Abbildung 1. Cawston Creek bei Keremeos, B.C. Die blaue Linie zeigt die Ausdehnung des Einzugsgebiets. Die gestrichelte rote Linie ist das Einzugsgebiet eines seiner Nebenflüsse.
Ein Bach ist ein fließendes Oberflächengewässer beliebiger Größe, das von einem winzigen Rinnsal bis zu einem mächtigen Fluss reicht. Das Gebiet, aus dem das Wasser abfließt, um einen Bach zu bilden, wird als sein Einzugsgebiet bezeichnet. Manchmal wird es auch als Wasserscheide oder Wassereinzugsgebiet bezeichnet. Der gesamte Niederschlag (Regen oder Schnee), der in einem Einzugsgebiet fällt, fließt schließlich in den Bach, es sei denn, ein Teil des Wassers kann über das Grundwasser in ein angrenzendes Einzugsgebiet fließen. Ein Beispiel für ein Einzugsgebiet ist in Abbildung 1 dargestellt.
Das Fließgewässernetz innerhalb eines bestimmten Einzugsgebiets wird als Entwässerungsnetz bezeichnet.
Das Einzugsgebiet eines Fließgewässers umfasst das gesamte Land, von dem der Oberflächenabfluss in das Gewässer fließt. Die Grenzen zwischen den Entwässerungsgebieten von Bächen werden als Entwässerungsgrenzen bezeichnet. Unten sehen Sie eine computergestützte Darstellung des digitalen Höhenmodells (dunkelbraune Farben – hohe Erhebungen, hellgrün – niedrige Erhebungen) und des Wassereinzugsgebiets (in grün).
Siehe Beispiel des Lake Champlain Basin Atlas Watershed Areas and Tributaries:
Drainage Basin Patterns
Das Muster der Nebenflüsse innerhalb eines Einzugsgebietes hängt weitgehend von der Art des darunter liegenden Gesteins und von den Strukturen in diesem Gestein (Falten, Brüche, Verwerfungen usw.) ab. Die drei Haupttypen von Entwässerungsmustern sind in Abbildung 3 dargestellt. Dendritische Muster, die bei weitem am häufigsten vorkommen, entstehen in Gebieten, in denen das Gestein (oder das unverfestigte Material) unter dem Fluss keine besondere Struktur aufweist und in alle Richtungen gleich leicht erodiert werden kann. Beispiele hierfür sind Granit, Gneis, Vulkangestein und Sedimentgestein, das nicht gefaltet wurde. Die meisten Gebiete von British Columbia weisen dendritische Muster auf, ebenso wie die meisten Gebiete der Prärien und des Kanadischen Schildes. Spalierförmige Entwässerungsmuster entstehen in der Regel dort, wo Sedimentgestein gefaltet oder gekippt und dann je nach Stärke in unterschiedlichem Maße erodiert wurde. Die Rocky Mountains in British Columbia und Alberta sind ein gutes Beispiel dafür, und viele der Entwässerungssysteme in den Rocky Mountains weisen Gitternetzmuster auf. Rechteckige Entwässerungsmuster entstehen in Gebieten mit sehr geringer Topografie und einem System von Schichtflächen, Brüchen oder Verwerfungen, die ein rechteckiges Netz bilden. Rechteckige Entwässerungsmuster sind in Kanada selten.
Abbildung 3. Typische dendritische, spalierförmige und rechteckige Stromabflussmuster.
In vielen Teilen Kanadas, vor allem in relativ flachen Gebieten mit dicken Gletschersedimenten und in weiten Teilen des Kanadischen Schildes in Ost- und Zentralkanada, sind die Entwässerungsmuster chaotisch oder werden als gestört bezeichnet (Abbildung 4, links). Seen und Feuchtgebiete sind in dieser Art von Umgebung weit verbreitet. Eine vierte Art von Entwässerungsmustern, die nicht spezifisch für ein Einzugsgebiet ist, wird als radial bezeichnet (Abbildung 4, rechts). Radiale Muster bilden sich um isolierte Berge (z. B. Vulkane) oder Hügel, und die einzelnen Bäche haben typischerweise dendritische Entwässerungsmuster.
Abbildung 4. Links: ein typisches abgeleitetes Muster; rechts: ein typisches radiales Entwässerungsmuster, das sich um einen Berg oder Hügel entwickelt hat.
Längsprofile von Fließgewässern
Längsprofile sind Darstellungen der Höhe im Verhältnis zur Entfernung von der Bachmündung bis zum Oberlauf innerhalb des Wassereinzugsgebiets. Mit ihrer Hilfe lässt sich die Beziehung zwischen der Steilheit des Gefälles und der Entfernung zwischen Ober- und Unterlauf herstellen. Die Steigung oder das Gefälle kann in Grad oder in Prozent gemessen werden (Steigung gegenüber Gefälle). Nachstehend finden Sie ein Beispiel für das Längsprofil des Cawston Creek.
Der Cawston Creek ist ein typisches kleines Einzugsgebiet (ca. 25 km2) in einem sehr steilen, vergletscherten Tal. Wie aus Abbildung 2 hervorgeht, weisen der obere und der mittlere Teil des Bachs ein starkes Gefälle auf (im Durchschnitt etwa 200 m/km, aber zwischen 100 und 350 m/km), während der untere Teil im Tal des Similkameen River relativ flach ist (<5 m/km). Die Form des Tals wurde zunächst durch tektonische Hebung (im Zusammenhang mit der Plattenkonvergenz), dann durch voreiszeitliche Stromerosion und Massenabtragung, dann durch mehrere Episoden eiszeitlicher Erosion und schließlich durch nacheiszeitliche Stromerosion bestimmt. Die niedrigste Erhebung des Cawston Creek (275 m am Similkameen River) ist sein Grundwasserspiegel. Der Cawston Creek kann nicht unter dieses Niveau erodieren, es sei denn, der Similkameen River erodiert tiefer in sein Überschwemmungsgebiet (das Gebiet, das bei einem Hochwasser überschwemmt wird).
Abbildung 2. Profil des Hauptstammes des Cawston Creek in der Nähe von Keremeos, B.C. Die maximale Höhe des Einzugsgebiets liegt bei 1.840 m in der Nähe des Mount Kobau. Die Basishöhe liegt bei 275 m, am Similkameen River. Wie gezeigt, kann das Gefälle des Flusses bestimmt werden, indem die Höhenänderung zwischen zwei beliebigen Punkten (Anstieg) durch die Entfernung zwischen diesen beiden Punkten (Lauf) geteilt wird.
Das Profil des Cawston Creek weist entlang seines Verlaufs viele verschiedene Gefällestufen auf. Zum Beispiel gibt es unterschiedliche Steigungen zwischen 8,4 und 10 km, 3 und 5 km. Das bedeutet, dass die Oberflächenerosion den Cawston Creek noch nicht eingeebnet oder abgestuft hat; daher wird er als ungestufter Bach bezeichnet.
Im Laufe der geologischen Zeit erodiert ein Bach sein Einzugsgebiet zu einem glatten Profil, das dem in Abbildung 5 dargestellten ähnelt. Vergleicht man dies mit einem nicht abgestuften Bach wie dem Cawston Creek (Abbildung 1), so erkennt man, dass abgestufte Bäche in ihrem Oberlauf am steilsten sind und ihr Gefälle in Richtung ihrer Mündung allmählich abnimmt. Nicht begradigte Bäche haben an verschiedenen Stellen steile Abschnitte und weisen typischerweise Stromschnellen und Wasserfälle an zahlreichen Stellen entlang ihrer Länge auf.
Abbildung 5. Das topografische Profil eines typischen abgestuften Baches.
Einfluss tektonischer Bewegungen auf Flüsse
Abbildung 6. Ein Beispiel für die Veränderung des Grundwasserspiegels eines kleinen Baches, der bei Keremeos in den Similkameen River fließt. Der frühere Grundwasserspiegel lag nahe der Oberkante der Sandbank. Der aktuelle Grundwasserspiegel ist der Fluss.
Ein eingeebneter Bach kann durch eine erneute tektonische Hebung oder durch eine Änderung des Grundwasserspiegels, sei es durch eine tektonische Hebung oder aus einem anderen Grund, eingeebnet werden. Wie bereits erwähnt, wird der Grundwasserspiegel des Cawston Creek durch den Pegel des Similkameen River bestimmt, der sich jedoch ändern kann und dies auch in der Vergangenheit getan hat. Abbildung 6 zeigt das Tal des Similkameen River im Gebiet von Keremeos. Der Flusskanal befindet sich direkt hinter der Baumreihe. Das grüne Feld in der Ferne besteht aus Material, das von den dahinter liegenden Hügeln erodiert und von einem kleinen Bach (nicht dem Cawston Creek) neben dem Similkameen River abgelagert wurde, als sein Pegel höher lag als heute. Irgendwann in den vergangenen Jahrhunderten erodierte der Similkameen River durch diese Ablagerungen hindurch (und bildete das Steilufer auf der anderen Seite des Flusses), und der Grundwasserspiegel des kleinen Baches wurde um etwa 10 m abgesenkt. In den nächsten Jahrhunderten wird dieser Bach versuchen, sich wieder abzustufen, indem er durch seinen eigenen Schwemmfächer erodiert.
Ein weiteres Beispiel für eine Veränderung des Grundwasserspiegels ist entlang des Juan de Fuca Trail im Südwesten von Vancouver Island zu sehen. Wie in Abbildung 7 dargestellt, münden viele der kleinen Bäche entlang dieses Küstenabschnitts als Wasserfälle in den Ozean. Es ist offensichtlich, dass sich das Land in diesem Gebiet in den letzten paar tausend Jahren um etwa 5 m angehoben hat, wahrscheinlich als Reaktion auf die Deglazialisierung. Die Bäche, die früher direkt in den Ozean flossen, müssen sich jetzt stark absenken, um neu eingegraben zu werden.
Abbildung 7. Zwei Bäche mit abgesenktem Grundwasserspiegel auf dem Juan de Fuca Trail, im Südwesten von Vancouver Island.
Der Ozean ist der höchste Grundwasserspiegel, aber Seen und andere Flüsse dienen als Grundwasserspiegel für viele kleinere Bäche.
Abbildung 9. Terrassen am Fraser River bei High Bar.
Im Überschwemmungsgebiet eines Flusses sammeln sich Sedimente an, und wenn sich der Grundwasserspiegel ändert oder weniger Sedimente abgelagert werden können, kann sich der Fluss durch diese vorhandenen Sedimente hindurchschneiden und Terrassen bilden. Eine Terrasse am Similkameen River ist in Abbildung 6 zu sehen, und einige am Fraser River in Abbildung 9. Das Foto vom Fraser River zeigt mindestens zwei Ebenen von Terrassen.
Im späten neunzehnten Jahrhundert stellte der amerikanische Geologe William Davis die These auf, dass sich die Flüsse und das sie umgebende Gelände in einem Erosionszyklus entwickeln (Abbildung 10). Nach einer tektonischen Hebung erodieren die Flüsse schnell und bilden tiefe V-förmige Täler, die in der Regel relativ geradlinig verlaufen. Das Gefälle ist hoch, und die Profile sind nicht gestuft. Stromschnellen und Wasserfälle sind häufig. In der reifen Phase erodieren die Bäche breitere Täler und beginnen, dicke Sedimentschichten abzulagern. Das Gefälle nimmt langsam ab und das Gefälle nimmt zu. Im Alter sind die Bäche von sanften Hügeln umgeben und nehmen breite, mit Sedimenten gefüllte Täler ein. Mäandrierende Muster sind üblich.
Abbildung 10. Eine Darstellung des Davis-Zyklus der Erosion: a: Anfangsstadium, b: jugendliches Stadium, c: reifes Stadium und d: hohes Alter.
Davis‘ Arbeit entstand lange vor der Idee der Plattentektonik, und er war nicht mit den Auswirkungen der Gletschererosion auf Flüsse und ihre Umgebung vertraut. Obwohl einige Teile seiner Theorie veraltet sind, ist sie immer noch ein nützlicher Weg, um Bäche und ihre Entwicklung zu verstehen.