Fluviální geomorfologie
                                              Lekce 3

             Říční síť: kvantitativní analýza, vznik erozního zářezu, vývoj údolní sítě

                                          Osnova přednášky

n     Analýza říční sítě pomocí topografických map

n     Řád toku

n     Zákony stavby říční sítě

n     Hustota údolní sítě

n     Pravděpodobnostně-topologický přístup ke studiu říční sítě

n     Vznik erozního zářezu

n     Modely vývoje údolní sítě

n     Pozorování vývoje údolní sítě v přírodě

                                         Analýza říční sítě

n      Pro analýzu říční sítě se zpravidla používají topografické mapy velkých měřítek (1:25 000).

n      Vymezení říční sítě podle sítě modrých čar znázorňující stálé vodní toky + doplnění o občasné
toky (podle vrstevnic).

n      Říční síť = systém trvale protékaných vodních toků; údolní síť = systém všech erozních zářezů
v povodí (stálé + občasné vodní toky).

n      Kritéria pro vymezování pramenných úseků vodních toků – např. Bauer (1980):

  n     alespoň dvě vrstevnice musí být zakřivené stejným směrem,

  n     vrstevnice nesmí svírat úhel větší než 120°.



                                         Stavba říční sítě

n     Stavbou říční sítě se rozumí její geometrické a topologické vlastnosti.

n     Geometrii říční sítě lze kvantitativně popsat např. pomocí:

  n    řádu toku,

  n    hustoty říční sítě,

  n    orientace říční sítě.

                                 Horton-strahlerův systém řádu toku

n      Nejmenší zdrojnice začínající pramenem jsou 1. řádu.

n      Spojením dvou toků řádu m vznikají toky řádu m+1 (m*m = m+1).

n      Spojením dvou toků s rozdílnými řády m a n, kde n > m vzniká tok řádu n (m*n = n, n > m).

n      Shreveho systém – magnitudo = počet zdrojnic v povodí.

n      Základní stavební jednotka údolní sítě:

  n     Horton - vodní tok (řeka od pramene po ústí),

  n     Strahler - segment (úsek řeky mezi pramenem a prvním soutokem nebo mezi dvěma soutoky),

  n     Shreve – link.



                                     Zákony stavby údolní sítě

n      Zákony stavby říční sítě popisují závislost vybraných geometrických vlastností povodí na řádu
toku:

  n    zákon počtu toků,

  n    zákon délky toků,

  n    zákon ploch povodí.







                                     Zákony stavby údolní sítě

n      R[B] ... bifurkační koeficient

n      R[L] … koeficient délky toků

n      R[A] … koeficient plochy povodí

                              Vztahy mezi délkou toku a plochou povodí

n      Konstanta zabezpečení toku = minimální plocha která je v daných přírodních podmínkách
nezbytná k existenci jednotkové délky vodního toku.

     C = A/ΣL = 1/Dd (m^2.m^-1)

n      Vztah mezi délkou hlavního toku a plochou povodí:

   L = 1,4A[d]^0,6

n      Vliv stavby říční sítě a tvaru povodí na charakter povodňové vlny; při R[B] = 2,08 rychlejší
nástup a větší kulminační Q než při R[B] = 12.

                                        Hustota údolní sítě

n     Hustota údolní sítě (D[d]) – vyjadřuje stupeň rozčlenění povrchu povodí erozními zářezy.

n     Dd=ΣL/A[d]  (km.km^-2)

n     ΣL … délka údolní sítě, A[d] … plocha povodí.

n     Variační rozpětí kterého může D[d] nabývat:

   Gregory (1976) – zkoumal 46 oblastí světa: 13 oblastí D[d] > 15 km.km^-2, 5 oblastí D[d] > 20
km.km^-2; extrémní hodnoty – např. badland Zkamenělý les, USA, lehko erodovatelné jíly a břidlice,
D[d] = 250 km.km^-2.

n     ČR – např. krystalinické horniny Českomoravské vrchoviny, D[d] kolem 4 km.km^-2.

                             Rozdíly v D[d] mezi klimatickými oblastmi

                              Proměnné ovlivňující hustotu údolní sítě

n      Dvě skupiny faktorů ovlivňujících D[d]:

  n    faktory ovlivňující množství a charakter srážek, tzn. klima,

  n    faktory ovlivňující následnou distribuci vody na zemském povrchu, tzn. topografie, geologie,
  půdy, vegetace.

n      D[d] zhruba odpovídá v globálním měřítku průměrnému ročnímu úhrnu srážek.

n      Intenzita srážek – důležitější než roční úhrn, přívalové deště podmiňují větší hodnoty D[d].

     Příklad: Chorley – Morgan (1962), rozdíl v  D[d] mezi dvěma oblastmi Dartmoor, Anglie (2,1
km.km^-2) a Unaka Mts., jv. USA (6,9 km.km^-2) se stejným relativním převýšením a kompletně
zalesněnými byl vyvolán rozdílnou intenzitou srážek.

n      Sezónnost srážek –oblasti se zřetelně vyvinutým sezónním režimem počasí mají zpravidla velkou
D[d].

                                Variabilita D[d] v globálním měřítku

n      Maximální hodnoty dosahuje D[d] v  semiaridních oblastech, směrem k aridním i humidním
oblastem se zmenšuje, druhotný nárůst se může objevit v sezónně nebo celoročně vlhkých tropech
s ročním úhrnem srážek > 1500 mm.

                                   Vztah D[d]  a hustoty vegetace

n      Účinnost srážek pro vytváření povrchového odtoku a erozi lze vyjádřit pomocí Thornthwaitova
P-E indexu.

n      Nad hodnotou P-E indexu 80 – 90 se vztah D[d] a P-E indexu mění z negativního na pozitivní.



n      Variabilita D[d] v regionálním měřítku je způsobena hlavně propustností hornin – málo
propustné horniny mají větší D[d].

                             Hustota údolní sítě v regionálním měřítku

n      Globální měřítko – D[d] ovlivněna klimatem; regionální měřítko – D[d] ovlivněna litologií a
topografií.

n      Demek (1953) – srovnání D[d] v Moravském krase (vápence), na Drahanské vrchovině (droby,
jílovité břidlice) a Brněnské vrchovině (granodiorit).

     vápence = 0,41 km.km^-2

      droby, jílovité břidlice = 0,80 km.km^-2

      granodiority = 0,93 km.km^-2

                               Pravděpodobnostně-topologický přístup
                                    ke studiu stavby údolní sítě

n      Pravděpodobnostně topologické modely stavby údolní sítě:

  n    model náhodné topologie údolní sítě,

  n    model náhodné délky linku.

n      Link = nedělený úsek řeky mezi dvěma uzly (uzel = pramen, soutok a ústí).

n      Typy linků:

  n    externí (vnější) – spojují pramen a první soutok.  

  n    interní (vnitřní) – spojují dva soutoky nebo poslední soutok a ústí.

n      Počet linků v údolní síti je roven 2M – 1

     M … počet externích linků, M – 1 … počet interních linků

n      Magnitudo údolní sítě = počet pramenů (zdrojnic, externích linků) v povodí.

n      Průměr údolní sítě = maximální délka údolní sítě měřená počtem linků.

                  Základní předpoklady pravděpodobnostně - topologického přístupu

n      Uspořádání údolní sítě je topologicky náhodné; tzn. že všechny topologicky definované typy
údolní sítě (TDCN) o určitém magnitudu se v povodí vyskytují se stejnou pravděpodobností.

n      Délky externích a interních linků jsou nezávislé na poloze v rámci sítě.

                                Model náhodné topologie údolní sítě

n      Typy interních linků:

  n     cis-linky – přítoky na obou stranách linku ústí do toku ze stejné strany,

  n     trans-linky – přítoky na obou stranách linku ústí do toku z opačných  stran.

n      V údolních sítích převažují trans-linky nad cis-linky.

                                     Model náhodné délky linku

n     Odchylky od náhodnosti v délce linků:

  n    délka interních linků má tendenci vzrůstat s řádem i magnitudem linku,

  n    délka externích i interních linků se zvětšuje s magnitudem linku připojeného směrem dolů po
  proudu.

n     Hlavní odchylky od modelu náhodné délky linků pro různé typy linků:

  n    deficit krátkých cis-linků,

  n    zdrojnice  (S-linky ) bývají kratší než pramenné přítoky (TS-linky); rozdíl v délce se
  zvětšuje po proudu,

  n    větší délka interních II linků oproti interním IE linkům.

                                       Vznik erozního zářezu

n     Povrchový odtok vyvolává  na povrchu půdy řadu erozních jevů: dešťová eroze, plošný splach,
stružková  a stržová eroze.

n     Protierozní účinky vegetace:

  n    ochrana půdy před přímým účinkem dešťových kapek,

  n    zlepšování půdní struktury,

  n    zmenšování rychlosti s jakou voda po povrchu odtéká,

  n    zvýšení mechanické pevnosti půdy.

                         Vznik erozního zářezu působením povrchového odtoku

n      Předpoklady vzniku trvalého erozního zářezu:

  n    povrchový odtok se musí opakovat dostatečně často,

  n    síla kterou působí odtok na povrch půdy musí překonat odolnost povrchu půdy vůči erozi,

  n    musí dojít ke koncentraci povrchového odtoku do linie,

  n    rýha která vznikne musí být dostatečně hluboká, aby se udržela a nezanikla.

n      Napětí vyvolané na povrchu půdy povrchovým odtokem:

      τ = γ.d.cosθ.sinθ

      γ … hustota vody, d … průměrná hloubka odtoku, θ … sklon svahu v daném bodě.

                      Hortonův model vzniku erozního zářezu povrchovým odtokem

                       Vznik erozního zářezu působením podpovrchového odtoku

n     Vznik erozního zářezu působením zpětného výtoku vody z půdy po jejím nasycení.

n     Vliv podzemních dutin – tunelů.

n     Předpokladem vzniku podzemních tunelů je přítomnost vrstev nebo půdních horizontů s malou
propustností.

n     Vliv tunelů na vznik erozního zářezu:

  n    propadnutí stropu,

  n    zrychlená eroze pod vyústěním tunelů na povrch.

                                         Vývoj údolní sítě

n     Způsoby zkoumání vývoje údolní sítě:

  n   přímá pozorování (příroda, laboratoř),

  n   srovnávání existujících údolních sítí,

  n   teoretické modelování.

n     Přímá pozorování růstu údolní sítě - příroda

   Morisawa (1964) – pás pobřeží jezera Hebgen (USA), 2 roky pozorování, vývoj údolní sítě ovlivněn
sklonem povrchu a litologií; malý sklon + jíly = dynamický vývoj, složitá síť; velký sklon, písky =
pomalejší vývoj, stabilnější a jednodušší síť.  



n      Přímá pozorování růstu údolní sítě - laboratoř



                               Srovnávání existujících údolních sítí

n      Glockův model vývoje údolní sítě:

  n     období vzniku (iniciace) údolní sítě,

  n     období růstu údolní sítě (elongace a elaborace).

  n     období maximálního rozsahu údolní sítě,

  n     období integrace údolní sítě (absorpce a abstrakce).



                               Srovnávání existujících údolních sítí

n     Ruhe (1952) – srovnání údolní sítě a jejich hustoty na površích budovaných glaciálními
sedimenty různého stáří.

                                         Teoretické modely

n      Typy modelů:

  n     deterministické = vývoj údolní sítě se řídí určitými pravidly.

  n     pravděpodobnostní = vývoj údolní sítě je náhodný proces.

n      Hortonův model vývoje údolní sítě:

  n     mikripirátství,

  n     křížová gradace.

                                      Pravděpodobnostní modely