Figure 1. Cawston Creek lähellä Keremeosia, B.C. Sininen viiva osoittaa valuma-alueen laajuuden. Punaisella katkoviivalla on yhden sivujoen valuma-alue.
Puro on kaikenkokoinen virtaava pintavesistö, joka vaihtelee pienestä purosta mahtavaan jokeen. Aluetta, josta vesi virtaa puroon, kutsutaan sen valuma-alueeksi. Joskus sitä kutsutaan myös valuma-alueeksi tai valuma-alueeksi. Kaikki valuma-alueelle laskeva sade (sade tai lumi) virtaa lopulta puroon, ellei osa vedestä pääse pohjaveden kautta viereiseen valuma-alueeseen. Esimerkki valuma-alueesta on esitetty kuvassa 1. Tietyn valuma-alueen sisällä olevaa puroverkostoa kutsutaan valuma-alueverkostoksi.
Puron valuma-alue käsittää kaiken sen maan, josta pintavalunta virtaa kyseiseen puroon. Purojen valuma-alueiden välisiä rajoja kutsutaan valuma-aluejakoiksi. Alla on tietokonepohjainen renderöinti digitaalisesta korkeusmallista (tummanruskeat värit – korkeat korkeudet, vaaleanvihreä – matalat korkeudet) ja valuma-alueesta (vihreällä).
Katso esimerkki Lake Champlain Basin Atlas Watershed Areas and Tributaries:
Drainage Basin Patterns
Sivujokien kuvio valuma-alueella riippuu suurelta osin alapuolella olevasta kalliotyypistä ja kallion sisällä olevista rakenteista (poimuista, murtumista, rikkonaisuuksista jne.). Kuvassa 3 on esitetty kolme pääasiallista valumakuviota. Dendriittisiä kuvioita, jotka ovat ylivoimaisesti yleisimpiä, syntyy alueilla, joilla puron alla olevalla kalliolla (tai kiinteytymättömällä materiaalilla) ei ole erityistä rakennetta tai rakennetta, ja ne voivat erodoitua yhtä helposti kaikkiin suuntiin. Esimerkkejä ovat graniitti, gneissi, vulkaaninen kivi ja sedimenttikivi, jota ei ole taitettu. Useimmilla Brittiläisen Kolumbian alueilla on dendriittisiä kuvioita, kuten myös useimmilla preeria-alueilla ja Kanadan kilvessä. Ristikkomaiset valumakuviot kehittyvät tyypillisesti sinne, missä sedimenttikivet ovat taittuneet tai kallistuneet ja sitten erodoituneet eriasteisesti niiden lujuudesta riippuen. Kalliovuoret Brittiläisessä Californiassa ja Albertassa ovat hyvä esimerkki tästä, ja monet Kalliovuorten valuma-alueet ovat ristikkäisiä. Suorakulmaiset kuviot kehittyvät alueille, joilla on hyvin vähän pinnanmuodostusta ja joissa on suorakulmaisen verkoston muodostavia kerrostumia, murtumia tai rikkonaisuuksia. Suorakulmaiset valumakuviot ovat Kanadassa harvinaisia.
Kuva 3. Tyypillisiä dendriittisiä, ristikkäisiä ja suorakulmaisia virtavesikuvioita.
Monissa Kanadan osissa, erityisesti suhteellisen tasaisilla alueilla, joilla on paksuja jäätikkösedimenttejä, ja suuressa osassa Kanadan kilpeä Itä- ja Keski-Kanadassa, valumakuviot ovat kaoottisia tai niin sanottuja häiriintyneitä (kuva 4, vasemmalla). Järvet ja kosteikot ovat yleisiä tämäntyyppisessä ympäristössä. Neljäs valumakuviotyyppi, joka ei koske ainoastaan valuma-aluetta, tunnetaan nimellä säteittäinen (kuva 4, oikealla). Radiaaliset kuviot muodostuvat erillisten vuorten (kuten tulivuorten) tai kukkuloiden ympärille, ja yksittäiset purot ovat tyypillisesti dendriittisiä valumakuvioita.
Kuva 4. Vasemmalla: tyypillinen poikkeava kuvio; oikealla: tyypillinen säteittäinen valumakuvio, joka on kehittynyt vuoren tai kukkulan ympärille.
Purojen pitkittäisprofiilit
Pitkittäisprofiilit ovat korkeuden ja etäisyyden välisiä kuvaajia, jotka kuvaavat korkeutta suhteessa etäisyyteen puron suulta yläjuoksulle valuma-alueen sisällä. Niiden avulla voidaan määrittää rinteen jyrkkyyden ja ylä- ja alajuoksun välisen etäisyyden välinen suhde. Kaltevuus tai kaltevuus voidaan mitata asteina tai prosentteina (nousu suhteessa juoksuun). Alla on esimerkki puron pituusprofiilista Cawston Creekistä.
Cawston Creek on tyypillinen pieni valuma-alue (noin 25 km2 ) hyvin jyrkässä jäätiköityneessä laaksossa. Kuten kuvasta 2 käy ilmi, puron ylä- ja keskiosan kaltevuudet ovat jyrkkiä (keskimäärin noin 200 m/km, mutta vaihtelevat välillä 100-350 m/km), ja Similkameen-joen laaksossa sijaitseva alaosa on suhteellisen tasainen (<5 m/km). Laakson muotoa on ohjannut ensin tektoninen maankohoaminen (joka liittyy mannerlaattojen lähentymiseen), sitten jääkautta edeltävä puroeroosio ja massahävikki, sitten useat jäätiköiden aiheuttamat eroosiojaksot ja lopuksi jääkauden jälkeinen puroeroosio. Cawston Creekin alin korkeusasema (275 m Similkameen-joen kohdalla) on sen pohjataso. Cawston Creek ei voi erodoitua tämän tason alapuolelle, ellei Similkameen-joki erodoi syvemmälle tulvatasanteeseensa (alue, joka tulvan aikana tulvii).
Kuva 2. Cawston Creekin pääuoman profiili lähellä Keremeosia, B.C. Valuma-alueen suurin korkeus on noin 1 840 metriä lähellä Kobau-vuorta. Pohjakorkeus on 275 m Similkameen-joen kohdalla. Kuten edellä on esitetty, puron kaltevuus voidaan määrittää jakamalla kahden pisteen välinen korkeuden muutos (nousu) näiden kahden pisteen välisellä etäisyydellä (juoksu).
Cawston Creekin profiileissa on useita kaltevuusasteita sen profiilin varrella. Esimerkiksi 8,4 km:n ja 10 km:n sekä 3 km:n ja 5 km:n välillä on erilaisia kaltevuuksia. Tämä tarkoittaa, että pintaeroosio ei ole vielä tasoittanut tai porrastanut Cawston Creekiä; siksi sitä kutsutaan porrastamattomaksi puroksi.
Geologisen ajan kuluessa puro erodoi valuma-alueensa tasaiseksi profiiliksi, joka on samanlainen kuin kuvassa 5 esitetty. Jos tätä verrataan Cawston Creekin kaltaiseen luokittelemattomaan puroon (kuva 1), voidaan havaita, että luokiteltavat purot ovat jyrkimpiä latvavesistöissään, ja niiden kaltevuus vähenee asteittain kohti niiden suuta. Luokittelemattomissa puroissa on jyrkkiä osuuksia eri kohdissa, ja niissä on tyypillisesti koskia ja vesiputouksia useissa kohdissa pituudeltaan.
Kuvio 5. Luokitellun puron topografinen profiili. Tyypillisen porrastetun puron topografinen profiili.
Tektonisten liikkeiden vaikutus puroihin
Kuva 6. Esimerkki Similkameenjokeen laskevan pienen puron pohjatason muutoksesta Keremeosin lähellä. Aiempi pohjataso oli lähellä hiekkapenkereen yläosaa. Nykyinen perustaso on joessa.
Luokiteltu puro voi muuttua luokittelemattomaksi, jos tektoninen maankohoaminen uusiutuu tai jos pohjataso muuttuu joko tektonisen maankohoamisen tai jonkin muun syyn vuoksi. Kuten aiemmin todettiin, Cawston Creekin perustaso määräytyy Similkameen-joen tason mukaan, mutta tämä voi muuttua, ja niin on tapahtunut aiemminkin. Kuvassa 6 esitetään Similkameenjoen laakso Keremeosin alueella. Joen kanava on juuri puurivin takana. Kaukana olevan vihreän pellon alla on takana olevilta kukkuloilta erodoitunutta ainesta, jota Similkameen-joen viereinen pieni puro (ei Cawston Creek) on kerrostanut silloin, kun Similkameen-joen pinta oli nykyistä korkeammalla. Jossain vaiheessa viime vuosisatojen aikana Similkameen-joki purkautui alaspäin näiden kerrostumien läpi (muodostaen jyrkän penkereen joen toiselle puolelle), ja pienen puron pohjataso laski noin 10 m. Seuraavien vuosisatojen aikana tämä puro pyrkii jälleen tasoittumaan eroosion kautta oman alluviaaliviuhkansa läpi.
Muutama esimerkki pohjatason muutoksesta on nähtävissä Juan de Fuca Trail -reitin varrella Vancouver Islandin lounaisosassa. Kuten kuvassa 7 näkyy, monet tämän rannikon osan pienistä puroista laskevat vesiputouksina mereen. On ilmeistä, että maanpinta on noussut tällä alueella noin 5 metriä viimeisten muutaman tuhannen vuoden aikana, luultavasti jäätiköitymisen seurauksena. Puroilla, jotka ennen virtasivat suoraan valtamereen, on nyt paljon alasvientiä tehtävänä, jotta ne muuttuisivat uudelleenluokitelluiksi.
Kuva 7. Vesiputous. Kaksi puroa, joiden pohjataso on laskenut Juan de Fuca -polulla, Vancouverin saaren lounaisosassa.
Meri on perimmäinen pohjataso, mutta järvet ja muut joet toimivat pohjatasoina monille pienemmille puroille.
Kuva 9. Terassit Fraser-joen varrella High Barin kohdalla.
Sedimentit kerääntyvät puron tulvatasanteelle, ja sitten, jos pohjataso muuttuu tai jos sedimenttiä on vähemmän talletettavaksi, puro voi leikata näiden olemassa olevien sedimenttien läpi muodostaen terasseja. Similkameen-joen terassi on esitetty kuvassa 6, ja Fraser-joen terasseja on esitetty kuvassa 9. Fraserjoen kuvassa näkyy ainakin kaksi terassitasoa.
Yhdeksännentoista vuosisadan lopulla amerikkalainen geologi William Davis esitti, että purot ja ympäröivä maasto kehittyvät eroosiokierrossa (kuva 10). Tektonisen maankohoamisen jälkeen purot eroosio tapahtuu nopeasti, jolloin syntyy syviä V-muotoisia laaksoja, jotka kulkevat yleensä suhteellisen suoraa reittiä. Kaltevuudet ovat korkeita, ja profiilit ovat tasoittumattomia. Kosket ja vesiputoukset ovat yleisiä. Kypsässä vaiheessa purot eroosioavat laajempia laaksoja ja alkavat kerrostaa paksuja sedimenttikerroksia. Kaltevuudet pienenevät hitaasti ja profiilit kasvavat. Vanhuusvaiheessa puroja ympäröivät kumpuilevat kukkulat, ja ne valtaavat laajat sedimenttitäytteiset laaksot. Meanderoivat kuviot ovat yleisiä.
Kuvio 10. Eroosiosykli. Havainnekuva Davisin eroosiosyklistä: a: alkuvaihe, b: nuoruusvaihe, c: kypsä vaihe ja d: vanhuusvaihe.
Davisin työ tehtiin kauan ennen ajatusta laattatektoniikasta, eikä hän tuntenut jäätikköeroosion vaikutuksia puroihin ja niiden ympäristöihin. Vaikka jotkin osat hänen teoriastaan ovat vanhentuneita, se on edelleen hyödyllinen tapa ymmärtää virtaamia ja niiden kehitystä.