第十章河流及其地質(zhì)作用

1、第九章 河流及其地質(zhì)作用,§1.河流概述 §2.河流的侵蝕作用 §3.河流的搬運作用 §4.河流的沉積作用 §5.構造運動對河流地質(zhì)作用的影響,§1.河流概述,河流是陸地上有固定流向的水流或是降水或地下涌出的水重力作用下經(jīng)常性或周期性沿流水本身侵蝕而成的槽狀洼地流動的水體,§1.河流概述,河流是陸地上最活躍、最強烈的外動力地質(zhì)作用。,,落基山脈中

2、間的河流,,蛛網(wǎng)似的河流，從庫車大峽谷流過,,河流的構成河水河谷河谷：由谷底、谷坡、河床構成谷底－河流底部平坦的部分河床—谷底常為河水占據(jù)的部分.谷坡－高出谷底的兩側(cè)的斜坡部分,河流地貌,§1.河流概述,河流的形成由片流、洪流發(fā)展而來。 片流 — 沿山坡均勻流動的網(wǎng)狀細流， 片流的侵蝕作用使山坡松散層產(chǎn)生破壞。 洪流: 面狀流水匯聚成的暫時性線狀流水.,片流地貌,片狀侵蝕,流水作用,流水的線狀侵蝕,,河流

3、流水的種類：層流紊流環(huán)流(單向，雙向）,河水的運動形式：,環(huán)流：水質(zhì)點作螺旋狀運動，運動跡線在橫剖面上投影為環(huán)行。渦流：水質(zhì)點繞軸旋轉(zhuǎn)運動，軸與河底近于垂直。,環(huán)流,E = 1/2 ×QV2 Q —流量 V —流速流量單位時間內(nèi)通過一定過水面積的水量取決于流域面積， 降水量 。流速單位時間水流過的距離。取決于河床坡度，橫剖面形狀和大小，負荷類型；,河流的動能,Stream flow w

4、ithin a channel is most rapid near the center.,,河流地質(zhì)作用,河流地質(zhì)作用河流對地表的改造過程河流地質(zhì)作用的類型侵蝕搬運沉積,,河流地質(zhì)作用的特點以機械作用為主化學作用較弱河流地質(zhì)作用的機制河流動能決定了河流機械作用的強度,§2．河流的侵蝕作用,河流的侵蝕作用河水在流動過程中，以自身動能和所搬運的物質(zhì)對地表的破壞作用。河流侵蝕作用的分類：下蝕側(cè)蝕,

5、67;2．河流的侵蝕作用,河流的侵蝕機制 溶蝕作用河水溶解礦物和巖石，破壞河床。水力作用河水及攜帶物的機械沖擊力破壞河床。磨蝕作用流水以其攜帶的砂、礫對河床巖石的磨損，同時流水中的礫、礫本身被磨損,河水及攜帶物對河床的機械作用,河水及攜帶物對河床的機械作用,§2．河流的侵蝕作用,河流侵蝕作用的分類：下蝕側(cè)蝕,§2．河流的侵蝕作用,下蝕（底蝕）流水對河底巖石侵蝕并使河床下切。下蝕的原因流水向下的運

6、動分量沖刷河底流水攜帶的固體物對河底的磨蝕雙向環(huán)流作用：河水涌入峽谷，河床峽谷中雙向環(huán)流流水使峽谷加深,§2．河流的侵蝕作用,下蝕結(jié)果溯源侵蝕渦流作用形成的凹坑侵蝕基準面下移,下蝕作用結(jié)果溯源侵蝕---由于下蝕作用使河流向源頭方向伸長（加長）我國黃河壺口瀑布５cm/年（退）北美尼亞加拉瀑布0.3m/年,a2,a1,a3,瀑布后退----溯源侵蝕的一種形式,,下蝕最強烈的是瀑布地區(qū),美國和加拿大邊界的尼亞加拉瀑布(

7、世界第一),,,貴州省黃果樹瀑布群中的黃果樹瀑布 為最大一級落差58M,寬約20M.,黃 河 壺 口,,渦流作用形成的凹坑,渦流作用形成的凹坑,,渦流作用形成的凹坑,渦流作用形成凹坑,§2．河流的侵蝕作用,侵蝕基準面——河流下蝕作用的極限面。當河流下蝕到其補給水體水面時，下蝕作用停止，則補給河流的水體的水面就是河流的侵蝕基準面。,§2．河流的侵蝕作用,侵蝕基

8、準面——河流下蝕作用的極限面。河流的最終侵蝕基準面——海平面沿河流縱剖面可分出多個區(qū)域侵蝕基準面,,總基準面地方基準面？,Base level,,,,,河流基準面的意義：控制河流發(fā)育基準面上升，水流的挾沙能力降低，發(fā)生淤積；基準面下降，水流侵蝕作用加強， 由下游開始向上游發(fā)生溯源侵蝕。,河流,局部侵蝕基準面（湖水面）,侵蝕基準面（海平面）,,,美國猶他州河流下切作用形成的深切曲流,§2．河流的侵蝕作用,河流平衡剖

9、面河流不發(fā)生侵蝕，也不發(fā)生沉積作用時剖面為河流平衡剖面達到平衡剖面的河流，其沖積力與河床的阻力相等，河流既不發(fā)生侵蝕，也不沉積。平衡即使在一定條件下能夠達到也只是暫時的, 不平衡是絕對的,河流平衡剖面與侵蝕基準面,,§2．河流的侵蝕作用,側(cè)蝕側(cè)蝕作用產(chǎn)生原因: 水流慣性力流水沖擊力 離心力 合力 科利奧里力

10、 橫向力,,,河流側(cè)蝕作用示意圖,§2．河流的侵蝕作用,側(cè)蝕 河道彎曲,曲率增大 側(cè)蝕作用結(jié)果 河床側(cè)移(曲流) 河谷加寬,成碟形,,,側(cè) 蝕 作 用 離心力、克利奧里力

11、 與側(cè)蝕作用的關系 (北半球)A. 彎道右彎,水流沖擊合力小 侵蝕力小.

12、 G—水流慣性力P---彎道離心力F---克利奧里力V---水流流向 B. 彎道左彎,水流沖擊合力大,侵蝕力大,,,G,G,P,水流經(jīng)彎道時,凹岸水面升高,凸岸水面下降,形成水面橫比降.水質(zhì)點在橫比降作用下,產(chǎn)生橫向力F;同時水質(zhì)點受到離心力P的作用,P與F的合力Q決定水質(zhì)點的最終運動方向. 水體上層,P離心力＞F橫向力, Q合力向右; 距河底水深1/3的O點處, Q合力＝O

13、水體下層, P離心力＜F橫向力, Q合力向左. 注:水面橫比降=△h/河面寬度,,F,P,Q,環(huán)流,,,,△h,,,O,凸岸,凸岸,凹岸,凹岸,凹岸凸岸的判斷：發(fā)生堆積的岸為凸岸,側(cè)蝕的結(jié)果：河床彎道處曲率增大,,,都江堰二千多年前李冰父子利用河流的曲流原理,修建了都江堰第一個曲流處,利用凹岸和凸岸,設置了魚嘴工程, 江水一分為二,清水入內(nèi)江,泥沙濁水入外江.引水工程寶瓶壺設于凹岸處,將清水引向成都平原,而泥沙礫拋向凸岸,

14、并被水流沖走飛沙堰在枯水期將江水臺高,引入寶瓶口,洪水時,多余的水將越過飛沙堰流走.,側(cè)蝕結(jié)果-----在平坦寬闊的沖積平原上的河流彎道,自由河曲——河流在平坦寬闊的沖擊平原上流動時，側(cè)蝕作用強烈彎道自由發(fā)展，彎曲加大，河床在平面上蜿蜒回環(huán)。彎曲很多時，稱蛇曲。,３°自由河曲及牛軛湖的形成。,牛軛湖的形成,自由河曲的某一段上，兩對的彎道溝通，棄廢的部分河道形成了牛軛湖。,,亞 馬 遜 河 河 段 上 的

15、牛 軛 河,下蝕、側(cè)蝕作用的關系　河流在運動過程中下蝕、側(cè)蝕同時進行，僅在不同河段上表現(xiàn)度不同。上游：地形起伏大，河床坡度陡，下蝕作用為主。中、下游：地形相對平緩，側(cè)蝕為主。,§3 河流的搬運作用,河流的搬運作用河流將攜帶物質(zhì)向下游方向搬運搬運方式：機械搬運化學搬運,§3 河流的搬運作用,機械搬運懸移搬運躍移搬運 推移搬運,§3 河流的搬運作用,懸移搬運搬運物質(zhì)粒徑一般

16、＜0.1mm，這些細小顆粒一旦被水流掀起后就不易沉降。,§3 河流的搬運作用,躍移搬運近河流底部搬運物質(zhì)在水流不穩(wěn)定，具有向上垂直分力與迎面壓力同時作用下產(chǎn)生的移動其粒徑一般為0.1～0.25mm向上垂直分力＞顆粒重力時，顆粒呈跳躍式前進,§3 河流的搬運作用,推移搬運搬運物質(zhì)沿底面滾動或滑動顆粒較粗,§3 河流的搬運作用,推移搬運礫石最大扁平面傾向指向上游,懸運,躍運,推運,流水

17、搬運物質(zhì)的方式,§3 河流的搬運作用,化學搬運溶運：以溶液及膠體的形式進行搬運。 可溶鹽類： 以鈣、鎂的碳酸鹽類為主。 膠體溶液： SiO2、 Al2O3,§3 河流的搬運作用,流速與搬運的關系流速大：搬運量大，搬運的碎屑物粒度大；流速?。簯腋∽兺埔?§3 河流的搬運作用,搬運物的性質(zhì)與搬運方式粗砂、礫石---推移搬運(滑動、滾動、跳躍)，搬運距離近。粉砂、泥---懸浮搬運，搬運距

18、離較遠。,§4.河流的沉積作用,河流的沉積作用河流搬運力降低時，搬運物沉積的過程沉積作用的類型機械沉積化學沉積生物與生物化學沉積,§4.河流的沉積作用,河流搬運力降低的原因河流的動能減小(流速，流量減小)化學條件改變,§4.河流的沉積作用,河流的動能減小(流速，流量減小)流速降低，機械搬運物沉積于河流凸岸，河流入湖、海處?；瘜W條件改變使溶解狀態(tài)搬運的物質(zhì)發(fā)生沉淀。,§4.河流的

19、沉積作用,沉積原理 機械沉積原理坡度降低、來水量少、流速下降過水面積增大含砂過飽合頂托作用,§4.河流的沉積作用,沉積原理 化學沉積過飽和沉積(鹽湖沉積)膠體沉積(電解質(zhì)改變)生物沉積遺體堆積生物化學沉積藻類、珊瑚--Ca艸形成的礁體,沉積物的主要的沉積場所(空間分布)：河床坡度變緩的部位；河床變寬的部位；河床的凸岸；河流的出口處；,§4.河流的沉積作用,§4.河流的沉積作用

20、,機械沉積分異大而重先沉積，小、輕的物質(zhì)后沉積沖積物－河流沉積的碎屑物質(zhì),§4.河流的沉積作用,沖積物的主要特征：1.分選性好 2.磨圓度好 3.層理清晰 4.韻律性 5.具流水成因的構造特征,§4.河流的沉積作用,沉積物的分選性沉積物的粗細均勻性。沉積物粒徑均勻，分選好；粒徑懸殊則分選性差。,從上游至下游: 沉積物顆粒由粗變細,棱角變無,§4.河流的沉積作用,河流沉積物特征差異的原因

21、,§4.河流的沉積作用,河流沉積的空間分布格局河谷河床沉積心灘：邊灘河漫灘河口的沉積作用三角洲沉積,§4.河流的沉積作用,河床沉積河床河水經(jīng)常流動的地方其沉積顆粒較粗有較好的交錯層理河床沉積隨著水位的季節(jié)性而有規(guī)律變化,Typical Stream Cross-sections,§4.河流的沉積作用,心灘河床中間的沉積地貌，平水位時（枯水期）高出河面，洪水期被淹沒。平面上梭形、長軸

22、平行于流向；雙向環(huán)流是形成心灘的主要原因，支流的相互頂托而形成，外來障礙物也可形成心灘。,§4.河流的沉積作用,心灘,雙向環(huán)流,江心洲：心灘增大，或幾個心灘連在一起洪水期亦露出水面的”心灘”。,§4.河流的沉積作用,,湘江的水陸洲由心灘發(fā)育而成,邊灘：河流彎道處凸岸堆積新月形，向下游和河心方向傾斜。,邊灘形成機理,邊灘,,,,,,凸岸沉積,凹岸侵蝕,凸岸,凸岸,凹岸,凹岸,單向環(huán)流,邊灘形成機理,,,位于

23、云南省石鼓的長江第一灣.見邊灘、心灘、河漫灘、侵蝕的凹岸、堆積的凸岸,邊灘,心 灘,河 漫 灘,,河流邊灘 盧森堡,§4.河流的沉積作用,河漫灘:邊灘變寬、加高且面積增大的產(chǎn)物高出河床，平坦谷地洪水時可淹沒，枯水期出露,§4.河流的沉積作用,河漫灘構成特點河漫灘在沉積上具有二元結(jié)構(河漫灘相物質(zhì))特征下部較粗礫石或砂組成上部粒徑較細粉沙，亞粘土組成流速較慢的水流沉積形成。,§4.河流

24、的沉積作用,河漫灘的二元結(jié)構：河床在侵蝕作用下常發(fā)生左右遷移河漫灘之處，常是地史中的河床位置較細的河漫灘沉積之下，有河床的粗顆沉積。,平行于河床的壟狀堆積，洪水期，河水水量加大，溢出河巖。當溢出兩岸時，流速聚然減低，河水中攜帶的較粗物質(zhì)在緊靠河床的邊緣部大量堆積下來，形成自然堤.,河谷沉積相平面與剖面結(jié)構,早期沉積,天然堤,邊灘,河漫湖泊,決口扇堤,牛軛湖沉積,河床沉積,河床沉積,河漫灘沉積,,,河床,河漫灘,河谷分類 ( 按橫剖

25、面 ) ：,,,,,,V 形谷--上游侵蝕,U 形谷--平原侵蝕,碟形谷--下游侵蝕,V 形谷----侵蝕作用為主,§4.河流的沉積作用,河口沉積（三角洲沉積）河流在入海（湖）口處的沉積稱三角洲沉積。三角洲頂端指向河流方向表面平坦向湖、海方向傾斜，其上常有沼澤分布。河口處沉積物中有機質(zhì)豐富，常形成石油和天然氣等有機礦產(chǎn),Wave vs. Tidal Deltas,§4.河流的沉積作用,三角洲沉積形成條件

26、河口流速變緩，水域擴大，碎屑物沉積河水中的膠體物與海、湖水中不同電荷電解質(zhì)作用產(chǎn)生沉淀三角洲保存條件 河流的機械搬運量較大； 近河口處坡度緩，海水淺； 近河口處無強大的波浪和潮流沖刷,§4.河流的沉積作用,三角洲剖面三重層結(jié)構（剖面結(jié)構）Ｔ——頂積層（前積層增高到河床高度時，隨著三角洲向海方向推移，前積層上的近于水平的河床沉積）Ｆ——前積層（三角洲沉積的主體。河水帶的大量泥砂沉積組成）Ｂ——底積層（河流

27、帶來的懸浮物質(zhì)及膠體物質(zhì)沉積形成了底積層，顆粒細，以粉砂和粘土為主。,三角洲內(nèi)部的三重層結(jié)構,三角洲的演化,洪流沉積作用產(chǎn)物: 洪積物，洪積錐，洪積裙成分: 流經(jīng)區(qū)的礫石，砂，粉砂，粘土位置:山地平原交界處沖溝口,§4.河流的沉積作用,洪積扇,洪積物特點分選性和磨圓度較差，扇頂部分沉積物比較粗，向著扇體邊緣逐漸變細，及至扇底前緣可出現(xiàn)粘土物質(zhì)。,坡積裙 加州,不同類型的河流階地具有不同的成因機制。河流階地按成因可以分

28、為：,堆積階地,侵蝕階地,,基座階地,,,Ⅰ,Ⅱ,Ⅲ,Ⅲ,沖積物,河漫灘,沖積物,河流,基 巖,階地地貌（river terrace）,階地地貌（river terrace）,階地地貌（river terrace）,階地形成第一階段:河流拓寬谷底，形成寬闊河漫灘第二階段河流強烈下切（undercut），原河漫灘高出于一般洪水位之上形成階地,階地地貌（river terrace）,階地形成的影響因素構造運動整體抬升掀斜抬升

29、拱曲型抬升斷裂抬升氣候變化干濕變化：雨期 間雨期冷暖變化：冰期 間冰基面升降河流系統(tǒng)自身運動,河流地貌,侵蝕與沉積作用的綜合---- 谷 地 貌 單 元,河流地貌,按地質(zhì)作用分侵蝕地貌沉積地貌綜合地貌侵蝕地貌侵蝕河床、侵蝕階地、谷地、谷坡；,河流地貌,沉積地貌心灘、江心洲、河漫灘、堆積階地、自然堤、沖積平原、洪積扇、河口三角洲等。,河流地貌,綜合地貌牛軛湖,構造運動對河流地質(zhì)

30、作用的影響,構造運動微弱地區(qū)河流的演化表現(xiàn)出連續(xù)而又有階段性的特征。其演化過程----分為初（幼年期）、中（壯年期）、晚（老年期）三期，對應上、中、下游,,幼年期：地面的抬升，河流下切，河谷深狹，谷坡陡峻，接近30°或更陡。河谷近似“V”字形。水系尚未充分發(fā)育，河網(wǎng)密度小，地面分割微弱分水嶺地帶廣闊，分水嶺頂部分布有大片平坦的原始地面。,構造運動對河流地質(zhì)作用的影響,構造運動微弱地區(qū)初（幼年期）(上游) ，下蝕為

31、主，河谷深切，河床坡度大縱剖面呈階梯狀，河谷較直形成V形峽谷及急流瀑布沉積物分選差、粒度大,,壯年期：河流下切旁蝕作用加強河谷逐漸展寬，地面的切割密度、深度加大河間分水嶺地帶逐漸變窄山坡逐漸變緩，嶺脊變圓渾形成山坡形態(tài)和平緩起伏的渾圓狀地貌。,構造運動對河流地質(zhì)作用的影響,構造運動微弱地區(qū)中期（壯年期）(中游)下蝕作用減弱、河床坡度減小側(cè)蝕作用占主導地位，河谷加寬，形成曲流，橫切面“U”形出現(xiàn)心灘、邊灘、河漫灘各

32、種形態(tài)的沉積,,老年期：主要為旁蝕和堆積，下蝕作用已很微弱形成廣闊的谷地平原，山坡更平緩，坡麓堆積與谷底連成一片分水嶺山體縮小以至消失形成準平原地貌。,構造運動對河流地質(zhì)作用的影響,構造運動微弱地區(qū)晚期老年期(下游)河床坡度進一步變緩，微弱波狀起伏側(cè)蝕作用不再加寬河谷，僅使河流擺動形成蛇曲和牛軛湖,,Process of river,構造運動對河流地質(zhì)作用的影響,構造運動強烈地區(qū)形成多級河谷由河谷階地表現(xiàn)階地河流

33、重新下蝕，原來谷底河漫灘呈階梯狀殘留在新的谷坡上,河流階地示意,構造運動對河流地質(zhì)作用的影響,河谷階地橫剖面上河谷坡地出現(xiàn)的階梯狀沉積體不被洪水淹沒.每一級階地由一平坦階面和一陡坎組成。階面微向下游和河床傾斜階地沉積物具有二元結(jié)構,構造運動對河流地質(zhì)作用的影響,河谷階地產(chǎn)生的原因地殼上升時，河谷下蝕；地殼停止上升，河谷側(cè)蝕為主，發(fā)生沉積循環(huán)上過程，河漫灘提高出水面形成河谷階地，形成多級的河流階地河流階地的存在反映了構造

34、運動和河谷發(fā)育的平穩(wěn)和突變的雙重性,構造運動對河流地質(zhì)作用的影響,階地由下往上，形成時代由新－>老，以數(shù)字命名階地：一級，二級，三級階用城鎮(zhèn)命名，如雨花臺階地,構造運動對河流地質(zhì)作用的影響,河谷演化趨勢第一階段：強烈下蝕作用的第二階段：側(cè)蝕為主的寬緩河谷河谷演化的循環(huán)侵蝕基準面下降或者上升時，河谷的發(fā)育將會重復前面所述的演化過程,構造運動對河流地質(zhì)作用的影響,提問認識河流沉積體的意義？構造意義礦產(chǎn)意義古環(huán)境意義

35、工程及水文意義,永定河流域為49000Km2（如下圖），流經(jīng)北京、天津注入渤海。流域95％以上為高山區(qū)，1％在山麓區(qū)，其它在平原區(qū)。上游區(qū)域氣候干旱，多暴雨，洪水集中而猛烈，并且流經(jīng)大量黃土、紅土及松散巖石地區(qū)，極易被沖刷，供給永定河大量泥沙。于1953年8 月修建了官廳水庫，初步改造了永定河。要求運用地面流水地質(zhì)作用原理，分析永定河在修建官廳水庫前后的地質(zhì)作用的特點。     1、修建水

36、庫前河水搬運的泥沙40％堆積在盧溝橋――梁各莊之間的河床中，因而河床逐漸淤高，這是為什么？     2、為什么修建水庫前在盧溝橋――金門閘一帶永定河經(jīng)常沖毀堤壩決口而泛濫成災？     3、水庫修建后對上游的水土保持起到什么作用？為什么？,4、水庫每年將5000多萬噸的泥沙攔在水庫內(nèi)，使水庫以下的河水含沙量大為減低，以致不飽和。試分析在盧溝橋――金水閘之

37、間，河流地質(zhì)作用和水庫修建前是否一樣？應以侵蝕為主還是以沉積為主？在金水閘以下的地區(qū)，特別是安次地區(qū)形成新的泛濫區(qū)，比修水庫前淤積更為嚴重，這是為什么？（安茨地區(qū)特別寬闊）     5、水庫修建前盧橋以上的河中主要由礫石、砂石組成，而在盧溝橋與金水閘之間則由砂子組成，在地形上發(fā)育了心灘及河漫灘。修建水庫后組成河床的物質(zhì)、心灘、河漫灘將會發(fā)生什么變化？6、總結(jié)一下修建水庫前后，盧溝橋――金門閘；