Врезанные реки и долины меандрирования: причины и механизмы формирования.

Введение

Закоренелая река, или закоренелый ручей – это река или ручей, протекающий в узкой траншее или долине, врезанной в равнину или относительно ровную возвышенность. В результате латеральной (боковой) эрозии потоки, текущие по пологим склонам, со временем приобретают извилистое (змеевидное) русло. Меандры формируются при очень небольшом уклоне, например, на поймах и в дельтах. Извилистость характерна для средней и конечной частей речного русла. Однако очень глубокие и широкие меандры могут встречаться и в твердых породах. Такие меандры называются врезанными или закоренелыми. Особенностью закоренелых меандров является их формирование при поднятии суши, когда река еще молода. Они со временем расширяются и углубляются, образуя глубокие ущелья или каньоны в твердых породах. В случае закоренелого ручья или реки часто предполагается, что русло реки сформировалось путем врезания в скальное ложе из ранее существовавшей равнины с незначительным изменением первоначального направления. Врезка речной системы может быть вызвана не только тектоническим поднятием, но и другими факторами, такими как речная пирация, уменьшение наносов, увеличение стока, расширение водосборного бассейна или изменение уровня ее основания, например, понижение уровня моря. Общая терминология для реки или ручья, протекающего в узкой траншее или долине, при которой наличие следов предшествующей равнины или относительно ровной возвышенности может быть как подтверждено, так и опровергнуто, – это долинный меандр или меандоровая долина, причем последний термин предпочтительнее в научной литературе. Меандры, являющиеся частью закоренелой реки или меандровой долины, чаще всего известны как врезанные меандры. Различные авторы использовали закоренелые реки как свидетельство тектонических движений в прошлом, тем самым подтвердив значительную роль тектонических поднятий в их формировании. В ряде исследований врезанные меандры рассматриваются как ключевая особенность врезания рек, являющаяся следствием их омоложения. С другой стороны, некоторые ученые утверждают, что врезанные и закоренелые меандры формируются до омоложения реки. Врезанные меандры образуются в основании русла реки, когда уровень ее основания понижается, обеспечивая реке достаточную энергию для вертикальной эрозии. Некоторые исследования также указывают на то, что антропогенные факторы, такие как вырубка растительности, строительство плотин, водохранилищ и урбанизация, также могут приводить к врезанию рек. Например, разработка гравийных месторождений вдоль реки Русский привела к образованию углубления Middle Reach, что, в свою очередь, способствовало формированию закоренелой реки. По словам Позаментье, в 1950-х и 1980-х годах на реке Русский были гравийные карьеры и пересохшие русла. Однако со временем река врезалась в русло из-за добычи гравия (с. 1777). Урбанизация и вырубка растительности увеличивают поверхностный сток, что, в свою очередь, увеличивает объем воды, особенно в дождливый сезон. Следовательно, усиление вертикальной эрозии реки увеличивает энергию потока, приводя к размыву русла. Исследование реки Сан-Педро и другой реки на юго-западе показало, что наводнения были основной причиной врезания рек в XVIII веке. Исследование показало, что увеличение численности населения и человеческой деятельности в этих районах привело к увеличению частоты наводнений и, следовательно, объема поверхностного стока (Hereford 43).

An entrenched river, or entrenched stream is a river or stream that flows in a narrow trench or valley cut into a plain or relatively level upland. Because of lateral erosion streams flowing over gentle slopes over a time develops meandering (snake like pattern) course. Meanders form where gradient is very gentle, for example in floodplain and delta. Meandering is the feature of the middle and final course of the river. But very deep and wide meanders can also be found cutting hard rocks. Such meanders are called incised or entrenched meanders. The exception is that entrenched meanders are formed during the upliftment of land where river is young. They widen and deepen over time and can be found as deep gorges or canyons in hard rock. In the case of an entrenched stream or river, it is often presumed that the watercourse has inherited its course by cutting down into bedrock from a pre existing plain with little modification of the original course. The down cutting of the river system could be the result not only of tectonic uplift but also of other factors such as river piracy, decrease of load, increase of runoff, extension of the drainage basin, or change in base level such as a fall in sea level. General, nongeneric terminology for either a river or stream that flows in a narrow trench or valley, for which evidence of a preexisting plain or relatively level upland can be either absent or present is either valley meander or meander valley with the latter term being preferred in literature. The meanders that form part of either an entrenched river or meander valley are most commonly known as incised meanders. Various authors have used an entrenched river as evidence of tectonic movement in the past, and in this way they have proven the significant role of tectonic uplifts in the formation of an entrenched river. Several studies have cited incised meander a major feature of river entrenchment, as an impact of river rejuvenation. On the other hand, scholars argue that incised meanders and entrenched meanders are features formed before river rejuvenation. Incised meanders occur at the base of the river and they occur when the river base level has reduced, thus giving the river enough power for vertical erosion to take place. Some studies also indicate that anthropogenic factors such as clearing of vegetation, development of dams, and reservoir and urbanization are also causes of river entrenchment. For example, gravel mining along the Russian River developed the Middle Reach pit, which in turn led to the creation of the entrenched river. According to Posamentier, in the 1950s and 1980s, the Russian River had gravel pits and dry creek. However, over time the river has become entrenched due to mining (p. 1777). Urbanization and clearing of vegetation increase runoff water, which in turn increases water volume, especially during rainy seasons. Therefore, the increased level of vertical erosion of the river increases the power of the water, leading to erosion of the river. A study of San Pedro River and another river in the southwest have indicated that floods were the main cause of river entrenchment in the 18th century. The study shows that increased population and human activities in these places increased floods and, consequently, the volume of runoff water (Hereford 43).

Последствия

Росген указывает, что последствия углубления извилистых русел связаны с ускоренной эрозией берегов, потерей земель, сокращением водных местообитаний, а также понижением уровня грунтовых вод. Кроме того, исследование показало, что углубленные извилины также приводят к снижению продуктивности земель и увеличению наносов ниже по течению (с. 2). Эти факторы могут негативно влиять не только на экономическое развитие территорий, через которые протекает река, но и требуют значительных затрат при проведении работ по восстановлению. Углубление русла происходит из-за эрозионной силы воды, воздействующей на русло. Это увеличение скорости оказывает негативное воздействие на прибрежные экосистемы из-за усиления эрозии. Например, исследование Саймона показало, что углубление русла является ключевой характеристикой рек с углубленным руслом и влияет на параметры прибрежной растительности и рост рыб в этих районах (с. 528). Углубление русла означает снижение уровня грунтовых вод. В частности, развитие реки с углубленным руслом уменьшает количество грунтовых вод из-за потерь воды в результате инфильтрации. Изменение уровня основания эрозии влияет на притоки и углубление русел притоков. Исследования различных рек показали, что процесс углубления русла связан с изменением положения русла за счет эрозии берегов, а также с его расширением.

Восстановление рек

Закрепление рек вызывает негативные последствия, такие как ускоренная эрозия берегов, потеря земель, утрата водных местообитаний, снижение продуктивности земель, понижение уровня грунтовых вод и заиливание русла реки ниже по течению. Однако для компенсации этих проблем существуют меры по восстановлению русла, направленные на возвращение реке ее первоначального или близкого к первоначальному состояния. Для достижения хороших результатов необходимо глубокое понимание закономерностей формирования рек и профиля стабильных русел. Процесс также требует четко разработанной методики, обеспечивающей учет всех важных факторов и последовательность действий. По всему миру реализовано множество проектов по восстановлению рек, и одним из примеров является проект на реке Мэгги-Крик в штате Невада. Проект был завершен в 1990 году в верховьях реки Мэгги. Он был реализован в партнерстве между государственными органами и частным ранчо и включал в себя выпрямление многих километров нестабильного гравийного русла, классифицируемого как тип C4/D4.