меньшего уклона. Большинство водопадов или порогов представляет собой лишь незначительные неровности на таком плавном продольном профиле.
Выделяют следующие морфологические типы русел: прямолинейное; извилистое, или меандрирующее (от слабо- до сильноизвилистого); разветвленное. Эти типы отражают вещественный состав материала, слагающего борта долины (скальные породы, алевриты, грубые пески или гравий) и условия уклона и расхода воды, формирующие сток наносов. Меандрирование реки является не признаком зрелости или старости рельефа, а просто одним из способов достижения потоком равновесия.
Рельеф. Наиболее значительной формой рельефа, создаваемой рекой, является пойма - плоская поверхность, обычно покрытая аллювием - отложениями руслового потока, вынесенными из долин, которые река и ее притоки выработали в вышележащей части бассейна. Если днище долины шире русла реки, значит началось поймообразование. Пойма простирается по обе стороны от русла реки настолько, насколько распространяются наиболее высокие паводки. Большинство рек выходит из берегов один или два раза в год. Чем сильнее половодье, тем реже его повторяемость.
Как полагают, речное русло меняет форму, когда поток достигает или почти достигает стадии максимальной емкости русла или уровня, от которого начинается затопление поймы. На этом этапе наиболее вероятно смещение берегов. Когда поток разливается, происходит аккумуляция большей части наносов вблизи русла. Иногда эти относительно грубозернистые наносы образуют несколько возвышающиеся над поверхностью поймы прирусловые валы с пологим склоном. Паводковые воды отлагают сравнительно мало материала в тыловой, наиболее низкой и заболоченной части поймы, вдали от прирусловых валов. Однако в основном эти наносы представляют собой тонкозернистые алевриты (илы) или глины, смытые с поверхности почвы выше по течению, и поэтому обладают высоким плодородием, которым славятся аллювиальные почвы. Часто, чтобы сельскохозяйственное использование этих заболоченных земель стало безопасным и рентабельным, необходимо предварительно проводить дорогостоящие инженерные мероприятия по осушению тыловой части поймы.
Бльшая часть поймы сложена отложениями в вершинах излучин - сравнительно крупнозернистыми песками, алевритами и гравием, отлагающимся на внутренней стороне излучин. Их дугообразные формы хорошо различаются с воздуха и видны на детальных топографических картах. Часто извилистость русла продолжает увеличиваться до тех пор, пока одна из петель не окажется отчлененной и покинутой потоком. Такие петлевидные участки старого русла называются старицами или старичными озерами.
Пойма в нижнем течении реки, при ее впадении в море или крупное озеро, является местом конечной аккумуляции наносов, вынесенных потоком. Это дельта реки, для которой характерна сеть проток или рукавов, расходящихся веерообразно от главного русла и напоминающая зеркальное отражение сети притоков. Большинство дельт плохо дренировано, поскольку они располагаются на стыке моря и поверхности поймы и не получили достаточного для наращивания высоты объема пойменных осадков. Бльшая часть речных наносов поступает сюда в виде растворов или взвесей и, прежде чем выпасть в осадок, выносится далеко в океан.
Но не все реки формируют дельты. Если устье реки располагается в береговой зоне, где подводный склон постепенно опускается или прогибается, морские воды проникают вверх по долине реки, образуя узкий морской залив, именуемый эстуарием.
Очень близок к дельте по форме аллювиальный конус выноса - аккумулятивное тело в форме конуса, образующееся в месте, где поток выходит к подножию гор на пологий участок долины из горной страны, т.е. из зоны с большими уклонами. При падении скорости потока его транспортирующая способность снижается, и происходит аккумуляция наносов. Большинство аллювиальных конусов выноса образуется в областях с сухим климатом, где воды потока испаряются или просачиваются в грунт там, где река достигает пустыни на низких абсолютных отметках. Первыми в вершине конуса осаждаются грубозернистые наносы. Дальше всего выносятся наиболее тонкозернистые наносы.
В условиях сухого климата многие водотоки существуют только в дождливый сезон или после сильного ливня. Русла таких временных (пересыхающих) водотоков, показываемые на большинстве карт прерывистыми линиями, в разных регионах мира называют по-разному - сухими руслами, арройо или вади.
Террасы - это древние поймы, которые были покинуты водотоком в результате его врезания до нового, более низкого, уровня. Такое врезание происходит при поднятии суши и резком изменении климата, а возможно, происходило и при полном таянии ледникового покрова. Множество террас образовалось в ледниковую эпоху, когда были широко развиты все перечисленные процессы. Более того, значительная часть стока рек земного шара во время ледникового периода была связана в виде льда, что обусловливало понижение уровня океана и врезание речных долин в соответствии с новым базисом эрозии. В то же время в водотоках, стекавших с тающих ледников, увеличивалось количество твердых наносов.
Речные террасы благодаря хорошим условиям дренажа и отсутствию угрозы их затопления представляют ценность для ведения сельского хозяйства и размещения поселений, но их почвы нуждаются в удобрении, как и почвы возвышенностей. Дамбы, построенные для защиты пойм от затопления, в каком-то смысле "делают" все аллювиальные равнины очень похожими на террасы.
Практическое значение. Вероятно, наиболее важное практическое значение рек заключается в их использовании для снабжения водой ферм и промышленных предприятий, а в некоторых случаях и в качестве источника питьевой воды. Объем воды, который может поставить река, зависит от многих факторов: основной из них - размер водосборного бассейна, так как для большого и стабильного стока необходима значительная дренируемая территория. Решающим фактором является климат, поскольку небольшие водосборы влажных регионов могут давать столько же воды, сколько значительно более крупные бассейны сухих регионов. Когда атмосферные осадки не выпадают, водоток питается подземным стоком грунтовых вод, поэтому на сток оказывает существенное влияние способность горных пород и почв на окружающей территории накапливать и сохранять влагу.
При использовании рек в качестве источников водоснабжения приходится сталкиваться со многими проблемами помимо величины стока. Например, человек почти неизбежно загрязняет реки промышленными и бытовыми стоками, химическими удобрениями и инсектицидами и даже повышает температуру воды, используя ее для охлаждения при производстве электроэнергии или в промышленности. В периоды, когда объем стока понижается, в водотоках увеличивается концентрация растворенных минеральных примесей, а в периоды его повышения вода становится мутной от взвешенных наносов.
Навигация также порождает определенные проблемы: например, миграция русел приводит к необходимости постоянных дноуглубительных работ. Более того, для регулирования стока рек на них построены плотины и водохранилища, но сферы применения собранных таким образом вод разнообразны. Водохранилища накапливают воду для гидроэлектростанций, которые нуждаются в круглогодичном водоснабжении, в то время как для фермера в нижнем течении реки важно сберечь воду для орошения в сухие сезоны или в период роста сельскохозяйственных культур. Однако для предотвращения наводнения иногда требуется опорожнить чашу водохранилища, что противоречит интересам навигации. Таким образом, многоцелевое использование речного стока требует компромиссных решений, и это особенно существенно для засушливых районов, где запасы воды наиболее важны.
