第4章-流水地貌

第四章流水地貌流水地貌概念流水是形成陆地地貌的主要外营力之一。它分布广泛，在温暖湿润地区，流水作用是塑造地貌的主要营力，在极地高寒地区和干旱荒漠地区，也可有流水作用的痕迹。流水在运动过程中，使沿程的物质发生侵蚀、搬运和堆积，形成了各种侵蚀地貌和堆积地貌。这种由流水作用所形成的各种地貌，统称为流水地貌。地表流水主要来自大气降水，同时也可接受地下水或冰雪融水的补给。•按水流形式分为：面状水流（坡面径流）、线状水流（沟谷或河槽水流）•按照水流的持续性分为：暂时性水流（干旱半干旱地区）、经常性水流（湿润气候区）地表水流的类型第一节坡面径流及其形成的地貌一、坡面径流的形成与作用（一）坡面径流的形成坡面径流的形成，主要取决于降水强度、土壤渗透率和地形条件。降水时，一部分水渗入地下，另一部分水体在重力作用下沿倾斜坡地向下流动，形成面状水流，它使地面较均匀地降低。坡面径流在形成初期，水层薄，流速小，流向受地表粗糙度影响，多呈漫流状态。随着水层增厚，冲刷能力的增强，薄层片状水流开始分离，形成无数细小股流。它们沿途时分时合，无固定流路，沿坡面呈网状流动。若水流进一步集中，则面状水流就向线状水流转化。因此，坡面径流是地表流水形成的初期阶段，它具有水层薄、流路广、作用时间和流程短等特点。（二）坡面径流作用坡面径流是坡地地貌发育的重要控制因素，主要表现为冲刷、搬运和堆积作用三种方式。坡面径流作用强度的大小，首先取决于气候条件，降水量越多或降水强度越大，径流量越大，水流的冲刷和搬运能力越强，坡麓泥沙的堆积量也就越多。其次，地形（坡长、坡度和坡形）控制了坡面径流的冲刷速度和冲刷量。一般而言，坡长越长，沿程汇聚的水流越多，越到下坡水流的能量越大，侵蚀作用也越强。但是，随着坡长的增加，水流携带的泥沙量也随之增多，需要消耗一部分能量，而使水流侵蚀能力减小，甚至产生泥沙的堆积。因此，坡面径流侵蚀能力并不是随坡面加长而呈直线增大。坡度加大可使径流速度加快，冲刷力增强；但是，坡度加大却又使径流量减小，因为在降雨强度不变的情况下，坡度加大，坡面单位面积接受的雨量减少。a4地形坡度0降雨强度不变时，坡面受雨面积和坡度的关系0a1,0a2,0a3,0a4坡长相等、坡度不同a3a2a101020304050607080901000—55—1516—2526—3536—4546—5556—6566—7576—8586坡度冲刷程度（%）无侵蚀沟壑冲刷坡面冲刷侵蚀强度和坡度的关系坡度小于20°时，冲刷能力随坡度增大而增强较快。大于20°时冲刷能力仍有增大，到40°左右达到最大，其后随坡度增加而冲刷能力递减。另外，土壤结构对坡面侵蚀也有很大影响。由粘土构成的坚实地面或基岩裸露的地表，雨水很少下渗，大部分迅速转化为坡面径流。土壤渗透率高、颗粒结构好，可以吸收一部分雨水，使地表径流量减小；土层厚，吸水较多，也可减少地表径流量，使侵蚀减弱。植被可以防止雨滴对坡面的冲击和减少坡面径流冲刷。因此，植树造林是防止水土流失的重要手段之一。水深曲线泥沙含量曲线不明显冲刷带冲刷带淤积带坡面径流作用二、坡面径流作用形成的地貌根据坡地侵蚀和堆积强度，划分为三个带不明显冲刷带：位于坡地上部，接近分水岭的地带。地貌类型以浅洼地为代表。坡面较为平坦，雨水汇集的流量小，冲刷能力弱。在此二带中，除坡面径流冲刷外，雨滴的冲击作用也不容忽视。冲刷带：位于斜坡中段坡面较陡处水流在此带内进一步汇合，坡面冲刷强度加大，发育了平行于坡面的侵蚀切沟，是侵蚀最强的地带水深曲线泥沙含量曲线不明显冲刷带冲刷带淤积带坡面径流作用淤积带：侵蚀带以下的坡麓，坡度变缓，水流流速减小，有大量水渗入地下,水流携带的大部分碎屑物质发生堆积，围绕着坡地下部呈片状覆盖，形如裙边，称为坡积裙。坡积裙是由坡面径流作用形成的坡积物组成。其碎屑物成分与坡地基岩相同，一般为粉砂、砂和块砾等。自坡积裙顶部到前缘，机械组分由粗变细，磨圆度和分选性都不好。垂向剖面上，稍具层理结构，顺坡倾斜。第二节沟谷水流及其所形成的地貌一、沟谷的发育沟谷水流由面状水流发育而成，属暂时性线状水流，具有水流流量变化大，暴涨暴落的特点。洪水时则水流湍急，含沙量大，泥沙粒径大小不一。沟谷水流在干旱、半干旱地区的草原和山麓地带分布尤为广泛。按照侵蚀沟谷的纵剖面形态特征和演变过程，可把沟谷分为切沟、冲沟和坳沟三个发育阶段切沟：通常发育在裸露的坡地上，水流顺坡流动，侵蚀后形成细沟,再侵蚀扩大，发展成切沟。切沟横剖面呈“V”型。冲沟：它有切沟进一步发展而成。横剖面呈宽展“V”型，沟底纵剖面呈凹弧型。坳沟：冲沟发育到一定程度，侵蚀减弱，不再加深沟底，沟坡逐渐变得平缓，不再有明显的沟缘。坳沟的形成标志着沟谷发育已到了衰亡阶段。在冲沟发育过程中，若沟底下切到潜水面以下，沟谷水流得到地下水不断补给，则由暂时性水流转变为经常性水流，冲沟就演变成河谷。二、沟谷水流形成的地貌组合集水盆：指位于沟谷上游的小型盆状集水洼地。盆底和周缘斜坡受后期流水的切割，常发育侵蚀沟谷。在坡面径流、沟谷水流和重力作用下，集水盆周缘斜坡不断侵蚀后退，范围不断扩大。特别在地表坡度较大、植被稀疏、组成物质疏松的地区，每当暴雨袭击，集水盆的扩展尤其迅速。沟谷主干：它是集水盆地水、沙的通路。在雨季，沟谷受到强烈冲刷，下切较深，谷坡陡峻，沟床纵比降加大，跌水发育。沟谷源头向缘侵蚀速度快，部分可破坏集水盆。洪积扇：沟谷水流在出口处堆积的扇形体，称洪积扇。在干旱半干旱地区的山麓地带洪积扇非常发育。扇顶相扇中相扇缘相洪积扇组成物质剖面分布扇顶相位于洪积扇顶部。砾石粒径大，砾石间常有砂、粘土混杂充填。堆积厚度大，分选性差，透水性强扇中相位于洪积扇中部，组成物质较扇顶相为细，主要由砾石、砂和粉砂组成扇缘相位于洪积扇边缘部分，组成物质较细，由亚砂土、亚粘土组成洪积扇组成物质从扇顶到扇缘可分为三个相带：集水盆沟谷主干洪积扇沟谷地貌组合干旱地区的洪积扇美国加州洪积扇形成后，山体上升，山前相对沉降，形成叠置式洪积扇。洪积扇形成后，山体上升，山前相对沉降，形成叠置式洪积扇。洪积扇洪积扇形成后，扇体前端相对沉降（断层作用），形成串珠式洪积扇。洪积扇形成后，扇体前端相对沉降（断层作用），形成串珠式洪积扇。洪积扇基部发生构造掀斜，洪积扇将侧向迁移。三、泥石流及其形成的地貌泥石流是山地沟谷中含有大量土、沙、石块等松散固体碎屑的洪流，它常在暴雨或融雪时期突然暴发，运动速度很快（每秒数米），历时短暂（数小时），在它的源头常有滑坡或崩塌，下游出山口堆积成泥石流堆积扇。泥石流是一种严重的自然灾害，给工农业生产、交通运输、城市建设和人民生活等带来很大危害。因此，泥石流的研究与防治工作，受到人们的重视。（一）泥石流形成的基本条件泥石流的形成和地质、地形、气象、水文等条件有密切关系。因为这些条件直接影响到泥石流固体物质的补给、泥石流水体补给和泥石流形成沟谷条件。1．大量松散的固体物质泥石流固体物质供给源可来自以下几个方面：•构造破碎为泥石流提供大量的碎屑物质来源；•岩石风化形成的大量碎屑物质；•高山地区的厚层冰碛物；•火山碎屑物质；•强烈地震造成山崩滑坡，使土石体汇集于山谷，导致泥石流形成。2．暴雨或洪水泥石流水源补给源来自于集中降雨、快速冰雪融化和冰湖溃决等。3．陡峻的沟谷泥石流形成的沟谷坡度，根据统计结果，泥石流形成的沟谷比降为10—30%，少数泥石流的沟谷比降较小，仅为3.8%。4．泥石流的形成与发展不仅受自然地理条件的控制，还受人类经济活动的影响开矿弃渣、修路切坡、砍伐森林、陡坡开荒和过度放牧等,使山体进一步失去稳定，也能促使泥石流的形成和发展。（二）泥石流的类型根据泥石流物质结构和流态特点分为：（1）粘性泥石流（层流性泥石流)的固体物质含量较高，一般占40—60%，泥沙和粘土多，粘度大.运动中固、液物质不发生垂直交换，属层流性质。（2）稀性泥石流（紊流性泥石流)的固体物质含量较低，一般为15—40%，粉沙、粘土等细粒物质含量很少。水作为搬运介质，石块或砾石则滚动或跃移，液、固两相流体有垂直交换，具紊流性质。（三）泥石流作用形成的地貌特点泥石流侵蚀、搬运能力很强，特别是粘性泥石流的作用更突出，造成流域内外地貌差异变化。泥石流沟谷的上游地区，以侵蚀作用为主，沟谷快速加深、展宽，沟谷顺直。泥石流沟的中游地段，常是峡谷。如峡谷岩性均一，则谷床顺直，谷壁陡而光滑，其上保存有泥石流磨蚀的条痕，有时还保留着泥石流发生时的泥迹。如峡谷岩性软硬不一，则沟谷宽窄相间，弯曲多折，并有跌水发育，在窄口或弯道的谷壁上，残留有少量的泥石流物质。泥石流沟的下游是山麓平原或大河谷底，这里是泥石流停积的场所。•粘性层流泥石流堆积地貌表现为由粗大砾石组成的泥石流堆积扇，扇面上岗丘起伏，坎坷不平。堆积物大小混杂，层次不清楚，颗粒分选差，堆积物中常出现“泥球”、“碎屑球”或“泥包砾”。•稀性紊流泥石流堆积扇上，巨大石块较少，丘岗状堆积物也少见，扇面较平整，倾斜度小。由于稀性紊流泥石流出山后有一定的冲刷能力，堆积扇上的沟槽不固定，堆积物有一定分选。泥石流，四川丹巴，03.06.泥石流，四川丹巴，03.06.泥石流，四川丹巴，03.06.泥石流，四川丹巴，03.06.各种不同的河流，其水流受气候控制。湿润气候区，河流终年保持一定的流量，称为经常性流水的河流；干旱区或半干旱区，年降雨少，蒸发量大，沟谷中大部分时间无水，只在雨季才有水流，称为暂时性流水的河流。不论是经常性水流的河流，还是暂时性水流的河流，都能进行侵蚀、搬运和堆积，只是它们的作用方式和强度不同而已。河流作用是塑造地貌最普遍最活跃的外营力之一。第三节河流的作用一、河道水流运动特征（一）层流与紊流水流按其流态有层流和紊流两种。1．层流层流没有向上的作用力，不能掀起河底泥沙。2．紊流紊流的水质点呈不规则的运动，其特点是不断改变移动的速率和方向。由于紊流有垂直向上的作用力，故可掀起床底细小泥沙。（二）环流和旋涡流河流中水流流束线呈螺旋状运动，形成环流和旋涡流。1．环流河道水流除向下游运动外，还存在着垂直于主流方向的横向运动（如河流转弯处），表层的横向水流与底层横向水流的方向相反，在过水断面上，构成一个环流。ACBD横向环流类型A单向环流B底部辐散型环流C底部汇合型环流D复合型环流凸岸凹岸弯道环流2．旋涡流当水流绕过障碍物时，产生流速差，进而产生压力差，形成旋涡流。河岸附近绕垂直轴旋转的旋涡流，常对岸边产生强烈冲蚀，引起河岸崩塌。在河床底部岩槛及沙坡等起伏处形成的横轴旋涡流，会使从沙坡迎水面带来的物质搬到背水面堆积下来，使沙坡向前移动。二、河流的侵蚀河流破坏地表有三种方式，即冲蚀作用、磨蚀作用和溶蚀作用。总称为河流的侵蚀作用。河流侵蚀可分为下切侵蚀和侧方侵蚀两种。下切侵蚀（又叫下蚀）它可以沿较长的河段进行，称沿程侵蚀，也可以通过源头或瀑布的后退来实现，称向源侵蚀（溯源侵蚀）。侧方侵蚀又称旁蚀、侧蚀，其侵蚀结果使河岸后退，沟谷展宽。主要发育在河床弯曲处，导致河曲的发育。溯源侵蚀与裂点溯源侵蚀与裂点安赫尔瀑布委内瑞拉境内，落差979m，为世界第一。尼亚加拉瀑布尼亚加拉瀑布之夜伊瓜苏瀑布巴西黄果树瀑布壶口瀑布三、河流的搬运作用河流水流在流动过程中携带大量的泥沙及溶解物质，并推动河底砾石移动的作用叫河流搬运作用。其搬运方式主要有三种。1.推移流水使泥沙或砾石沿河底滚动或滑动。2.悬移较小的颗粒在水中呈悬浮状态搬运。3.溶解质搬运河流除以上述形式搬运泥沙外，还带走溶解于水中的溶解质。河流的搬运作用四、河流的沉积流水携带的泥沙，由于条件改变（坡度减小、流速变缓、水量减小、泥沙增多、人工筑坝拦水等）使流水搬运能力减弱，引起搬运能力降低而发生沉积。河流的侵蚀、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，上游多以侵蚀作用为主，下游多以堆积作用为主。河流的沉积作用流水的分选作用沉积物细粒——粗粒第四节河流地貌河流的水流在流动的过程中，侵蚀地表，形成各种侵蚀地貌，被侵蚀的物质沿沟谷向下游搬运并堆积，形成各种堆积地貌（河漫滩、冲积扇和三角洲等）。凡