工程地质 地表流水地质作用

地表流水地质作用本节主要内容1.地面流水的概述；2.暂时性流水的地质作用；3.河流地质作用；4.河流的去夷化作用。重点和难点1.河流的地质作用；2.河流阶地的形成。第二节1.地面流水概述河流属于地表水的地面流水，其地质作用塑造陆地形态，改变着地球的外貌。山区进行侵蚀作用，形成深切峡谷，使地面逐渐降低，并将大量的风化产物输入海洋；在平原或低洼区则以沉积作用为主，使地面升高，河流地质作用的总体结果是不断地夷平地表面。地面流水搬运的沉积物是陆地地面上沉积物的重要组成部分。一、地面流水的概述（一）地面流水的种类片流（坡流、面流）——面状无槽流水1.暂时性流水线状有槽流水2.常年性流水——河流洪流最初降水向下沿自然斜坡均匀流动，流速小、水层薄，水流方向受地面起伏影响，无固定流向，形成网状细流，称为片流（坡流、面流）。洪流是随着片流的进一步发育，山坡上沿最大坡度可以先出现一些沟槽的雏形。沟槽雏形一旦出现，其水层增厚，流量增大，冲刷能力增强，片流中更多的水层向沟槽集中，冲刷能力增强，刷深和扩大沟槽，片流洪流。第二节1.地面流水概述沟槽沟谷（冲沟）。沟谷流水已经具有固定流向，但其水源全靠大气降水补给，雨后水量大，无雨沟谷干枯，水流时断时续，这就是洪流与河流的根本区别。冲沟的发展有两种可能趋势：一种是向下冲刷停止，沟底不能继续加深，这时冲沟具有宽阔而平缓的沟底，和缓上凸的沟坡，沟底为较细的砂土所堆积，它标志着冲沟的衰老。另一种是流水深切沟底达地下水面，冲沟流水可能得到地下水源源不断的补充，暂时性的冲沟流水便转变成具有经常流水的河流，冲沟河谷。沟谷发展成为河谷，河谷由小到大逐渐发展。河谷通常由几部分组成，并且具有不同类型的横剖面。河谷中经常性水流为河流。第二节1.地面流水概述冲沟形成发展的四个阶段：1.冲槽阶段（细沟阶段）冲沟的开始，会淤塞边沟，毁损路面，破坏路基，填平沟槽，种植草皮保护坡面。2.下切阶段（切沟阶段）公路避免从沟顶附近的沟壁通过，中下部通过应修截水沟，沟头设多级跌水石坎，沟底铺石加固。3.平衡阶段（冲沟阶段）设跨沟桥，路基、桥涵高度应在洪水位以上，桥涵孔径应大于排洪量，加固沟壁，设置跌水、防止侧蚀水毁路基及切坡后内边坡失稳，防止崩塌滑坡的发生。4.休止阶段（拗谷阶段）治理同上第二节1.地面流水概述冲沟发展的第一阶段是形成细沟第二节1.地面流水概述冲下泥土在底部堆积冲沟发展的第二阶段是以强烈的下蚀作用为主第二节1.地面流水概述冲沟发展的第三阶段是使谷底逐渐变缓，同时冲沟的岸坡逐渐塌落，形成天然稳定的坡度第二节1.地面流水概述（二）地面流水的地质作用现代地貌（高山峡谷、广阔平原）主要是由流水地质作用形成的，地面流水是分布最广泛的地质外营力，是塑造大地面貌的雕塑家。地面流水地质作用分为：侵蚀作用、搬运作用、沉积作用。破坏建造第二节1.地面流水概述二、暂时性流水的地质作用（一）片流的地质作用1.片流的洗刷作用片流（坡流、面流）——在降雨或融雪时，地表水一部分渗入地下，其余的沿坡面向下运动。这种暂时性的无固定流槽的地面薄层状、网状细流称为片流。2.片流的堆积作用与坡积物片流搬运的物体在坡麓堆积下来，形成坡积物。①成分为岩屑、矿屑、砂砾或矿质黏土，与坡上基岩密切相关；②碎屑颗粒大小混杂，棱角分明、分选性差，层理不明显。坡积物的特点：第二节2.地面暂时性流水的地质作用（二）洪流的地质作用1.洪流的冲刷作用与冲沟洪流——坡流逐渐集中汇成几段较大的线状水流，再向下汇聚成快速奔腾的洪流。洪流猛烈冲刷沟底、沟壁的岩石并使其遭受破坏，称为冲刷作用。冲刷作用将坡面凹地冲刷成两壁陡峭的沟谷。多次冲刷两侧形成许多小冲沟，共同构成了冲沟系统。第二节2.地面暂时性流水的地质作用2.洪流的堆积作用与洪积扇洪积物的特点：①沟口附近堆积多，厚度大，颗粒粗大，越向外堆积越少越薄，颗粒细小，具明显的分带性。③堆积的地形是锥状时，称为洪积锥（冲积锥），呈扇形时称为洪积扇。②磨圆度差，分选性较差，可见斜层理和交错层理。第二节2.地面暂时性流水的地质作用（一）河流侵蚀作用河水在河床流动中时对谷底和谷坡的冲蚀作用称为侵蚀作用。分为底蚀作用和侧蚀作用。1.河流的底蚀作用河流在垂直方向上对河底的冲刷作用，称为底蚀作用，又称为下蚀作用。第二节3.河流地质作用三、河流地质作用1）峡谷急流瀑布——在河流上游，河底纵坡降大，水流速度快，底蚀作用最为强烈。加上岩石性质构造条件的影响，常形成峡谷，急流和瀑布。第二节3.河流地质作用河流能不能无止境的下蚀呢？2）侵蚀基准面——河流下蚀的极限。海平面是外流水系的共同侵蚀基准面。局部侵蚀基准面河流注入湖泊的湖面高度支流注入主流的河面高度3）河流的平衡剖面——河流在其形成的初期，多急流与瀑布，河流纵剖面不平滑。由于下蚀和溯源侵蚀作用，河床上的突起被削去，凹坑被填平，急流和瀑布消失，河流纵剖面逐渐演变成为平滑的曲线，称为平衡剖面。水坝的建立，能破坏河流在演化中建立起来的平衡状态。第二节3.河流地质用2.溯源侵蚀河流自形成之后，河谷有向源头发展、增长河谷长度的趋势，这个过程称为河流的溯源侵蚀，也称为向源侵蚀。第二节3.河流地质作用3.河流的侧蚀作用河流在水平方向冲蚀河岸，使岸坡不断坍塌后退，从而加宽河谷的作用，称为侧蚀作用或旁蚀作用。在侧蚀作用下常形成曲流和牛轭湖。1）河谷的扩宽与弯曲2）河床的摆动与曲流的裁弯取直侧方侵蚀作用使河谷加宽和形成河曲、蛇曲的过程。第二节3.河流地质作用3）河流袭夺当两条河流向同一分水岭溯源侵蚀时，有可能发生河流甲溯源侵蚀进入河流乙的河谷内，因甲河床比乙河床低，于是河流甲把河流乙的水夺走，这种现象称河流的袭夺。河流乙叫断头河，河流甲叫袭夺河。第二节3.河流地质作用（二）河流的搬运作用河流是陆地上最主要最强壮的搬运工。其搬运能力的大小取决于流量和流速；物质来源主要是谷坡洗刷、崩落、滑塌下来的产物和冲沟内洪流冲刷出来的产物，河流侵蚀河床的产物；搬运的方式有：拖运、悬运与溶运三种。第二节3.河流地质作用河流的搬运作用：河水在流动过程中夹带沿途冲刷侵蚀下来的物质（泥沙、石块等）离开原地的移动作用。河底中被拖运的碎屑，一方面磨蚀河床底部和岸坡，另一方面互相撞击，使得其棱角被磨平的作用过程。磨圆度越好说明搬运距离越远。第二节3.河流地质作用1.物质搬运方式1）拖运（牵引搬运）——河床中巨大的石块、砾石、砂，随着河水流动，在河底部的滑动、滚动和跳跃的移动。2）悬运——河流中的粉沙和黏土由于颗粒的细小悬浮在水流中，随着流水前进。3）溶运——河流中一些溶解于水的可溶性岩石和矿物成分，呈真溶液或胶体溶液状态被水搬运。（三）河流的沉积作用河流搬运的物质由于流量流速的变小，使流水动能减少，搬运能力降低，造成河流搬运携带的碎屑物质沉积下来，形成冲积物。1.沉积作用发生的原因第二节3.河流地质作用第二节3.河流地质作用2.河流的沉积物山口沉积作用来自山区的河流，携带着大量机械搬运物到山口开阔的平地上，由于河床坡降明显减小，水流又无地形约束而散开，河水动力突然大大减小，机械搬运能力迅速降低，搬运物就会山口沉积下来。山口沉积物常形成扇状地貌：冲积扇。谷底沉积作用谷底包括两部分。一部分是被河水所覆盖的河床，在河床上产生的沉积作用称河床沉积；另一部分是平水位时谷底未被河水所淹没的平坦地形——河漫滩。河口沉积作用河口是河流最主要的沉积场所。当河流入湖泊、海洋时受湖水或海水的顶托，流速迅速减小，使河水搬运能力减弱甚至消失，大量机械搬运物质在河口沉积下来。另一方面由于湖水、海水中富含有电解质，当河流中以胶体搬运的溶运物与湖水、海水相混合后，海水中的电解质破坏了胶体的稳定性，致使胶体凝聚，而沉积在河口。在河流流入湖泊或海洋的地方，河流沉积物常形成锥形的沉积地貌（其外形象三角形）称为三角洲。第二节3.河流地质作用3.沉积的主要类型1）心滩——河水从窄束段流入开阔段时，流速减小，致使较粗部分在河底中部淤积，逐渐形成心滩。2）边滩与河漫滩①边滩——是单向环流将凹岸掏蚀的物质带到凸岸沉积形成的小规模沉积体，仅在洪水期被淹没。第二节3.河流地质作用在大河的中下游地区，由于河床长期往复摆动河漫滩不断发展扩大并连在一起。从而形成广阔的冲积平原，如长江中下游平原。②河漫滩——是边滩变宽，沿着河流方向分布，加高且面积扩大的产物。平水期出露，洪水期被淹没，普遍发育有河流冲积物二元结构。第二节3.河流地质作用三角洲沉积包括：水下部分前积层——碎屑沉积具斜层理底积层——细的悬浮物质胶体水上部分顶积层——碎屑沉积具水平层理。3）三角洲——河水在入海、湖口地段受到海湖水的阻滞，动能明显减弱，携带的泥沙沉积下来形成河口积淤，其形状一般是呈向大海（湖）中伸出的三角形平地，故称为三角洲。物质，具水平层理。第二节3.河流地质作用2）谷坡：高出谷地两侧的斜坡。谷缘：谷坡上部的转折处。谷麓：谷坡与谷底之间的转折处。1）谷底：河谷底部平坦的部分分为河床、河漫滩。河床：谷底最低处经常有流水的部分。河漫滩：洪水期被淹没，枯水期出露的谷底部分。4.河谷的组成第二节3.河流侵蚀作用1.以机械碎屑为主；2.具有良好的分选性（粗大的先沉积，细小的后沉积）;3.具有较好的磨圆度;4.成层性较清晰;5.常具有二元结构；6.常具有波痕，砂丘和交错层理等原生构造。（四）冲积物及其特点第二节3.河流地质作用上游下游四、河流的去均夷化作用河流通过长期的侵蚀、搬运与沉积改变着它的纵剖面，向均夷化方向发展。是河流衰老的过程。影响河流下蚀的因素一旦变化，河流获得新的能量，于是下蚀复苏。这种现象称为去均夷化作用或河流的返老还童。①地壳的升降运动：陆地上升使河床抬高或者海平面下降使侵蚀基准面下降，从而使下蚀作用增强。②气候变化：由于干燥转为潮湿，水流量增加，河流加速下蚀。去均夷化作用形成的原因：第二节4.河流的去均夷化作用河流阶地的构成1）河流阶地——原生河谷的谷底，由于河流底蚀作用重新加强而相对抬升到洪水位以上，形成分布于河谷两侧、沿谷坡伸展的阶梯状地形。2.河流阶地河流重新下蚀速度适当，原有河弯不受破坏而继承下来，致使河曲深深刻入基岩之中，这种河曲称为深切河曲。1.深切河曲第二节4.河流的去均夷化作用河流阶地的类型：1）侵蚀阶地——是由基岩构成，一般阶地面较窄，没有或零星有冲积物，阶地崖较高。一般形成于构造抬升的山区河谷中。如长江三峡4级以下阶地均属于此。①阶地面——微倾斜的平台面，代表相对稳定时间。②阶地崖（阶地斜坡）——急倾斜坡，是河流底蚀作用强烈时期的产物，其高度反映变化的幅度。2）阶地的构成第二节4.河流的去均夷化作用3）堆积阶地——全部由冲积物构成，无基岩出露。当多级堆积阶地存在时，又可分为：①内叠阶地——新阶地套在老阶地内侧。②上叠阶地——新阶地冲积物重叠在老阶地冲积物上面。2）基座阶地——阶地面上为冲积物，阶地崖下部可见到基岩。说明河流下蚀的深度大于原生沉积物厚度。反映后期构造上升较大的特点。第二节4.河流的去均夷化作用一级阶地二级阶地四级阶地五级阶地三级阶地1）有助于研究近代地壳升降运动以及河流地质作用历史。2）为工程建筑设计、施工提供地质资料；注意古河道与现代河流的走向，减少建筑物的差异沉降。3）与公路的关系：①可以缓和山谷坡脚地形的平面曲折和纵向起伏，有利于路线平纵面设计和减少工程量；②又不易遭受山坡变形和洪水淹没的威胁，容易保证路基稳定。在公路的高程能够满足的条件下，一般选择一级和二级阶地通过。3.河流阶地的研究意义第二节4.河流的去均夷化作用了解地面流水的概念、类型及流水地质作用的动能基本原理，基本掌握流水的侵蚀、搬运、沉积作用的一般特征及沉积物的特征；初步掌握河流阶地的形成原理和分类。学习重点重点是河流的地质作用；难点是河流阶地的形成。作业及思考题1.坡积物、洪积物、冲积物是怎样形成的？各有什么特征？2.下蚀作用、侧蚀作用产生的原因？各形成何种地貌形态？本节学习要求3.绘图表示河谷结构要素。4.绘图表示河流阶地类型。