第五章地面流水地质作用

地质学基础第五章地面流水的地质作用内容提要：地面流水概述面流的地质作用洪流的地质作用河流的地质作用第一节地面流水概述地面流水暂时性地面流水长期性地面流水——河流:具有一定河道的长期性地面流水面流（片流）：是在大气降水的同时，山体斜坡上出现的面状流水，它随大所降水的结束而停止流动。洪流：是在大气降水的同时或紧接大气降水之后，在山体沟谷中形成的线状流水，且在大气降水之后不久就消退。一、地面流水的概念及其分类地面流水:是指陆地表面流动着的液态水。它们在重力作用下，沿地表从高处向低处流动。地面流水主要来自大气降水，其次来自冰雪融水和地下水。二、水系、流域、分水岭的概念水系：主流与支流所构成的流水运行系统。流域：水系所覆盖的区域。分水岭：两个水系之间的高地（山岭）。第一节、地面流水概述岭水分第二节面流（片流）的地质作用一、面流（片流）的剥蚀作用片流对山坡松散层产生的破坏作用称为片流的剥蚀作用。片流是一种在斜坡上的面状流水，流速慢，水层薄，所以它的剥蚀作用弱，而且呈面状发展的特点，故又称洗刷作用。虽然片流剥蚀作用较弱，但大量风化产物剥离原地的最初动力就来自片流，河流所搬运的物质大多数是由片流提供的。片流还是大气降水形成最初的地面流水，剥蚀形成地表形态的雏形，形成溶沟、石芽、小沟等地貌。现今许多地区出现的大量水土流失也与片流的剥蚀作用有关。斜坡上的细沟第二节面流（片流）的地质作用二、面流（片流）的搬运与沉积作用坡积裙（美国加洲）面流（片流）将其洗刷的碎屑物质从山坡上搬运到（带到）山坡下部的一定位置沉积下来，形成坡积裙（坡积物）。第三节洪流的地质作用一、洪流的特点洪（流）水发生具有突然性，水量猛增，水位暴涨，流速快，挟带砂石多，上下游落差突然增大，平时温驯的河流，显出排山倒海之势，也真有雷霍万钩之力。洪水所过，田园庐舍成墟，这时水对地面的破坏作用，表现得非常明显。第三节洪流的地质作用二、洪流的地质作用1、洪流的剥蚀作用洪流以其自身的动力和挟带的砂石对沿途沟壁和沟底的破坏作用称为洪流的剥蚀作用。由于洪流的流量较大，流速快，挟带砂石较多，机械冲击力很强，所以常具有较强的剥蚀能力，而且以机械的方式作用为主，故又称冲蚀作用。洪流的剥蚀作用可加深和拓宽沟谷的作用，形成的冲沟在纵剖面上坡降大，大横剖面上为陡的“V”字形。斜坡上的冲沟（美国加洲）冲沟洪积裙第三节洪流的地质作用二、洪流的地质作用2、洪流的搬运与沉积作用洪积扇：洪流携带大量泥沙、石块到沟口，由于坡度减小，洪流无侧壁约束，水流分散，动能迅速减弱，所搬运的碎屑物在沟口大量沉积，形成扇形堆积地貌。洪积扇请同学们注意沿A-A’剖面洪积扇的结构变化特征。第三节洪流的地质作用洪流的沉积作用—洪积扇大理西南苍山东麓洪积扇（裙）及冲积平原冲积平原洪积扇洪积扇洪积扇洪积扇第三节洪流的地质作用洪流的沉积作用—洪积扇的结构根据洪积扇的物质组成与分布特征，可将其分为三个组成部分：①扇顶相：砾石组成，含沙透镜体，有层理，分选性较差，磨圆较差。②扇中相：主要由沙，粉砂，亚粘土组成，含细纱透镜体，有清楚的层理。③扇缘相：主要由细的亚粘土，粘土和部分粉砂组成，清晰层理，由于地下水的出露，常为干旱地区的绿洲所在之地。概述河流的空间形态河水的运动形式河流的动能河流的地质作用河流的侵蚀作用河流的搬运作用河流的沉积作用构造运动对河流地质作用的影响第四节河流的地质作用第四节河流的地质作用一、概述河流是陆地上永久性有固定水道的地面流水，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”。世界十大河流（km）第四节河流的地质作用一、概述从自然界的角度，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。第四节河流的地质作用（一）河流的空间形态-纵向特征600700(km)万县奉节三斗坪宜昌400300500水面平均高度河床平均高度实际河床高度大洪江丰都忠县100-100200050200150100(m)-50自重庆到宜昌的长江河段纵剖面图第四节河流的地质作用（二）河流的空间形态-横向特征（河谷要素）河谷：河流侵蚀出的槽形凹地谷底：河谷底部较平坦的部分河床：河流平水期河水占据的河槽漫滩：洪水期被洪水淹没的河床侧旁侧的谷底部分谷坡：谷底至分水岭的斜坡阶地：谷坡上的阶梯状平台第四节河流的地质作用（三）河水的运动形式—层流与紊流层流：水质点运动轨迹（线）平行的匀速运动，上下层水质点之间保持着恒定的流动方向，相互不发生干扰。紊流：流动的水质点做不规则的漩涡运动，上下层水质点存在交换，相互发生干扰。第四节河流的地质作用（三）河水的运动形式—环流与涡流环流：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。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。第四节河流的地质作用（四）河流的动能河流的动能与流量、流速有着直接关系E=1/2×QV2流量（Q）：指单位时间内通过水断面的水量。流速（V）：指单位时间内流通过的距离。第四节河流的地质作用二、河流的侵蚀作用河流侵蚀作用的概念河流侵蚀作用的方式河流侵蚀作用的类型第四节河流的地质作用（一）河流侵蚀作用的概念河流的侵蚀作用是指河流在从高处向低处流动过程中，以自身的化学动力(溶解力)和机械动力(水力)，并以携带的泥沙和砾石作工具，不断地破坏河床的过程。第四节河流的地质作用（二）河流侵蚀作用的方式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。这三种侵蚀方式通常是同时发生，而在不同的条件下，表现的主次、强弱程度不同，如：•泥质、砂质河床，冲蚀作用为主，•上游以冲、磨坚硬岩石河床为主，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。第四节河流的地质作用（三）河流侵蚀作用的类型按侵蚀作用的方向分为两种类型：河流的下蚀作用：河水对河床底部岩石破坏，使河谷加深的过程。河流的侧蚀作用：河水对河床岩石破坏，使河谷拓宽的过程。第四节河流的地质作用1、河流的下蚀作用1）下蚀原因（1）流水顺坡而下，向下运动分量冲刷河底。最重要的是下蚀坡度逾陡，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。第四节河流的地质作用1、河流的下蚀作用2）下蚀过程第四节河流的地质作用3）向源侵蚀（溯源侵蚀）-瀑布与袭夺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。黄果树瀑布第四节河流的地质作用3）、向源侵蚀（溯源侵蚀）-袭夺河流袭夺过程长江第一湾—河流袭夺湾边滩心滩心滩漫滩边滩边滩第四节河流的地质作用4）、河流下蚀作用的极限—侵蚀基准面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。这时下蚀作用也就停止了，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，河水最终是要注入海洋的，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。第四节河流的地质作用5）河流的平衡剖面河流纵剖面：河流的源头至河口，沿中线所作的剖面。河流平衡剖面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，这时纵剖面河底成为光滑平缓的曲线，此剖面为河流平衡剖面。由于人为及自然的作用总是打破平衡形成的条件，因此，平衡剖面只是一个暂时的理想剖面。第四节河流的地质作用6）河流下蚀作用的结果（峡谷地貌）：河谷加深，横剖面为V字形，河谷增长。长江三峡—瞿塘峡瞿塘峡(亦称夔峡)气势磅礴，险峰对峙，是三峡中最短的峡谷，但却“西控巴渝收万壑，东连荆楚压群山”。峡中江流澎湃，涛声雷鸣，号称“天下雄关”。瞿塘峡特点是山势雄峻。长江三峡—巫峡巫峡，号称为三峡中的大峡。巫山十二峰，象一串翠绿的宝石，镶嵌江畔。激流劈出的巫峡，以其幽深秀丽、深沉肃穆著称。蒙蒙烟雨，潺潺细流，飞虹流彩，把峡谷妆扮的妩媚多姿！长江三峡—西陵峡西陵峡是三峡中最长的一个峡，长70公里，自宜昌市南津关至宜昌秭归县香溪河，其特点是滩多水急。虎跳峡虎跳石雅鲁藏布江大峡谷平均深2673m秘鲁南安第斯山科尔卡峡谷深3200m科罗拉多峡谷长370km，最深2133m第四节河流的地质作用2、河流的侧蚀作用1）侧蚀作用的原因（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，流水就会在惯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。第四节河流的地质作用（２）、科里奥利力的（地球自转偏向力）作用科里奥利力（Coriolisforce）—地球自转偏向力，由于地球自转作用引起的一种作用于地表一切运动物体的力。结果是沿前进的方向，北半球向右偏，南半球向左偏。2、河流的侧蚀作用1）侧蚀作用的原因科里奥利力的特点科里奥利力具有以下几个特点：（1）这个力只改变物体的运动方向，不改变物体的运动速度；（2）这个力的作用方向总是与物体的运动方向垂直；（3）这个力的大小与物体运动的线速度成正比；（4）这个力的大小与纬度的正弦成正比，在赤道处为零，向两极地区逐步增大。第四节河流的地质作用2、河流的侧蚀作用2）侧蚀作用的结果１、河床弯道处曲率增大（左下图）。２、河谷加宽，不对称，凹岸陡，凸岸缓（左下图）。３、自由河曲（河曲）及牛轭湖的形成（右下图）。第四节河流的地质作用3）自由河曲自由河曲—河流在平坦宽阔的冲积平原上流动时，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。自由河曲的形成的成因：是因为水流的旁蚀而成，即河水长时间冲刷河岸所致。因为科氏力的作用，河曲外侧流速最快，所以侵蚀的程度也最大。而在河曲的内侧由于流速减慢，从外侧侵蚀下来的物质便在此发生沉积，形成点砂坝。这样河底波状更明显，在河道两侧出现交替排列的浅滩和凹坑。如此反复进行，河道就慢慢变成一系列略呈对称的弯道。第四节河流的地质作用自由河曲长江自由河曲第四节河流的地质作用牛轭湖随着河道弯曲的演化，河曲带逐渐加宽，河道长度逐渐增大，河床坡度减小，流速减低。在这一演变过程中，因河道弯曲率逐渐增加，河弯颈部渐细，最终在洪水期河水可能冲破河弯颈取直道前进，造成河流的天然截弯取直。正是这种取直现象使河曲带不可能无限加宽。河道截弯取直以后原来的河弯被废弃，并堵塞成湖，称为牛轭湖。我国长江中下游自宜昌以下就发育有良好的牛轭湖。牛轭湖形成过程示意图第四节河流的地质作用3、下蚀作用与侧蚀作用的关系时间上：河流发育的早期以下蚀作用为主，随着坡度减小，逐渐转为以侧蚀作用为主。空间上：河流上游以下蚀作用为主，河流下游以侧蚀作用为主。第四节河流的地质作用三、河流的搬运作用河流搬运作用的概念河流搬运的物质河流搬运作用的方式第四节河流的地质作用（一）河流搬运作用的概念河流搬运作用：是指河水将剥蚀的物质从一个地方运移到另一个地方的过程。第四节河流的地质作用（二）河流搬运的物质化学溶解物质非溶解的碎屑物质第四节河流的地质作用（三）河流搬运作用的方式机械搬运化学搬运第四节河流的地质作用1、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作用，使其浮在水体中随水流动。颗粒的重力紊流向