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河流的地质作用
河流的地质作用
第十一章河流的地质作用
§1.概述
河流是陆地上永久性有固定水流,它与人类的生活生产有着极其密切的关系。
人类文明的发展与河流分不开的“母亲河”同时从自然界的角度,河流是陆地上最活跃的地质动力。
河流的地质作用是陆地上最强烈的外动力地质作用,流水的作用,是河水运动过程中对地表各种改造。
一、片流、洪流和河流
1.片流与坡积裙
大气降水3/1为地表水,最初覆盖地面沿斜坡均匀活动网状流——片流。
2.洪流与洪积扇
片流进一步发展水量增大,在一些沟槽中汇集、浊流一但浊流便以自身冲刷使沟槽扩大,成沟谷。
沟谷中的浊水能量大(雨季)携带大量冲刷碎屑在沟口(山角处)堆积扇水,称浊积扇,浊积平原。
浊流反在雨季有水(发生)。
3.河流
大型切割源沟各称冲沟,当部沟有充足的外给水源即成为永久性水,称河流。
地表上有固定水道(河道)的经常性水流。
二、河水的运动形式
(一)层流:
水质点运动轨迹(线)平行仅在平坦河底附近运动弱。
(二)紊流:
水质点运动浅无规律紊乱紊流是河水中最常见的运动形式。
(三)环流:
水质点作螺旋状运动,运动迹线在横剖面上投影为环形,
具有较强能量动力。
(三)涡流:
水质绕轴旋转运动,轴与河底近垂直,出现在水流急,河谷凹凸不平,涡流对河床破坏作用强,虽不是河水主要运动形式,但动力强。
三、河流的动能
E=1/2×QV2Q=流量V——流速
动能与流量、流速有着直接关系
流量指单位时间内通过水断面的水量。
流速指单位时间内流通过的距离。
§2.河流的侵蚀作用
河水在运动过程中对河床岩石的剥蚀、破坏作用称侵蚀作用。
一、侵蚀作用的方式
1.冲蚀——流水以本身的动能将河床的泥、砂、砾冲走。
2.磨蚀——流中携带的砂、砾对河床岩石的磨损同时流水
中的砾、砾本身变被磨损。
3.溶蚀——流水溶解了一些酸、碱、盐类,成为溶剂,
溶解河床的岩石。
这三种锓蚀方式通常是同时发生,而不同的条件下,表现的主次、强弱程度不同:
泥质、砂质、河床,冲蚀作用为主,
上游冲、磨为坚硬岩石河床,磨蚀作用明显,下游溶蚀明显
可溶性岩石河床,溶蚀作用强烈。
二、侵蚀作用的类型
按侵蚀作用方向分为:
(一)下蚀作用(底蚀)——流水对河底岩石的锓蚀(磨、冲刷、溶)结果使河床降低。
1.下蚀的原因
1°流水顺坡而下,向下的运动分量冲刷河底。
最重要的下蚀坡度逾陆,下蚀作用越强烈,下蚀最强烈的是瀑布地区。
下蚀作用使瀑布不断后退。
我国黄河壶口瀑布5cm/年(退)北美尼亚加拉瀑布0.3m/年=30m/年。
2°流水携带的砾、砂在河底滚动,跳跃,不断磨蚀河底基岩,洪水期,搬运量大,下蚀作用强烈。
3°涡流作用
涡流使携带的砾石像钻具一样作用于河底,形成凹坑。
4°双向环流
河水涌入峡谷进,河床峡谷中的流水为双向环流使峡谷加深。
2.向源侵蚀(溯源侵蚀)
由于下蚀作用使河流向源头方向伸长(加长)。
两条近乎垂直的河流在溯源侵蚀作用下,发生河流袭夺。
河流袭夺——当两条条河流向同一分水岭溯源侵蚀时,当某一向源侵蚀较快的河流向上伸长并中途切断另一条河流时,于是就把另一河流上游的河水夺过来,此为河流袭夺。
3.侵蚀基准面——河流下蚀作用的极限。
当河床趋于注入水体的水面时,河水失去了势能差,不再流动。
这时一蚀作用也就停止了,因此,注入水体的水面就是河流的侵蚀基准面。
所谓千条江河归大海,河水桌子终是要注入海洋的,所以河流的最终侵蚀基准面——海平面。
有些内陆河流,河口通向湖泊,因此湖面可以说是地方暂时性的侵蚀基准面。
4.河流平衡剖面
河流纵剖面:
河源头至河口,沿中线的剖面向河丘作表现为源头至河品、河底的连线。
由于下蚀作用的结果使河床高度降低,坡度变缓,河床趋于平滑,水动能减少。
当流水即不发生侵蚀,也不发生较大的沉积作用,这时纵使剖面河底成为光滑平缓的曲线,此剖面为河流平衡剖面。
平衡剖面是个达不至的理想剖面,由于人为及自然的作用总是打破平衡形成的条件,但平衡剖面预示了河床的坡度与河流的流连、水量搬起石头砸自己的脚物等因素之间有建立平衡的普遍趋势。
指导水利工程。
(二)侧蚀作用(旁蚀)
河水对河床两岸的岩石进行侵蚀,使河谷加宽或使河道左右迁移的作用称侧蚀作用。
1.侧蚀的原因
1°河流弯道处的离心力
河道中只要有一个哪怕是微小的弯曲存在,流水就会在慢性和离心力的作用下涌向凹岸,从而在道弯处形成单向环流。
单向环流使岸不断侵蚀,同时凸岸沉积,结果加大了河流的弯面程度。
2°科里奥利力的作用
科里奥利力(Coriolisforce)——地球自转偏向力,由于地球自转作用带来的力作用于地表一切运动的物体;北半球向右偏,南半球向左偏的作用少。
由于科氏的作用,即使是很平的河道也将有一侧受到侧方侵蚀,北半球河流的左转弯处,离心力与科氏力同时作用凹岸,侧蚀强烈;右转弯处,离心力与科氏力相反。
2.侧蚀的结果
1°河床弯道处曲率增大
2°河谷加宽,不对称,凹岸陡,凸岸缓。
3°自由河曲及牛轭湖的形成。
自由河曲——河流在平坦宽阔的冲击平原上流动时,侧蚀作用强烈弯道自由发展,弯曲加大,河床在平面上蜿蜒回环。
弯曲很多时,称蛇曲。
湖北—湖南岳阳之间直线87公里,河道240公里。
湖中、下游自由河曲较发育。
河道截弯取直使原几十公里的河道缩短为几公里。
牛轭湖——自由河曲的某一段上,两对的弯道沟通,弃废的部分河道形成了牛轭湖。
三、下蚀、侧蚀作用的关系
河流在运动过程中通常是下蚀、侧蚀同时进行,仅在不同河段上表现度不同。
上游:
地形起伏大,河床坡度陡,下蚀作用为主。
中、下游:
地形相对平缓,侧蚀为主,自由河曲。
纯蚀作用
实际不对称河谷
纯侧蚀作用
§3.河流的搬运作用
河流将其携带的物质向下游方向搬运的作用。
一、搬运方式
机械搬运:
1悬运:
通常是粘土和粉砂粒级的碎屑,由于紊流的向上分力分力作用使其浮在水体中随水流动。
颗粒的沉降速度<紊流向上分力。
2推运:
河床底部较大的砂、砾在流水的水平冲力作用下,沿河底滚动力学或滑动。
推运的砾石最大扁平面的倾向一般指向上游,根据此可判断古河流的流向。
3跃运:
细砂+砾石在靠近河底部跳跃式的随流水向前移。
原因:
近河底附近上下流速不同,底部受河床磨阻力的影响流速减少。
上部流速较大,下下流速差产生的上举力使砾砂跃起,而后上举力消失落下,跳跃式向前移动。
4溶运:
溶液及胶体
可溶盐类:
CaCO3、MgCO3、KCl、Nad
胶体溶液:
SiO2、MnO2
河流以机械搬运为主
搬运能力——河水能够搬运的碎屑颗料大小。
搬运量——河水中携带的碎屑物总量。
r粒径∝V2G重量∝r3粒径G重量∝V6
§4.河流的沉积作用
沉积作用——地表上的风化产物、有机动性物及某些火山物质,在外力的作用下经搬运作用的媒介从原地搬运到其它地方,当搬运动力减弱或在物化学作用下而下沉堆积的过程。
河流的沉积作用——河水中的携带物(由于水动能减少)沉积下来。
一、河流沉积的原因
1水体的阻滞——河水注入其它水体时,运动的水受到相对而言宁静的水体的阻滞,河流流速减少,发生沉积。
2地面坡度的影响
坡度大、水流速快,动能力较少发生沉积。
当坡度减小,河床平缓时,流速减慢,搬运能力降低,发生沉积。
同一条河来说,上游水流急,搬运动力强。
沉积主要发生在中、下游。
河流沉积物称为冲积物
二、冲积物的特征
冲积物主要是机械沉积的碎屑物质。
1.分选性好:
同一时期或同一定地点沉积物颗粒的均匀程度。
当河流流速减少时,携带的碎屑物,按半径大小或颗粒的比重从大小,重轻,先后沉积下来。
因此在一定的地点或某一时期沉积下来的冲积物粒度较均一,也就具有较好的分选性。
2.磨圆度好:
河水中碎屑物,在搬运过程中,使颗粒与颗粒之间以及颗粒与河床基岩发生磨擦,使昨梭角磨圆,较好的磨圆度越向河流的下游碎屑物磨圆度越好。
3.层理清晰
流动的水中沉积的沉积物有较明显的交错层理。
三、沉积作用的类型
1.河床沉积:
河床是经常性流水占据的部分,沉积颗粒较粗,河床沉积中碎屑物有较好的交错层理,河床沉积随着水位的季节性变化而有规律的进行。
(1)心滩:
河床中间的沉积地貌,平水位时(枯水期)高出河面,
洪水期被淹没。
在平原的河流中经常出现心滩。
平面上梭形、长轴平行于流向
双向环流是形成心滩的主要原因。
1洪水期后,水位退落时
2河面进入宽河道时
心滩一旦形成后,将逐渐向下游方向推移。
一般心滩在枯水期(平水期)露出水面,洪水期淹没于水中。
(2)江心洲:
心滩增大,甚至几个心滩连在一起,洪水期亦露出水面,称江心洲。
(3)边滩:
单向环流作用下,河流弯道处凸岸堆积(单向环流将凹岸侵蚀下的碎屑在凸岸堆积下来)新月形,向河流方向倾斜。
2.河漫沉积
(1)河漫滩与冲积平原
现代河床之外,在洪水期被淹没的地带,河床之外的河谷地上,每当洪水期被水淹没,沉咱们了较多碎屑 物,由于水流分散,碎屑颗粒细水长流小——河温滩。
河漫在枯水期露出水面,河漫滩在凸岸范围更大。
由于河床在介蚀作用下常发生左右迁移,因此,现代的河浸滩之处,常是地史中的河床位置。
显然在现代较细的河漫滩沉积之下,有河床的粗颗沉积。
组成了河漫滩的二元结构。
相邻的河漫滩可连成一片形成广阔冲积平原。
(2)天然堤
平行于河床的垄状堆积,洪水期,河水水量加大,溢出河岩。
当溢出两岸时,流速聚然减低,河水中携带的较粗物质在紧靠河床的边缘部大量堆积下来,形成天然堤。
3.三角洲沉积
河流在入海(湖)口处的沉积称三角洲沉积。
三角洲沉积在平面上,大致呈三角形,故名三角洲。
②三角洲内部具有三重层结构(剖面结构)
T—顶积层(前积层增高到河床高度时,随着三角洲向海方向推移,前积层上的近于水平的河床沉积)
F—前积层(三角洲沉积的主体。
河水带的大量泥砂沉积组成)
B——底积层(河流带来的悬浮物质及胶体物质沉积形成了底积层,颗粒
细,以粉砂和粘土为主。
5.构造运动对河流地质作用的影响
地壳的构造运动尤其是上升运动对河流的地质作用有较大的影响,常形成某些特殊的地形地貌。
一、深切河曲
河流的中下游长期的侧蚀作用结果形成了自由河曲,(蜿蜒回环)如果这时上游地壳出现上升运动,那些么整个河流纵比降增大(高差增大)河水获得了更多的动能。
由于动能增加了,下蚀作用便迅速增强,在原来自由河曲育的中下游,河床由于下蚀作用切入到更深的基岩之中,同时,切入基岩中的河流保留了原来自由河曲的确良形态特征(蜿蜒回环,弯道很多)。
如四川嘉陵江中下游。
由于下蚀作用使自由河曲切入到基岩之中。
二、河流阶地
位于河谷谷坡上的不被水淹没的台阶状地形。
Ⅲ
形成原因:
地壳上升,河床下切,原来的河谷被抬高,不再有水淹没。
Ⅱ
Ⅰ
地壳多次间歇上升可形成多级阶地。
Ⅰ—最新Ⅲ—最老
三、准平原与夷平面的概念
现代江河的上游(源头处)多在山区,可以说从河流的演化历史来看,河流形成的最初阶段,河床附近的地貌通常是一些山地。
这时的河流具有很强的侵蚀作用,尤其是下蚀作用,但如果地壳运动保持相对缓定(无大的上升、下降),长期的侵蚀作用结果,将会是下蚀作用使河床坡度变缓,侧蚀作用使河谷加宽并左右摆动,因而使山地逐渐被夷平,最终成为缓坡状平原。
这样的作用过程称夷平化(以河地质作用于为主,包括其它外动力)准平原形成后,如果地壳相对上升,准平原又受流水的侵蚀再次被切割成山地。
山地中山顶上保留了原来准平原的遗迹,具有较平的山顶,同时一系列相邻的平坦山顶大致位于同一高度。
准平原——由于外力(主要是河流)地质作用将山地变化为缓坡状平原。