河床则产生一系列的阶梯。 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。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。
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。从总体看,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。 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,对船舶的航行造成危险,所以浅滩又称为滩险。 浅滩的成因有:
①坚硬岩层横阻河底(即岩槛,俗称石龙过江),成为石滩。 ②峡谷两岸土石崩落阻塞河床而成。
③冲沟沟口的扇形地和泥石流阻塞河床而成。由暴流冲沟所成的扇形地伸入河床而成的滩险,称为“溪口滩”。 (五)、平原河床地貌
根据平原河道的形态及其演变规律,可以将它分为三种类型: 顺直河道(顺直微弯型)弯曲河道分汊河道
其中分汊河道又可划分为相对稳定型和游荡型两亚类。 河道的顺直与弯曲,人们往往把河道的长度与其直线距离之比值作为划分标准。这一比值称为弯曲率。它的大小变化一般在1—5之间。顺直河道弯曲率为1.0—1.2,而弯曲率由1.2~5的称为弯曲河道。 1.顺直河道
顺直河道在平原或山地中都有分布,不过平原区的顺直河道比山地更少,长度更短。如山(西)陕
(西)间的黄河,从延长县马家河至宜川县蛤蟆滩,河道长度为82千米,其中顺直段距离为74千米,弯曲率为1.10,河床下切于三叠纪的岩层内。在平原,顺直河道长度很少能超过河宽的10倍。在全球,顺直河道比弯曲及分汊河道都要少得多。
顺直河道中,主流线位于河床的中央,流速也最大,它的两侧形成两个对称的横向环流 洪水期表层水流由中央流向两岸,到达岸边后下沉成为底流;而底流由两岸底向河心相汇,然后再上升。这种环流往往使两岸受到冲刷,河心堆积,故洪水期容易出现塌岸。
枯水期和平水期,河心水面比两岸低,表层水流从两岸向河心集中,然后下降成底流,底流从河心向两岸分流,最后又沿岸边上升,构成与洪水期流向相反的两个环流,此时河心底部受到冲刷,两岸发生堆积。
深槽、浅滩、边滩 顺直河道不易保存,而且大多数略带弯曲,原因是河道在各种自然条件的影响和地球偏转力的作用下,主流线经常偏离河心,折向一边河岸冲击,因此河道出现了弯曲。上游一旦弯曲,下游水流便作“之”字形的反复折射,于是产生了一连串的河湾。在湾顶上游,来水集中,水力加强发生冲刷并形成深槽;在两个相邻河湾之间过渡段以及湾顶对岸,水流分散,水力减弱,发生沉积,形成河湾之间的浅滩和紧贴岸边的边滩。
深槽、浅滩和边滩经常变位,水深很不稳定,对于水利工程和河港建设带来不利的影响。 2.弯曲河道
它是平原地区比较常见的河型,又称为曲流,它的弯曲率一般都在1.5米以上,如长江的上荆江为1.7米,下荆江为2.84米,南运河为1.96米,均属典型的弯曲河道。 (1)弯曲河道的形成与发展 弯道环流
单向环流作用下,凹岸表流集中而且下沉,能量增大,一方面使河岸受到侵蚀后退,另一方面河底也冲成深槽;而凸岸是底流上升处,加上水流分散,能量减少,因此发生堆积形成边滩;上下游两个深槽之间,同样是底流上升处,也同样发生堆积形成浅滩。浅滩多半是洪淤、枯冲,而深槽则洪冲、枯淤。
由于凹岸不断后退和凸岸不断前伸,其结果使河床形成一系列弯曲,造成曲流。弯曲河道的典型地貌为曲流,它有两种类型:即自由曲流和深切曲流。 (2)弯曲河道的类型
自由曲流:又称迂回河曲,一般发育在宽阔的河漫滩(河岸冲积平原)上,组成物质比较松散和厚层,这就有利于曲流河床比较自由地在谷底迂回摆动,不受河谷基岸的约束。 长江中游的荆江河道,尤其是藕池口至城陵矶一段(下荆江),是我国自由曲流发育规模最大、最典型的地段。这段河道直线距离仅87千米,而天然弯曲的河道长度竟达239千米,共有河湾16个。这里截弯取直现象经常发生,近百年来因自然截弯而遗留的新、老牛轭湖有十多处。1972年7月19日石首县六合垸发生的最近一次截弯取直,使原来长达20千米多的河曲缩短到不足1千米。
深切曲流:它出现在山地中,是一种深深切人基岩的河曲,又称嵌入河曲。由于这种河曲被束缚在坚硬的岩层中,故称为强迫性曲流。深切曲流在生成之前本来是平原上的自由曲流,后由于地壳强烈上升,河床下切,河道仍保持原有的弯曲,形成深切曲流。如四川在合川以上的嘉陵江发育有典型的深切曲流。
深切曲流不断发展,也会发生截弯取直,取直后在原弯曲河道的中间,留下相对凸起的基岩孤丘,称为离堆山。河床深切,使被废弃的曲流位置相对增高,称为高位废弃曲流。 3.分汊河道
平原上发育的无论是直道或弯道,如果河床中出现一个或几个以上的江心洲时,都会使河床分成两股或多股汊道,造成河道宽窄相间的藕节状,这种河道称为分汉河道。平原上分汉河道按其稳定程度分为相对稳定型和游荡型两大类。 (1)、稳定型汊道(双汊)
江心洲的发育是稳定型汊道产生的地形标志。 江心洲形成于以下几种情况: ①直道双向环流的作用。洪水期底流辐合式的双向环流,它使两岸侵蚀的物质带到河心堆积。 ②河道地形的影响。在束窄河道的上、下游段发生堆积。 ③主支流汇口的水流缓冲作用。 ④边滩或沙咀被水流切割。 江心洲的形成大体分为三个阶段
第一阶段是河床底部的泥沙逐渐淤积形成水下浅滩。
第二阶段是浅滩堆积得到加强,过水断面缩小,水流流速加大,冲刷两岸,水道随着河岸后退而弯曲,加强了环流,促使粗粒沙砾即推移质在浅滩上沉积,滩体不断扩大淤高,最后在枯水期露出水面而成为心滩。
第三阶段是在心滩基础上,经历多次洪水期悬移质的加积,心滩滩面超过了平水面,就形成了江心洲。
(2)、游荡型汊道
游荡汊道是指河床中汊道密布而时分时合、汊道与汊道之间的洲滩也经常变形变位的河道,又称为网状河道或不稳定汊道,这种河道以黄河下游最为典型。 游荡型汊道的特点主要是: ①河身宽、浅且较为顺直。②河流的含沙量和输沙量大。③河床内心滩众多,而且变化迅速。④河汊密布,水流系统乱散,且变化无常。 三、河漫滩
河漫滩是在河流洪水期被淹没的河床以外的谷底平坦部分。被普通洪水淹没的部分,称为低漫滩,特大洪水泛滥被淹没的部分,称为高漫滩。在大河的下游,河漫滩可宽于河床几倍至几十倍,这种大型的河漫滩又称为河岸平原。 (一)河漫滩的生成
河漫滩(Floodplain)是河流发育过程中的产物,它是河流侧向侵蚀和河床横向迁移过程中形成的。
最原始的河漫滩出现在年青时期的V形谷内,由于河流的侧向侵蚀,使谷坡逐渐后退,谷底开始展宽,在河弯的凸岸处形成狭窄的和由粗大砾石所组成的雏形滨河床浅滩。
随着侧向侵蚀作用的不断进行,凹岸继续后退,凸岸处雏形浅滩不断扩大加高,以致在河流平水期也大片露出,发展成为雏形河漫滩。
雏形河漫滩形成以后,谷底进一步扩宽,滩面再度淤高,洪水时由于滩面水深变浅而流速减小,洪水中的大量悬移质就可以在那里沉积下来,构成由粉沙及粘土组成的沉积层,形成真正的河漫滩。
河漫滩在沉积上具有二元结构的特点:
上部为细粒的河漫滩相堆积,如粘土及粉沙等,是洪水泛滥期的堆积,故河漫滩又有泛滥平原之称.
下部为粗粒的河床相堆积物,如砾石、卵石和粗沙,代表河床侧向移动过程中的产物。 四、河流阶地
阶地(Riverterrace)是分布于谷坡上的阶梯状地貌,属谷坡的一部分。因它高出河漫滩,并以最大洪水也不能淹到而与后者区别开来。阶地由阶地面和阶地坡组成。阶地面比较平坦,微向河床倾斜;阶地面以下为阶地斜坡,坡度较陡,是朝向河床急倾斜的陡坎。阶地高度一般指阶地面与河流平水期水面之间的垂直距离。 阶地形态要素 阶地级序
阶地沿河谷分布但往往并不连续,一般多保存在河流的凸岸。在许多河谷中阶地也不只是一级,而是有数级,标记阶地级序采用从新到老的方法,即自下而上编号,把最新的超出河漫滩或河床的最低一级阶地,称为第Ⅰ级阶地,其余向上依次类推。 (一)、阶地的成因
阶地的生成主要是地壳的相对升降运动、侵蚀基准变化和气候的变化所引起,使原来河谷底部的河漫滩脱离了现代河面及河流作用范围,因此它应是一种古河流地貌。 1.地壳升降运动
当地壳相对稳定或下降时,河流以侧向侵蚀作用为主,此时塑造出河漫滩;然后地壳上升,河床纵比降增加,水流转而进入积极下切,于是原来的河漫滩成了河谷两侧阶地。地壳多次间歇性上升,就可以形成几级阶地。 2.气候变化
气候变化影响到河流水量和含沙量。气候变干时,河水量减少,地面植被稀疏,坡面侵蚀加强,河水含沙量相对增多,此时河床堆积填高;反之,气候湿润期,河水量增多,植被茂盛,
河水含沙量相对变少,导致河流向下侵蚀,形成了阶地。由于气候的干湿变化引起堆积、侵蚀交替作用,所成的阶地称气候阶地。 3.侵蚀基准面下降
由地壳升降运动或气候变化引起。由地壳变动引起侵蚀基准面变化而成的阶地,称为地动型;由气候变迁引起的侵蚀基准面变化而成的阶地,称水动型。基准面下降后,河流向外伸展,原来河口附近出现裂点,加速河流下切。以后裂点位置不断上溯,裂点以下出现阶地,阶地面与裂点以上的河漫滩位置相当。 (二)、阶地的类型
河流阶地根据形态和结构特
征,可划分为侵蚀阶地、堆积阶地、基座阶地和埋藏阶地四种基本类型。 1.侵蚀阶地
由基岩构成,有时阶地面上残留极薄层河流冲积物。它多发育在河谷上游及山区河谷中,在不太长的河段中,高度比较稳定。这类阶地的阶地面是河流侵蚀削平不同的岩层而成,故称为侵蚀阶地。 2.堆积阶地
阶地全由河流冲积物所组成,一般在河流的中下游最为常见。堆积阶根据多级阶地之间的接触关系,还可分为上叠阶地、内叠阶地等。
上叠阶地是新阶地的冲积层完全叠置在老阶地的冲积层之上,后期河流下切的深度未达到先期河流的谷底。
内叠阶地是新阶地的冲积层套在老阶地冲积层之内,各次河流下切的深度均达到原来的谷底。大部分的气候阶地具有这两种阶地形态。 3.基座阶地
阶地由两种物质组成,上部是河流冲积物,下部是基岩。它是由于河流下切的深度超过了原冲积层的厚度,切到基岩内部而形成的。它分布于新构造运动上升显著的山区。 4.埋藏阶地
早期形成的阶地被后期冲积物覆盖埋人地下,就成为埋藏阶地,这种阶地不显露于地面。 四种基本类型的阶地,可以在同一条河流的同一地段出现,也可以在一条河流的不同地段出现。如果在同一地段出现,通常高阶地为侵蚀阶地或基座阶地,低阶地为堆积阶地;如果在不同地段出现,通常上游以侵蚀阶地和基座阶地为主,下游以堆积阶地和埋藏为主。 河流阶地有对称分布的,也有不对称分布的。 前者在河谷两侧同一高度上分布着;后者在河谷两侧左右错列在不同高度上,它反映以河流为轴心、两侧不等量的上升运动。 五、河口三角洲 1、河口区水文特征
河口区是河水与海水混合地区,水文非常复杂,其中包括河流水动力的变化、盐淡水的混合、河流的径流量与输沙量、河口潮汐和潮流、河口波浪作用等,它们对三角洲的形成影响很大。 2、三角洲形成的条件
河口处泥沙堆积呈扇形向海伸展,所形成的冲积平原叫做三角洲。现代三角洲的概念,包括了各种形状的河口堆积体,已成陆的三角洲平原和水下三角洲。
①、河口有充足的沙源,尤其是上游来沙量要大,即输沙量与径流量的比值S/W≥0.24才能形成三角洲。
②、河口沿岸无强大的波浪和海流,因为强大海洋动力可将河口泥沙带走,而不利于堆积形成三角洲。 ③、口外海滨区的原始水下斜坡的坡度大小,也对三角洲的形成有所影响,当水下坡度小时,