Figur 1: Afvandingsbassiner, længdeprofiler, tektonik. Cawston Creek nær Keremeos, B.C. Den blå linje viser afvandingsområdets udstrækning. Den stiplede røde linje viser afvandingsområdet for en af dens bifloder.
Et vandløb er en strømmende overfladevandmasse af en hvilken som helst størrelse, lige fra en lillebitte rislen til en mægtig flod. Det område, hvorfra vandet strømmer ned og danner et vandløb, er kendt som dets afvandingsområde. Nogle gange kaldes det også for afvandingsområde eller afvandingsbassin. Al den nedbør (regn eller sne), der falder inden for et afvandingsområde, løber i sidste ende ud i vandløbet, medmindre noget af vandet er i stand til at passere ind i et tilstødende afvandingsområde via grundvandsstrømning. Et eksempel på et afvandingsområde er vist i figur 1. Vandløbsnetværket inden for et bestemt afvandingsområde kaldes et afvandingsnetværk.
Det afvandingsområde, som et vandløb har, omfatter alt det land, hvorfra overfladeafstrømningen løber ud i det pågældende vandløb. Grænser mellem vandløbets afvandingsområder kaldes afvandingsopdelinger. Nedenfor ses en computerbaseret gengivelse af den digitale højdemodel (mørkebrune farver – høje højder, lysegrønne – lave højder) og afvandingsområdet (i grønt).
Se eksempel på Lake Champlain Basin Atlas Watershed Areaseds Areas and Tributaries:
Drainage Basin Patterns
Mønstret af bifloder inden for et afvandingsområde afhænger i høj grad af den underliggende bjergart og af strukturer i denne bjergart (folder, brud, forkastninger osv.). De tre hovedtyper af afvandingsmønstre er illustreret i figur 3. Dendritiske mønstre, som er langt de mest almindelige, udvikles i områder, hvor klippen (eller det ukonsoliderede materiale) under vandløbet ikke har nogen særlig struktur eller struktur og kan eroderes lige let i alle retninger. Eksempler herpå er granit, gnejs, vulkansk sten og sedimentære sten, der ikke er blevet foldet. De fleste områder i British Columbia har dendritiske mønstre, og det samme gælder de fleste områder af prærierne og det canadiske skjold. Trellis-afvandingsmønstre opstår typisk der, hvor sedimentære bjergarter er blevet foldet eller skævt og derefter eroderet i varierende grad afhængigt af deres styrke. Rocky Mountains i B.C. og Alberta er et godt eksempel på dette, og mange af afvandingssystemerne i Rocky Mountains har trellismønstre. Rektangulære mønstre udvikles i områder, der har meget lidt topografi og et system af lagdelingsflader, brud eller forkastninger, der danner et rektangulært netværk. Rektangulære afvandingsmønstre er sjældne i Canada.
Figur 3. Typiske dendritiske, trellis- og rektangulære vandløbsafvandingsmønstre.
I mange dele af Canada, især i relativt flade områder med tykke glaciale sedimenter og i store dele af det canadiske skjold i det østlige og centrale Canada, er afvandingsmønstrene kaotiske eller det, der kaldes forstyrrede (Figur 4, til venstre). Søer og vådområder er almindelige i denne type miljøer. En fjerde type afvandingsmønster, som ikke er specifikt for et afvandingsområde, er kendt som radialt (figur 4, til højre). Radiale mønstre dannes omkring isolerede bjerge (f.eks. vulkaner) eller bakker, og de enkelte vandløb har typisk dendritiske afvandingsmønstre.
Figur 4. Til venstre: et typisk deranged mønster; til højre: et typisk radialt afvandingsmønster, der er udviklet omkring et bjerg eller en bakke.
Længdeprofiler af vandløb
Længdeprofiler er plotter af højden i forhold til afstanden fra vandløbets udmunding til de øvre dele af vandløbet inden for et vandløbsopland. De bidrager til at fastslå forholdet mellem hældningshøjden og afstanden fra det øvre til det nedre vandløbsstrækninger. Hældning eller gradient kan måles i grader eller i procent (stigning over løb). Nedenfor er et eksempel på et vandløbs længdeprofil for Cawston Creek.
Cawston Creek er et typisk lille afvandingsområde (ca. 25 km2) i en meget stejl gletsjerdal. Som det fremgår af figur 2, har den øvre og midterste del af bækken stejle gradienter (i gennemsnit ca. 200 m/km, men varierer fra 100 til 350 m/km), og den nederste del, i Similkameen-flodens dal, er relativt flad (<5 m/km). Dalens form er først blevet styret af tektonisk hævning (i forbindelse med pladekonvergens), dernæst af før-istidens strømerosion og massespild, dernæst af flere episoder af gletsjererosion og endelig af post-glacial strømerosion. Den laveste højde i Cawston Creek (275 m ved Similkameen River) er dens grundniveau. Cawston Creek kan ikke erodere under dette niveau, medmindre Similkameen River eroderer dybere ind i sit oversvømmelsesområde (det område, der oversvømmes under en oversvømmelse).
Figur 2. Profil af hovedstammen af Cawston Creek nær Keremeos, B.C. Den maksimale højde i afvandingsbækkenet er ca. 1.840 m nær Mount Kobau. Basisniveauet er 275 m ved Similkameen-floden. Som vist kan vandløbets hældning bestemmes ved at dividere ændringen i højden mellem to punkter (stigning) med afstanden mellem disse to punkter (løb).
Cawston Creek profiler viser mange niveauer af gradient langs sit profil. Der er f.eks. forskellige gradienter mellem 8,4 og 10 km, 3 og 5 km. Det betyder, at overfladeerosionen endnu ikke har udjævnet eller gradueret Cawston Creek; derfor kaldes den et ugraderet vandløb.
I løbet af geologisk tid vil et vandløb erodere sit afvandingsområde til et glat profil svarende til det, der er vist i figur 5. Hvis vi sammenligner dette med et ugradueret vandløb som Cawston Creek (figur 1), kan vi se, at graduerede vandløb er stejleste i deres udspring, og at deres gradient gradvist aftager mod deres udmunding. Uklassificerede vandløb har stejle strækninger på forskellige steder og har typisk strømfald og vandfald mange steder langs deres længde.
Figur 5. Det topografiske profil for et typisk gradueret vandløb.
Indflydelse af tektoniske bevægelser på vandløb
Figur 6. Et eksempel på en ændring i grundniveauet i en lille bæk, der løber ud i Similkameen-floden nær Keremeos. Det tidligere grundniveau var nær toppen af den sandede bred. Det nuværende grundniveau ligger i floden.
Et klassificeret vandløb kan blive uklassificeret, hvis der sker en fornyet tektonisk hævning, eller hvis der sker en ændring i grundniveauet, enten på grund af tektonisk hævning eller af en anden grund. Som tidligere nævnt er Cawston Creek’s grundniveau defineret af Similkameen-flodens niveau, men dette kan ændre sig, og det har det gjort tidligere. Figur 6 viser Similkameen-flodens dal i Keremeos-området. Flodkanalen ligger lige bag rækken af træer. Den grønne mark i det fjerne er underlejret af materiale, der eroderet fra de bagvedliggende bakker og aflejret af en lille bæk (ikke Cawston Creek), der støder op til Similkameen-floden, da dens vandstand var højere end i dag. På et tidspunkt i de sidste mange århundreder eroderede Similkameen River ned gennem disse aflejringer (og dannede den stejle bred på den anden side af floden), og grundniveauet for den lille bæk blev sænket med ca. 10 m. I løbet af de næste par århundreder vil denne bæk forsøge at blive gradueret igen ved at erodere ned gennem sin egen alluvial vifte.
Et andet eksempel på en ændring i grundniveauet kan ses langs Juan de Fuca Trail på den sydvestlige del af Vancouver Island. Som det fremgår af figur 7, løber mange af de små vandløb langs denne del af kysten ud i havet som vandfald. Det er tydeligt, at landet i dette område er steget med ca. 5 m i løbet af de sidste par tusinde år, sandsynligvis som følge af deglaciation. De vandløb, der tidligere flød direkte ud i havet, har nu en masse nedskæringer at gøre for at blive regraderet.
Figur 7. To vandløb med et sænket bundniveau på Juan de Fuca Trail, sydvestlige Vancouver Island.
Oceanet er det ultimative grundniveau, men søer og andre floder fungerer som grundniveau for mange mindre vandløb.
Figur 9. Terrasser ved Fraser-floden ved High Bar.
Sedimenter ophobes i en vandløbs oversvømmelsesflade, og hvis grundniveauet ændrer sig, eller hvis der er mindre sediment at aflejre, kan vandløbet skære sig ned gennem disse eksisterende sedimenter for at danne terrasser. En terrasse på Similkameen-floden er vist i figur 6, og nogle terrasser på Fraser-floden er vist i figur 9. Fotoet af Fraser River viser mindst to niveauer af terrasser.
I slutningen af det 19. århundrede foreslog den amerikanske geolog William Davis, at vandløb og det omkringliggende terræn udvikler sig i en erosionscyklus (figur 10). Efter en tektonisk opvækst eroderer vandløb hurtigt og udvikler dybe V-formede dale, der har en tendens til at følge relativt lige baner. Gradienterne er store, og profilerne er ikke graduerede. Vandløb og vandfald er almindelige. I den modne fase eroderer vandløbene bredere dale og begynder at aflejre tykke sedimentlag. Gradienterne mindskes langsomt, og gradienterne øges. I den gamle alder er vandløbene omgivet af bølgende bakker, og de indtager brede sedimentfyldte dale. Meanderende mønstre er almindelige.
Figur 10. En afbildning af Davis’ erosionscyklus: a: indledende fase, b: ungdomsfase, c: moden fase og d: alderdom.
Davis’ arbejde blev udført længe før ideen om pladetektonik, og han var ikke bekendt med istidens erosioners indvirkning på vandløb og deres miljøer. Selv om nogle dele af hans teori er forældet, er den stadig en nyttig måde at forstå vandløb og deres udvikling på.