Yarlung Tsangpo River, Tibet. Πηγή: Τμήμα Γεωγραφίας, Ζ Εξάμηνο σπουδών Αθήνα, 2017

Transcript

1 Yarlung Tsangpo River, Tibet Ιωάννης Μ. Τσόδουλος Δρ. Γεωλόγος Πηγή: Τμήμα Γεωγραφίας, Ζ Εξάμηνο σπουδών Αθήνα, 2017

2 Ποτάμια γεωμορφολογία Τύποι υδρογραφικών δικτύων (drainage patterns) Αρίθμηση υδρογραφικών δικτύων Νόμοι του Horton (Horton s Laws) Πυκνότητα υδρογραφικού δικτύου (drainage density) Συχνότητα υδρογραφικού δικτύου (stream frequency) Νόμος του Melton (Melton s Law)

3 Η πορεία των ποταμών στην επιφάνεια της Γης Προϋπάρχον ή προγεννετικό δίκτυο (antecedent drainage) Δημιουργείται σε μια περιοχή που ανυψώνεται σταδιακά. Τα ποτάμια βαθαίνουν την κοίτη τους με τον ίδιο ρυθμό. Το αρχικό δίκτυο διατηρείται, ανεξάρτητα από τη δομή των πετρωμάτων. Στην περίπτωση που ο ρυθμός ανύψωσης υπερβαίνει το ρυθμό διάβρωσης, η αρχική πορεία του ποταμού μπορεί να εκτραπεί Πηγή: McGeary & Plummer Πηγή: Figure credited to Stephen Marshak

4 Η πορεία των ποταμών στην επιφάνεια της Γης Επιγενετικό υδρογραφικό δίκτυο (superimposed drainage) Προσαρμόζεται πλήρως στη δομή των επιφανειακών πετρωμάτων και διατηρεί τη μορφή του, παρά την εκβάθυνσή ακόμα και μέσα από εντελώς διαφορετικούς σχηματισμούς. Η νέα επιφάνεια είναι σε ασυμφωνία με αυτή που αρχικά σχηματίστηκε το ποτάμι Πηγή: Figure credited to Stephen Marshak

5 Η πορεία των ποταμών στην επιφάνεια της Γης Πειρατεία ποταμών (stream piracy) Όταν ένας ποταμός υφαρπάζει το υδρογραφικό δίκτυο άλλου ποταμού. Πηγή: McGeary & Plummer

6 Η πορεία των ποταμών στην επιφάνεια της Γης Πειρατεία ποταμών (stream piracy) Πηγή: Figure credited to Stephen Marshak

7 Η πορεία των ποταμών στην επιφάνεια της Γης Προκύπτων ή προκαθορισμένος ποταμός (consequent stream): ακολουθεί την αρχική κλίση της περιοχής Επακόλουθος ποταμός (subsequent stream): ακολουθούν μια ζώνη ή περιοχή «αδυναμίας», συχνά κατά μήκος της διεύθυνσης των στρωμάτων που εκτίθενται. Αντίθετος ποταμός (obsequent stream): διεύθυνση του προκαθορισμένου ποταμού. έχουν διεύθυνση αντίθετη προς την αρχική Πηγή: John Farndon

8 Κύρια πρότυπα ανάπτυξης υδρογραφικών δικτύων Τα ποτάμια και οι παραπόταμοι τους παράγουν αναγνωρίσιμα πρότυπα, πρότυπα όταν παρατηρούνται από ψηλά ή από αεροφωτογραφίες ή από χάρτες. Τα πρότυπα αυτά απεικονίζουν το σχέδιο αποστράγγισης της λεκάνης του ποταμού. Η γεωλογική δομή και η τεκτονική δραστηριότητα σε μια περιοχή επιδρούν στο βαθμό κατάτμησης του αναγλύφου και επακόλουθα στο πρότυπο ανάπτυξης (γεωμετρία) και την πυκνότητα του υδρογραφικού δικτύου που αναπτύσσονται μέσα σε αυτή. Κατά συνέπεια, επηρεάζεται ο ρυθμός μεταφοράς νερού και ιζήματος. Η πορεία που θα ακολουθήσει ένας ποταμός καθορίζεται κυρίως από τη μορφολογία της περιοχής (τοπογραφικές κλίσεις) και τη δομή του υποκείμενου πετρώματος (λιθολογία και τεκτονική). Κάθε ένα από τα πρότυπα μπορεί να χαρακτηρίζει ολόκληρο το υδρογραφικό δίκτυο που αναπτύσσεται σε μια λεκάνη απορροής ή τμήματα αυτού αντικατοπτρίζοντας έτσι διαφορετικές τεκτονικές ή γεωλογικές συνθήκες κάθε φορά.

9 Κύρια πρότυπα ανάπτυξης υδρογραφικών δικτύων

10 Κύρια πρότυπα ανάπτυξης υδρογραφικών δικτύων Α) Δενδριτικός Β) Παράλληλος Γ) Κλιμακωτός Δ) Ορθογώνιος Ε) Ακτινωτός ΣΤ) Δακτυλιοειδής Ζ) Πολυλεκανώδες Η) Σύνθετος

11 Κύρια πρότυπα ανάπτυξης υδρογραφικών δικτύων Ηφαίστειο Δενδριτικό Διάκλαση Ορθογώνιο Ακτινωτό Ανθιστάμενο πέτρωμα Κλιμακωτό Παράλληλο Πηγή:

12 Παραδείγματα υδρογραφικών δικτύων από την Ελλάδα Ψηλορείτης (Κρήτη) Πολύλεκανώδες

13 Παραδείγματα υδρογραφικών δικτύων από την Ελλάδα Βαθύλακος (Θεσσαλονίκη) Ακτινωτό

14 Παραδείγματα υδρογραφικών δικτύων από την Ελλάδα Περαία (Θεσσαλονίκη) Δενδριτικό & παράλληλο

15 Παράγοντες που επηρεάζουν τον σχηματισμό και την εξέλιξη ενός υδρογραφικού δικτύου Κλίμα Οι σημαντικότεροι κλιματικοί παράγοντες είναι το ετήσιο ύψος βροχοπτώσεων, η μέση θερμοκρασία αέρα και η διεύθυνση και ένταση ανέμων. Οι παράγοντες αυτοί επηρεάζουν την ποσότητα του νερού που εισέρχεται στην λεκάνη καθώς και την συμπεριφορά των επιφανειακών γεωλογικών σχηματισμών. Τεκτονική Η γεωμετρία των λεκανών αναπτύσσεται ανάλογα με την τεκτονική ανύψωση και βύθιση του ευρύτερου αναγλύφου και τη χωρική κατανομή των ρηγμάτων. Ανθρωπογενείς επεμβάσεις και χρήσεις γης Οι διάφορες ανθρώπινες δραστηριότητες τόσο σε τοπικό χαρακτήρα (φράγματα, τεχνητές λίμνες), όσο και σε μεγαλύτερης έκτασης έργα (εκτροπές ποταμών) διαμορφώνουν τη μορφή του δικτύου.

16 Παράγοντες που επηρεάζουν τον σχηματισμό και την εξέλιξη ενός υδρογραφικού δικτύου Γεωλογία Ανάλογα με το είδος του πετρώματος που επικρατεί στην κάθε περιοχή η επίδραση της γεωλογίας είναι διαφορετική: Τα Ιζηματογενή πετρώματα είναι επιδεκτικά στην διάβρωση με αποτέλεσμα το υδρογραφικό δίκτυο να εμφανίζεται σε όλη την έκταση του πετρώματος Τα Κρυσταλλικά πετρώματα δεν διαβρώνονται εύκολα, με συνέπεια τα υδρογραφικά δίκτυα να ακολουθούν τεκτονικές δομές (ρήγματα-πτυχές) όπου η διάβρωση προχωρά γρηγορότερα Στα Μεταμορφωμένα πετρώματα ο σχηματισμός του δικτύου εξαρτάται κυρίως από είδος της μεταμόρφωσης αλλά και την τεκτονική καταπόνηση των σχηματισμών Στα Καρστικά πετρώματα αναπτύσσονται υποτυπώδη & ατελή υδρογραφικά δίκτυα αφού λόγο της διάλυση των ασβεστόλιθων ευνοείτε η υπόγεια αποστράγγιση & απορροή. Πηγή:

17 Μέθοδοι αρίθμησης υδρογραφικών δικτύων Για την καλύτερη μελέτη των λεκανών απορροής έχουν προταθεί διάφορα συστήματα διαβάθμισης των υδρογραφικών δικτύων. Τα συστήματα ταξινόμησης των υδρογραφικών δικτύων χρησιμοποιούνται για να ομαδοποιήσουν ή να χαρακτηρίσουν τα τμήματα από τα οποία αποτελείται ένα υδρογραφικό δίκτυο. Πρόκειται για συστήματα αρίθμησης των κλάδων του υδρογραφικού δικτύου, στα οποία η αρίθμηση ξεκινάει συνήθως από τα ανάντη της υδρολογικής λεκάνης και κατευθύνεται προς τα κατάντη του ποταμού.

18 Μέθοδοι αρίθμησης υδρογραφικών δικτύων a) Horton (1945): οι μικρότεροι κλάδοι του δικτύου οι οποίοι δεν δέχονται τα νερά κανενός μικρότερου κλάδου αλλά μόνο τα επιφανειακά νερά μιας μικρής λεκάνης, ονομάζονται κλάδοι πρώτης τάξης. Οι μεγαλύτεροι κλάδοι του δικτύου, οι οποίοι δέχονται τα νερά ενός κλάδου 1ης τάξης ονομάζονται κλάδοι 2ης τάξεως κ.ο.κ. b) Strahler (1957): οι κλάδοι ρεμάτων οι οποίοι δεν δέχονται ύδατα από άλλους κλάδους ονομάζονται 1ης τάξεως. Σύνδεση δύο κλάδων ίσης τάξης δημιουργεί ένα νέο κλάδο της αμέσου επόμενης τάξης, δηλαδή σύνδεση δύο κλάδων 1ης τάξεως δημιουργεί ένα ρεύμα 2ης τάξεως κ.ο.κ. c) Shreve (1966): ορίζει το μέγεθος ενός κλάδου ίσο με τον συνολικό αριθμό των παραποτάμων που συμβάλουν σε αυτόν.

19 Μέθοδος αρίθμησης κατά Strahler (1957) Κάθε τμήμα ενός ποταμού ταξινομείται ιεραρχικά ανάλογα με τους παραπόταμούς του. Κλάδοι πρώτης τάξης είναι τα τμήματα ενός ποταμού από τις πηγές τους έως την πρώτη συμβολή με άλλον παραπόταμο. Όταν κλάδοι πρώτης τάξης σμίγουν, σχηματίζουν έναν κλάδο δεύτερης τάξης. τάξης Δύο κλάδοι δεύτερης τάξης συμβάλλοντας δημιουργούν έναν κλάδο τρίτης τάξης κ.ο.κ. Συνοψίζοντας: Δύο κλάδοι ίσης τάξης ενώνονται και σχηματίζουν έναν κλάδο υψηλότερης τάξης. Η τάξη παραμένει η ίδια όταν συμβάλλουν δύο κλάδοι διαφορετικής τάξης. Οι λεκάνες αποστράγγισης ταξινομούνται ανάλογα με την τάξη του μεγαλύτερου κλάδου που περιέχουν.

20 Μέθοδος αρίθμησης κατά Strahler (1957) Σε αυτή την ιεραρχική κλίμακα ισχύουν τα ακόλουθα ακόλουθα: Υπάρχουν περισσότερα πρώτης τάξεως ρέματα σε μια λεκάνη απορροής σε σχέση με όλα τα υπόλοιπα τάξεως ρέματα συνδυασμένα. Το μήκος του ρέματος αυξάνει με την τάξη του ρέματος. Το μέγεθος της λεκάνης που αποστραγγίζεται αυξάνεται σύμφωνα με την τάξη του ρέματος. Η μέση κλίση μειώνεται με την αύξηση της τάξης. Ο όγκος του νερού που μεταφέρεται αυξάνεται με την αύξηση της τάξης του ρέματος.

21 I22 I21 I I19 20 I18 I17 I16 I14 I15 I13 I12 I11 I10 I9 I23 I24 I25 I28 I29 I26 I27 I30 I31 I32 I33 I8 I 7 I6 I5 I4 I3 I I34 2 I1

22 I22 II4 I23 I21 I I19 20 I18 II3 I17 I16 I14 I15 II 2 I13 II1 I12 I11 I10 I9 I24 I25 I28 I26 I27 II5 II7 I8 I 7 I6 I5 I4 I3 I I29 II6 I30 I31 I32 I33 I34 2 I1

23 I22 II4 I23 I21 I I19 I24 20 I18 II3 I17 I28 I16 III I25 1 I14 I15 II 2 I13 II1 I12 I26 I27 I11 I10 I9 II5 III2 II7 I8 I 7 I6 I5 I4 I3 I I29 II6 I30 I31 I32 I33 I34 2 I1

24 I22 II4 I23 I21 I I19 I24 20 I18 II3 I17 I28 I16 III I25 1 I14 I15 II 2 I13 II1 I12 I26 I27 I11 I10 I9 II5 III2 II7 I8 I 7 I6 IV1 I5 I4 I3 I 2 I1 I29 II6 I30 I31 I32 I33 I34

25

26 Ανθιστάμενο πέτρωμα Κλιμακωτό

27 Νόμοι του Horton (Horton s Laws Laws)) Η ανάλυση των υδρογραφικών δικτύων και των λεκανών απορροής μιας περιοχής περιλαμβάνει την ποσοτική και ποιοτική ανάλυση των υδρογραφικών δικτύων που αναπτύσσονται μέσα σε αυτή. Η ποιοτική ανάλυση περιλαμβάνει την αναγνώριση και την περιγραφή συγκεκριμένων σχεδίων ανάπτυξης που ακολουθούν τα υδρογραφικά δίκτυα, ενώ η ποσοτική ανάλυση τη μέτρηση και τον υπολογισμό των μορφομετρικών παραμέτρων τόσο των υδρογραφικών δικτύων όσο και των λεκανών απορροής. Η μορφολογία των ποτάμιων υδρογραφικών δικτύων μπορεί να χαρακτηρισθεί με βάση τους νόμους του Horton (1945) για τη δομή των υδρογραφικών. Πρόκειται για εμπειρικές σχέσεις μεταξύ μετρούμενων παραμέτρων και των τάξεων του υδρογραφικού δικτύου, οι οποίες προβάλλονται σε ημι-λογαριθικά διαγράμματα.

28 1ος νόμος του Horton "Ο αριθμός των διαδοχικά μικρότερης τάξης κλάδων ενός υδρογραφικού δικτύου, τείνει να σχηματίσει μια αύξουσα γεωμετρική ακολουθία, της οποίας πρώτος όρος είναι η μονάδα (ο κλάδος της μεγαλύτερης τάξης) και λόγος, ο λόγος διακλάδωσης (Rb)". Η μαθηματική έκφραση του νόμου έχει ως εξής: Nu Rb N u 1 Όπου N u Rb ( K u ) Nu: ο αριθμός των κλάδων τάξης u K: η μέγιστη τάξη u: ζητούμενη τάξη

29 . ά Rb ( K u ) Τάξη Αριθμός κλάδων Λόγος διακλάδωσης Rb Ι 27 ΙΙ ΙΙΙ 2 ΙV 1 3.1( 4 1) Μέσος λόγος διακλάδωσης Rb Ιδανικός αριθμός κλάδων Απόκλιση (%) από την ιδανική τιμή σε ιδαν. αριθμό 30 έχω διαφορά 30-27=3 σε 100 Χ=300/30=10

30 1ος νόμος του Horton Αριθμός κλάδων ((km) Τάξη 3 4 5

31 2ος νόμος του Horton "Τα μέσα μήκη των διαδοχικά μεγαλύτερης τάξης κλάδων ενός υδρογραφικού δικτύου, τείνουν να σχηματίσουν μια αύξουσα γεωμετρική ακολουθία, της οποίας πρώτος όρος είναι το μέσο μήκος των κλάδων πρώτης τάξης και λόγος, ο λόγος του μήκους (RL) ". Η μαθηματική έκφραση του νόμου έχει ως εξής: Lu RL Lu 1 Όπου Lu L1 R L Lu L1 u ( u 1) : το μέσο μήκος των κλάδων τάξης u : το μέσο μήκος κλάδων 1ης τάξης : η ζητούμενη τάξη

32 ή L1 RL Τάξη Μέσο μήκος (Lu) Ι 1,10 ΙΙ 0,97 0,88 ΙΙΙ 4,10 ΙV 4,65 (u 1) Λόγος μήκους RL (2 1) Μέσος λόγος μήκους RL Ιδανικό μήκος κλάδων Απόκλιση (%) από την ιδανική τιμή 1,10 0,0 2,29-57,64 4,23 4,76-13,87 1,13 9,90-53,03 2,08 σε ιδαν. μήκος 2,29 έχω διαφορά 2,29-0,97=1,32 σε 100 Χ=132/2,29=57,64

33 2ος νόμος του Horton Μήκος κλάδου (km) ,1 Τάξη 4 5

34 3ος νόμος του Horton "Το μέσο εμβαδόν των διαδοχικά μεγαλύτερης τάξης λεκανών απορροής ενός υδρογραφικού δικτύου, τείνει να σχηματίσει μια αύξουσα γεωμετρική ακολουθία, της οποίας πρώτος όρος είναι το μέσο εμβαδόν των λεκανών των κλάδων πρώτης τάξης και λόγος, ο λόγος του εμβαδού (RA)". Η μαθηματική έκφραση του νόμου έχει ως εξής: Όπου Au RA Au 1 Au A1 R A ( u 1) Au: το μέσο εμβαδόν των λεκανών των κλάδων τάξης u A1: το μέσο εμβαδόν των λεκανών των κλάδων 1ης τάξης u: η ζητούμενη τάξη

35 ό u ( 2 1) 2.49 Τάξη Μέσο εμβαδόν λεκανών (Αu) Λόγος εμβαδού RΑ Ι 0,65 ΙΙ 2, ΙΙΙ 11,22 ΙV 34,33 Μέσος λόγος εμβαδού RΑ Ιδανικό εμβαδόν λεκανών Απόκλιση (%) από την ιδανική τιμή 0,65 0,0 2,49-8, ,53 17, ,52-6, σε ιδαν. αριθμό 2,49 έχω διαφορά 2,49-2,29=0,2 σε 100 Χ=20/2,49=8,03

36 3ος νόμος του Horton Εμβαδόν (km) km) Τάξη 4 5

37 Πυκνότητα υδρογραφικού δικτύου Οι δύο προηγούμενοι νόμοι του Horton αφορούν κυρίως την τοπολογία του υδρογραφικού δικτύου καθώς είναι αδιάστατες μετρήσεις του. Είναι ανάγκη λοιπόν να γίνει σύνδεση με τις φυσικές διεργασίες που παρατηρούνται στην λεκάνη απορροής. Η σύνδεση αυτή πραγματοποιείται με την έννοια της πυκνότητας του υδρογραφικού δικτύου, η οποία είναι μια μέτρηση του βαθμού κατάτμησης της υδρολογικής λεκάνης από το δίκτυο των καναλιών που αναπτύσσονται μέσα σε αυτή αυτή. H πυκνότητα του υδρογραφικού δικτύου εκφράζεται από την σχέση:: LT Dd A Όπου LT: το συνολικό μήκος των ρεμάτων του υδρογραφικού δικτύου A: το εμβαδόν της λεκάνης απορροής Η υδρογραφική πυκνότητα έχει μονάδες και εκφράζεται σαν χιλιόμετρα ρέματος ανά τετραγωνικό χιλιόμετρο. Η πυκνότητα του υδρογραφικού δικτύου εξαρτάται από τα χαρακτηριστικά του υποβάθρου και τις κλιματικές συνθήκες, ενώ θεωρείται ως έκφραση του ρυθμού διάβρωσης.

38 Συχνότητα διακλάδωσης υδρογραφικού δικτύου Η συχνότητα διακλάδωσης αποτελεί μέτρο σύγκρισης της πυκνότητας των υδρογραφικών δικτύων σε σχέση με τον αριθμό των κλάδων κλάδων.. H συχνότητα διακλάδωσης του υδρογραφικού δικτύου εκφράζεται από την σχέση:: NS FS A Όπου NS: ο συνολικός αριθμός των κλάδων του υδρογραφικού δικτύου A: το εμβαδόν της λεκάνης απορροής

39 Σχέση ανάμεσα στην πυκνότητα του υδρογραφικού δικτύου και στην συχνότητα διακλάδωσης Όπως φαίνεται, είναι δυνατό να κατασκευάσουμε δύο υποθετικές υδρολογικές λεκάνες οι οποίες να έχουν την ίδια υδρογραφική πυκνότητα αλλά διαφορετική συχνότητα διακλάδωσης, αλλά και το αντίθετο να έχουν δηλαδή την ίδια συχνότητα διακλάδωσης αλλά διαφορετική πυκνότητα υδρογραφικού δικτύου.

40 Νόμος του Melton Ο Melton ( )) έδειξε ότι υπάρχει ισχυρή συσχέτιση ανάμεσα στην συχνότητα διακλάδωσης και στην πυκνότητα του υδρογραφικού δικτύου. δικτύου. η σχέση μεταξύ των δύο παραμέτρων στη φύση εμφανίζεται σταθερή και περιγράφεται από την παρακάτω σχέση:: FS 0,694 * D d Όπου 2 FS: η συχνότητα διακλάδωσης του υδρογραφικού δικτύου Dd: η πυκνότητα του υδρογραφικού δικτύου