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河流的地質過程

機械沖擊、化學溶解和河流攜帶的碎屑對河谷的破壞和建設的總稱。河流的地質作用包括侵蝕、搬運和沈積。三者是相互聯系、相互關聯的。河流地質作用以機械作用為主,伴有化學作用。河流在大陸上分布廣泛,是塑造大陸地貌、構築大陸沈積物的重要力量。

河流運動

流水在重力作用下由高向低運動,勢能轉化為動能。流水的動能(K)與流水的質量(m)和流速(v)有關,可表示為:K=Mv2/2。自來水的質量與流量正相關,可以用流量來衡量。河流的流量受到降雨、蒸發、滲透和流域大小的影響。河流兩點間的高差與其距離的比值稱為縱坡。縱向坡度、河谷的橫斷面形狀和河床的粗糙度是決定流速的主要因素。天然河床的組成因河段而異,有的是堅硬的巖石,有的是松散的砂土層,河床底的起伏、平面形狀的平直度、河谷斷面的寬度也在變化。當河流在不同特性的河床上運動時,其水動力特性是不同的。天然河流中水質點的運動壹般為不規則紊流,但平坦河床上的緩慢水流和靠近底部的細河水質點可以為規則層流。河中還有壹股向下遊推進的螺旋流,它在斷面上的投影是環形的,這叫環流。直河和彎河都可以形成環流。此外,在崎嶇的河床上,由於局部障礙物會產生渦流。河流的動能和水動力特征及其變化制約著河流地質作用的進程,以破壞或建設為主。

河流侵蝕

河水摧毀了構成河床的巖石和松散的沈積物。河水對河床的破壞方式有三種:水力沖擊(侵蝕);磨蝕(流水攜帶的沙礫對河床的磨蝕);溶解(可溶巖石被流水溶解)。根據河床的破壞方向,侵蝕可分為向下侵蝕和側向侵蝕。

(1)欠蝕,指河流對河床底部的侵蝕,使河床降低。侵蝕不足在河流或山區河流的中上遊起著重要作用。這裏水流被基巖峽谷托住,斷面狹窄,縱坡大,流速大,急流和漩渦多。由於構成河床的巖石的抗腐蝕能力的差異,河床的縱剖面是崎嶇不平的,經常呈階梯狀。河水從上面流過,形成瀑布和急流。從高處落下的河水,以強烈的沖擊力和砂石螺旋沖刷著陡坎下的河床,掏空了陡坎的基底,陡坎上方的巖石在重力作用下崩塌,臺階後退。經過壹段時間的不斷前進,臺階終於消失了,河床也變平了。在河流的源頭,有許多水滴,向下侵蝕造成的侵蝕和崩塌使河頭向源頭延伸,發展到流域的上部。這種現象被稱為可追溯性侵蝕。當流域兩側河流侵蝕力不同時,強侵蝕力向弱方向延伸,流域向弱方向遷移,甚至被貫通。兩條河流相連,侵蝕性強的河流在連接點以上取另壹條河流上遊。這種現象被稱為河流俘獲(圖1)。

對河流的控制會引起水系的巨大變化。

蝕刻不足不是無限的。當河流到達它在河口流動的靜止水面時,流速消失,侵蝕停止。流出河流以海平面為河流侵蝕的極限面,稱為極限侵蝕基準面。此外,河流的局部侵蝕基準面是其流經的湖面和註入支流的主流水面。當大陸穩定度和侵蝕基準面長期不變時,侵蝕會使河床上的起伏和臺階變平,河床縱向坡度減小,流速降低,流水動能減少。當坡度降為流水動能與河流輸送泥沙所消耗的能量達到平衡時,河床縱剖面理論上是壹條凹型光滑曲線,稱為河流平衡斷面。試圖達到壹個平衡的表面是河床重建的總趨勢。

(2)側向侵蝕,即河流對河床兩側的破壞。它發生在河灣單向環流的作用下。橫向侵蝕在河流中下遊或平原地區的河流最為明顯。自然河流總是有彎道。當河流從直道進入彎道時,由於慣性離心力的影響,沿河流軸線運動的主流偏向彎道凹岸,產生水平水位差,從而單向環流發展。環流的表層水流撞擊凹岸弧形頂部的下段,侵蝕堤岸,造成坍塌。落入水中的沙石被環流的底流帶到河的凸岸,堆積起來,形成沙灘。隨著凹岸的後退和擴大,凸岸灘增長,彎曲的河頂不僅後退而且緩慢下移,河床曲率增大,成為S形,進而演變成壹系列ω(正負連接)形。這種形狀的河流被稱為曲流河或蛇。當兩個河灣相互靠近時,河水會折斷連接兩個河灣的細頸,棄彎而直。這個過程叫做彎曲和矯直。留下的廢棄河道變成了月牙形的牛軛湖。在環流作用下,河灣不斷擺動,使山谷的谷坡不斷被破壞,谷底變寬,但河床寬度基本不變。側向侵蝕增加了河床長度,減小了縱向坡度,降低了流速。河流蜿蜒流過自己的沈積物。地球自轉引起的科裏奧利力可以使除赤道地區的緯向河以外的其他地區的任何河流的水流方向發生偏離,從而加強河流的側蝕。