Rzeki na powierzchni Ziemi

Rzeki zawierają około 2,1 tys. km3 wody. Liczba ta stanowi znikomą część zasobów hydrosfery (0,0001 %). Wody w nich zawarte są jednak najbardziej ruchliwym elementem wodnej sfery Ziemi. Nauka zajmujące się badaniem rzek to potamologia. Rzeka jest to woda, która płynie w stałym korycie pod wpływem siły ciężkości. Wszystkie wody śródlądowe płynące korytem rzecznym nazywane są także ciekami wodnymi. W ciągu roku rzeki odprowadzają ponad 30-krotnie więcej wody, niż niosą jej w danej chwili. Pełna wymiana wód rzecznych następuje średnio co 11 dni. Ważną wartością charakteryzują daną rzekę jest jej odpływ. Jest to ilość wody (mierzona w l, m3 lub km3) odpływająca przez przekrój poprzeczny koryta rzeki u jej ujścia w jednostce czasu (najczęściej w ciągu roku). Największym odpływem rocznym odznacza się Amazonka, 3.800 km3/rok, dla porównania odpływ Wisły wynosi 30 km3/rok. Ilość wody, jaką transportuje rzeka, nazywa się przepływem rzeki. Pojęcie to oznacza całkowitą objętość wody przepływającej w jednostce czasu przez przekrój poprzeczny koryta rzecznego. Przepływ rzeczny liczony jest najczęściej w m3/s. Większość rzek wykazuje wyraźny wzrost przepływu wraz z ich biegiem. Jedynie na obszarach pustynnych i półpustynnych przepływ maleje w dół rzeki na skutek intensywnego parowania, oraz wskutek braku zasilania. Wielkość przepływu zmienia się w zależności od czynników klimatycznych. Średni przepływ Wisły wynosi 1080 m3/s. W miejscu pomiaru, (najczęściej w pobliżu ujścia) w czasie jednej sekundy średnio przez Wisłę przepływa 1080m3 wody. Największym średnim (175.000m3/s), oraz maksymalnym (280.000m3/s)  odznacza się Amazonka.

W zależności od wielkości opadów atmosferycznych, oraz ich zmian w ciągu roku można wyróżnić rzeki stałe, w których woda płynie korytem rzecznym w sposób nieprzerwany. Rzeki tego typu występują w klimatach wilgotnych, gdzie opady są przewyższają parowanie. Rzeką stałą jest np. Wisła. Rzeki mogą być zasilane spływającymi powierzchniowo wodami opadowymi, wodami roztopowymi, pochodzącymi z topnienia śniegu lub lodowców, wodami jezior oraz wodami podziemnymi. Gdy odpływ wód w rzekach przewyższa zasilanie, rzeki zanikają nigdy nie docierając do ujścia. W klimacie zwrotnikowym występują rzeki okresowe, które prowadzą  wodę jedynie w pewnym okresie czasu np. w porze deszczowej. Przykładem rzeki tego typu może być np. Murray w Australii. W rzekach okresowych dominuje odpływ powierzchniowy. Zasilane są one także przez płytkie wody podziemne. W skrajnie suchych strefach klimatycznych mamy do czynienia z  rzekami epizodycznymi (efemerycznymi), które występują jedynie po intensywnych opadach.  Płyną one korytami, w których przez dłuższy czas nie występuje woda. Rzeki epizodyczne płyną w nieregularnych odstępach czasu, nawet co kilka, kilkanaście lat, i występują głównie na pustyniach. Ich suche doliny nazywane są wadi, bądź ued. Doliny te charakteryzują się stromymi zboczami i płaskim dnem. Wypełnione są one osadami gruzowo- piaszczystymi. Przykładami dolin rzek efemerycznych mogą być Wadi Saura w Algierii, czy Wadi Huwar w Sudanie. Rzeki te zasilane są jedynie powierzchniowo.

Oprócz warunków klimatycznych dużą rolę w zasilaniu rzek odgrywa rzeźba terenu, budowa geologiczna podłoża, a także roślinność. Czynniki te wpływają na rozmiary spływu powierzchniowego a także na zasilanie podziemne. Spływ powierzchniowy jest tym intensywniejszy, im większe jest nachylenie terenu, a podłoże mniej przepuszczalne. Rzeka uchodząca wraz z dopływami do morza, lub kończąca swój bieg na obszarze bezodpływowym tworzy system rzeczny. Systemy rzeczne kształtują się w zależności od rozmiarów lądów, ukształtowania powierzchni, budowy geologicznej oraz klimatu. Największy system rzeczny tworzy rzeka Amazonka dzięki położeniu w wilgotnej strefie klimatycznej i ukształtowaniu powierzchni dorzecza, które zajmuje ok. 7 min km2, w większości nizinnej niecki geologicznej. Rzeka ta posiada liczne dopływy w całym swym biegu, w tym kilkanaście powyżej 1000 km długości. Amazonka jest także najdłuższą rzeką na świecie. Jej źródła położone są w Andach na wysokości 5.190 m n.p.m. Tworzy ona też największą deltę (ujście rzeki w postaci kilku odnóg) świata a powierzchni ponad 100 tys. km2. Szerokość rzeki przy ujściu wynosi prawie 15 km. Amazonka, wpływając do Oceanu Atlantyckiego wysładza jego wody w odległości 400 km od brzegu. Amazonka jest także główną drogą komunikacyjną na obszarach jej występowania.

Wody śródlądowe łączą się we wspomniane systemy, które obejmują obszary zwane dorzeczami, bądź zlewiskami. Obszar, z którego wody spływają do jednej rzeki głównej to dorzecze. Dorzecza wszystkich rzek uchodzące do jednego morza, bądź oceanu tworzą zlewisko tego morza. Większość obszaru Polski znajduje się w zlewisku Bałtyku (99,7 %). Niewielka część rzek Polski uchodzi do zlewiska Morza Północnego (0,1 %) i Morza Czarnego (0,2 %). Poszczególne dorzecza i zlewiska rozdziela granica określana jako dział wodny. Jego granica przebiegają zwykle wzdłuż największych wzniesień okalających dorzecze. Działy wodne naruszane zostają przez zjawisko bifurkacji. (łac. bis- podwójnie, furca- widły, rozwidlenie). Bifurkacja to rozwidlenie rzeki na dwa lub więcej ramion, które następnie płyną do dwóch różnych dorzeczy. Jest to stosunkowo rzadko spotykane zjawisko, które spotykamy na rzekach o łagodnym nurcie, płynących przez tereny równinne, nierzadko także zabagnione. Przykładem bifurkacji może być polska rzeka Obra przepływająca w pobliżu miejscowości Mosina. W miejscu tym Obra część swych wód oddaje pobliskiej Warcie. Podobne stosunki zachodzą pomiędzy górnym Dunajem a Renem. Ewenementem bifurkacji na większą skalę jest górny odcinek rzeki Orinoko, której część wód odpływa przez rzekę Rio Negro do Amazonki. Często bifurkacja powodowana jest przez kaptaż, czyli przechwycenie przez jedną rzekę wód rzeki innej. Proces ten występuje najczęściej wtedy, gdy jedna z rzek z powodu większego spadku energiczniej wcina się w podłoże. Następuje wtedy przecięcie działu wodnego i wody rzeki kaptowanej przepływają do rzeki kaptującej. Dzięki temu rzeka kaptująca powiększa swoje dorzecze kosztem części dorzecza drugiej rzeki.

Rzeki, które wpadają do rzeki głównej to jej dopływy. Podstawowymi czynnikami wpływającymi na poziom wody w rzece są:

• zasilanie (opadowe, spływowe, czy gruntowe),
• parowanie (uzależnione od temperatury powietrza i stopnia jego nasycenia parą wodną)
• odpływ (jest on uwarunkowany spadkiem rzeki,  ilością wody płynącej, oraz rodzajem materiału, z którego zbudowane jest koryto).

Na Ziemi występują także obszary bezodpływowe czyli takie, z których rzeki nie spływają do mórz i oceanów. Właśnie na takich terenach występują rzeki okresowe i epizodyczne. Obszary te zajmują jedną piątą powierzchni lądowych. Występują zazwyczaj w miejscach, gdzie parowanie przeważa nad opadami i jest większe, od dopływu wód rzecznych. Obszary bezodpływowe  obejmują różnej wielkości zagłębienia terenu, niekiedy wypełnione jeziorami, bądź bagnami. Zdarzają się także tereny całkowicie pozbawione sieci rzecznej.

Zależność zasilania rzek od warunków klimatycznych powoduje, że ilość wody w rzekach zmienia się w przeciągu roku. Wahania te uwarunkowane są zmianami wartości temperatury powietrza, oraz opadów. Roczne zmiany stanu rzek związanych z zasilaniem określają ustrój rzeki, nazywany także reżimem rzecznym. Ustrój danej rzeki jest to rytm zmienności przepływów spowodowany cyklicznością zjawisk wywołujących te przepływy. Reżimy rzeczne klasyfikuje się na podstawie rodzajów zasilania, oraz liczby okresów wysokich i niskich stanów wody.  Ustroje rzeczne można podzielić na kilka rodzajów:

• ustrój deszczowy oceaniczny strefy umiarkowanej, w którym dzięki obfitemu i równomiernemu w ciągu roku zasilaniu przez deszcze, rzeki prowadzą dużo wody, a ich przepływy są wyrównane. Wysokie stany wód występują tu w rzekach w okresie zimowym. Deszcze padają w klimatach oceanicznych we wszystkich porach roku. Zimą obserwuje się natomiast mniejsze parowanie, dzięki któremu ilość odpływających wód jest wyższa, niż w lecie. Niskie stany wód występują latem, lecz są praktycznie nieodczuwalne. Ustrój ten jest typowy dla rzek Europy Zachodniej, np. Tamizy, Sekwany, Wezery, Loary.

• ustrój deszczowy śródziemnomorski charakteryzuje się tym, iż najwyższe przepływy występują w zimie, w związku z wysokimi opadami, występującymi w tym okresie. Latem stan wody znacznie się obniża. Mniejsze rzeki posiadające ten ustrój mogą nawet wysychać ze względu na niewielkie ilości opadów i wysokie temperatury. Reżimem deszczowym śródziemnomorskim charakteryzują się np: Tag, Gwadalkiwir, czy Tyber.

• ustrój deszczowy monsunowy cechuje się dużymi wahaniami stanów wody. Maksimum przepływów przypada na porę letniego monsunu, przynoszącego znaczne ilości opadów. Pod koniec zimy koryta rzek często wysychają. Ustrojem deszczowym monsunowym odznaczają się  rzeki Brahmaputra, Ganges, lub Jangcy.

• ustrój deszczowy równikowy charakteryzuje się tym, iż rzeki niosą przez cały rok ogromne masy wody. W strefie podrównikowej wahania stanów wód są większe. Maksimum przepływów przypada na letnią porę deszczową związaną z zenitalnym górowaniem Słońca, w okresie wiosny i jesieni. Rzeki są wówczas najobficiej zasilane. Takim ustrojem charakteryzują się największe rzeki świata takie jak: Amazonka, Nil, czy Kongo. W nich też koryta rzek odznaczają się największymi szerokościami, które dochodzą nawet do kilkunastu kilometrów.

• ustrój śnieżny reprezentowany jest przez rzeki Syberii, Europy Wschodniej, oraz Kanady. Rzeki te przez większą część roku są zamarznięte. W czasie wiosennego topnienia pokrywy lodowej i śniegów osiągają najwyższe stany, które znacznie obniżają się latem. Najniższe stany rzek tego ustroju odnotowuje się jesienią i zimą. W ciągu lata rzeki te są zasilane przez deszcze.

• ustrój lodowcowy posiadają rzeki biorące swój początek w lodowcach. Wahania przepływu związane są głównie z intensywnością topnienia lodowców. Rzeki te biorą  swój początek w lodowcach Alp. Najwięcej wody prowadzą one latem, kiedy to topnienie lodowców zachodzi najbardziej intensywnie. Ustrojem lodowcowym charakteryzuje się Ren, czy Rodan w ich górnych biegach.

Ustroje rzeczne, w których obserwuje się wysokie stany wód w jednym okresie nazywane są ustrojami prostymi. Istnieją także rzeki, gdzie wezbrania odnotowuje się dwa razy w ciągu roku. W takim przypadku mówimy o ustroju złożonym. Można wyróżnić dwa podstawowe rodzaje ustrojów złożonych:

• ustrój śnieżno-deszczowy, który charakteryzuje się dwukrotnymi wezbraniami rzek w ciągu roku. Związane są one z porą topnienia śniegu i lodów (wiosna) oraz letnim maksimum opadów. Wyższe stany wód w tym przypadku przypadają na wiosnę. Przykładem rzek o takim ustroju mogą być Wisła, czy Odra.

• ustrój deszczowo- śnieżny, w którym główne maksimum wód spowodowane jest wiosennymi roztopami, drugie natomiast letnimi opadami.

Rzeki Polski zasilane są wodami pochodzącymi z opadów, oraz z topnienia śniegu. Największe zasilanie, a co za tym idzie najwyższe stany wód w polskich rzekach obserwuje się w lecie. Szczególnie silne wezbrania letnie charakterystyczne są dla rzek górskich. Woda z ulewnych deszczy spływa strumieniami do koryt rzecznych, co powoduje wysokie wezbrania rzek. Odpływ podziemny jest wtedy znacznie ograniczony. Woda płynie wówczas z dużą prędkością. Odznacza się ona także dużą  siłą niszczącą. W miarę oddalania się od źródeł rzeki wzrasta ilość wody w jej korycie. Zmniejsza się wtedy jej spadek, oraz prędkość przepływu. Dna dolin rzecznych na nizinach są najczęściej szerokie, a ich gleba ma dużą zdolność pochłaniania wody. Z tego powodu może ona ograniczać wysokie wezbrania wód. Przepływy rzek nizinnych są stabilne, lecz ich wezbrania są długotrwałe. Ilość opadów na obszarach nizinnych jest znacznie mniejsza niż w górach. W Polsce szczególnie wysokie stany wody odnotowuje się na nizinach, kiedy śnieg topnieje równocześnie na dużych powierzchniach. Gwałtowne odwilże mogą powodować powodzie w tych rejonach. Przyczyną wezbrań mogą być także wiatry wiejące z północy na polskim wybrzeżu. Powodują one spiętrzenie wód morskich, oraz rzecznych przy ujściach rzek.  Wysokie stany wody w rzece mogą być także spowodowane topnieniem i spływaniem pokrywy lodowej. Przemieszcza się ona częściej na południu Polski w górnych biegach rzek. Jest to spowodowane warunkami klimatycznymi. Lód nie może spłynąć swobodnie, więc często tworzy zatory na rzekach, co jest przyczyną gwałtownych wezbrań. Na skutek długotrwałego braku opadów występują niżówki czyli niskie stany wód. Rzeki zasilane są wtedy jedynie przez wody podziemne. W Polsce zjawiska takie występują zwykle w jesieni, oraz w zimie, kiedy obserwujemy najniższe średnie sumy opadów. Rzeki Polski charakteryzują się ustrojem śnieżno- deszczowym.

Skutkom wysokich stanów wód i powodziom można zapobiec budując na rzekach zbiorniki retencyjne, które zatrzymują w razie potrzeby nadmiar wody. Na rzece buduje się wówczas zaporę wodną, która ogranicza jej przepływ. Zbiorniki te prócz funkcji przeciwpowodziowej mogą także pełnić szereg innych, np. energetyczną, czy turystyczną. Zbiorniki retencyjne budowane są przeważnie w górnych biegach rzek, gdzie przeważa zasilanie deszczowe. W Polsce funkcję retencyjną a zarazem przeciwpowodziową pełnią zbiorniki: Czorsztyński, Soliński, czy Dobczycki.