第三章流水地貌.docx

第三章流水地貌地表流水是最主要的地貌外力之一它在流动过程中，不仅能侵蚀地 面，形 成各种形态的侵蚀沟谷，同时又将被侵蚀的物质沿途堆积，形成各 种各样的堆积地 貌凡由地表流水作用（包括侵蚀、搬运和堆积）塑造的 各种地貌，统称流水地貌根据流水的特性，地表流水可分为坡面水流和沟谷水流两种前者包 括坡面 上薄层的片流和细小股流，往往发生在降雨时或雨后很短的时间内, 以及融冰化雪 时期；这种短时期出现的流水，称暂时性流水后者是指沟 谷及侵蚀沟中的水流， 在一些降水量小于蒸发量或汇水面积较小的沟谷中, 水流往往也是暂时性的，特别 是在干旱和半干旱地区的沟谷中，仅在暴雨 或大量融冰化雪的季节才有水流，其他 时间几乎无水在湿润地区，河床中终年保持一定的水量，称经常性流水无论是 暂时性流水或经常性流水, 他们对坡面或沟谷的塑造是很明显的，只不过作用的方 式不同而己第一节流水作用一、水流的基本特性（一）层流与紊流层流的水质点有一定的轨迹，与邻近的质点作平行运动，彼此互不混 乱这 种流动仅在水库及高含沙量的浑水中或坡面薄层缓流中可能存在 而在沟槽中很 少发生由于层流没有垂直于水量方向的向上分力作用，所 以一般不能卷起泥沙。

紊流的水质点是呈不规则的运动并且互相干扰，在水层与水层之间 夹杂了 大小不一的旋涡运动旋涡的产生，是由于上下各水层流速不同， 分界面上形成相 对运动，这种分界面极不稳定，很容易造成微弱的波动；这种波动逐渐发展，最后 在交界面上形成一系列的旋涡层流水是否失去稳定性取决于作用于水体的惯性力与粘滞力(viscosity)的 对比关系一般沟槽、河道中的水流总是属于紊流性质，只有坡面薄层缓流才是层 流(Only in a thin zone along the bed and channel of a smooth-walled stream, where frictional drag is high, is the velocity low enough for laminar flow to occur.) o(二) 坡面水流降水或融雪，除蒸发和下渗外，其余部分在重力作用下沿着斜坡成薄层运动， 形成面状水流，坡而径流在发育初期，水层薄，流速小随着水层的增厚，冲刷能 力增强水流在向下流动过程中，由于雨水和雪水的补充，一般顺坡流量会逐渐增 大当流量增大到一定值后，成层的流动便不再能够保持，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，没有固定的流路；坡而径流是地表水流形 成的初期阶段，水层薄， 流路广，作用时间短，流程短。

当坡面水流厚度为L5〜2.0mm时，粘滞力起主要作用，水流为层流三) 沟槽水流若水流进一步集中，水流会自行集中成小沟流动，这些小沟又逐渐相 互兼并 扩大，最后汇成沟槽水流，进入河道沟槽水流属于紊流二、坡面水流的侵蚀作用水流侵蚀就是地表泥沙被水流带走是否发生侵蚀主要根据泥沙起动 条件来 判断坡面流水侵蚀只出现在降雨或融雪时期，雨滴冲击和坡面侵蚀作用是坡面流 水侵蚀的两种主要作用1 ,雨滴冲击作用：雨滴降落的最大速度达7 〜 9m/s ,对地面产生巨大的冲击力 据测定，雨滴降落能使粒径小于 0.5mm 的土粒离开原来位置被 击溅到 60cm 以上的 高度，水平距离可超过1.5m斜坡上的土粒受到雨水冲击以后，向坡下的距离和数 量大于向上坡击溅的距离和数量，在斜坡上, 约有 60%〜70%的土粒向下坡移动，只 有 25%〜40%向上坡移动2 .坡面径流侵蚀：坡面侵蚀力大小与地形、土壤、植被有关坡长、 坡度和 坡形控制着坡面流水冲刷速度和冲刷量水流挟沙能力并不是随着 坡长的增加而 增加一般在山坡顶端，地面比较平坦，同时雨水汇成的流量比较小，水流没有足 够的冲刷能力，坡面的泥沙不会外移，这一地区称 为不冲刷带。

坡面的中段坡度一 般比较陡，冲刷强度最大，为冲刷带接 近坡脚段，坡度转缓，出现淤积，称淤积 带20度到 40 度之间坡面侵蚀强 度最大土壤结构对坡面侵蚀也有很大的影响土壤团粒结构好，可以吸收一 部份雨 水，使地表径流量减少；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而径流冲刷，主要表现在三 方面： ①植被可以减少坡面径流量；②植被可控制坡而径流速度；③植被可阻挡雨滴直接 冲击地面在其他条件相同的情况下，植被好坏对坡而径 流侵蚀有显著差别三、横向环流与螺旋流水流的运动受到河槽边界的限制，因此，水流的平均方向，决定于槽 线的方 向槽线的曲折和断面形态的改变，会使水流内部形成一种规模较 大的旋转运动 在弯曲河道中，从凸岸由水而流向凹岸的表层流和从凹岸 由河底流向凸岸的底流 构成一个连续的螺旋形向前移动的水流，称为横向 环流横向环流的形成主要是由 弯道离心力和地球偏转力的影响所产生的弯曲河道由于水流本身偏转而产生离心力离心力F=mv2/r, m为水量，v为流 速，r为弯道半径因水流流速随水深而减小，离心力也随水深加大而减弱受较 强离心力作用的上层水流就会朝向受较弱离心力作用的下层 水流方向排挤，因而 产生向下水流。

另外在同一深度不同部位弯道的横向水流流速也不一致，靠近凹岸 处流速大，凸岸处流速小，因而在同一深度各点离心力的强弱也有差异凹岸水流 随着下降水流沿河床底部向凸岸排挤，以维持水流的连续性，靠近河而水流则由凸 岸流向凹岸，整个河床内的水流发生连续性的螺旋状前进在地球自转的影响下能产生偏转力，在北半球河流向右岸偏，南半球 河流向 左岸偏地转偏向力作用的强弱与水流流速和水量成正比就同一河段来说，表层 流速大于底层流速，因而表层水流所受地转偏向力大于底层水流在弯道上，横向 环流方向和片状力方向有的一致，有的不一致一致时，弯道环流加强；不一致时， 弯道环流减弱四、河流的侵蚀作用水流的侵蚀作用有三种形式；冲蚀作用、磨蚀作用、融蚀作用，总称为河流的 侵蚀作用泥沙颗粒在水中受到三个力的作用，重力、水流推力、上举力水流流过泥沙 颗粒时，泥沙颗粒顶部和底部的水流流速不同，根据伯努里定律,顶部流速高，压 力小；底部流速低，压力大这样造成的压力差产生上举 力假设河床表面泥沙颗粒的形状为一个边长为d的立方体，正面推力Pv与泥沙压力面展及流速水头（流体中单位质量液体所具有的动能）匚成正2g比，即：d2v2P =r2kg式中：，,为单位体积水重；V为作用于泥沙颗粒面上的流速，g为重力加速度， 女为泥沙颗粒形状系数。

泥沙颗粒在即将起动又未动的临界状态时，应满足平衡方程:.V2 . 、z、 rkd~— = d (r-r)f s/为摩擦系数，门为泥沙比重整理上式得:20'(L)d =--.--r-k V-则 d二AV2上式表明，在河床上移动的推移质的直径与水流速度的平方成正比， 因为推移质的重量与直径三次方成比例，如将上式两端立方并乘以口得:令 A' =rA3则 A /上式说明，推移质的重量与水流速度的六次方成正比这就是著名的 艾里定 律该定律阐明了泥沙冲刷及运动的许多现象，如果平原河流与山区河流流速之比 为1： 4,则被推移的泥沙颗粒的重量比将是1： 46,即1： 4096从这个实例说明， 为什么平原河流只能推移细粒泥沙，而山区河流 往往可以推移巨砾五、河流的搬运作用河道水流携带泥沙及溶解质，并推移床底沙砾的作用称为河流的搬运 作用 河流水流搬运的方式有三种：推移、跃移、悬移1.推移：泥沙颗粒沿河床底滚动、滑动称为推移2 .跃移：床底泥沙呈跳跃式向前搬运泥沙起动以后，在水流上举力作用下，可以跳离床面，与速度较高的 水流相 遇，被水流携带前进但泥沙颗粒比重比水大，它又会逐渐回落到床面上，并对床 面上泥沙产生一定冲击作用，作用的大小取决于颗粒的跳 跃高度和水流流速。

如跳 跃较低，由于水流临底面处流速较小，泥沙从水 流中取得的动量也较小，在落回床 面以后就不再继续跳动如沙粒跳跃较 高，从水流中取得的动量较大，则落回后还 可以重新跳动当流速足够大 的时候，泥沙颗粒自床面跳起以后不再落回，而是随 着水流以相同的速度 前进，这样的泥沙称为悬移质3 .悬移：水流中携带细小的泥沙以悬浮状态进行搬运，称为悬移悬 浮的泥 沙受到三种力的作用：一是前进水流的作用使泥沙向下游移动；二 是向上水流的作 用使泥沙抬升，三是泥沙受本身重力影响而下沉当河流 中泥沙颗粒是上升流速大 于沉速时，泥沙被带到距床底一定高度位置而呈 悬浮状态，并由水流携带向下游搬 运4 .溶解质搬运：河流除以推移及悬移形式搬运泥沙外，还带走溶解于 水中的 溶解质在石灰岩等可溶性岩石地区，溶解质的数量相当可观 六、河流的堆 积作用当河流能量降低，不再有足够的能力来搬运其原来所搬运的泥沙时， 就要发 生泥沙的沉积首先停止运动沉积下来的是推移质中的大颗粒，随 着能量进一步 减小，推移质将按体积和重量大小依次停积而悬移质将渐 次转化为推移质，继 而在河床上停积引起河流搬运能力降低的因素很多，主要有河床坡度降低，河流流量 减少， 以及人工筑坝拦水等。

河流的侵蚀搬运和沉积作用是同时进行的但在不同河段作用性质和 强度是 有差别的，一般情况下在河流上游以侵蚀作用为主，下游以堆积作 用为主，曲流 河段内凹岸侵蚀，凸岸堆积第二节河床地貌河谷中枯水期水流所占据的谷底部分称为河床水流不断作用于河床，河床反过来约束着水流如果水流挟沙量大于 挟沙力， 河床就发生堆积，相反则发生侵蚀冲刷会使河床降低，扩大过水断面；而淤积则 引起河床抬高，使过水断面缩小由于过水断面的扩大 或缩小，又改变了水力条件 过水断面扩大，水流流速减小，输沙能力降 低，冲刷停止；过水断面缩小，水流流 速加大，输沙能力增强，不再发生 淤积这就是河流是自动调节作用山区河流开始发育阶段，河流坡降大，下蚀作用强烈，往往形成深切 的峡谷，谷底常见急流、瀑布和壶穴（壶穴是河床上的圆形洞穴.上游湍急 的水流 带动石砾和卵石在不平坦的河床上如旋涡般钻挖.卵石环回旋转，磨 蚀作用在河床 挖出洞穴.洞穴愈来愈深和圆的时候，便形成了壶穴），形成 V 形谷河流进一步作 用，河床纵剖面坡度变小，侧蚀作用加强，河床拓宽, 曲流和河漫滩发育，谷坡后 退，河谷呈U形一、河床纵剖面（一）侵蚀基准面概念：河流下切到接近某一水平面以后，逐渐失去侵蚀能力，不能侵 蚀到该 面以下，这种水平而称为河流侵蚀基准面。

侵蚀基准而又可分为终 极侵蚀基准面和 局部（地方）侵蚀基准面控制河流下切侵蚀的最低基面 称为终极侵蚀基准面这 个而一般为海平面但很多河流下游水面到达海 平面高度时，仍有一定的侵蚀能 力，如长江武汉以东的下游河段，有些地 方河床低于海平而几十米甚至近百米局 部侵蚀基准面是指河流流经地方 坚硬岩坎，湖泊洼地及主支流汇口处等他们往往 控制着上游河段或支流 的下切作用他们在河流的发育过程中起着重要的作用二）溯源侵蚀侵蚀基准面的变化必然引起河流的再塑造当侵蚀基准面上升时，水 面比降 减少，水流搬运泥沙的能力减弱，河流发生堆积相反，当侵蚀基准面下降时，因 基面下降而出露的河床坡度增大，水流侵蚀作用加强，开 始在新出露的河段发生侵 蚀，然后逐渐向上游发展，导致溯源侵蚀所谓溯源侵蚀，是指河流或沟谷底坡度变陡之处，因水流冲刷作用加 剧，受 冲刷的部位随着物质的蚀离，而不断向上游方向移动的现象侵蚀 基准面变化是引 起溯源侵蚀的最主要原因溯源侵蚀现象在河流中极为普遍，除上述河口段因基面下降引起的后 退侵蚀 以外，主支流上游的沟谷源头向河间地的侵蚀、河流上各个跌水的 向上游后退侵蚀 等均属于溯源侵蚀在黄土高。