Figur 1. Cawston Creek nära Keremeos, B.C. Den blå linjen visar avrinningsområdets utbredning. Den streckade röda linjen är avrinningsområdet för en av dess bifloder.
En bäck är en strömning av ytvatten av alla storlekar, från en liten rännil till en mäktig flod. Det område från vilket vattnet rinner ner för att bilda en bäck är känt som dess avrinningsområde. Ibland kallas det också för vattendelare eller avrinningsområde. All nederbörd (regn eller snö) som faller inom ett avrinningsområde rinner så småningom ut i bäckenet, om inte en del av vattnet kan passera in i ett angränsande avrinningsområde via grundvattenflöde. Ett exempel på ett avrinningsområde visas i figur 1. Vattendragsnätet inom ett specifikt avrinningsområde kallas för ett avrinningsnät.
En vattendrags avrinningsområde omfattar all mark från vilken ytavrinning rinner ut i vattendraget. Gränser mellan vattendragens avrinningsområden kallas för avrinningsgränser. Nedan visas en datorbaserad rendering av den digitala höjdmodellen (mörkbruna färger – höga höjder, ljusgröna – låga höjder) och avrinningsområdet (i grönt).
Se exempel på Lake Champlain Basin Atlas Watershed Areas and Tributaries:
Drainage Basin Patterns
Mönstret av biflöden inom ett avrinningsområde beror till stor del på vilken typ av bergarter som ligger under och på strukturer i dessa bergarter (veckningar, brott, sprickor etc.). De tre huvudtyperna av avrinningsmönster illustreras i figur 3. Dendritiska mönster, som är de absolut vanligaste, utvecklas i områden där berget (eller det okonsoliderade materialet) under bäcken inte har någon särskild struktur eller struktur och kan eroderas lika lätt i alla riktningar. Exempel på detta är granit, gnejs, vulkaniska bergarter och sedimentära bergarter som inte har veckats. De flesta områden i British Columbia har dendritiska mönster, liksom de flesta områden på prärien och i den kanadensiska skölden. Spaljéavrinningsmönster utvecklas vanligtvis där sedimentära bergarter har vikts eller lutats och sedan eroderats i varierande grad beroende på deras styrka. Klippiga bergen i B.C. och Alberta är ett bra exempel på detta, och många av dräneringssystemen i Klippiga bergen har trellismönster. Rektangulära mönster utvecklas i områden som har mycket lite topografi och ett system av bäddplan, sprickor eller förkastningar som bildar ett rektangulärt nätverk. Rektangulära avrinningsmönster är sällsynta i Kanada.
Figur 3. Typiska dendritiska, trellis- och rektangulära flödesavrinningsmönster.
I många delar av Kanada, särskilt i relativt platta områden med tjocka glaciala sediment, och i stora delar av den kanadensiska skölden i östra och centrala Kanada, är avrinningsmönstren kaotiska, eller vad som kallas för störda (figur 4, vänster). Sjöar och våtmarker är vanliga i denna typ av miljö. En fjärde typ av avrinningsmönster, som inte är specifik för ett avrinningsområde, kallas radiell (figur 4, höger). Radiala mönster bildas runt isolerade berg (t.ex. vulkaner) eller kullar, och de enskilda vattendragen har vanligtvis dendritiska avrinningsmönster.
Figur 4. Till vänster: ett typiskt deranged mönster; till höger: ett typiskt radiellt avrinningsmönster som utvecklats runt ett berg eller en kulle.
Stream Longitudinal Profiles
Longitudinella profiler är plottar av höjden i förhållande till avståndet från bäckens mynning till de övre delarna inom avrinningsområdet. De hjälper till att fastställa förhållandet mellan lutningens branthet och avståndet från övre till nedre loppet. Lutningen eller gradienten kan mätas i grader eller i procent (stigning i förhållande till löpning). Nedan visas ett exempel på en längsprofil för Cawston Creek.
Cawston Creek är ett typiskt litet avrinningsområde (cirka 25 km2) i en mycket brant glaciärdal. Som framgår av figur 2 har bäckens övre och mellersta delar branta lutningar (i genomsnitt ca 200 m/km men varierar från 100 till 350 m/km), och den nedre delen, inom Similkameenflodens dalgång, är relativt platt (<5 m/km). Dalens form har först styrts av tektonisk upphöjning (relaterad till plattkonvergens), sedan av preglacial strömerosion och massförstöring, sedan av flera episoder av glacial erosion och slutligen av postglacial strömerosion. Den lägsta höjden i Cawston Creek (275 m vid Similkameen River) är dess basnivå. Cawston Creek kan inte erodera under den nivån om inte Similkameen River eroderar djupare in i sin översvämningsyta (det område som översvämmas vid en översvämning).
Figur 2. Profil av huvudstammen av Cawston Creek nära Keremeos, B.C. Den högsta höjden i avrinningsområdet är cirka 1 840 meter, nära Mount Kobau. Basnivån är 275 m, vid Similkameen River. Som framgår kan bäckens lutning bestämmas genom att dividera höjdförändringen mellan två punkter (stigningen) med avståndet mellan dessa två punkter (löpningen).
Cawston Creek profiler visar många nivåer av lutning längs sin profil. Det finns till exempel olika lutningar mellan 8,4 och 10 km, 3 och 5 km. Detta innebär att yterosionen ännu inte har jämnat ut eller graderat Cawston Creek; därför kallas den för ograderad bäck.
Under geologisk tid kommer en bäck att erodera sitt avrinningsområde till en jämn profil liknande den som visas i figur 5. Om vi jämför detta med en ograderad bäck som Cawston Creek (figur 1) kan vi se att graderade bäckar är brantast i sina källflöden och att deras lutning gradvis minskar mot deras mynning. Oklassade vattendrag har branta avsnitt på olika ställen och har vanligtvis forsar och vattenfall på många ställen längs sin längd.
Figur 5. Den topografiska profilen för ett typiskt graderat vattendrag.
Influens av tektoniska rörelser på vattendrag
Figur 6. Ett exempel på en förändring av grundnivån i en liten bäck som rinner ut i Similkameenfloden nära Keremeos. Den tidigare basnivån låg nära toppen av sandbanken. Den nuvarande basnivån är floden.
En klassad bäck kan bli oklassad om det sker en förnyad tektonisk upphöjning, eller om basnivån ändras, antingen på grund av tektonisk upphöjning eller av någon annan anledning. Som tidigare nämnts definieras basnivån för Cawston Creek av Similkameen-flodens nivå, men detta kan förändras, och har gjort det tidigare. Figur 6 visar Similkameenflodens dalgång i Keremeosområdet. Flodfåran ligger strax bortom raden av träd. Det gröna fältet i fjärran ligger under material som eroderats från kullarna bakom och avsatts av en liten bäck (inte Cawston Creek) i anslutning till Similkameenfloden när dess nivå var högre än vad den är nu. Någon gång under de senaste århundradena eroderade Similkameen River ner genom dessa avlagringar (och bildade den branta banken på andra sidan floden), och den lilla bäckens grundnivå sänktes med cirka 10 m. Under de närmaste århundradena kommer denna bäck att försöka bli graderad igen genom att erodera ner genom sin egen alluviala fläkt.
Ett annat exempel på en förändring av grundnivån kan ses längs Juan de Fuca Trail på sydvästra Vancouver Island. Som visas i figur 7 rinner många av de små bäckarna längs denna del av kusten ut i havet som vattenfall. Det är uppenbart att marken i detta område har höjts med ca 5 m under de senaste tusen åren, troligen som svar på deglaciation. De vattendrag som tidigare flöt direkt ut i havet har nu en hel del nedskärningar att göra för att bli regraderade.
Figur 7. Två vattendrag med sänkt grundnivå på Juan de Fuca Trail, sydvästra Vancouver Island.
Oceanet är den ultimata basnivån, men sjöar och andra floder fungerar som basnivåer för många mindre vattendrag.
Figur 9. Terrasser vid Fraserfloden vid High Bar.
Sediment ackumuleras i en vattendrags översvämningsområde, och sedan, om basnivån förändras eller om det finns mindre sediment att deponera, kan strömmen skära sig ner genom dessa befintliga sediment för att bilda terrasser. En terrass vid Similkameen River visas i figur 6 och några vid Fraser River visas i figur 9. Fotot från Fraser River visar minst två nivåer av terrasser.
I slutet av 1800-talet föreslog den amerikanske geologen William Davis att vattendrag och den omgivande terrängen utvecklas i en erosionscykel (figur 10). Efter tektonisk upphöjning eroderar bäckar snabbt och utvecklar djupa V-formade dalar som tenderar att följa relativt raka vägar. Gradienterna är höga och profilerna är ojämna. Forsar och vattenfall är vanliga. Under det mogna stadiet eroderar vattendragen bredare dalar och börjar avsätta tjocka sedimentlager. Gradienterna minskas långsamt och graderingen ökar. På ålderns höst är bäckarna omgivna av böljande kullar och upptar breda sedimentfyllda dalar. Meandrande mönster är vanliga.
Figur 10. En avbildning av Davis erosionscykel: a: inledande skede, b: ungdomsskede, c: mognadsskede och d: ålderdom.
Davis arbete utfördes långt före idén om plattektonik, och han var inte bekant med effekterna av glacial erosion på vattendrag och deras miljöer. Även om vissa delar av hans teori är föråldrad är den fortfarande ett användbart sätt att förstå vattendrag och deras utveckling.