Fluviální geomorfologie
Lekce 3
Říční síť: kvantitativní
analýza, vznik erozního zářezu,
vývoj údolní sítě
Osnova přednášky
 Analýza říční sítě
pomocí
topografických map
 Řád toku
 Zákony stavby říční
sítě
 Hustota údolní sítě
 Pravděpodobnostnětopologický
přístup ke
studiu říční sítě
 Vznik erozního zářezu
 Modely vývoje údolní
sítě
 Pozorování vývoje
údolní sítě v přírodě
Analýza říční sítě
 Pro analýzu říční sítě se zpravidla používají topografické mapy
velkých měřítek (1:25 000).
 Vymezení říční sítě podle sítě modrých čar znázorňující stálé vodní
toky + doplnění o občasné toky (podle vrstevnic).
 Říční síť = systém trvale protékaných vodních toků; údolní síť =
systém všech erozních zářezů v povodí (stálé + občasné vodní
toky).
 Kritéria pro vymezování pramenných úseků vodních toků – např.
Bauer (1980):
 alespoň dvě vrstevnice musí být zakřivené stejným směrem,
 vrstevnice nesmí svírat úhel větší než 120°.
Stavba říční sítě
 Stavbou říční sítě se rozumí její geometrické a
topologické vlastnosti.
 Geometrii říční sítě lze kvantitativně popsat např.
pomocí:
 řádu toku,
 hustoty říční sítě,
 orientace říční sítě.
Řád toku
 Řád toku = způsob klasifikace říčního úseku podle jeho
postavení v hierarchii říční sítě.
Horton-strahlerův systém řádu toku
 Nejmenší zdrojnice začínající
pramenem jsou 1. řádu.
 Spojením dvou toků řádu m vznikají
toky řádu m+1 (m*m = m+1).
 Spojením dvou toků s rozdílnými
řády m a n, kde n > m vzniká tok
řádu n (m*n = n, n > m).
 Shreveho systém – magnitudo =
počet zdrojnic v povodí.
 Základní stavební jednotka údolní
sítě:
 Horton - vodní tok (řeka od pramene
po ústí),
 Strahler - segment (úsek řeky mezi
pramenem a prvním soutokem nebo
mezi dvěma soutoky),
 Shreve – link.
Zákony stavby údolní sítě
 Zákony stavby říční sítě popisují
závislost vybraných
geometrických vlastností povodí
na řádu toku:
 zákon počtu toků,
 zákon délky toků,
 zákon ploch povodí.
Zákony stavby údolní sítě
 RB ... bifurkační koeficient
 RL … koeficient délky toků
 RA … koeficient plochy povodí
Vztahy mezi délkou toku a plochou
povodí
 Konstanta zabezpečení toku =
minimální plocha která je v daných
přírodních podmínkách nezbytná
k existenci jednotkové délky
vodního toku.
C = A/ΣL = 1/Dd (m2.m-1)
 Vztah mezi délkou hlavního toku a
plochou povodí:
L = 1,4Ad
0,6
 Vliv stavby říční sítě a tvaru povodí
na charakter povodňové vlny; při RB
= 2,08 rychlejší nástup a větší
kulminační Q než při RB = 12.
Hustota údolní sítě
 Hustota údolní sítě (Dd) – vyjadřuje stupeň
rozčlenění povrchu povodí erozními zářezy.
 Dd=ΣL/Ad (km.km-2)
 ΣL … délka údolní sítě, Ad … plocha povodí.
 Variační rozpětí kterého může Dd nabývat:
Gregory (1976) – zkoumal 46 oblastí světa: 13
oblastí Dd > 15 km.km-2, 5 oblastí Dd > 20
km.km-2; extrémní hodnoty – např. badland
Zkamenělý les, USA, lehko erodovatelné jíly a
břidlice, Dd = 250 km.km-2.
 ČR – např. krystalinické horniny Českomoravské
vrchoviny, Dd kolem 4 km.km-2.
Rozdíly v Dd mezi geografickými
oblastmi
jižní Kalifornie Pennsylvánie
Proměnné ovlivňující hustotu údolní
sítě
 Dvě skupiny faktorů ovlivňujících Dd:
 faktory ovlivňující množství a charakter srážek, tzn. klima,
 faktory ovlivňující následnou distribuci vody na zemském
povrchu, tzn. topografie, geologie, půdy, vegetace.
 Dd zhruba odpovídá v globálním měřítku průměrnému ročnímu
úhrnu srážek.
 Intenzita srážek – důležitější než roční úhrn, přívalové deště
podmiňují větší hodnoty Dd.
Příklad: Chorley – Morgan (1962), rozdíl v Dd 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.
 Sezónnost srážek –oblasti se zřetelně vyvinutým sezónním režimem
počasí mají zpravidla velkou Dd.
Variabilita Dd v globálním měřítku
 Maximální hodnoty dosahuje
Dd 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 Dd a hustoty vegetace
 Účinnost srážek pro vytváření
povrchového odtoku a erozi lze
vyjádřit pomocí
Thornthwaitova P-E indexu.
 Nad hodnotou P-E indexu 80 –
90 se vztah Dd a P-E indexu
mění z negativního na
pozitivní.
 Variabilita Dd v regionálním
měřítku je způsobena hlavně
propustností hornin – málo
propustné horniny mají větší
Dd.
Hustota údolní sítě v regionálním
měřítku
 Globální měřítko – Dd ovlivněna klimatem; regionální měřítko – Dd
ovlivněna litologií a topografií.
 Demek (1953) – srovnání Dd 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
 Pravděpodobnostně topologické modely stavby údolní sítě:
 model náhodné topologie údolní sítě,
 model náhodné délky linku.
 Link = nedělený úsek řeky mezi dvěma uzly (uzel = pramen, soutok
a ústí).
 Typy linků:
 externí (vnější) – spojují pramen a první soutok.
 interní (vnitřní) – spojují dva soutoky nebo poslední soutok a
ústí.
 Počet linků v údolní síti je roven 2M – 1
M … počet externích linků, M – 1 … počet interních linků
 Magnitudo údolní sítě = počet pramenů (zdrojnic, externích
linků) v povodí.
 Průměr údolní sítě = maximální délka údolní sítě měřená počtem
linků.
Základní předpoklady
pravděpodobnostně - topologického
přístupu
 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.
 Délky externích a interních linků jsou nezávislé na poloze v rámci
sítě.
Model náhodné topologie údolní sítě
 Typy interních linků:
 cis-linky – přítoky na obou stranách linku ústí do toku ze stejné strany,
 trans-linky – přítoky na obou stranách linku ústí do toku z opačných
stran.
 V údolních sítích převažují trans-linky nad cis-linky.
Model náhodné délky linku
 Odchylky od náhodnosti v délce linků:
 délka interních linků má tendenci vzrůstat s řádem i magnitudem
linku,
 délka externích i interních linků se zvětšuje s magnitudem linku
připojeného směrem dolů po proudu.
 Hlavní odchylky od modelu náhodné délky linků pro
různé typy linků:
 deficit krátkých cis-linků,
 zdrojnice (S-linky ) bývají kratší než pramenné přítoky (TSlinky);
rozdíl v délce se zvětšuje po proudu,
 větší délka interních II linků oproti interním IE linkům.
Vznik erozního zářezu
 Povrchový odtok vyvolává na povrchu půdy řadu
erozních jevů: dešťová eroze, plošný splach, stružková
a stržová eroze.
 Protierozní účinky vegetace:
 ochrana půdy před přímým účinkem dešťových
kapek,
 zlepšování půdní struktury,
 zmenšování rychlosti s jakou voda po povrchu odtéká,
 zvýšení mechanické pevnosti půdy.
Vznik erozního zářezu působením
povrchového odtoku
 Předpoklady vzniku trvalého erozního zářezu:
 povrchový odtok se musí opakovat dostatečně často,
 síla kterou působí odtok na povrch půdy musí překonat
odolnost povrchu půdy vůči erozi,
 musí dojít ke koncentraci povrchového odtoku do linie,
 rýha která vznikne musí být dostatečně hluboká, aby se
udržela a nezanikla.
 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
 Vznik erozního zářezu působením zpětného výtoku vody
z půdy po jejím nasycení.
 Vliv podzemních dutin – tunelů.
 Předpokladem vzniku podzemních tunelů je přítomnost
vrstev nebo půdních horizontů s malou propustností.
 Vliv tunelů na vznik erozního zářezu:
 propadnutí stropu,
 zrychlená eroze pod vyústěním tunelů na povrch.
Vývoj údolní sítě
 Způsoby zkoumání vývoje údolní sítě:
 přímá pozorování (příroda, laboratoř),
 srovnávání existujících údolních sítí,
 teoretické modelování.
 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.
 Přímá pozorování růstu údolní sítě - laboratoř
Srovnávání existujících údolních sítí
 Glockův model vývoje údolní
sítě:
 období vzniku (iniciace) údolní
sítě,
 období růstu údolní sítě
(elongace a elaborace).
 období maximálního rozsahu
údolní sítě,
 období integrace údolní sítě
(absorpce a abstrakce).
Srovnávání existujících údolních sítí
 Ruhe (1952) – srovnání údolní sítě a jejich hustoty na
površích budovaných glaciálními sedimenty různého
stáří.
Teoretické modely
 Typy modelů:
 deterministické = vývoj údolní sítě
se řídí určitými pravidly.
 pravděpodobnostní = vývoj údolní
sítě je náhodný proces.
 Hortonův model vývoje údolní sítě:
 mikripirátství,
 křížová gradace.
Pravděpodobnostní modely