第四章 流水地貌-2.pptx

第三节 河流地貌,河流的作用河谷的基本形态河床地貌 河漫滩 河流阶地,,,集水（支流）系统,输送（干流）系统,分流（河口）系统,,,,第三节 河流地貌,河流系统,,河道水流运动特征 层流与紊流，缓流与急流，环流与螺旋流，漩涡流河流作用方式 侵蚀、搬运、堆积,,河流：一种天然的、由一定区域内的地下水和地表水补给、长期性沿狭长凹地流动的水流，小者称溪、涧，大者为江、河、川河道：水流占据的凹槽,一、河流的作用,,洪水位,深泓线高度,深泓线（thalweg）：河流各横断面最大水深点的连线； 深泓点：河流断面最大水深处；中泓线（midstream of channel）：河流各横断面表面最大流速点的连线平水位,1、河道水流运动特征,在紊流状态下，水质点以涡体形式不规则运动，流向与流速均不断偏离其时间平均值，称为脉动 脉动不仅使水流内部各层的水质点相互混杂，并可掀起床底泥沙1.1 层流与紊流,紊流,（1）单向环流（2）双向环流（3）复合环流,1.2 环流与螺旋流,横向环流－垂直于主流方向的横向流动表层的横向水流方向与底部的横向水流方向相反，在过水断面上形成一个闭合的流动系统，称为横向环流。

螺旋流－横向闭合的水流运动与纵向水流运动结合在一起，形成一种螺旋状前进的水流，称为螺旋流水流经弯道时，水质点做曲线运动产生离心力在离心力影响下，表层水流趋向凹岸，使水流在过水断面上形成横向比降，为保持平衡，受重力作用，表层水流的水质点流向底层，底部的水流在压力作用下，由凹岸流向凸岸 地转偏向力对弯道环流起着增强（右岸为凹岸时）和减弱（右岸为凸岸时）作用,（1）单向环流,,表层辐散型横向环流 涨水时（洪水），顺直河道河床中部的水量比靠近两岸的增加快一些河床横向水面呈上凸形，表层水流从河床中部流向两岸构成表层水流辐散、底部汇聚的横向环流两个横向环流系统掏蚀两岸，在河床中部发生堆积2）双向环流,表层汇聚型横向环流 退水时（枯水位），顺直河段河床中部流速较大，水面呈微微下凹形，两岸表层水流流向河床中部，构成表层水流汇聚、底部辐散的横向环流这种环流能够进一步侵蚀河床中部，而在两岸形成浅滩堆积表层辐散型和表层辐聚型双向环流,,自然界的河流并不是只有单一的河道，在平原地区常常有许多个支汊，水流分为几股，每股都有其各自的主要流每个分汊河道在离心力，地转偏向力以及洪枯水位水面不同状态的影响下，可能性成多个环流。

这种一个河流中由三个以上环流组成的环流称复合环流3）复合环流,3.漩涡流,天然河道两岸不规则，河床起伏不平，对水流起到一个障碍的作用当水流绕过障碍物时，水流围绕一个公共轴转动，形成漩涡流直轴漩涡－河岸附近沿垂直轴旋转，冲蚀岸边横轴漩涡－形成于河床底部岩槛和沙坡附近，下蚀，塑造河床 (翻转流),2、河流作用方式,侵蚀、搬运、堆积,河流流量(m3/ s),Strahler, A. and Strahler, A., 2004. Physical Geography. Wiley, NY.,Q = wdv Q － 流量 (m3/s) w －宽度 (m) d － 深度 (m) v － 流速 (m/s),2.1 河流侵蚀作用,河流水流有破坏地表并掀起地表物质的作用三种方式,冲蚀作用 气穴侵蚀（cavitation） 水力冲蚀（hydraulicking） 拔蚀（Plucking）磨蚀作用(abrasion ） corrasion, evorsion(涡流侵蚀）)溶蚀作用（corrosion) 水流流过泥沙时，其上部流速快，压力小，通过泥沙下部的水流，受到较大阻力，流速小，压力大，因而在泥沙颗粒上下产生压力差，使泥沙颗粒获得了上升力，掀起河底表层松散颗粒。

水流对泥沙还有迎面冲击力，使被掀起的泥沙向下游移动，形成侵蚀在坡度大的山地河流中，流水可推动很大的砾石使其移动，这些砾石在移动过程中，还能互相撞击或磨蚀河床底部而进行侵蚀形成千古河床？）溶蚀作用是河流水流对可溶性岩石如石灰岩进行溶解所产生的一种破坏现象河流的侵蚀机制,,,,,第一节 流水作用,溶解质悬移质推移质,2.2流水搬运作用,流水在流动过程中携带泥沙和移动沟槽砾石的作用,一条河流的搬运能力指的是它所搬运床底最大颗粒的大小 水流搬运的单个推移质的重量与流速的六次方成正比（Ｍ＝ＣV6） 水流能够携带通过断面的含沙量称水流的挟沙能力（kg/cm2）, 理论上，最大搬运挟沙量与流速的三次方成正比悬移,跃移滚动滑动,由于流水搬运能力下降而造成泥沙堆积（原因包括：流速降低、流量减少、含沙量增加）2. 3 河流的沉积,横断面 谷坡：常有阶地发育 谷底：由河床和河漫滩组成,二、河谷基本形态,河谷：以河流作用为主与沟谷流水参与下形成的狭长形凹地上游：（峡谷）河谷深窄，谷壁陡峭，呈V形谷，河床纵剖面坡降较，谷底多急流、瀑布，两岸山嘴交错分布中游：（宽谷）谷地宽浅，表现为U字形，发育有河漫滩和阶地下游（成熟河谷）河谷宽广，河床坡度较小，多曲流和分汉河道，有广阔的河漫滩或冲积平原发育,河谷纵剖面,上游河谷，具有交错分布的山嘴、陡峭的谷坡和坡面冲刷或块体运动，以及多瀑布,山嘴,山嘴,山嘴,山嘴,山地河流横剖面发展的三个阶段,隘谷：谷坡陡峭或近于直立，谷宽与谷底几近一致，河谷极窄，谷底全部为河床占据。

    嶂谷：是隘谷进一步发展而成 ，两壁仍很陡峭，但谷底比隘谷宽，常有基岩或砾石滩露出水面以上，可以通行    峡谷：隘谷和障谷进一步发展形成峡谷峡横剖面呈明显的“V”字形，有时呈谷中谷现象，谷坡陡峭，坡上有阶状陡坎坡面冲刷和块体运动,障谷=嶂谷？,,一线天 隘谷,嶂谷2,嶂谷,,,,峡谷,金沙江虎跳峡,金沙江虎跳峡,河谷的发展历史,,初期：河流坡降较大，多为深狭的峡谷地形，谷底常有急 流、瀑布和壶穴中期：河床纵剖面坡度变小，侧蚀作用加强，发育曲流和河漫滩，河谷横剖面呈宽浅的U字形后期：在宽广的河漫滩或冲积平原两侧，仅残留缓斜坡地或丘陵,,三、河床地貌,河床：河流平水期河水所占的谷底部分,1. 河床纵剖面 一条河流从河源到河口，沿河床最低点所作的剖面 上游或山区河流： 坡度较大，多坡折 下游或平原河流： 坡度较小，起伏小,宏观上：凹形曲线微观上：有坡折的曲线,终极侵蚀基准面：海平面局部侵蚀基准面：局部河段下切侵蚀的界限(岩槛、湖泊洼 地、水库或支流汇口处),（二）河床地貌,河流的侵蚀基准面,控制河流下切侵蚀的界限或水平面,河床纵剖面的形成与发展,最先，J.W.鲍威尔（Powell，1875）提出这一概念时把海面当作侵蚀基准面。

后来，W.彭克（Penck，1924）把海底当作侵蚀基准面，因为发现在河口地段河流可下切到海面以下还有一些学者，如R.格洛齐尔（Glozier，1938）建议把入海河流在河流作用停息、并为海浪作用或湖浪作用所代替的那一点的海底高度叫做侵蚀基准面由此可见，侵蚀基准面是一个很不固定的面尽管如此，控制河流下切侵蚀的最低基面对任一条河流来说都是存在的就各个河段而言，一些坚硬岩槛、湖泊洼地或支流汇入主流的汇口处等等，它们都起着控制上游河段下切的作用因此，坚硬岩槛、湖泊洼地、水库或支流汇口处可称为地方侵蚀基准面(local baselevel)；对控制一条河流下切最深的一点高度，称为终极侵蚀基准面河床纵剖面,二 河床地貌,河床均衡剖面,河床的侵蚀和堆积达到平衡状态 圆滑均匀的凹形剖面 冲刷力与河床的阻力相等 床底不发生显著的侵蚀和堆积,局部侵蚀基准面变化对河流纵剖面的影响,沙波（沙纹） 浅滩和深槽 边滩和心滩岩槛（岩坎）与壶穴,二、河床地貌,2.河床中的地貌,外部形态：两坡不对称（迎流面缓、背流较陡）,脊线与河岸斜交内部构造：沙波的向前移动形成交错层理规 模：与河流大小无关 若流流量与坡度进一步增加时形成沙垄。

沙垄的规模随河流的大小而异成 因：河床泥沙颗粒的不均一性和水流的不稳定性共同作用 的产物,（二）河床地貌,2.1 沙波,河床上起伏不平的由沙组成的波状地形,,浅滩（riffle ）：河床分布的一些不同规模的冲积物堆积体深槽（pool）：浅滩与浅滩之间的水流较深的河段,（二）河床地貌,2.2 浅滩和深槽,交替分布，缓速下移，周期性变化,枯水期：浅滩冲刷，深槽淤积；洪水期：深槽冲刷，浅滩淤积浅滩-深槽序列,浅滩至深槽距离相当于 5 – 7倍的河床宽度,http://www.usda.gov/stream_restoration/Images/scrhimage/chap1/fig1-15.jpg,,,二 河床地貌,石质浅滩与深槽（岩槛与壶穴）,岩槛（岩坎）：横亘于河床中的坚硬岩石，凸起地形， 当岩槛的高度大于宽度时形成跌水，更大则成瀑布 岩槛的形成一般与岩性有关,,壶穴的成因向上运动的漩涡流对裂隙基岩的冲击（横剖面），图中岩块被水流上举起下降漩涡流所钻凿而成的深壶穴，漩涡流搬运砾石的螺旋轨迹是根据实验室河槽模型试验观测所推论的,壶穴：基岩河床中被水流冲磨的深穴，深度可达6－7米。

一般形成在河床基岩比较破碎的河湾,,,Close-up of potholes,边滩多位于弯曲河床凸岸，心滩位于河心，是河床横剖面上相对高出河床的部分，枯水期常露出水面二）河床地貌,2.3 边滩（point bar ）与心滩(mid-channel bar),砂质浅滩,边滩（point bar ）,,,心滩,边滩,,,心滩,心滩的形成,心滩是复式环流作用下在江心堆积而成的心滩淤积高度超过中水位，便成为江心洲心滩和边滩在一定条件下可以相互转化,（二）河床地貌,心滩与江心洲,,,,三、冲积河床的平面形态,顺直微弯型 Straight弯曲型 Meandering分汊型Braided网状（交叉合流型） Anastomose,,1、顺直微弯型,（三）冲积河床的平面形态,曲折度（弯道长度/直线长度）一般小于1.5 河床中浅滩与深槽交替分布,山区河流受构造控制 平原河流两岸抗冲强度大于河底,2、弯曲型（曲流）,（三）冲积河床的平面形态,平面上碗蜒曲折（曲折度＞1．5）横断面：凹岸深槽与凸岸边滩相对应纵剖面：阶梯状，深槽与浅滩相间,在螺旋流作用下，凹岸受蚀，凸岸堆积，河床变得越来越弯而形成曲流。

在螺旋流的进一步作用下，曲流颈部愈来愈窄，最终可能产生裁弯取直,自由曲流深切曲流,形态原因,弯曲型河流类型,（三）冲积河床的平面形态,自由曲流 free mannder ：形成在宽广的冲积平原或河漫滩上，河床不 受河谷的约束，可以比较自由地迂回摆动迂回扇、牛轭湖、废弃河道深切曲流 incised meander ：山区河流由于受基岩河岸的约束，不能自 摆动，而形成的深深切入地面以下的一种河曲 曲流深切同时侧蚀 离堆山,,,侧蚀作用的结果使谷地扩宽,离堆山,牛轭湖（Oxbow lakes）的形成,,,高泥沙含量接近或超过流水挟沙能力 宽浅河床 (流速高) 易侵蚀的河岸 流量变化频繁,成因：,3、分汊型（辫状河流）,宽窄河段相间分布 窄段为单一河道 宽段则由一个或几个江心州分隔成几股汊道,Braided Channel,Briggs, D. and Smithson, P.,1985. Fundamentals of PhysicalGeography. Hutchinson, London.,A braided river in Alaska,。