Дослідження флювіальних процесів і форм рельєфу

Флювіальні процеси

Флювіальні процеси (від лат. fluvius – ріка, потік) – це сукупність поверхневих процесів, які зумовлені водою, яка тече, або відбуваються у водному потоці: ерозія, транспортування, акумуляція.

Флювіальний рельєф – екзогенні форми рельєфу, створені внаслідок геологічної дії тимчасових або постійних водотоків [43]. Флювіальний рельєф формується під дією води як середовища перенесення. Потрапляючи на земну поверхню у вигляді дощу чи снігу, вода стікає, утворюючи флювіальні форми рельєфу. Виділяють два види стоку: русловий і безрусловий. Русловий формується постійними і тимчасовими водотоками, безрусловий або площинний схиловий стік – лише тимчасовими потоками. Вони розтікаються вздовж похилої поверхні суцільним водним шаром (площинний змив). Виділяють також струменевий змив, який виникає під час невеликих, але тривалих опадів, ранньою весною, коли ще зберігається мерзлий зимовий шар. На похилій поверхні формується мережа тимчасових мікроборозен [52].

Постійні водотоки – це головно ріки. Внаслідок їхньої діяльності утворюється річковий рельєф: русло, заплава, тераси або річковий схил, річкова долина. Діяльність рік називають ще русловою. Вона складається з глибинної та бокової ерозії в руслах, транспортування та акумуляції матеріалу.

Глибинна (донна) ерозія спрямована на поглиблення долини, її врізання. Річка прагне зайняти глибше положення в рельєфі, тобто досягти базису ерозії.

Бокова ерозія спрямована на розмив берегів і розширення долини. Відбувається тоді, коли базису ерозії майже досягнуто, тобто немає суттєвої різниці між рівнем ріки та базисом ерозії. Поглиблення русла відбувається до певного рівня, а саме – рівня водного басейну, куди воно впадає. Цей рівень називається базисом ерозії. Загальний базис ерозії для руслових потоків – рівень

Світового океану. Місцевий базис – гирло ріки більшого порядку, море.

Види методів досліджень

Під час досліджень флювіальних процесів застосовують методи, які можна об’єднати у декілька груп:

польові,
картометричні,
дистанційні,
моделювання та лабораторних експериментів,
морфологічного аналізу,
морфодинамічного аналізу.

Серед польових методів розрізняють:

методи безпосереднього спостереження змін;
опитування очевидців;
опис відслонень і бурові роботи.

Методи безпосереднього спостереження чи опитувальні застосовують за надзвичайних метеорологічних явищ, наприклад, після проходження зливових дощів, бурхливого сніготанення та підняття рівня води у ріках і у підсумку формування нових розмивів, підмивів, підтоплень й акумулятивних утворень на ріках. У звичайних умовах польових досліджень можна спостерігати форми рельєфу, які продовжують енергійно розвиватися чи зазнали відчутних змін зовсім недавно. Такими формами й елементами форм рельєфу є русла рік, круті береги, акумулятивні форми в руслах.

Для визначення типу та складу алювію застосовують зачистку існуючих відслонень, їхній опис. Якщо відкритих розрізів немає, то застосовують бурові роботи.

Картометричні методи дають змогу отримати кількісні показники змін флювіальних форм, порівнюючи різночасові топографічні карти чи плани місцевості. Точнішими є результати, які отримали з великомасштабних карт, де більша точність відображення об’єктів, оскільки зміни об’єктів на картах іноді вимірювані у десятих міліметра. На точність досліджень також впливають характер динамічності форми рельєфу, а також яскравість відображення її на карті [42].

Вимірюючи довжини рік різних порядків, визначаючи відношення довжини до площі їхніх мікробасейнів, будують картограми горизонтального розчленування. Вони відображають нерівномірність просторового поширення долинних форм. За різночасовими картодіаграмами можна обчислити зміну густоти розчленування. Її збільшення може бути спричинене зростанням меліоративного освоєння регіону, адже виникають нові русла-канали. Або густота розчленування може зменшитись від висихання водотоків і деградації первинної ланки гідромережі внаслідок інтенсивного антропогенного освоєння регіону.

Дистанційні методи. Для досліджень флювіальних форм використовують космознімки, отримані у видимому та ближньому інфрачервоному діапазонах електромагнітного спектра, й аерофотознімки. У зніманнях у видимому діапазоні електромагнітних хвиль (0,4-0,8 мкм) визначальне значення має інтегральна яскравість об’єкта, а у зніманнях у вузькому діапазоні – спектральна. Коефіцієнти яскравості змінюються від 0,1 для чистих і глибоких водних мас у спокійному стані до 0,9 для свіжого снігу. Розпізнавання відкритих водних поверхонь, снігу та льоду на матеріалах аероі космічних знімань виконують головно за прямими ознаками дешифрування. Головні дешифрувальні ознаки поверхневих вод – рівний фототон і специфічна монотонна або виразна структура зображення води, снігу та льоду; звивистість безперервно лінійно витягнутого малюнка рік; овальна форма озер і приуроченість водотоків і водойм до знижених елементів рельєфу. Річкові долини легко розпізнають на знімках за їхньою характерною формою, яка розгалужується, і наявністю русла, якому зазвичай відповідає темний, майже чорний фототон. Зазначимо, що чиста глибока вода відображається темними відтінками фототону, тоді як мутна – світлими [6].

За допомогою дешифрування аерофотоі космічних знімків можна швидко виявити ділянки розвитку флювіальних процесів, а також оцінити умови, що сприяють розвитку того чи іншого процесу у просторі та часі.

Матеріали дистанційного зондування застосовують для вивчення транзиту річкових наносів і режиму накопичення осадів у прибережних зонах озер і морів. Область акумуляції твердого стоку в гирлах рік дешифрується за світлим фототоном водної поверхні, що дає змогу стежити за динамікою підводного рельєфу, процесами переформування берегів.

За допомогою дистанційних фотоі телезнімань успішно вивчають динаміку річкових розливів. За різним ступенем почорніння фототону на знімках достовірно дешифрують границі та площі розливів паводкових і повеневих вод, послідовність затоплення заплави, характер ерозійноакумулятивних процесів, які відбуваються в ній, та багато інших гідрологічних явищ.

Під час картографічного чи дистанційного вивчення флювіального рельєфу застосовують морфологічний метод. Він полягає у тому, що сучасна динаміка рельєфу виражена у його зовнішніх обрисах. Найдинамічніші форми, тобто ті, які активно розвиваються, мають зазвичай різкі обриси, круті схили, тому вони різко виділяються на фоні навколишньої місцевості, добре розпізнаються на топокартах чи дистанційних матеріалах.

На підставі морфологічного аналізу виявляють тенденції, спрямованість та інтенсивність розвитку у різних ланках флювіальних систем, зокрема, масштаб змін морфології флювіального рельєфу за певні часові інтервали, напрями розвитку досліджуваних форм і тривалість їхнього перебування на тій чи іншій стадії еволюції [42].

Методи математичного моделювання. Значну увагу питанням моделювання водного стоку дослідники руслових та ерозійних процесів приділяли, починаючи з 30-х років ХХ ст. Перші дослідження з математичного моделювання процесів водної ерозії відомі з кінця 30-х–початку 40-х років минулого століття у працях Я.В. Корнєва (1937), І.Г. Ніла (1938), В.О. Козакова (1940), О.У. Цинга (1940). У 50-70-х роках були запропоновані й обґрунтовані математичні моделі для гірських і рівнинних річкових потоків, розроблені скінченно-різницеві та скінченно-елементні схеми, які допомагають досліджувати рух рік в одно-, двоі тривимірних обстановках [33]. Математичне моделювання руслового процесу та твердого стоку знаходимо в працях Васильєва О.Ф., Марчука Г.І., Воєводіна А.Ф., Кавахари М., Мацумото Й., Петрова П.Г., Гончарова В.Н. [14], Грішаніна К.В. [15], Знаменської Н.С. [17] та ін. Зазвичай моделюють глибину, швидкість течії, ухил русла, склад донного матеріалу, характер і величину наносів. Найпоширеніші види математичних обчислень – розрахунки течій у руслах рік, витрат наносів, планових і глибинних деформацій. На підставі сформульованих багаторічних математичних моделей виявили чинники розвитку ерозії, гідравлічні характеристики потоків, механізми ерозійно-акумулятивного процесу, закономірності розвитку ерозії та руслових процесів у різних природних поясах Землі.

Методи лабораторних експериментів. В основі всіх експериментів є певна гіпотеза. Експерименти виконують, щоб довести або спростувати сформульовану гіпотезу.

На підставі лабораторних експериментів було доведено:

у разі перевантаження ріки наносами вона змінює свій тип руслових процесів від меандрування (звивистості) до руслової багаторукавної (розгалуженості). У разі недовантаженості ріки наносами вона, навпаки, трансформується в меандруючу;
відношення між транспортувальною здатністю потоку і надходженням наносів у річку є головним руслоформувальним чинником, який визначає зміну ріки по лінії: меандрування – пряме русло – руслова багаторукавність;
наявність руслоформувальних чинників. Виділені: флювіальні та нефлювіальні, природні й антропогенні, головні та другорядні, непрямі й обмежувальні чинники. Головними є стік води і стік наносів. Сукупність головних чинників у відповідних природних умовах визначає тип руслових процесів. Другорядні чинники – вплив яких значно менший; за відповідних умов можуть стати головними (багаторічна мерзлота у річках з наледями, рослинність у плавнях тощо). Непрямі чинники – ті, які впливають на безпосередні (головні та другорядні) чинники; обмежувальні – які пригнічують прояв головних і другорядних чинників [45].