河流侵蚀作用和方法研究论文

流水对地貌的改变具有三种作用，即侵蚀作用、搬运作用与沉积作用，叫做流水作用。这三种作用主要受流速、流量和含沙量的控制。一定的流速、流量只能夹运一定数量和一定粒径的泥沙。当流速、流量增大或含沙量减少时，流水就会发生侵蚀，从而夹带更多的泥沙；反之，当流速、流量减小或含沙量增加时，就会发生沉积。通过侵蚀、搬运、沉积，流水作用于地表岩石或沉积物形成各种各样的地貌形态，即流水地貌。流水地貌是水圈与岩石圈相互作用的结果与标志。流水地貌可以划分为坡面流水地貌、沟谷流水地貌和河流地貌。一、坡面流水作用与地貌 坡面流水是雨水或冰雪融水直接在地表形成的薄层片流和细流，出现的时间很短。细流在流动过程中时分时合，没有固定流路，因而能比较均匀地冲刷地表松散物质。 坡面流水的侵蚀强度主要受降水性质、地形、坡面组成物质和植被等的影响。在一定地形条件下，如果地表组成疏松、植被稀疏、降水量多且强度大，坡面流水的侵蚀就强烈。 雨滴对地面的溅击，不仅可以直接造成表土流失，而且还可以增加地表薄层水流的紊动性，加强水流的侵蚀能力，同时破坏土壤的结构，使表土分散，给水流冲刷创造条件。因此，坡面侵蚀作用与降雨量和降雨强度密切相关。 坡面坡度与坡面水层厚度，是坡面流水进行冲刷的动力条件。它们决定水层重力沿坡面的分力，即反映水流动能的大小。 坡面坡度增大，径流流速加快、动能增大，对坡面的冲刷增强。但当坡度增加到一定程度时，却因为受雨面积减小而使坡面流量减小，对坡面的侵蚀反而减弱。据研究，在坡度小于20度时，坡面冲刷强度随着坡度的增加而迅速增大；在20～40度之间，坡面冲刷强度仍然随着坡度的增加而增大，但增加的速度有所减缓；在40度时，坡面冲刷强度达到最大；在40～90度之间，随着坡度的增大坡面冲刷强度逐渐减小（图9-10）。图9-10 坡度-侵蚀强度关系示意图 一个坡面，在顺坡方向降雨及入渗强度、坡面物质组成都一致的情况下，在分水岭顶部由于地面比较平坦，片流较小，冲刷能力微弱，成为微弱侵蚀带；坡面的中段，坡度一般比较陡，流量比较大，冲刷强度也大，成为强烈侵蚀带；坡麓地段，因为坡度变缓，流速变小，出现了堆积现象，成为堆积带。 坡面流水冲刷下来的物质，要么汇入沟谷和河流，要么在坡麓堆积起来形成坡积物。成片的坡积物围绕着山麓分布，形似衣裙，故称为坡积裙。二、沟谷流水作用与地貌 坡面细流顺坡而下时，流速流量加大，并转变成线状集流，形成冲刷能力增强的沟谷水流，简称沟流。沟流比较集中，有比较固定的流路，其侵蚀能力比坡面流水有显著增强，是形成沟谷地貌的主要营力。 沟谷的发生、发展，与岩性、气候、植被等因素有密切关系。我国黄土地区，由于植被稀疏、土质松散、降雨强度大，沟谷发展很快；在我国南方植被受到破坏的厚层风化壳上，沟谷也很发育。 沟谷发育初期，谷底不断下蚀加深，沟头不断溯源侵蚀后退，使沟谷伸长。沟谷进一步发展，在其下段下蚀减弱、旁蚀作用加强，使沟谷加宽。随着沟谷的加长和加宽，流域面积加大，当沟谷内有常流水时，沟谷也就变成了河谷。 沟谷规模短小，纵剖面上陡下缓，多陡坎、壶穴，横剖面多呈V型。但在水平岩层分布的地区，由于产状水平并富有垂直节理，常形成直立或阶状的沟坡。规模较大的沟谷，在沟头有汇水盆地。间歇性的洪流把冲刷下来的物质带到沟口堆积，往往形成半圆锥状堆积体，称为冲出锥或洪积扇（图 9-11）。冲出锥的规模不大，面积一般只有几百平方米，顶部与沟口相连的地段，坡度较大，向外坡度变缓。图9-11 洪积扇 冲出锥是间歇性洪流携带的物质不断堆积而成的。其特点是分选差，磨圆度不好，有不规则的层理。冲出锥在干旱、半干旱地区分布比较广泛。三、河流作用与地貌 水流不间断地作用于河谷，而河谷又反过来约束着水流。两者相互作用，形成了各种各样的河流地貌。 （一）河床动力－形态反馈机制 水流不间断地作用于河床，而河床又反过来约束着水流。当水流所携带的泥沙量小于它的输沙力时，它就从河床上攫取泥沙，因而发生冲刷。相反，如果水流挟沙太多，超过了它的挟沙力，其中一部分较粗的泥沙就会堆积下来。 冲刷会使河床减低，扩大过水断面；而淤积引起河床抬高，缩小过水断面。由于过水断面的扩大或缩小，又改变了水力条件。断面扩大流速减小，输沙力降低，冲刷就逐渐停止。断面缩小，流速加大，输沙力加强，不再发生堆积（图 9-12）。这种自反馈机制，称为河流的自动调节作用。它反映了水动力、泥沙与河床形态之间相互作用的关系。实际上，反映了水与岩石（包括松散沉积物）相互作用，塑造河流地貌的过程。图9-12 河流的自调节作用（河床动力-形态反馈机制）(王建,2000) （二）河流侵蚀基准面及其作用 河流下切到某一水平面以后，逐步失去侵蚀能力，不能侵蚀到该面以下，这种水平面称为河流侵蚀基准面。海平面是河流侵蚀的最终基准面，干流水面可以作为支流的侵蚀基准面。坚硬的岩坎也可以成为暂时的、局部的河流侵蚀基准面。河流侵蚀基准面在河流的发育，尤其是河流纵剖面的发育过程中，起着非常重要的作用。基准面的变化，将导致河流的冲淤变化，引起河流纵剖面与横剖面的调整。如果侵蚀基准面上升，由于河流纵坡降的减小，将导致挟沙能力的降低和河床的淤积。相反，如果侵蚀基准面下降，河流纵坡降将增大，从而导致挟沙能力的增强和河床的侵蚀。侵蚀作用首先发生在靠近基准面的地方，然后逐渐向上游推进，即向着河流源头的方向发展，故称为溯源侵蚀。溯源侵蚀是引起河床纵剖面调整与变化的主要过程。 （三）均衡剖面 在侵蚀基准面相对稳定的条件下，经过相当长时间的调整，河床达到了侵蚀与淤积的动态平衡。也就是说，在一定的时段内，平均来说河床不冲也不淤，或者冲淤相抵消。整个河流纵剖面达到了相对稳定的状态，这时的河流纵剖面称为均衡剖面。一般来说，处于均衡状态的河流纵剖面是一条平滑的下凹的曲线。 （四）河床类型 根据河床的平面形态，可以将冲积性河流的河床划分为顺直微弯、弯曲、分汊和游荡型河床。顺直微弯型河床：在平水期深槽、浅滩交替出现，两侧边滩犬牙交错，而在洪水期河水淹没犬牙交错分布的边滩，河水顺直奔流。弯曲河床：无论是平水期还是洪水期，行水河道均是弯曲的。分汊河床：由江心洲将河床分为两个或两个以上的汊道的河床。游荡型河床：河床宽浅，沙滩众多，洪水时汪洋一片，枯水时河汊密布、水流散乱，有时难以分辨主流所在，主流摆动不定，心滩变化莫测（图9-13）。图9-13 河床平面类型 （五）河漫滩发育与地貌 当河流发育到一定阶段，旁蚀（侧蚀）作用占主导地位，河谷不断展宽，为河漫滩的发育奠定了基础。分布在河床两侧洪水时被淹没的平整地面，叫做河漫滩。河漫滩的表层往往为细粒的粘土和粉沙，而其下往往是粗粒的河床沉积物，这就是典型的二元相沉积结构。在河漫滩的近河床地带，由于水深突然变小，阻力变大，流速变小，挟沙力降低，使泥沙沉积下来，形成贴近河床并与河岸平行的沙堤--河岸沙堤（滨河床沙坝）。由于河床的快速侧向移动，形成了多条大致平行的河岸沙堤，它们组合成扇形，称为迂回扇（图9-14）。弯曲河流发展到一定程度，发生裁弯取直，废弃的河床形成新月形（也像牛角）的湖泊-牛轭湖。图9-14 弯道变化与迂回扇的形成 （六）河流阶地 由于地壳上升、气候变化或者基准面的变化，河流下切，原来的河漫滩高出一般洪水期水面，呈阶梯状分布于河谷两侧，称为河流阶地。值得注意的是，河流阶地不一定对称地分布于河谷两侧，在弯曲河段，阶地大都分布在河流凸岸，而凹岸往往缺失（图9-15）。完全由基岩组成的阶地叫做基岩阶地，完全由河流沉积物组成的河流阶地，叫做堆积阶地，下部为基岩上部为河流沉积物的阶地，叫做基座阶地。堆积阶地还可进一步分为上迭阶地、内迭阶地和埋藏阶地。