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河流的侵蚀作用
2019-01-08 09:54 来源: 中科院地质地球所 发文机关: 中科院地质地球所 【字体:   打印

河流侵蚀其流经的岩石与沉积物的过程,称为河流的侵蚀作用。

 侵蚀的方式

1、 溶蚀作用:河水将岩石中的易溶矿物组分溶解,促使岩石被侵蚀,河道被破坏。主要见于由碳酸盐及其他盐类岩石组成的地区。


2、 水力作用:河水的机械冲击力导致岩石和沉积物遭受破坏。山区的石质疏松,河流急水冲入岩石裂隙并产生强大压力,促使河床岩石崩裂,河道破坏,改变河谷的形态。由松散沉积物构成的河岸,常因洪水的冲击而崩溃。


3、 磨蚀作用:流水以其携带的泥沙和砾石为工具,磨蚀破坏河床。对石灰岩组成的河床破坏最为显著。河水中的砂、砾还相互碰撞与磨擦,并变细、变圆。


河流的侵蚀存在下蚀、旁蚀、溯源侵蚀三种趋向。

侵蚀的方向

下蚀

下蚀又称为底蚀,指河水垂直向下侵蚀、加深河谷的作用。流水中急速旋转的涡流促使其携带的砾石像钻具一样作用于河底,河底被钻出一个个的锅穴。


入海的河流,其下蚀深度达到海平面时,河床坡度消失,流水运动停止。因此,海平面高度是入海河流下蚀深度的极限。海平面及由海平面向大陆方向引伸的平面,称为侵蚀基准面


不直接入海的河流,以其所注入的水体表面,如湖水水面、主流的水面等为其侵蚀基准面,称为局部侵蚀基准面


侵蚀基准面的高度并非长期固定不变。地壳的抬升或下降,或由于气候冷暖变化而导致的冰川范围扩大或缩小,均可造成海平面升高或降低,改变侵蚀基准面的高度,强化或弱化河流下蚀的能力,并使侵蚀与沉积的关系发生转化。

流水从悬谷下泻,流经软硬相间的岩层,或流经倾角平缓并向上游倾斜的岩层时最易形成瀑布。瀑布一旦形成,其下蚀便极为强烈。在瀑布跌落处常形成深潭。由于水力的冲击和漩涡水流的掏蚀,掘掉瀑布陡壁下部的软岩层,使上面突出的硬岩层失去支撑而崩落,导致瀑布向上游方向后退。


美国纽约州西边的尼亚加拉大瀑布,落差达57m,每年后退约0.3m,3万年来共后退10.4km。


我国的黄河壶口瀑布,平均每年后退5cm。


我国最大的贵州黄果树瀑布,流水从75m高处流下,景色十分壮丽。

侵蚀的方向

 旁蚀


河水冲刷河道两侧以及谷坡,使河床左右迁徙,谷坡后退,河床及谷底加宽的作用。

(1)旁蚀的原因

① 弯道离心力

流水通过弯道时,因惯性作用而产生的离心力。在河流的弯道部位,最大流速偏向凹岸。这时,水体涌向凹岸,不但导致最大流速向凹岸偏移,而且使凹岸水面抬高,凸岸水面降低,引起水流从凹岸向凸岸流动。


在弯道流水断面的垂线上,水质点的流速随深度而减小,故垂线上各点的离心力在表层最大,向下逐渐减小。


在水体上层,离心力大于横向力,合力向右,水质点向右移动;在水体下层,离心力小于横向力,水质点向左运动。横向力和离心力只是在中偏下的水体部分达到平衡,这样便出现弯道环流


在平面上,河流的主流线偏向凹岸,水体呈螺旋式前进,使凹岸侵蚀,侵蚀下来的物质向凸岸搬运,随着底流流向表层,能量逐渐减弱,所携带的物质便在凸岸堆积。


② 科里奥利力效应

在科里奥利力的作用下,水体运动的方向在北半球恒偏向前进方向的右侧,在南半球恒偏向前进方向的左侧。


在河流弯道处,离心力p与科里奥利力F同时作用,河道右弯,离心力p与科里奥利力F二力方向一致,对凹岸的侵蚀力增强;如河道左弯,则离心力与科里奥利力方向相反,二力相互作用,抵消部分作用力,对凹岸的侵蚀力减弱。


此外,凹岸的最大侵蚀点和凸岸的最大堆积点并不是在水体的顶部,而是偏于前方。这样,随着弯道环流作用,不仅弯道幅度会逐渐增大,而且弯道位置也将朝前进方向迁移。


(2)河床的变化

由于旁蚀作用,河床将发生下列变化:

第一,弯道凹岸的河底由于旁蚀作用,河床将发生下列变化,弯道凹岸的河底加深扩展,尤其在弯道的下游前缘表现最为强烈。


第二,凹岸因其下都被掏蚀,上部崩塌,可形成悬崖,凸岸则变成平缓的堆积滩,故弯道横截面形态不对称。


第三,由于凹岸不断加深扩展,并向下游方向移动,凸岸的堆积滩不断增大,也向下游方向移动故河流弯道在三度空间上的变化是垂直下蚀、横向旁蚀、弯道向下游迁移。其结果是使河床呈弯曲状不断向下游方向迁移。

河床的上述变化改造着河谷的形态

早期河谷狭窄,横剖面呈“V”字形,河谷两侧有连续的山嘴。

中晚期,随着弯道的发展,谷坡不断后退,山嘴被削去,形成平坦而宽阔的槽状谷底,堆积体逐渐扩大并连成片,河谷的横剖面变成“U”字形。

晚期,河谷会演变成碟形。此时,谷底会朝冲积平原转变。


认识河床弯道演化的历程,对于规划沿河码头、桥梁、道路以及工程建设具有重要意义。


(3)自由河曲

在平坦宽阔的冲积平原上流动的河流,其弯道的演化进程自由而充分,这种河流弯道,称为自由河曲。自由河曲中,河弯曲折的地带,称为河曲带(meander zone)。随着河湾的演化,河曲带加宽,河道长度增大,河床坡度减小,流速减低。


洪泛期,水流能冲破河弯颈部,取直道前进,造成河道的截弯取直。河道截弯取直以后,原来的河弯被废弃,堵塞成湖,称为牛轭湖(oxbow lake)。我国长江中下游自宜昌以下,发育有很好的自由河曲和牛轭湖。从湖北石首至湖南岳阳之间直线距离仅87km。但河道长度竟达到240km,沿线有许多牛轭湖。在这一地带,最近的截弯取直发生在1970年7月19日,河水冲决了六合垸河弯颈,使原来20km的河道缩短为不到1km。

侵蚀的方向

溯源侵蚀


指河流向其源头方向侵蚀而加长的作用。溯源侵蚀主要发生在河谷的沟头。因为沟头聚集了山坡上的诸多片流,其流量和流速较大,垂向侵蚀能力较强,沟头便向上坡方向延伸。


此外,地下水也顺山坡向沟谷运动,有利于在沟头发育泉水,掏蚀岩石,加速沟头向上坡方向侵蚀延伸的进程。当侵蚀基准面因某种原因下降时,河口段也能发生显著的溯源侵蚀作用。不难理解,溯源侵浊作用是和下蚀作用相伴而生的,溯源侵蚀是下蚀作用的必然结果。瀑布掏空侵蚀造成的后退属于一种局部性的溯源侵蚀作用。


溯源侵蚀使河流由小变大,由短变长。它使许多相互分隔、规模较小的流水联结起来,使主流、支流以及支流的支流等联结成一个统一的水系随着河流向源头方向伸长,其分水岭就逐渐变窄,高度随之降低。


如果分水岭两侧河流的溯源侵蚀能力相同,则分水岭只发生高度的降低,其位置不发生移动。


如果侧河流的溯源侵蚀能力超过另一侧,则分水岭不仅高度降低,位置也会向着溯源侵蚀能力弱的河流一侧移动。

甘肃某处分水岭示意


此外,一条河流向源头方向加长可导致它与另一条河流交切,截夺后者上游的河水,造成河流袭夺


这时,前者的溯源侵蚀能力较后者为强。河流袭夺现象在两条流向垂直的河流之间最易发生。在袭夺发生处易形成近90°的急转弯,称袭夺弯


袭夺它河的河流,称为袭夺河;被袭夺者,称为被夺河。被夺河的中下游,称为截头河。截头河的上游与袭夺河之间的干涸谷底,称为风口。风口处有河床堆积的沉积物。在干涸河谷中可形成湖泊沼泽。


我国的金沙江,先是顺着大雪山向南南东方向流动,至石鼓急转成北北东的方向,形成著名的大拐弯。许多学者认为这是河流袭夺的结果,即金沙江原是红河的上游,后因长江侵蚀能力强,截夺了金沙江的水流。也有学者认为那里并无河流袭夺的更详实证据,河谷的大转折可能是受断裂控制的。


内容摘录自舒良树版《普通地质学》

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