地面流水地质作.ppt

10 地面流水地质作用,地球表层水的分布,长江源头,长江上游,长江中游,长江中下游平原,黄河中游壶口瀑布,黄河凸岸、凹岸,黄河入海口,1976,1986,1996,2000,地面流水,常年性地面流水：具有稳定的水源补给和相对固定的水道河流暂时性地面流水：无稳定的水源补给，降雨后才能形成片流/面流（无槽）和洪流（有槽）地面流水主要来源：首先是大气降水，其次是冰雪融水，此外是地下水以泉的形式成为地面流水,片流、洪流和河流的关系,河流,外动力地质作用过程,原始地表,沉积,搬运,海洋,新形成地表,侵蚀,侵蚀搬运沉积,片流和洪流的地质作用,片流sheet flow：沿地表斜坡无固定水道的面状水流，水层薄，流量小，流速慢，网状分布洪流flood flow：由片流汇集到沟谷中形成的沿沟谷流动的水流，流量大，流速快，有固定水道,片流的地质作用sheet flow,片流的地质作用主要表现为对山坡上的松散物质及风化壳表层的面状的均匀机械侵蚀作用，称为片流洗刷作用sheet wash。片流也可冲蚀坡面，形成线状沟槽片流可将冲刷、冲蚀产物搬运到坡脚堆积形成无分选和层理的沉积物，称坡积物deluvial（识别）,坡积物在山麓下常连结成裙边状地形，称坡积裙,片流的地质作用sheet flow,片流洗刷作用强度受地形、降水、岩石风化程度和植被覆盖情况影响,片流洗刷作用分带,黄土高原片流地貌,洪流的地质作用flood flow,洪流以自身的动力及携带的泥沙、石块对沟谷具有冲蚀和磨蚀作用，将地表切割出的线状沟谷称为冲沟gully，多发育在山区，坡度大，冲蚀能力强，横剖面多为“V”字型洪流以自身的动力将堆积物及侵蚀产物搬离原地，机械搬运作用为主。沉积物大小混杂，分选差,沟谷发育过程中，间歇性洪流把冲刷下来的物质带到沟口，因地形开阔，水流分散，流速迅速下降，洪流的活力急剧降低，所挟带的碎屑物迅速堆积下来，即洪积物proluvium，所组成的扇状沉积地形称洪积扇或冲出锥proluvial fan,洪流的地质作用flood flow,总体上分选性较差，具有一定的磨圆度，有不规则的层理,新疆某地洪积扇,多个洪积扇（或洪积锥）连结形成裙边状组合洪积裙。洪积裙进一步向前推进扩展，在山前形成一片面积较大的平坦地形，称洪积平原。如：北京市就建立在燕山前的洪积平原上。,河流的地质作用River,掌握：河流的一般知识河流的侵蚀作用河流的搬运作用河流的沉积作用了解：河流的运动状态,河 流river,河流：在重力作用下，由降水或地下涌出地表的水集中于地表低洼处，组成的经常性或周期性的天然水道的通称河流沿途接纳很多支流，形成复杂的干支流网络系统，这就是水系drainage system多数河流以海洋为最后归宿，另一些河流注入内陆湖泊或沼泽，或消失于荒漠中，于是分别形成外流河和内陆河,水系形式：和沉积物性质、构造特征等有关,河 流river,河源是河流的发源地，指最初具有地表水流形成的地方。河源以上可能是冰川、湖泊、沼泽或泉眼河口是指河流与海洋、湖泊、沼泽或另一条河流的交汇处，经常有泥沙堆积，有时分汊现象显著，在入海、湖处形成三角洲在河源与河口之间是河流的干流，一般可划分为上游、中游、下游三段,长江流域drainage basin（干流+支流流经的整个地区）,Yibin,Yichang,长江流域和分段Yangtze River,分水岭watershed/drainage divide（流域之间的分水地带）,河流流水的暂时性、常年性活动，可以影响和改变地理环境以及人类活动,河水的运动方式,层流Laminar flow,紊流Turbulent flow,剖面图,平面图,河水的运动方式,凸岸,凹岸,凸岸,凹岸,单向环流,双向环流,涡流水质点绕轴旋转的现象称为涡流。涡流的旋转轴有垂直和水平两种。河道急转弯处、支流入主流处、桥墩及沉船等处会产生旋转轴近于垂直的涡流。,河水的运动方式,黄河急流中的涡流,河水的运动方式,活力和负载,流水的活力a=1/2mv2：流水的动能流水的负载L：流水所克服的阻力活力与负载间的关系aL,流水除克服阻力外，还有剩余的动能，流水表现出以侵蚀破坏地表为主；a=L,流水的活力基本全部克服负载，流水表现出以搬运携带物为主，侵蚀和沉积作用处于平衡状态；aL，流水表现出以沉积作用为主,上游：活力大，河谷 窄、纵比降和流速大、水量小、侵蚀强烈、纵断面呈V字型并多急滩和瀑布中游：活力中等，纵比降已经和缓，河床位置比较稳定，侵蚀和堆积作用大致保持平衡，纵断面往往成平滑下凹曲线。下游：活力小，河谷宽广、河道弯曲，河水流速小而流量大，淤积作用显著，到处可见沙滩和沙洲。,活力和负载,河谷的要素river channel,河 谷River channel,谷 底stream bed,河床water course,阶 地terrace,谷 坡valley wall,河床：河谷中经常有水部分,水 位,水位是指河流中某一绝对基准面或测站基准面上的水面高程，受到气候变化、海平面升降、人类活动和新构造运动的影响。中国规定统一采用青岛平均海平面为绝对基准面河流的水位达到某一高度，使沿岸城市、村庄、建筑物、农田等受到威胁的水位称为洪水位。洪水则是指短时间大量降水在河槽内形成的特大径流。河流处于高水位时期称为汛期,1998年武汉洪水,河流以其自身动能，冲刷河谷，并将冲刷下来的物质搬运走，从而破坏和改造地球表层，这种对地球表层的破坏作用称为河流的侵蚀作用以机械破坏作用为主，表现为河水的机械冲刷力冲击河床及两岸，造成河道的机械破坏。河流的活力愈大，水流侵蚀作用愈强。或者流水以其携带的砾、砂等沉积物，似挫刀般地磨蚀河床，使河床加宽、加深；河水中的砾、砂也因相互碰撞和摩擦，变得更圆、更小。根据侵蚀方向可分为下蚀作用和侧蚀作用,河流的侵蚀作用Erosion,河流的垂直侵蚀作用Vertical Erosion,下蚀作用侵蚀河床底部，使河床加深和加长。下蚀作用强度影响因素：河流纵坡降、水量、河床岩性、流速及含沙量下蚀作用产物：V形谷；谷底纵向呈阶梯状；瀑布发育,河流下蚀作用的产物V形谷,河流下蚀作用的产物长江上游V形谷,河流下蚀作用的产物瀑布waterfall和瀑布后退,北美尼亚加拉瀑布剖面图,黄河壶口瀑布上部岩石悬空，平均每年后退5厘米,河流的向源侵蚀作用Headwater Erosion,向源侵蚀：由于河流下蚀作用使河谷向源头方向伸长的过程（瀑布后退、河流袭夺）河流袭夺River capture：河流向源侵蚀的速度不同，先期到达分水岭的河流常夺取另一条河流上游的河水现象，形成袭夺河和被夺河，被夺河失去上游水源成为断头河,河流袭夺river capture/piracy,袭夺河,被夺河,河流袭夺river capture/piracy,河流的垂直侵蚀作用Vertical Erosion,下蚀作用极限状态河流的侵蚀基准面Base level of erosion河流下蚀作用并非无止境，当河水面趋于某一平面高程，河水不再具有势能而停止流动时，其下蚀作用也随之终止，这一平面即河流的侵蚀基准面。基准面分局部和永久性两种，海平面是一切入海河流的永久性侵蚀基准面,河流的垂直侵蚀作用Vertical Erosion,下蚀作用平衡状态河流的平衡剖面Balance profile河流的下蚀作用不断地向两个方向（顺向和溯源）加长着河道，同时也不断对河床底部进行着改造。当其在长期演化过程中逐渐趋于平衡状态时，河床的纵剖面将会形成一条上（游）陡下缓、整体下凹（趋向于侵蚀基准面）的光滑曲线，称具有这种曲线的河流纵剖面为河流的平衡剖面,长江河谷纵剖面图,实际河流平衡纵剖面：下凹不平滑剖面，局部正台阶,水利工程与河流平衡,河流的侧向侵蚀作用Lateral Erosion,河水及其携带的碎屑物对河床两侧和河谷谷坡产生的破坏作用，使河床弯曲、谷坡后退、河床及谷底加宽。,河 谷River channel,谷 底stream bed,河床water course,阶 地terrace,谷 坡valley wall,河流的凸岸和凹岸,凹岸,凸岸,凹岸,凸岸,站在岸边，观察河岸线，若突出，则为凸岸，若凹进，则为凹岸凹岸：单向环流作用下发生侵蚀防洪关键凸岸：由底流将凸岸侵蚀的下来的岩石碎屑搬运至此发生沉积,侧蚀作用冲蚀谷坡，使谷坡后退，河谷随之加宽。使凹岸不断向外侧及下游方向迁移，凸岸接受沉积的砂砾滩则向下游方向不断扩大，致使河道的曲率逐渐增大，形成河曲,河流的侧向侵蚀作用Lateral Erosion,当侧蚀作用使河道的曲率越来越大，河谷越来越宽，河床在开阔的谷底自由摆动后，形成蛇曲,河流的侧向侵蚀作用Lateral Erosion,河流的侧向侵蚀作用Lateral Erosion,截弯取直牛轭湖ox-bow lake,截弯取直和牛轭湖,牛轭湖,河流的侧向侵蚀作用lateral erosion,侧蚀作用过程：离心力单向环流，凹岸侵蚀、凸岸沉积（1）同步：河谷弯曲、河床弯曲，形成河曲；（2）不同步：河谷拓宽、河床摆脱谷底自由摆动，形成蛇曲曲颈段洪水期截弯取直，废弃河道牛轭湖侧蚀作用结果：河床弯曲、谷坡后退、河谷加宽,河流上游、中游、下游河谷形态,上游河谷窄、比降和流速大、水量小、侵蚀强烈、纵断面呈阶梯状并多急滩和瀑布的河段中游河谷比降已经和缓，河床位置较稳定，侵蚀和堆积作用大致保持平衡，纵断面往往呈平滑下凹曲线下游河谷宽广、河道弯曲，河水流速小而流量大，淤积作用显著，到处可见沙滩和沙洲,河流的搬运作用transport,机械搬运和化学搬运（对可溶性物质和胶体物质的搬运）机械搬运的方式推移水力床底磨擦，推移质沿床底滚动或滑动跃移上举力颗粒重力，离开床底跃迁悬移上举力细粒重力搬运能力（搬运最大颗粒的能力）粒径流速平方；重量流速6次方（64倍）；水力流量搬运量：河流搬运的泥沙的多少（河水清洁度）,分选作用和磨圆作用,机械分异作用从粒度，比重和形态三方面进行：粒度大小：巨砾砾石（鹅卵石）砂粉砂粘土矿物比重：金黄铁矿铬铁矿石英石墨琥珀碎屑形态：等轴粒状条状板状磨圆作用（普遍适用）：圆 次圆次棱 棱角状自上游至下游，随搬运距离的加大分选性越来越好，并且沉积物的粒度由粗变细,河流的沉积作用sedimentation,当河流的流量、流速减小时（活力减少），河流的搬运能力降低；或者入河的碎屑物增加到超过了河流所能搬运的限度时（负载增加），即发生河流的沉积作用，河流沉积物统称冲积物alluvium沉积场所：河道内的凸岸、河心和宽、窄变化处，以及河流的出山口、决口处和河口地带,上游：冲出扇alluvial fan中下游：河漫滩flood plain和心滩河口：三角洲delta冲积物最主要的结构特征是河漫滩的二元结构,河流的沉积作用sedimentation,冲积扇：河流出山口后，由于地势开阔，流速减少，活力减少，形成扇状堆积地形，单体呈扇形，沿山麓成群、成带分布,河流的沉积作用,河流的沉积作用,心滩：河床中的沙质堆积地形，多因河床底部有障碍物导致沉积物堆积，或由双向环流形成。洪水期被淹没边滩：弯曲的河流（曲流河）凸岸的沉积产物，是最为重要的河流沉积物河漫滩：洪水期携带的细粒物质，沉淀在边滩沉积之上形成,心滩,河流的沉积作用,二元结构:河漫滩的冲积物,下部为边滩沉积,以砂砾等粗碎屑为主,常具斜层理,上部为河漫滩沉积,以粉砂泥质为主,常具水平层理。平面上为河漫滩沉积位置。,河流的沉积作用,三角洲delta：河流入湖或入海处称河口区，进入相对静止的水体，因海水或湖水的顶托作用，流速迅速降低，水体活力减小，碎屑物在水流两侧形成侧向堤岸，并伸向静止水体中，河道反复移动形成的扇状沉积地形,三角洲形成条件：河流的搬运量大，沉积物有充足的补给近河口的海区，水较浅，坡度较小无强大的波浪和潮流作用当河流带来的沉积物大于波浪和潮汐作用搬运量时，形成的三角洲才能得以保存（潮汐作用三角湾）,河流的沉积作用,三角湾（三角港）,三角洲的分类,三角洲的分类,三角洲的分类,Mississippi river delta,河控三角洲：鸟足状，河流带来大量泥沙，前进型,浪控三角洲,Nile delta,孟加拉湾潮控三角洲,长江三角洲-河-潮控三角洲,崇明岛,长兴岛,黄浦江,东海,启东市,江苏,长江全长6300km,年输砂量486x106t,长江三角洲面积5180km2,黄河三角洲-朵状河控三角洲,古代,近代,现代,珠江三角洲,河控,潮控,西江,珠江,三角洲的结构,顶积层：分水上与水下两部分，网叉状河流形成的边滩、漫滩、心滩，夹透镜状沙体，为细、粉沙质前积层：三角洲的主体，水下斜坡堆积，以粉沙为主，不夹透镜状沙体，含海洋生物，因空隙高是良好的储油层。底积层：为波浪带入较深海区的细小近水平的粉沙、粘土质沉积，富含大量有机质，是良好的生油层。,河控三角洲的平面分带,三角洲平原是三角洲的陆上部分，以分支河道砂质沉积为主，也包括泛滥平原和湖沼沉积的粉砂、粘土和泥炭以及天然堤和决口扇沉积三角洲前缘为浪基面以上的三角洲水下部分，主要包括分流河口砂坝、远砂坝、分流间湾和三角洲前缘席状砂沉积前三角洲位于三角洲前缘的前方，处于浪基面以下，以富含有机质的泥质沉积为主，水平层理和均质层理发育。向上变粗沉积序列,河控三角洲的分带,河流各段地质作用的对比,地壳运动与河流地质作用,地壳稳定期：准平原化（削高补低）地壳抬升期：河流回春、河流阶地,地壳稳定期准平原化,早期下蚀作用晚期侧蚀作用河谷展宽 削高填低作用：地表高程较大的沉积物，经过风化、剥蚀作用被削低；同时又将破坏下来的物质搬运到地表低洼处沉积，形成的平坦地形称为准平原peneplain,地壳抬升期回春河、河流阶地、夷平面,地壳区域性上升侵蚀基准面下降下蚀作用再次加强可以形成：（1）河流阶地river terrace（2）深切河曲（回春河）rejuvenated meanders（3）夷平面planation surface,河流阶地River Terrace,原有的河漫滩相对抬升，形成分布在谷坡上，洪水不能淹没、顶面较平坦的台阶状地形,河流阶地形成原因,河流阶地的级别,河流阶地是地壳运动与气候影响下的河流侵蚀-沉积产物，分为堆积阶地（），基座阶地（），侵蚀阶地（）等不同类型和级别,堆积阶地（accumulation terrace）阶地面和阶地斜坡全由河流沉积物组成，无基岩裸露基座阶地（basement terrace）阶地上部为河流沉积物，阶地下部基岩裸露侵蚀阶地（erosion terrace）阶地斜坡上基岩裸露，阶地面上仅有少量河流沉积物分布,河流阶地的级别,回春河Rejuvenated Meanders,河床下切至基岩，横剖面V字形河谷（青年期河流特征），平面上还是呈蛇曲形态的河流（侵蚀作用加强）（老年期河流发育特征）,夷平面Planation Surface,抬升后的准平原面，经过流水侵蚀改造，形成在大范围内许多高度大体相同的山峰组成的平缓的平面,古准平原面，代表地壳的抬升和剥蚀,小 结,片流和洪流地质作用河流的一般知识（河流、水系、流域、分水岭、河流分段、河谷要素）河流的侵蚀作用（垂直侵蚀、向源侵蚀、侧向侵蚀过程、结果）河流的搬运作用（机械搬运和化学搬运）河流的沉积作用（河漫滩、三角洲（剖面特征）、河流阶地）河流地质作用在不同河段的具体表现地壳稳定期和变动期对应的典型河流地貌下节内容：11-1 地下水地质作用 11-2 冰川地质作用,河流地质作用,河流（河流、水系、流域、分水岭、河流分段、河谷要素）河流的侵蚀作用（垂直侵蚀-向源侵蚀、侧向侵蚀发生过程、结果）河流的搬运作用（推移、跃移、悬移）河流的侵蚀基准面、河流的平衡剖面,