Речной разрез

Изрезанный ручей в эквадорских Андах в кантоне Каямбе .

Речной разрез — это узкая эрозия, вызванная рекой или ручьем, находящейся далеко от ее нижнего уровня . Врез реки обычен после тектонического поднятия ландшафта. Врезка нескольких рек приводит к образованию расчлененного ландшафта, например, расчлененного плато . Врез реки — это естественный процесс, при котором река врезается в свое русло, углубляя активное русло. Хотя это естественный процесс, он может быть быстро ускорен человеческим фактором, включая изменения в землепользовании, такие как заготовка древесины, горнодобывающая промышленность, сельское хозяйство, строительство дорог и плотин. Скорость разреза является функцией базального напряжения сдвига. Напряжение сдвига увеличивается из-за таких факторов, как осадки в воде, которые увеличивают ее плотность. Касательное напряжение $t$ пропорционален массе воды, силе тяжести и WSS:

$t=\rho gD\sin {(WSS)}$

где t — напряжение сдвига (Н/м2), ρ — плотность текущей воды, g — сила тяжести на Земле, D — средняя глубина воды, а WSS — уклон поверхности воды. Это аналогично базальному напряжению сдвига, обычно используемому в гляциологии. Увеличение уклона, глубины или плотности воды увеличивает вероятность возникновения эрозии воды.

Причины

Схема реки, прорезающей скалы вниз (серый). Процесс начинается с верхнего изображения.

Традиционная лесозаготовка на западном побережье Соединенных Штатов включала в себя множество методов, которые увеличивали врез реки. Вывозка древесины и связанное с этим строительство дорог способствуют стоку и, таким образом, увеличивают эрозию и попадание наносов в ручьи. Увеличение количества наносов увеличивает мощность потока воды, увеличивая способность потока выполнять геоморфическую работу на дне и берегах. Это приводит к размыву материала русла, подвергая русло коренной породы эрозии и, следовательно, к более высокой скорости вскрытия канала. Размытый материал пласта состоит из более мелких отложений, таких как ил, песок и гравий. Их удаление удалит важные водные места обитания для видов лососевых и других водных организмов. Во многих сельскохозяйственных районах реки были выпрямлены и перекрыты дамбами для борьбы с наводнениями и для посадки сельскохозяйственных культур в пойме. Обычно паводкам распространяется по пойме, что приводит к отложению отложений и замедлению скорости воды, что снижает эрозионный потенциал воды. Создание каналов концентрирует паводковые потоки вниз по активному руслу, увеличивая эрозию. Разрушение рек в результате сельского хозяйства хорошо задокументировано во всех сельскохозяйственных регионах мира, таких как Центральная долина Калифорнии.

Также документально подтверждено, что добыча гравия в реке является причиной врезания реки. Стабильный материал на русле реки смягчает эрозию, удаление этого защитного слоя гравия, валунов и т. д. подвергает русло эрозионной силе воды. «На реке Русская недалеко от Хилдсбурга, Калифорния, горные работы в течении в 1950-х и 1960-х годах привели к врезанию русла на глубину более 3-6 м на протяжении 11 км реки».

Тектоника играет важную роль в формировании ландшафтов и рек, а тектоническое поднятие и врез реки идут рука об руку. С течением геологического времени, по мере того как горы поднимаются выше, вода разрушает глубокие ущелья и каналы, расчленяя ландшафт. В некоторых случаях, например в горах Сьерра-Невада в Калифорнии, было показано, что за последние 5 миллионов лет произошли разрезы длиной до 1 км. «Речная эрозия является одним из основных факторов эволюции ландшафта. За пределами ледниковых регионов реки ответственны за преобразование поднятой местности в сети древесных долин и создание рельефа, который вызывает процессы гравитационного переноса, такие как оползни». Реки и ручьи, пересекающие тектонические границы, подвергаются огромным геоморфическим изменениям. Когда участок на пути реки поднимается, река должна либо отклониться, либо медленно врезаться в поднятую область, создавая ущелье или каньон.

Эффекты

Падение уровня грунтовых вод

Когда русло канала опускается, вода из окружающего водоносного горизонта стекает в ручей, понижая уровень грунтовых вод. Это изменяет режим течения ручья и может привести к значительному сокращению летнего стока. Длительный разрез может понизить уровень грунтовых вод до такой степени, что корни прибрежной растительности больше не смогут получить доступ к нему для воды, что приведет к гибели прибрежного леса и, следовательно, к потере стабильности почвы, что приведет к увеличению отложений. Прибрежные леса являются одними из самых продуктивных и разнообразных экосистем на планете и по этой причине находятся в центре внимания многих проектов восстановления на всей территории Соединенных Штатов.

Изменение формы склона холма

При низких скоростях эрозии увеличенное врезание ручья может привести к разрушению пологих склонов, создавая выпуклые формы. Таким образом, выпуклые склоны вокруг ручья могут косвенно отражать ускоренное поднятие земной коры . Это связано с тем, что ускоренное врезание может вызвать ускоренную эрозию на соседних склонах, создавая склоны, которые становятся все более крутыми и находятся в равновесии с высокими скоростями эрозии.

Дальнейшее чтение

• Дойл, М. Шилдс-младший Ф. 1998. Возмущения ступенчатых гидрографов, вызванные канализацией и разрезом. Международная конференция по вопросам инженерии водных ресурсов, 01.05.1998.
• Флорсхайм, Дж.Л.; Николс, Алабама; Устин, С .; Лэй, М. (2011). «Идентификация и количественная оценка экологических изменений в системах берегов каналов в небольшом сельскохозяйственном водоразделе Калифорнии». Тезисы осеннего собрания АГУ . 31 : Б31К–06. Бибкод : 2011AGUFM.B31K..06F .
• Фредриксен, Р.Л. 1970. Исследовательские статьи. Тихоокеанская северо-западная лесная и полигонная экспериментальная станция. 1970 № ПНВ-104 стр. 15.
• Хейлер, Гудрун; Хейн, Томас; Шимер, Фриц; Борнетт, Гудрун (1995). «Гидрологическая связь и пульсация паводков как центральные аспекты целостности системы река-пойма». Регулируемые реки: исследования и управление . 11 (3–4): 351. doi : 10.1002/rrr.3450110309 .
• Янсен, Дж. (2006), Частота масштабов наводнений и литологический контроль на врезе коренной реки в посторогенной местности. Геоморфология. V82, выпуски 1–2, страницы 39–57.
• Кондольф, Г. (1997). Профиль: Голодная вода: Влияние плотин и добычи гравия на русла рек. Экологический менеджмент, 21(4), 533–551.
• Кондольф, генеральный менеджер; Пьеге, Х.; Лэндон, Н. (2002). «Реакция канала на увеличение и уменьшение количества русла в результате изменения землепользования: контрасты между двумя водосборными бассейнами». Геоморфология . 45 (1–2): 35–51. Бибкод : 2002Geomo..45...35K . дои : 10.1016/S0169-555X(01)00188-X .
• Лаг, Дмитрий (2014). «Модель разреза реки с силой потока: доказательства, теория и не только». Процессы на поверхности Земли и формы рельефа . 39 (1): 38–61. Бибкод : 2014ESPL...39...38L . дои : 10.1002/особенно 3462 . S2CID   51832216 .
• Лаг, Дмитрий; Ховиус, Нильс; Дэви, Филипп (2005). «Расход, изменчивость расхода и профиль русла коренных пород» (PDF) . Журнал геофизических исследований: Поверхность Земли . 110 (F4): нет данных. Бибкод : 2005JGRF..110.4006L . дои : 10.1029/2004JF000259 .
• Лаве, Ж.; Авуак, JP (2001). «Речной разрез и тектоническое поднятие через Гималаи в центральном Непале» (PDF) . Журнал геофизических исследований: Solid Earth . 106 (Б11): 26561–26591. Бибкод : 2001JGR...10626561L . дои : 10.1029/2001JB000359 .
• Нил, Эдвард Г., 2009, Врез в канале и снижение уровня грунтовых вод вдоль недавно образовавшегося прогляциального потока, долина Менденхолл, юго-восточная Аляска, в Хойсслере, П.Дж., и Галлоуэе, Дж.П., Исследования Геологической службы США на Аляске, 2007: США Профессиональный документ по геологической разведке 1760-E, 15
• Шумм С., Дюмон Дж., Холбрук Дж. Активная тектоника и аллювиальные реки. Издательство Кембриджского университета, 21 февраля 2002 г.
• Такер, GE; Уиппл, KX (2002). «Топографические результаты, предсказанные с помощью моделей речной эрозии: анализ чувствительности и межмодельное сравнение» . Журнал геофизических исследований: Solid Earth . 107 (Б9): ЭТГ 1–1. Бибкод : 2002JGRB..107.2179T . дои : 10.1029/2001JB000162 . S2CID   43302982 .
• Вакабаяси, Джон; Сойер, Томас Л. (2001). «Врез потока, тектоника, поднятие и эволюция топографии Сьерра-Невады, Калифорния». Журнал геологии . 109 (5): 539. Бибкод : 2001JG....109..539W . дои : 10.1086/321962 . S2CID   34891296 .
• Ян, Коннектикут, Столл, Дж.Б. (1974). Мощность единичного потока для переноса наносов в естественных реках. Служба водных ресурсов штата Иллинойс. Урбана, Иллинойс. UILU-WRC-74-0088.