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内营力 ---------- 构造地貌 风化作用 机械作用 外营力 ---------- 流水作用 化学作用 风沙作用 冰川作用 海洋动力作用. 流水地貌 喀斯特地貌 黄土地貌 风沙地貌 冰川地貌 海岸地貌. 第一节 流水地貌. 本节知识结构 : 侵蚀作用 侵蚀地貌
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内营力----------构造地貌 风化作用 机械作用 外营力----------流水作用 化学作用 风沙作用 冰川作用 海洋动力作用 流水地貌 喀斯特地貌 黄土地貌 风沙地貌 冰川地貌 海岸地貌
第一节 流水地貌 本节知识结构: 侵蚀作用 侵蚀地貌 流水作用 搬运作用 堆积作用 堆积地貌 流水的运动形式: 暂时性流水 突发性或间歇性 片状坡面流水 坡面流水地貌 线状沟谷流水 沟谷流水地貌 经常性流水 河槽中终年持续不断 河流地貌
一、 流水作用 流水有三种作用,即侵蚀作用、搬运作用和堆积作用。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,只能挟运一定数量的泥沙,因此,当流速、流量增加,或含沙量减少时,流水就产生侵蚀作用,并将侵蚀下来的物质运走;反之,就发生堆积。
(一) 侵蚀作用 流水的侵蚀表现为流水对坡面、沟谷和河谷的侵蚀。 坡面侵蚀是坡面流水对地表进行面状的、均匀的冲刷。 沟谷流水与河流的侵蚀是一种线状侵蚀,表现为下蚀(下切)、旁蚀(侧蚀)与溯源侵蚀(向源侵蚀)三种。 下蚀是指流水及其挟带的砂砾等对谷底的侵蚀,其结果使谷底加深。旁蚀是对谷地两侧的侵蚀,其结果使谷坡后退,谷地展宽。溯源侵蚀系指向源头的侵蚀,其结果使谷地伸长。 下蚀、旁蚀与溯源侵蚀是相互联系、同时进行的。
坡面流水是雨水或冰雪融水在地表形成的薄层片流或细流,随地表起伏而流动,没有固定的流路,因而面状而均匀地冲刷地表松散物质。如果植被稀疏、地表物质疏松、降水量多且强度大、坡面形态有利于加快径流流速和增多流水,那么坡面流水的侵蚀就强烈。坡面流水冲刷下来的物质或汇入沟谷与河流,是江河泥沙的主要来源;或在缓坡、坡麓和洼地堆积,成为坡积物。坡面流水是雨水或冰雪融水在地表形成的薄层片流或细流,随地表起伏而流动,没有固定的流路,因而面状而均匀地冲刷地表松散物质。如果植被稀疏、地表物质疏松、降水量多且强度大、坡面形态有利于加快径流流速和增多流水,那么坡面流水的侵蚀就强烈。坡面流水冲刷下来的物质或汇入沟谷与河流,是江河泥沙的主要来源;或在缓坡、坡麓和洼地堆积,成为坡积物。 当坡面流水和细流增大到一定程度时,会自动汇集为线状集流,再进一步汇集成沟谷水流。沟谷流水比较集中,有较固定的流路,其侵蚀能力比坡面流水显著增强,是形成沟谷地貌的主要营力。 沟谷进一步发展,或得到地下水补给,就形成有常流水的河谷,河谷中的常流水就是河流。
沟谷流水和河流的侵蚀作用是线状的,表现为下蚀(下切)、旁蚀(侧蚀)与溯源侵蚀(向源侵蚀)三种。下蚀是指流水及其夹带的砂砾等对谷底的侵蚀,结果使谷底加深。旁蚀是对谷地两侧的侵蚀,结构是谷坡后退,谷底展宽。溯源侵蚀系指向源头的侵蚀,结果使谷地伸长。下蚀、旁蚀和溯源侵蚀是同时进行、相互联系的,在塑造陆地地貌形态方面起着重要作用。沟谷流水和河流的侵蚀作用是线状的,表现为下蚀(下切)、旁蚀(侧蚀)与溯源侵蚀(向源侵蚀)三种。下蚀是指流水及其夹带的砂砾等对谷底的侵蚀,结果使谷底加深。旁蚀是对谷地两侧的侵蚀,结构是谷坡后退,谷底展宽。溯源侵蚀系指向源头的侵蚀,结果使谷地伸长。下蚀、旁蚀和溯源侵蚀是同时进行、相互联系的,在塑造陆地地貌形态方面起着重要作用。
(二) 搬运作用 流水对泥沙的搬运方式有两种。 一种是流水使砂砾沿底面滑动、滚动或跃动,统称为推移。在水底被推动的砂砾粒径总是与起动流速的平方成正比,而砂砾的体积或重量又与其粒径的三次方成正比,因此,颗粒的重量与起动流速的六次方成正比。这就是山区河流、沟谷中能搬运巨大砾块的原因。 另一种是细小泥沙在水中呈悬浮状态移运,称为悬移。但是,被流水搬运的同一粒径的物质,随着流水搬运能力的变化,其搬运方式可发生变化。
黄河:12 亿吨/年 长江:5 亿吨/年
(三) 堆积作用 当水流中的含沙量超过其搬运能力时,即有一定数量的泥沙堆积下来。
二、 坡面流水地貌 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。雨水在坡地上聚成薄薄的水层,以后由于受地表微小起伏的影响,使水流分离,形成许多细流。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,被冲刷下来的物质,成为江河泥沙的主要来源。
(一)坡面(片流)流水作用 片流的作用范围很广,凡是有流水的地区,除了沟谷流水及河流作用范围之外,都属于它的作用范围。虽然它的作用能力较小,但因其作用范围广阔,所以对地貌的影响仍然很大,局部地区还造成严重的水土流失。 片流作用的强度受气候、地形、岩性和植被等因素影响。
(1)气候因素 降雨量和降雨强度是片流作用的重要因素,雨量多而降雨强度大的地区,片流作用也大。其中尤以降雨强度影响最为重要,它不仅在短期内带来丰富的水量,而且还以强劲的雨滴对地面进行高速(7~9m/s)的冲击,溅蚀土粒,扰动土壤,使它向坡下蠕动。暴雨对地面侵蚀量的关系可用下式表示: W=AI0.75·L0.5·M1.5 式中:W为当次暴雨的侵蚀量(t/hm2);A为变数;I为地面坡度;L为坡长;M为降雨强度(mm/min) 由上式可见,降雨强度对坡地侵蚀起着首位作用。
(2)地形因素 坡度和坡长分别影响流速和流量。从理论上讲,坡度越大则流速越大,侵蚀力也越强。但实际研究表明,坡度在40°~50°时侵蚀量最大,超过该坡度时,侵蚀量反而减小。原因是坡度越大,实际受雨面积减少,从而也减少了流量。
(3)岩性因素 组成地面的岩石软硬以及残积、堆积物的致密程度,都会影响到地面的抗蚀能力。如在页岩、泥岩分布区、黄土堆积区及花岗岩风化壳(残积)分布区,由于岩性软弱或土质疏松而抗蚀力差,片蚀作用都十分强烈。 (4)植被因素 它是影响片流作用的最重要因素。植被对地面具有保护作用,如树冠、树干、凋落物和草类等都可拦截雨水,避免雨滴对地面的直接打击。其中树冠就可截留降雨量的15%~80%。凋落物既能储存水分,又可阻滞片流的进行,它分解后还改良了土壤性质,增加了土壤透水性,减少了片流的发生。此外植物的根茎能固结土层,拦阻片流。所以在植被覆盖度大的地区,片流作用十分微弱。
(5)人为因素 片流作用受人为影响也很重要。如广东50年代初期,水土流失面积为4000多km2,至1983年增至11265km2,增幅1.8倍,其中片蚀面积占总流失面积67%。治理速度赶不上流失速度,其主要原因是人为长期对森林草地的破坏,加上耕作方式不合理,以及开矿、取石、修路和工程建筑后水土保持不当等所引起。
(二)坡面流水地貌 (1)浅凹地和深凹地 由片流侵蚀而成的浅凹地是一种纵长而宽浅的谷地,多分布在低丘陵、台地、阶地或高平原上。宽度一般小于200m,深度小于20m。横剖面呈对称的下凹形曲线,两坡和缓,坡度10°~15°左右,纵剖面向下游缓倾。浅凹地由片流侵蚀而成,降雨时片流侵蚀两坡,然后汇聚于谷底的纵轴,再向下游排出,但因谷底水流缓慢,且有薄层堆积,故不会产生沟谷,因此浅凹地又称为无床谷地。
浅凹地的下游,水量汇聚增大,侵蚀力加强,因而发育出深凹地。深凹地的两坡坡度增大,谷底较深。深凹地的发育时间较早,故谷地有着较厚的堆积物。浅凹地或深凹地的发育可使台地、阶地丘陵化。由于这二种凹地地形平缓,水土条件较好,故在我国南方多开辟为耕地或建作储水池塘。浅凹地的下游,水量汇聚增大,侵蚀力加强,因而发育出深凹地。深凹地的两坡坡度增大,谷底较深。深凹地的发育时间较早,故谷地有着较厚的堆积物。浅凹地或深凹地的发育可使台地、阶地丘陵化。由于这二种凹地地形平缓,水土条件较好,故在我国南方多开辟为耕地或建作储水池塘。
坡积裙 片流侵蚀作用主要在山坡的中上部,到了山麓地带,由于坡度转缓,流速减慢,加上流水挟沙量多,所以搬运能力大减,产生堆积,形成了坡积裙。因此坡积裙是披覆在坡麓上的层(面)状堆积地貌,堆积物上部薄,下部厚,纵剖面呈下凹形(图6.17)。堆积层结构松散,颗粒较粗,以中细砾、砂、亚砂土和亚粘土为主。分选性和磨圆度较差,略具斜层理。在坡度较大和堆积层厚的坡积裙,容易引起滑坡,应注意防护。
三、 沟谷流水地貌 (一)沟谷流水特点及其生成 沟谷流水是一种暂时性的线状流水,它被约束在沟谷内,有着固定的流路。水文特点有: (1)流量变化极大,水位暴涨暴落,降雨时水量很大,无雨时水量消失,故又称为暴流或洪流。 (2)流水纵比降大,流速也大,水流湍急,侵蚀力很强,破坏性很大。 (3)含沙量大,并且常常挟带着巨砾,造成下游堆积地貌。 沟谷流水的生成是由片流转变而成。在不平整的坡地上,只要有局部的凹陷,都会吸收两侧的来水,形成流心线,在流心线上水层增厚,流速加大和下蚀力增强的情况下,就会逐渐侵蚀出长形的沟谷和产生沟谷流水。
(二)沟谷流水地貌 沟谷流水在不同的部位其作用方式和强度都不同,因而产生三种地貌:即上游集水盆、中游沟谷和下游扇形地。 (1)沟谷 它是沟谷流水侵蚀所成的槽形洼地,小的仅长10余米,大的可达数十公里。按其发育程度又可分为四种类型: 1)细沟:它是最初发育的小沟,深、宽度不及0.5m,沟的两坡没有明显的沟缘(图6.18A),纵剖面与坡面形态大致相同。
2)切沟:由细沟发展而成,宽、深度达到1~2m,长数十米以上,横剖面是“V”形,沟缘明显,纵剖面与坡面不一致,其下部成为下凹形(图6.18B)。2)切沟:由细沟发展而成,宽、深度达到1~2m,长数十米以上,横剖面是“V”形,沟缘明显,纵剖面与坡面不一致,其下部成为下凹形(图6.18B)。 3)冲沟:由切沟进一步侵蚀而成,是沟谷发育的最盛期的形态,下切作用强烈,深数米至百米不等,长可达数公里至数十公里,横剖面呈峡谷状,纵剖面崎岖起伏,多陡坎和瓯穴(图6.18C)。 4)坳沟:沟谷发育晚期的形态,以侧蚀作用为主,谷坡迅速扩宽,谷底堆积物增厚,纵剖面比较平缓,横剖面呈宽槽形。在我国南方的坳沟多开辟成“坑田”(图6.18D)。
(2) 扇形地(洪积扇)它是沟谷出口的扇形堆积体。堆积物来自集水盆及沟谷的侵蚀。它的形成与沟口水力减弱有关。当沟谷流水流出山(丘)转入平地时,流速骤减,同时流水在此分散,使单位流量减小,搬运能力因而大为减弱,结果在出口处形成大量堆积(图6.19)。 在我国西北干旱和半干旱的山区,物理风化强烈,碎屑物也多,所成的扇形地规模也很大,面积由数十至数百平方公里。扇顶与扇缘的高差可达百米以上,但地面坡度却很平缓,一般扇顶为6°~8°,边缘为1°~2°。
大型扇形地堆积物的分布较有规律,由扇顶至边缘可分为三个岩相带:大型扇形地堆积物的分布较有规律,由扇顶至边缘可分为三个岩相带: 1)扇顶相:位于扇形地的上部,该带堆积物为巨大的砾石,其间空隙填充砂及粘土。砾石磨圆度差,略具厚薄不均的透镜状层理。 2)扇形相:位于扇形地的中部,以亚砂土及亚粘土为主,夹砾石及砂的透镜体。砾石向上游倾斜和叠瓦状排列,磨圆度较扇顶相稍好。 3)边缘相(滞水相):位于扇形地的边缘,堆积物最细,以亚砂土、亚粘及粘土为主,偶夹砂及细砾透镜体,具有斜层理,地下水在此带溢出,在干旱区则为绿洲所在地。
二、坡面流水地貌与沟谷流水地貌 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,它们在流动过程中比较均匀地冲刷地表松散物质,这种侵蚀方式称为片状侵蚀。片状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。在一定的地形条件下,如果地表物质疏松、植被稀疏、降水量多且强度大,坡面流水的侵蚀就强烈。被冲剧下来的物质,成为江河泥沙的主要来源。在坡地上植树种草,既可防治水土流失,又可减少河流淤积。 沟流比较集中,有较固定的流路,其侵蚀能力较坡面流水有显著增强,是形成沟谷地貌的主要营力。 区沟谷的发育主要受岩性、构造的有密切关系,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;我国影响。 沟谷规模短小,纵剖面上陡下缓,多陡坎、壶穴,横剖面多呈V形。
四、河流地貌 河流的侵蚀与堆积作用塑造的地貌多种多样。可以分为两类: 从河谷横剖面看,可分谷底和谷坡两大部分;谷底包括河床和河漫滩,谷坡上常发育阶地。 从河流纵剖面看,上游河谷狭窄,常见瀑布;中游河谷较宽,多河漫滩和阶地;下游多曲流和汊河,河口有三角洲和三角湾。 或者:河流地貌的分布位置分,河谷内的和河谷以外的两部分。
(一)、河谷地貌 河流是一种经常性的线状流水,它有固定的流路,较稳定的流量和流速,作用力比较强大,由它所造成的槽形谷地,称为河谷。 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。 1. 河谷的形态
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。
2. 河谷的类型 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。
(3)阶地河谷 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。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。
(二)、河床地貌 河床在水流作用下形成河床侵蚀地貌和堆积地貌。 侵蚀地貌主要有深槽、壶穴、岩槛、深切曲流。当水流侵蚀能力增强,该段河床就被冲刷成深槽。 床堆积地貌主要有河床展宽期间堆积的浅滩;布于岸边的边滩;布于河心的心滩,枯水位时露出水面,中水位以上出露的称江心洲。沿岸长条延伸的沙滩称沙嘴。边滩经生长,发育成河漫滩。河漫滩上随着动力作用的变化而发育多种类型的微地貌
河床的类型一般可分为4类:①顺直微弯型,河段顺直略有弯曲、深槽、浅滩交错分布。②弯曲型,具有曲折的外形和蜿蜒蠕动的动态特性,分布很广,任意两相邻浅滩的间距约为河宽的5~7倍。③分汊型,又称江心洲型河床,具有一个或几个江心洲,河身呈莲藕状,具两股以上的汊道,汊道交替消长。④游荡型,河身顺直宽浅,沙滩众多,汊道交织,河床变形迅速,主槽摆动不定,水流散乱。河床的类型一般可分为4类:①顺直微弯型,河段顺直略有弯曲、深槽、浅滩交错分布。②弯曲型,具有曲折的外形和蜿蜒蠕动的动态特性,分布很广,任意两相邻浅滩的间距约为河宽的5~7倍。③分汊型,又称江心洲型河床,具有一个或几个江心洲,河身呈莲藕状,具两股以上的汊道,汊道交替消长。④游荡型,河身顺直宽浅,沙滩众多,汊道交织,河床变形迅速,主槽摆动不定,水流散乱。
图1 都江堰示意图Sketch of Dujiangyan project 图1 都江堰工程由鱼嘴(分水堤)、飞沙堰(溢洪道)、宝瓶口(引水口)三大工程构成(见图1)。它们有机的组合,联合发挥了引水灌溉、排洪、排沙和减灾的巨大作用。鱼嘴与金刚堤连在一起,位于江心,它们的建造和作用与弯曲河床形态有密切关系。金刚堤实质是岷江河床上的江心洲,鱼嘴位于金刚堤的顶端,形如鲸鱼之嘴巴,故名为鱼嘴。鱼嘴与金刚堤的共同作用是使岷江河床分汊,即分为内江和外江,所以鱼嘴与金刚堤是一个非常关键的工程。从分水堤与金刚堤位于河床中心位置分析,这个堤的建造,主要是李冰利用了河流的弯道环流的科学原理形成的。