Figure 1. Cawston Creek near Keremeos, B.C. The blue line shows the extent of the drainage basin. Przerywana czerwona linia to zlewnia jednego z jego dopływów.
Strumień to ciało płynącej wody powierzchniowej o dowolnej wielkości, od maleńkiej strużki do potężnej rzeki. Obszar, z którego woda spływa tworząc strumień, jest znany jako jego zlewnia. Czasami nazywa się ją również działem wodnym lub zlewnią. Wszystkie opady (deszcz lub śnieg), które spadają w obrębie zlewni, ostatecznie spływają do strumienia, chyba że część tej wody jest w stanie przejść do sąsiedniej zlewni poprzez przepływ wód gruntowych. Przykład zlewni przedstawiono na rysunku 1.Sieć strumieni w obrębie określonej zlewni nazywana jest siecią drenarską.
Obszar drenowania strumienia obejmuje wszystkie tereny, z których spływ powierzchniowy wpływa do tego strumienia. Granice między obszarami zlewni potoków nazywane są podziałami drenarskimi. Poniżej przedstawiono komputerowy rendering cyfrowego modelu wysokościowego (kolory ciemnobrązowe – wysokie wzniesienia, jasnozielone – niskie wzniesienia) oraz zlewni (w kolorze zielonym).
Zobacz przykład Atlasu zlewni jeziora Champlain Obszary zlewni i dopływy:
Wzory zlewni
Wzór dopływów w zlewni zależy w dużej mierze od rodzaju skały pod nią oraz od struktur w tej skale (fałdy, pęknięcia, uskoki, itp.). Trzy główne typy wzorów drenażu przedstawiono na Rysunku 3. Wzorce dendrytyczne, które są zdecydowanie najczęstsze, rozwijają się w obszarach, gdzie skała (lub nieskonsolidowany materiał) pod strumieniem nie ma szczególnej struktury i może być równie łatwo erodowana we wszystkich kierunkach. Przykładem może być granit, gnejs, skała wulkaniczna i skała osadowa, która nie została sfałdowana. Większość obszarów Kolumbii Brytyjskiej ma wzory dendrytyczne, podobnie jak większość obszarów prerii i Tarczy Kanadyjskiej. Dendrytyczne wzory odwadniania powstają zazwyczaj tam, gdzie skały osadowe zostały sfałdowane lub przechylone, a następnie uległy erozji w różnym stopniu, w zależności od ich wytrzymałości. Góry Skaliste w B.C. i Albercie są tego dobrym przykładem, a wiele systemów odwadniających w Górach Skalistych ma wzory kratowe. Wzory prostokątne powstają na obszarach, które mają bardzo słabą topografię i system płaszczyzn spływu, pęknięć lub uskoków, które tworzą prostokątną sieć. Prostokątne wzory drenażu są rzadkie w Kanadzie.
Rysunek 3. Typowe dendrytyczne, trellis i prostokątne wzory odprowadzania strumienia.
W wielu częściach Kanady, szczególnie w stosunkowo płaskich obszarach z grubymi osadami lodowcowymi, oraz w dużej części Tarczy Kanadyjskiej we wschodniej i środkowej Kanadzie, wzory drenażu są chaotyczne, lub to co jest znane jako deranged (Rysunek 4, po lewej). W tego typu środowisku powszechne są jeziora i tereny podmokłe. Czwarty typ wzoru drenażu, który nie jest specyficzny dla zlewni, znany jest jako radialny (Rysunek 4, po prawej). Wzorce promieniste tworzą się wokół izolowanych gór (takich jak wulkany) lub wzgórz, a poszczególne strumienie mają zazwyczaj dendrytyczne wzory odwadniania.
Ryc. 4. Po lewej: typowy wzór derywacyjny; po prawej: typowy wzór drenażu radialnego rozwinięty wokół góry lub wzgórza.
Profile podłużne strumienia
Profile podłużne to wykresy zależności wysokości od odległości od ujścia strumienia do górnego biegu w obrębie zlewni. Pomagają one ustalić związek między stromością zbocza a odległością od górnego do dolnego biegu. Nachylenie lub gradient może być mierzony w stopniach lub procentach (wzrost w stosunku do biegu). Poniżej przedstawiono przykład profilu podłużnego strumienia dla Cawston Creek.
Cawston Creek jest typową małą zlewnią (około 25 km2) w obrębie bardzo stromej, zlodowaciałej doliny. Jak pokazano na Rysunku 2, górna i środkowa część potoku ma strome nachylenie (średnio około 200 m/km, ale wahające się od 100 do 350 m/km), a dolna część, w obrębie doliny rzeki Similkameen, jest stosunkowo płaska (<5 m/km). Kształt doliny był kontrolowany najpierw przez wypiętrzenie tektoniczne (związane z konwergencją płyt), następnie przez przedlodowcową erozję strumieniową i masowe marnotrawstwo, potem przez kilka epizodów erozji lodowcowej, a w końcu przez polodowcową erozję strumieniową. Najniższe wzniesienie potoku Cawston Creek (275 m przy rzece Similkameen) stanowi jego poziom podstawowy. Cawston Creek nie może erodować poniżej tego poziomu, chyba że rzeka Similkameen eroduje głębiej na swoją równinę zalewową (obszar zalewany podczas powodzi).
Rysunek 2. Profil głównego pnia Cawston Creek w pobliżu Keremeos, B.C. Maksymalna wysokość zlewni wynosi około 1840 m, w pobliżu góry Kobau. Poziom podstawowy to 275 m, przy rzece Similkameen. Jak pokazano, gradient strumienia można określić dzieląc zmianę wysokości między dwoma dowolnymi punktami (wzniesienie) przez odległość między tymi dwoma punktami (bieg).
Profile potoku Cawston Creek pokazują wiele poziomów gradientu wzdłuż jego profilu. Na przykład, między 8,4 i 10 km, 3 i 5 km występują różne nachylenia. Oznacza to, że erozja powierzchniowa jeszcze nie wyrównała lub zniwelowała Cawston Creek; dlatego nazywa się go potokiem nie zniwelowanym.
W czasie geologicznym potok zniweluje swoją zlewnię w gładki profil podobny do tego pokazanego na Rysunku 5. Jeśli porównamy go z niezróżnicowanym strumieniem, takim jak Cawston Creek (Rysunek 1), zauważymy, że strumienie zróżnicowane są najbardziej strome w swoich źródłach, a ich nachylenie stopniowo maleje w kierunku ujścia. Strumienie niesklasyfikowane mają strome odcinki w różnych miejscach i zazwyczaj mają bystrza i wodospady w wielu miejscach na swojej długości.
Ryc. 5. Profil topograficzny typowego potoku stopniowanego.
Influence of Tectonic Movements on Streams
Rysunek 6. Przykład zmiany poziomu podstawowego małego strumienia, który wpada do rzeki Similkameen w pobliżu Keremeos. Poprzedni poziom bazowy znajdował się w pobliżu szczytu piaszczystego brzegu. Obecnym poziomem bazowym jest rzeka.
Strumień z gradacją może stać się niesklasyfikowany, jeśli nastąpi ponowne wypiętrzenie tektoniczne, lub jeśli nastąpi zmiana poziomu bazowego, albo z powodu wypiętrzenia tektonicznego, albo z jakiegoś innego powodu. Jak wspomniano wcześniej, poziom podstawowy Cawston Creek określony jest przez poziom rzeki Similkameen, ale może on ulec zmianie i tak było w przeszłości. Rysunek 6 przedstawia dolinę rzeki Similkameen w rejonie Keremeos. Koryto rzeki znajduje się tuż za rzędem drzew. Zielone pole w oddali jest podścielone materiałem erodowanym ze wzgórz i naniesionym przez mały potok (nie Cawston Creek) przylegający do rzeki Similkameen, gdy jej poziom był wyższy niż obecnie. W ciągu ostatnich kilku stuleci rzeka Similkameen erodowała w dół przez te osady (tworząc stromy brzeg po drugiej stronie rzeki), a poziom bazowy małego potoku został obniżony o około 10 m. W ciągu następnych kilku stuleci potok ten będzie dążył do ponownego wyrównania poziomu poprzez erodowanie w dół przez swój własny wachlarz aluwialny.
Inny przykład zmiany poziomu bazowego można zobaczyć wzdłuż szlaku Juan de Fuca na południowo-zachodniej Wyspie Vancouver. Jak pokazano na Rysunku 7, wiele małych strumieni wzdłuż tej części wybrzeża wpływa do oceanu w postaci wodospadów. Widać wyraźnie, że ląd w tym obszarze podniósł się o około 5 m w ciągu ostatnich kilku tysięcy lat, prawdopodobnie w wyniku deglacjacji. Strumienie, które kiedyś spływały bezpośrednio do oceanu, mają teraz do wykonania wiele cięć w dół, aby się zregenerować.
Ryc. 7. Dwa strumienie z obniżonym poziomem podstawowym na szlaku Juan de Fuca Trail, południowo-zachodnia wyspa Vancouver.
Ocean jest ostatecznym poziomem bazowym, ale jeziora i inne rzeki działają jako poziomy bazowe dla wielu mniejszych strumieni.
Rysunek 9. Tarasy nad rzeką Fraser w High Bar.
Sedymenty gromadzą się w obrębie równiny zalewowej strumienia, a następnie, jeśli zmienia się poziom podstawowy, lub jeśli jest mniej osadów do zdeponowania, strumień może przeciąć te istniejące osady, tworząc tarasy. Taras na rzece Similkameen pokazano na Rysunku 6, a kilka na rzece Fraser pokazano na Rysunku 9. Zdjęcie rzeki Fraser pokazuje co najmniej dwa poziomy tarasów.
Pod koniec XIX wieku amerykański geolog William Davis zaproponował, że strumienie i otaczający je teren rozwijają się w cyklu erozji (Rysunek 10). Po wypiętrzeniu tektonicznym strumienie erodują szybko, tworząc głębokie doliny w kształcie litery V, które mają tendencję do podążania stosunkowo prostymi drogami. Nachylenie jest duże, a profile nie są stopniowane. Częste są bystrza i wodospady. W fazie dojrzałej, strumienie erodują szersze doliny i zaczynają osadzać grube warstwy osadów. Nachylenie jest powoli zmniejszane, a gradacja wzrasta. W starszym wieku strumienie otoczone są falistymi wzgórzami i zajmują szerokie, wypełnione osadami doliny. Powszechne są wzory meandrujące.
Ryc. 10. Przedstawienie cyklu erozji Davisa: a: stadium początkowe, b: stadium młodzieńcze, c: stadium dojrzałe i d: starość.
Praca Davisa została wykonana na długo przed pojawieniem się idei tektoniki płyt i nie był on zaznajomiony z wpływem erozji lodowcowej na strumienie i ich środowiska. Chociaż niektóre części jego teorii są przestarzałe, jest ona nadal użytecznym sposobem zrozumienia strumieni i ich ewolucji.
.