第四章-流水地貌

第四章流水地貌引言地表流水在流动过程中，不仅能侵蚀地面，形成沟谷，同时将被侵蚀的物质随水流一起运移，在河谷中，特别在河流的下游或河口地区进行堆积，形成河漫滩，冲积平原和三角洲等地形，凡此地表流水的侵蚀，搬运和堆积作用所形成的地貌，统称为流水地貌。地表流水主要来自大气降水，雨水降落到地貌之后，一部分蒸发返回大气层，一部分渗透到土地或岩石裂隙中成为地下水，剩下的沿地表流动，成为地表流水。地表流水又可分为面状水流和线状水流两类。A面状水流即坡面径流，包括坡面上薄层的片流和细小的股流，这种坡面径流是在降雨时或雨停后很短一段时间内，以及融冰时期，出现于微微倾斜的地面上的薄层水流，由于原始地面凹凸不平，水层原度不可能各处一致，所以引起水层分异而逐渐形成股流，坡面径流因出现时间很短，所以称暂时性水流。B线状水流是指在沟谷或河槽中流动的水流，沟谷水流受气候控制：干旱或半干旱气候区，年降雨量少，蒸发量有时超过降水量5～15倍（干旱区），沟谷水流很少、甚至终年几乎无水，只有在夏季暴雨季节沟谷中才有水流，所以也称为暂时性水流；湿润气候区，河流终年保持一定的水量，称为经常性水流。由此可见，流水作用不仅在湿润气候区进行，而且也能在干旱、半干旱地区或者冰雪地区发生，只不过它们作用的方式和强度不同而已，所以流水是地表外营力中最普遍最活跃的作用营力之一。流水作用所形成的地貌及其相应的沉积，是陆地上分布最广的地貌类型与沉积相类型。流水地貌的研究，对水工建筑、航道整治、水土保持和矿产地质等方面都有重要的意义。第一节坡面径流及其所形成的地貌一、坡面径流的形成及其作用1.坡面径流的特性：水层薄、流路广、作用时间和流程短等特征。2.坡面径流对坡地发育的影响：冲刷、搬运、堆积。3.坡面径流的强度大小取决于：气候、地形、地表组成物质和植被等。二、坡面径流作用所形成的地貌根据坡地侵蚀强度一般将坡自上而下分为三个带：不明显冲刷带、冲刷带、淤积带。不明显冲刷带冲刷带淤积带影响因素：气候条件、地表物质、地形条件；形成浅凹地和坡积裙第二节沟谷水流及其所形成的地貌一.沟谷水流作用与沟谷发育1.沟谷水流的特性沟谷是暂时性线状水流侵蚀的结果，这种地形分布十分广泛，尤其在干旱、半干旱气候地带的草原或山麓地带更为常见。这种沟谷水流与前面讲到的面状水流是完全不同的，因为它是线状的，但它又区别与另一种经常性的线状水流－河流，此种水流具有自己独特的水文特性，相应地形成了一系列独特地地貌类型。2.沟谷水流的作用3.沟谷的发育及分类河谷纹沟细沟切沟冲沟坳沟（干谷）二、沟谷水流形成的地貌组合在广大的山区范围内，发育完善的山地沟谷地形，按其纵剖面的特征及侵蚀沉积过程的差异，可以分为三个部分：集水盆、沟谷主干、洪积扇。1.集水盆：2.沟谷主干：3.洪积扇：(1)洪积扇的形态与成因(2)洪积扇的结构(3)气候变化，构造运动对洪积扇发育的影响干旱地区的洪积扇三.泥石流及其形成的地貌1.什么是泥石流？九龙县位于四川省甘孜藏族自治州南部，地处雅砻江畔，属青藏高原边缘横断山区的一部分，境内山高坡陡，地质结构破碎，各种灾害频发，泥石流、滑坡等山地自然灾害尤为严重。据九龙县政府查实，2007年5月24日凌晨，九龙县的呷尔、乃渠、乌拉溪、踏卡等乡普降暴雨，短时间内降雨量达到30毫米，进而诱发多起泥石流、岩崩、滑坡等地质灾害。其中，距县城61公里的乌拉溪乡河坝村发生泥石流灾害造成12人死亡，直接经济损失达到1267.75万元。上面三幅照片是2007年5月24日四川九龙发生泥石后的照片泥石流是山区常见的一种突发性灾害，是介于崩塌、滑坡等块体运动与挟沙水流运动之间的一系列连续流动现象（过程）。它是由大量泥沙、石块等固体物质与水相混合组成，沿山坡或沟谷流动的一种特殊洪流（固液两相流）。按泥石流流体性质分三类：•（1）粘性泥石流•（2）稀性泥石流•（3）过渡性泥石流2.泥石流的三个主要形成条件A固体松散物质储备丰富B坡面坡度与沟谷比降较大C充足的水源供给3.一条发育比较完善的泥石流沟谷，大多有形成区（包括清水区和固体物质补给区）、流通区和堆积区三部分，相应地上游—侵蚀区；中游—以搬运为主；下游—堆积区4.泥石流的防治A“防”－在泥石流的发源地采取绿化山坡，坡地梯田化等生物措施，减缓坡面水土流失；修筑档土墙、排水沟等小型工程，防治滑坡、崩塌，以保持山坡的稳定性。“防”还有另一种意义，即在泥石流频繁爆发的沟谷处，当其它措施难以奏效时，如修筑道路，就必须根据当地特点，或在峡谷口修架单跨渡桥涵通过，或改线绕行避开泥石流。B“截“－在泥石流沟不同地段修建小型堤坝起拦蓄泥石流固体物质，减缓沟床纵比降等作用，以消杀泥石流的冲击力。C“排”－在泥石流搬运段的下方或堆积区建造排洪沟，以利于泥石流畅通无阻，源源下泄。为了达到这一目的，须使沟床保持一定的比降，泥石流运动的临界比降约在10％左右。由于泥石流，特别是粘性泥石流有强烈循直线方向运动的特性，在堆积区可设置导流堤等，使泥石流体流入主河，并被淡化而冲走。使泥石流搬运段保持相对稳定的冲淤平衡。泥石流，四川丹巴，2003.06.小江流域位于云南省东北部，是长江流域生态环境破坏最严重、水土流失最强烈、泥石流危害最大的地区，堪称世界泥石流的博物馆。金沙江的一级支流——小江全长140公里，流域面积3043平方公里。目前，已查明的泥石流沟有140多条，每年有数十条沟谷暴发泥石流，直接输入到金沙江的泥沙达到3000万吨。小江泥石流的输沙量与日俱增，河道淤积越来越严重，对金沙江下游水电梯级开发和长江三峡库区安全构成极大隐患。从20世纪70年代末开始，云南省、昆明市先后投入2000多万元资金和大量的人力、物力，对小江流域内的27条泥石流沟和流域内的水土流失进行治理，取得了一定成效，但仍无法从根本上遏止泥石流的暴发。图为小江支流小白泥沟泥石流冲积扇金沙江一级支流——小江流域生态环境亟待治理小江支流小白泥沟泥石流堆积高度可达4米蒋家沟泥石流暴发时的情景小江支流蒋家沟附近的生态植被状况。这里的一些坡地未退耕还林，水土流失十分严重。经过多年治理，小江支流——大桥河泥石流冲击扇已变成该地的“粮仓”泥石流治理工程试点第三节河流的作用河流地貌是经常性线状水流与河床地形相互作用的产物，复杂多变的河流地貌形态，取决于河道水流的内部运动特征，其中紊流、环流、旋涡流对河流地貌的影响最为密切。211、紊流2、环流一、河道水流运动的基本特点凸岸凹岸弯道环流发育过程：滨河床浅滩→雏形河漫滩→河漫滩；3、旋涡流当河道中的水流流过局部障碍物时（如河床形态的局部变化，或者河岸旁的人工堤坝等），要克服粘滞阻力而作功，由于边界的滞水作用，流速将沿程减小，压力却沿程增大，动能不断地消耗，到了一定的位置，边界流速终于变于零，然而水流是连续的，必然要由下游的水来填充这里的断流，便形成回流区，这就是旋涡流形成的原理。例如在天然河道突然变宽的河段，或者岬嘴突出的下游都能形成旋涡流，河岸附近绕垂直轴旋转的直轴旋涡，常对岸边产生强烈的冲刷，引起河岸的崩塌，在床底岩槛及尺度较大的沙波等起伏处形成的横轴旋涡流会使床底形态发生变化。二、河流的侵蚀侧蚀作用下蚀作用溯源侵蚀河流的侵蚀作用下蚀作用•1.概念解释是一切流水侵蚀的基本作用，是由沙、砾石和滚石在被流水沿河底搬运过程中，不断磨蚀河床底面，把最坚硬的基岩切割凿穿。•2.地貌特征形成壶穴、跌水潭、水蚀槽等地貌形态，出现岩槛和瀑布。流水中的沙、砾石和滚石颗粒由大变小，浑圆光滑。•3.影响因子水流的动能，含沙量和河床组成物质的抗冲蚀能力。金沙江金沙江虎跳峡侧蚀作用•发生部位——主要发生于河床弯曲处•地貌特征——受横向环流作用，流水掏蚀凹岸，形成凹岸受蚀、凸岸堆积的现象。•直接结果——其结果是导致河床发生侧向迁移，并导致河曲的发育。迂回于横断山中的长江上游河曲溯源侵蚀•1.概念解释溯源侵蚀——指的是河流向源头或山坡的后退侵蚀，使河谷延伸加长直抵分水岭。•2.本质——是河流下切作用在源头或河床的瀑布、裂点处向上发展的结果。•3.影响因子与流速、水量、岩性和土层的松软有关三、河流的搬运作用•1.概念解释——河道水流挟带泥沙及溶解质，推移河床底部沙砾，改变它们的位置，称之为搬运作用。•2.河流搬运作用的主要形式：推移、悬移、溶解河流的搬运方式（据K.W.布泽）P—深槽；R—浅滩；W—河水面颗粒太大而不能悬浮的沙、砾石集中在河底，以滑动、滚动和偶尔低跳的方式移动，这种搬运形式称之为推移。推移质——粗沙、砾石跃移质——细砾石、沙推移河流的搬运方式（据K.W.布泽）P—深槽；R—浅滩；W—河水面粒径较小的粉沙与粘土，在流水中呈悬浮状态搬运，这种搬运形式称之为悬移。悬移河流的搬运方式（据K.W.布泽）P—深槽；R—浅滩；W—河水面把物质溶解于水中而后搬运，这种形式称之为溶解或溶运。溶解搬运方式：推移、悬移、溶解质搬运四、河流的沉积作用•1.概念解释——在河流的搬运过程中，较大较重的物质沉降与河床底部的这种方式称之为沉积作用。•2.影响因素——河床坡降减小；流速减慢；流量减少；泥沙增多；人工筑坝拦水等。•3.地貌特征——河床横剖面由深到浅，河床弯曲段凸岸堆积致使河漫滩不对称。流水的侵蚀、搬运和堆积三种作用是经常变化和更替的，对一条河流来说，在正常情况下，上游总是以侵蚀作用为主，而下游总是以堆积为主，当然如果海面下降，下游段也可能转为侵蚀作用为主（这一点我们在以后会详细介绍），如果河流水量减少，泥沙物质增多，在河流上游也可以堆积为主，在同一时间，同一地段内，侵蚀和堆积也是同时进行的，例如在弯曲河段，凹岸侵蚀，被侵蚀的物质由于环流的作用，被搬运到凸岸堆积下来。由此可见，侵蚀、搬运、堆积作用总是同时进行的，只是在不同地点，不同时间内，不同条件下，它们的作用强度和性质不同而已，所以不能把侵蚀、搬运和堆积作用孤立起来，机械地划分侵蚀、堆积过程。侵蚀、沉积和流速的关系图：第四节河流地貌一、河谷基本形态河谷的基本要素：河床、河漫滩、阶地洪水位平水位谷坡谷坡谷底河谷的发育峡谷：呈V形，下蚀为主，谷底几乎为河床占据；宽谷：呈宽V形，侧蚀为主，形成曲流河床，河床左右不对称，开始发育河漫滩；成熟河谷：为宽浅U形，以河流堆积作用为主，形成泛滥平原。上游中游下游虎跳峡的路三峡栈道长江三峡二、河床地貌1、河床纵剖面从这一条剖面线来看，上游剖面较陡，且多为阶梯形，下游坡度较平缓，到19世纪末，关于河床纵剖面的问题形成了以下三个基本概念。（1）、侵蚀基准面河床纵剖面是河流作用形成的，河流下切侵蚀的深度也并不是无止境的，往往受某一基面的控制。河流下切到接近这种面后即失去侵蚀能力，不能侵蚀到此面以下，这一水平面称之为河流侵蚀基准面。A地方侵蚀基准面：一些坚硬的岩坎，湖泊洼地或河流的汇口等等，它们起着暂时性的、局部性的控制河流下切的基准面的作用。在河流发育的过程中，地方侵蚀基准面起了主要的作用。B终极侵蚀基准面：海面侵蚀基准面的变化直接影响河床纵剖面的发展，当侵蚀基面上升时，往往促使河流堆积，如在河流中由于建坝河水面升高而使上游回水，在回水范围内搬运能力减弱而发生堆积，相反，当侵蚀基面下降时，因基面下降而出露的河床坡度增大，水流侵蚀作用加强，开始在河流的下游发生侵蚀，然而逐渐向上游发展，导致溯源侵蚀。在此应该指出的是，侵蚀基准面完全不能决定整条河谷范围内侵蚀作用的实际过程，河流的侵蚀作用依赖于河流坡降、水量、冲积物、河床对破坏作用的抵制程度等等，河流侵蚀基准面只是河流的一种潜在的基准，这种基准并不是绝对的，例如长江中下游出现不少位于吴淞零点以下十余米到数十米的深槽，就是一种与局部河段特殊的边界条和水流条件有关的现象。总的来说，河流侵蚀基准面变动对河流活动的影响是有限的，而且表现的方式也不同。（2）、溯源侵蚀（向源侵蚀）溯源侵蚀不仅包括从河口开始逐渐向上游扩展的深切侵蚀，同时也包括河流源头向河间地推进，以及河流上各个跌水的向上游推进。溯源侵蚀在河床纵剖面的塑造过程中起着重要的作用。但是也应该看到河流在每一时刻任一河段都在进行着沿程侵蚀和堆积作用，正因为这些作用的结果，