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河流地貌概述

一、河谷地貌

河谷是由河流长期侵蚀而成的线状延伸的凹地,它的底部有着经常性的水流,至于其他成因如构造运动所成的谷地如果没有河流出现,都不能称为河谷。河谷的长短不一,大的河谷长达数千公里,如亚马逊河为6516千米,尼罗河为6484千米,长江为6380千米。

河谷由谷坡和谷底两大部分组成,谷坡的形态有凸形、凹形、直线形、阶梯形等。谷底是夹在两坡之间的平坦面,这个平坦面由河床及河漫滩组成。其中河床是河谷中最低部分,它有经常性的水流,在它两侧为高起的河漫滩,它只是在洪水泛滥时才被淹没,故又称为洪水河床。

河谷的发育过程大致有三个阶段,并且相应地产生三种谷形: 1、峡谷

又称“V”形河谷,流水沿着地形的原始倾斜地面开始侵蚀时以垂直下切侵蚀为主,这在由基岩组成的山区河谷中表现最为明显。河谷横剖面呈“V”形,两壁较陡,谷底狭窄;谷底即为河床,没有河漫滩,河床纵剖面坡降很大,河床底部起伏不平,水流湍急,沿河多急流、瀑布;河谷平面形态较平直。如我国著名的长江三峡——瞿塘峡、巫峡、西陵峡,那里是“两岸乳岩半空起,绝壁相对一线天”;又如金沙江上的虎跳涧峡谷,深达2500~3000米,谷底宽不到100米;美国的科罗拉多峡谷,谷深达1500~1800米。它们都是世界上著名的大峡谷。

2、河漫滩河谷

“V”形河谷进一步发展,下切作用减弱,侧向侵蚀加强,谷底拓宽,并有河漫滩发育,就转变为箱形的河漫滩河谷。河漫滩河谷谷底的扩宽是有限度的,它的宽度大小与河流流量、河岸抗冲强度和河床纵比降三者有关。

此外,地下水和坡面片流对河谷的拓宽也有明显的影响。在湿润气候区,由于地下水量丰富而造成滑坡和强烈的片流侵蚀,加速了谷坡的后退;而在干旱地区,这些作用不明显,故谷坡较为稳定。

3、成形河谷

当河漫滩河谷因侵蚀基准面下降而河流重新下切时,原河漫滩就转化为阶地,尔后河流又在新的基准面上开辟新的谷地。这种具有阶地的河谷称为成形河谷。它表明经历了较长时间的发展过程。

按河谷发育的一般规律是上游多成深窄的峡谷,中下游多是宽敞的河漫滩河谷和成形河谷,下游以河漫滩河谷为主。

河漫滩河谷和成形河谷两岸常有不对称现象,其中一坡长而缓,谷底有着宽阔的河漫滩;另一坡短而陡,河床逼近谷坡。造成这种不对称性的原因有:地球偏转力的影响,河谷两坡倾斜度不等,河谷两侧不等量上升,单斜岩层的影响,河谷两侧岩层软硬不同,以及两坡小气候(如雨量、融雪量、土层干湿程度等)不同的影响。

二、河床地貌

(一)河床纵剖面

河床纵剖面是指由河源至河口的河床底部最深点的连线。从宏观看,纵剖面是一条上凹形的曲线,它的上游坡度大而下游坡度小。但微观看,曲线上每一段都并非平整,而是呈阶梯状高低起伏的。这是因为河流对河床的作用是在许多因素参与下进行的。影响纵剖面形态的因素主要有四个方面:地质构造和地壳运动的影响、岩性影响、地形影响以及支流的影响。

1、地质构造和地壳运动的影响

河床纵剖面的巨大起伏首先与地质构造有关,在大地构造上升区和下降区,地形高差甚大,往往造成纵剖面上大规模的阶梯,如长江由发源地至金沙江段为新构造强烈上升区,河流运行于青藏高原和丛山峻岭之中,造成深切的峡谷,河床纵剖面急陡。当流入相对下降的四川盆地后,纵比降明显减小,发育了典型的河曲。随之又横贯过著名的三峡,这又是新构造运动显著的穹窿抬升区,河床纵比降亦明显增加。流出三峡后,进入了近代下沉的江汉平原,河床蜿蜒曲折,纵比降又显著减小。

2、岩性的影响

它是影响河床纵比降的重要因素之一,坚硬的岩石抵抗流水侵蚀力大,河床不易下切,深度较浅,但容易展宽,形成以侧蚀为主的侧向侵蚀区。相反,岩性软弱的河床,下切明显,形成以垂直侵蚀为主的深向侵蚀区。据哈克(J.F.Hack)和布鲁斯(L.M.Brush)的测定,在给定河长的河床上,页岩(软岩)沿程比降迅速减小,石灰岩次之,砂岩(硬岩)减小最慢:

S1(页岩)=0.034L

-081

S2(石灰岩)=0.019LS3(硬岩)=0.046L

-0.71

-0.167

式中:S1,S2,S3是河床纵比降,L是河长。

显然,不同岩性交替出现的河床,必然导致不同比降的交替出现。 3、地形的影响

河床沿程地形的宽窄,直接影响到水流对河床的冲淤变化和纵比降的大小。如在高水位期河道束窄段或河底凸起段,水面落差比河道扩张段或河床凹陷段的大。故前者在高水位期冲刷,河床加深,成为深向侵蚀区;后者河床淤积,河床展宽,成为侧向侵蚀区。若两者交替出现,河床则产生一系列的阶梯。

另外,弯曲河道和分叉河道的水力作用,在弯道水流冲刷凹岸,成为深槽,河床纵比降在此处增大。汊道的外侧两岸亦具有同样情况。

4、支流的影响

有支流加入的主流河床,由于水沙增加而使水情及泥沙性质发生变化,这种变化也反映在纵剖面上。

(二)侵蚀基准面与河床纵剖面的关系

河流的下切侵蚀并不是无止境的,往往受到某一基面(Base-level)的控制,河流下切到这一基面后即失去侵蚀能力,这一基面是个水平面,称为河流侵蚀基准面。由于地球上大多数的河流注入大海,水流活动受到海平面控制,尽管河流下蚀的深度在个别地段因局部流水动力、岩性或地壳下沉等因素影响可以达到海平面以下(如长江三峡段河床上有在海平面以下30~45米的深槽出现,在武汉以东有些地方的河床竟低于海平面几十米至近百米)。但是,海平面对河流侵蚀深度还是有一定限制作用,任何一条河流都不可能出现河床全部低于海平面的现象。因此,海平面一般就认为是河流的终极基准面,或称永久侵蚀基准面。此外,如果河流注入湖泊,或支流汇入主流,那么湖面或主流水面就成为该河或支流的侵蚀基准面。就一条河流各河段而言,造成急流或瀑布的坚硬岩坎可作为其上游河段的侵蚀基准面。这些侵蚀基准面存在时间较短,影响范围也较局部,因而统称为临时侵蚀基准面,或局部侵蚀基准面。

由此可见,河床纵剖面是以侵蚀基准面为起点而建立的,当这个侵蚀基准面发生变化时,例如上升或下降,都会引起纵剖面的演变。

当侵蚀基准面下降时,可能出现三种情况:第一,侵蚀基准面下降后出露的地表倾斜度大于原来的纵剖面时,河流侵蚀复活,从河口向上游进行溯源侵蚀。第二,侵蚀基准面下降后出露的地表倾斜度小于原来的纵剖面时,河流将出现回水现象,发生沉积。第三,侵蚀基准面下降后出露出的地面与原来纵剖面的倾斜度一致时,纵剖面不会发生大的变化。

当侵蚀基准面上升时,它对河流的影响只有一定的距离,该距离取决于回水高度、河流

比降及流速等,在这距离内,一般发生堆积,而在此以上影响不到。

从总的看,河流下游,特别是河口地区,堆积旺盛,河床比降减小,加上侵蚀基准面的影响,下切受到限制。在河流上游,特别在河源处,水量较小,下切力也弱,只有在河流的中游下切最强。因为这里水量和流速都较大,有足够的力量进行侵蚀和搬运泥沙,所以河床纵剖面的基本形态是呈上凹形曲线。但因原始地形、地质构造、地壳运动和局部水力等影响,这条曲线不是平滑的。

(三)河床平衡剖面

在河流长期作用下,河床纵剖面发展到一定阶段时,就趋向于平衡,这时的纵剖面称为平衡剖面。所谓平衡主要是指“动力平衡”,平衡时的河流侵蚀力与河床阻力相等,即河流既不侵蚀,也不堆积,水流动力正好消耗在搬运泥沙和克服水流内外摩擦阻力上,此时由河流上游带来的泥沙等于河流带走的泥沙,即冲淤平衡。

但是河流是一个开放系统,它与周围环境不断发生物质和能量的交换,由于组成环境的因素具有复杂性和多变性,如流域内的地质构造、岩石、气候、植被的变化或河流流量、含沙量、坡度、地形的改变等都不可能使河流上游的来沙与当地河流的挟沙力相等,于是河床也就发生冲刷或淤积;如果输入的泥沙超过当地水流的挟沙力时,过多的泥沙将会沉积下来,使河床淤高;当来沙少于当地挟沙力时,不足的泥沙将从当地河床中得到补充,使河床刷深,此时河床的平衡剖面将受到破坏。但是河流的自动调节作用会促使河床发生相应的调整,使河流达到新的平衡。不过这种平衡是暂时的和相对的,而不平衡是长期的和绝对的。达到“动力平衡”的河床纵剖面形态,大致呈一上凹形的抛物曲线,但从微观看,它仍然是阶梯式的或波状起伏的。

(四)山地河床地貌

山地河流发育比较年青,以下蚀作用为主,河床纵剖面坡降很大,多壶穴(深潭)、石质深槽、岩槛、跌水(瀑布)、浅滩,河床底部起伏不平,水流湍急,涡流十分发育。

急流和涡流是山地河流侵蚀地貌的主要动力。河底旋涡流携带着砂、砾石,具有较强的冲蚀力,旋磨河床底部的坚硬岩石,形成深陷的凹坑,称为壶穴。壶穴大小可以从不足一米至六七米,位于瀑布下面的深潭可深达二十余米。壶穴发育在岩面上,成为石质河床加深的主要方式。当壶穴彼此连通之后,河床即加深了,这些崩溃了的壶穴,就成为新河道上一条条石沟地形,一条深水道便产生出来了。原来的石质河床此时也会部分干出,形成高水河床。

山地河床以河床浅滩地形发育为特点。山地河床浅滩地形,按组成物质可分石质浅滩和砂卵石浅滩两类,其中后者与平原河流的浅滩属同一性质。由于山地河流滩多流急,对船舶