Padrões de drenagem
Padrões de drenagem são adquiridos por redes de fluxo em consequência do ajustamento à estrutura geológica. Na história inicial de uma rede, e também quando a erosão é reactivada pelo movimento da terra ou por uma queda no nível do mar, o corte por correntes de tronco e a extensão de afluentes são mais rápidos em rochas fracas, especialmente se estas forem impermeáveis, e ao longo de juntas mestras e falhas. Os afluentes dos riachos que cortam e crescem mais rapidamente invadem as bacias adjacentes, acabando por capturar partes das redes concorrentes nas mesmas. Desta forma, os principais vales com as suas principais linhas de drenagem vêm a reflectir o padrão estrutural.
rochas sedimentares planas desprovidas de falhas e articulações fortes e os depósitos glaciares planos da época do Pleistoceno (de aproximadamente 2.600.000 a 11.700 anos atrás) não exercem qualquer controlo estrutural: isto reflecte-se nas redes de ramificações. Um padrão de variante, em que os fluxos de troncos correm subparalelos, pode ocorrer em estratos inclinados. Formam-se padrões rectangulares onde as linhas de drenagem são ajustadas a conjuntos de falhas e juntas marcadas que se intersectam em ângulos aproximadamente rectos, como em algumas partes de antigos blocos de crosta. O padrão é variado onde o ângulo regional da intersecção estrutural se altera. A drenagem radial é típica dos cones vulcânicos, desde que estes permaneçam mais ou menos intactos. A erosão ao estado esquelético deixa frequentemente o tampão em alto relevo, anelado por vales concêntricos desenvolvidos em espessas camadas de cinzas.
Similiarmente, em cúpulas estruturais onde as rochas do núcleo variam em força, os vales e as correntes mestras localizam-se em afloramentos fracos em padrões anulares. São produzidos padrões centrífugos onde a drenagem converge numa única saída ou pia, como em algumas crateras, cúpulas estruturais erodidas com núcleos fracos, partes de algum país calcário, e depressões fechadas do deserto. Os padrões de drenagem em treliça (ou espaldeira) resultam do ajustamento a dobras regionais apertadas em que as dobras mergulham. A desnudação produz um padrão de afloramentos em ziguezague, e o ajustamento a este padrão produz uma rede de fluxo em que os troncos estão alinhados em rochas fracas expostas ao longo de eixos de dobra e pequenos fluxos de alimentação correm pelos lados das cristas cortadas nas formações mais fortes. Padrões desarticulados, nos quais os canais são interrompidos por lagos e pântanos, caracterizam áreas de relevo modesto das quais o gelo continental desapareceu recentemente. Estes padrões podem ser desenvolvidos na superfície irregular de uma folha de caixa (depósito glaciar heterogéneo) ou na extensão gelada de um bloco cristalino aplainado. Quando uma folha de caixa registadora tiver sido moldada em tambores (formas em forma de colher invertida que foram moldadas por gelo em movimento), a drenagem pós-glaciar pode aproximar-se de um padrão rectangular. Nas terras altas glaciares, as correntes pós-glaciares podem passar anormalmente através de fendas se as fendas tiverem sido rompidas pelo gelo, e a glaciação das folhas das terras baixas envolve necessariamente grandes desarranjos das redes fluviais perto da frente de gelo. No outro extremo climático, as redes organizadas em climas secos podem ser perturbadas pela dessecação, o que quebra a continuidade existente de uma rede. Os sistemas largamente lineares de lagos efémeros no interior da Austrália Ocidental têm sido referidos a este processo.
Ajustamento à estrutura do leito da rocha pode perder-se se o movimento da terra levantar dobras ou mover falhas através das linhas de drenagem sem realmente as desviar; os cursos de água que mantêm os seus cursos através das novas estruturas são chamados antecedentes. O ajustamento perde-se à escala regional quando a drenagem corta através de uma inconformidade para uma sub-massa com estruturas muito diferentes das da cobertura: a drenagem torna-se então sobreposta. Quando a cobertura é simples na estrutura e fornece uma inclinação regional para a drenagem do tronco, os restos do padrão original podem persistir muito tempo após a sobreposição e a destruição total da cobertura, fornecendo os meios para reconstruir a rede anterior.
As leis de composição de drenagem de Horton
Foram feitos grandes avanços na análise das redes de drenagem por Robert E. Horton, um engenheiro hidráulico americano que desenvolveu o conceito fundamental da ordem do fluxo: Um fluxo de cabeça não ramificado é designado como um fluxo de primeira ordem. Dois cursos de água não ramificados unem-se para formar um curso de água de segunda ordem; dois cursos de água de segunda ordem unem-se para formar um curso de água de terceira ordem, e assim por diante. Independentemente da entrada de afluentes de primeira e segunda ordem, um fluxo de terceira ordem não passará para a quarta ordem até que lhe seja unido por outro confluente de terceira ordem. O número de riachos é o número total de riachos de uma dada ordem para uma dada bacia de drenagem. A razão de bifurcação é a razão entre o número de riachos de uma dada ordem e o número da ordem seguinte mais elevada. Por definição, o valor desta razão não pode descer abaixo de 2,0, mas pode subir mais, uma vez que riachos superiores à primeira ordem podem receber afluentes de baixa ordem sem serem promovidos para cima na hierarquia. Algumas estimativas para grandes extensões continentais dão rácios de bifurcação de 4,0 ou mais (ver abaixo Rendimento de sedimentos e carga de sedimentos).
Embora o sistema numérico dado aqui, e hoje em dia de uso comum, difere do original de Horton no tratamento de fluxos de troncos, as leis de composição de drenagem de Horton ainda se mantêm, nomeadamente:
1. Lei dos números de fluxos: os números de fluxos de diferentes ordens numa dada bacia de drenagem tendem a aproximar-se de uma série geométrica inversa na qual o primeiro termo é unidade e a razão é a razão de bifurcação.
2. Lei do comprimento dos cursos de água: os comprimentos médios dos cursos de água de cada uma das diferentes ordens numa bacia de drenagem tendem a aproximar-se de uma série geométrica directa em que o primeiro termo é o comprimento médio dos cursos de água da primeira ordem.
Estas leis são prontamente ilustradas por parcelas de número e comprimento médio (em escalas logarítmicas) contra ordem (numa escala aritmética). Os pontos das parcelas situam-se em linhas rectas ou perto delas. As relações ordenadas assim indicadas são independentes do padrão de rede. Elas demonstram relações exponenciais. Horton concluiu também que as inclinações dos cursos de água, expressas como tangentes, diminuem exponencialmente com o aumento da ordem dos cursos de água. As relações sistemáticas identificadas por Horton são independentes do padrão de rede: facilitam muito os estudos comparativos, tais como os das influências da litologia e do clima. Os sucessores de Horton alargaram a análise através de uma vasta gama de geometria de bacia, mostrando que a largura do fluxo, a descarga média e o comprimento do caule principal também podem ser expressos como funções exponenciais de ordem, e a área de drenagem e a inclinação do canal como funções de potência. A inclinação e a descarga podem, por sua vez, ser expressas como funções de potência da largura e da área de drenagem, respectivamente. As relações exponenciais expressas pela morfometria da rede são exemplos particulares do funcionamento das leis fundamentais de crescimento. A este respeito, relacionam a análise da rede de drenagem com a análise da rede e topologia em geral.