南京大学_普通地质学_11普地河流

普通地质学 (General Geology)
第十章 河流及其地质作用
南京大学地球科学系 舒良树
河流 既是他们的主要路线, 既是他们的主要路线,同时又是他们的旅行障 碍。 古代埃及人靠春季尼罗河的洪水而获得可耕 土地， 土地， 稍后又学会了储水灌溉。 稍后又学会了储水灌溉。 ● 洪灾则威胁着人类生存,在全球自然灾害中,水 洪灾则威胁着人类生存,在全球自然灾害中, 灾 排在第一位。 排在第一位。 ●古代大禹治水，就掌握了是疏浚而不是堵的先进 古代大禹治水， 技术。公元前250年, 四川郡守李冰父子筑都 技术。公元前250年 250 江堰, 江堰, 采用“深淘滩,低筑堰,遇弯截角”的方法， 采用“深淘滩,低筑堰,遇弯截角”的方法，引 岷江
● “V”形谷为幼年期河流标志 V 形谷为幼年期河流标志 我国第一大峡谷（Gorge） 我国第一大峡谷（Gorge）长江上游云南金沙江虎 跳峡；第二大峡谷为长江三峡(Three Gorges)=瞿 跳峡；第二大峡谷为长江三峡(Three Gorges)=瞿 塘峡（川）+ 巫峡（川鄂神女峰）+ 西陵峡（鄂） 塘峡（ 巫峡（川鄂神女峰） 西陵峡（ 形谷只与冰川作用有关； ● “U”形谷只与冰川作用有关；“碟”形谷则形 形谷只与冰川作用有关 成于平原地区(湖北城陵矶) 成于平原地区(湖北城陵矶) 动能E=1/2QV 流量， 流速） 二．河流的动能 动能E=1/2QV2（Q流量，V流速） 1.影响流速三因素 坡度、河床宽度（宽则流速小， 影响流速三因素： 1.影响流速三因素：坡度、河床宽度（宽则流速小， 因水体与河床的接触面大）、滚石负荷状况（ ）、滚石负荷状况 因水体与河床的接触面大）、滚石负荷状况（克服 内部摩擦要消耗能量） 内部摩擦要消耗能量）. 影响流量三因素： (Width)、 (depth)、 2.影响流量三因素 2.影响流量三因素：W(Width)、d(depth)、V (Velocity) 3.同一条河流,上游坡度动能大;下游虽水量大,但 3.同一条河流,上游坡度动能大;下游虽水量大, 同一条河流 流速小,动能可能反而小。 流速小,动能可能反而小。 动能大， 4.动能大 搬运力就大；搬运力>搬运量， 4.动能大，搬运力就大；搬运力>搬运量，则河流 侵蚀；搬运力<搬运量，则河流沉积。 侵蚀；搬运力<搬运量，则河流沉积。
force： 1）弯道离心力 Curving centrifugal force：河流 开始是直的。变弯的原因是由于河流中心的障碍物 开始是直的。变弯的原因是由于河流中心的障碍物 增大了摩擦力与粘滞力；流水在河流弯曲部位因惯 增大了摩擦力与粘滞力；流水在河流弯曲部位因惯 性作用而产生离心力。 性作用而产生离心力。 该力作用于河流的凹岸→使河流的主流线（ ●该力作用于河流的凹岸→使河流的主流线（流速 最大的点的连线）偏向凹岸→使凹岸的水面提高， 最大的点的连线）偏向凹岸→使凹岸的水面提高， 凸岸的水面降低,产生横向比降→ 凸岸的水面降低,产生横向比降→产生从凹岸向凸岸 的横向力，该力作用方向是凸岸。 的横向力，该力作用方向是凸岸。 弯道离心力和横向力的联合作用， ●弯道离心力和横向力的联合作用，造成河流凸岸 堆积、凹岸侵蚀（物质搬运至凸岸， 堆积、凹岸侵蚀（物质搬运至凸岸，能量减弱而沉 形成点沙坝）。 积，形成点沙坝）。 南京长江大桥的北岸为凹岸。 ●南京长江大桥的北岸为凹岸。
长江的重庆-武汉-南京-南通段，武汉以上为侵蚀区, 长江的重庆-武汉-南京-南通段，武汉以上为侵蚀区,以下为 沉积区。 沉积区。
e.均夷化:削去突出部位、填平凹坑的河流作用。 e.均夷化:削去突出部位、填平凹坑的河流作用。 均夷化 发育在长时间无地壳运动、 发育在长时间无地壳运动、海平面和气候变化 不大的河流区段。 不大的河流区段。 f.河流的平衡剖面 f.河流的平衡剖面 均夷化后的河流纵剖面就是 一平滑的曲线，称河流的平衡剖面。 一平滑的曲线，称河流的平衡剖面。 torrent：河床突然变窄变陡的地方。 ●急流 torrent：河床突然变窄变陡的地方。 ●瀑布 Water-fall：发生在断崖、悬谷、岩层 Water-fall：发生在断崖、悬谷、 软硬相间处的急降水流 的急降水流。 软硬相间处的急降水流。 瀑布的后退,是由于水位差大、动能大, ●瀑布的后退,是由于水位差大、动能大,使下 部岩石掏空,上部岩石崩塌。 部岩石掏空,上部岩石崩塌。
河 蚀 天 桥
黄 果 树 大 瀑 布
旁蚀（侧蚀） 2. 旁蚀（侧蚀）Lateral erosion: 河流对河床二侧 及谷坡的侵蚀，其结果是使河床和谷底加宽。 及谷坡的侵蚀，其结果是使河床和谷底加宽。 旁蚀的动力学原因是弯道离心力与科里奥利力。
（Coriolis’ force, 又称 Deflecting force of Earth rotation)
弯道东弯
弯道西弯
弯道离心力P、科里奥里力 与旁蚀作用关系 弯道离心力 、科里奥里力F与旁蚀作用关系
为流向） （北半球的河流，V为流向） 北半球的河流， 为流向
横向力 上层合力 离心力 下层合力 1 3 2
弯道环流形成的剖面图(a)与平面图 弯道环流形成的剖面图 与平面图(b) 与平面图
1，流向；2，表层水流，河流右弯时，离心力 横向力 合力向右； ，流向； ，表层水流，河流右弯时，离心力>横向力 合力向右； 横向力,合力向右 3，底层水流，河流右弯时，离心力<横向力 合力向左 ，底层水流，河流右弯时，离心力 横向力 横向力,合力向左
谷 缘 谷 坡
河 床
谷 底
坡 麓
Section 2 Erosion of river 侵蚀作用三方式：溶蚀(溶解矿物岩石) 一. 侵蚀作用三方式：溶蚀(溶解矿物岩石)、 水力冲蚀、磨蚀（带岩块的水体） 水力冲蚀、磨蚀（带岩块的水体） 侵蚀作用三方向:下蚀、旁蚀、 二.侵蚀作用三方向:下蚀、旁蚀、溯源侵蚀 1.下蚀 下蚀Bottom erosion:使河床加深的作用 1.下蚀Bottom erosion:使河床加深的作用 a.原因 河流垂直分量造成下蚀; 原因: a.原因:河流垂直分量造成下蚀;流水中因沙 砾的跳跃搬运撞击而下蚀;旋涡的涡穴下蚀。 砾的跳跃搬运撞击而下蚀;旋涡的涡穴下蚀。 b.侵蚀基准面 即海平面。 侵蚀基准面: b.侵蚀基准面:即海平面。入海河流的下蚀 作用绝对不会低于海平面。 作用绝对不会低于海平面。 c.局部侵蚀基准面 即湖面。 局部侵蚀基准面: c.局部侵蚀基准面:即湖面。为入湖河流的 侵蚀基准面。 侵蚀基准面。 d.河流的纵剖面 从源头到河口, 河流的纵剖面: d.河流的纵剖面:从源头到河口,河流剖面呈 线状;其曲线总体下凹,起伏受岩性构造控制。 线状;其曲线总牛 轭 湖
3 溯源侵蚀 Retrogressive erosion: 下切侵蚀引起 河流朝源头加长的侵蚀。 河流朝源头加长的侵蚀。 发生在沟头处：片流在此集中，流量、流速增加， ● 发生在沟头处：片流在此集中，流量、流速增加，侵 蚀力加强，发生溯源侵蚀。 蚀力加强，发生溯源侵蚀。 若河口处侵蚀面下降,也会发生溯源侵蚀。 ● 若河口处侵蚀面下降,也会发生溯源侵蚀。 溯蚀、下蚀总是相伴而生，下蚀必导致溯蚀。 ● 溯蚀、下蚀总是相伴而生，下蚀必导致溯蚀。 溯源侵蚀使河流变大、变长，把许多支流连成一片。 ● 溯源侵蚀使河流变大、变长，把许多支流连成一片。 水系=主流+支流，水系分布区称流域(如长江流域) 水系=主流+支流，水系分布区称流域(如长江流域) 分水岭Dividing 流域与流域之间的高地。 分水岭Dividing crest ：流域与流域之间的高地。 秦 巴颜喀拉山是长江、黄河的分水岭。 岭-巴颜喀拉山是长江、黄河的分水岭。 二侧河流的溯源侵蚀会降低分水岭高度。 二侧河流的溯源侵蚀会降低分水岭高度。如果二侧溯源 侵蚀能力相同，分水岭仅降低高度，位置不变； 侵蚀能力相同，分水岭仅降低高度，位置不变；如果溯 源侵蚀能力不同，分水岭向着侵蚀能力弱的一侧迁移。 源侵蚀能力不同，分水岭向着侵蚀能力弱的一侧迁移。 河流袭夺：由于溯源侵蚀， ● 河流袭夺：由于溯源侵蚀，一条河流将另一条河流上 游的水截夺过来。在二条流向垂直的河流之间最易发生。 游的水截夺过来。在二条流向垂直的河流之间最易发生。
科里奥利力（地球自转偏转力） 北半球， 2）科里奥利力（地球自转偏转力）：北半球，河流由南 向北流，科氏力作用于右岸（东岸）；南半球， ）；南半球 向北流，科氏力作用于右岸（东岸）；南半球，河流 由北向南流，科氏力作用于左岸（西岸）。 由北向南流，科氏力作用于左岸（西岸）。 离心力、科氏力与旁蚀作用的关系( 11●离心力、科氏力与旁蚀作用的关系(图11-14) 3)河床的变化 凹岸的垂直下蚀、横向旁蚀， 河床的变化: 3)河床的变化:凹岸的垂直下蚀、横向旁蚀，使河流弯道 向下游迁移， 蛇形河。 向下游迁移，成蛇形河。 平原上弯道可以自由发展的河流； ●自由河曲 平原上弯道可以自由发展的河流；其结果 是使河流长度增加、坡度降低、流速降低。 是使河流长度增加、坡度降低、流速降低。 洪水期间，截弯取直， ●截弯取直 洪水期间，截弯取直，废弃的原河道 变成牛轭湖 牛轭湖（ Lake）。 变成牛轭湖（Oxbow Lake）。 我国曲流最发育的地方：湖北石首-湖南岳阳。 ●我国曲流最发育的地方：湖北石首-湖南岳阳。 河长240公里，直线仅87公里；经常发生截弯取直。 240公里 87公里 河长240公里，直线仅87公里；经常发生截弯取直。 1910年 形成尺八口牛轭湖；1970年形成六合垸 如1910年，形成尺八口牛轭湖；1970年形成六合垸 (yuan)牛轭湖 20公里截弯成 公里。 牛轭湖， 公里截弯成1 (yuan)牛轭湖，20公里截弯成1公里。 小的截弯取直形成了许多诗情画意的“新月湖” ●小的截弯取直形成了许多诗情画意的“新月湖” （New Lake），如安庆大龙山。 ），如安庆大龙山 Moon Lake），如安庆大龙山。
实例：贵州黄果树瀑布落差75米；云南漓江玉龙关瀑布； 贵州黄果树瀑布落差75米 云南漓江玉龙关瀑布； 75 黑龙江镜泊湖吊水楼瀑布；黄河壶口瀑布；庐山瀑布； 黑龙江镜泊湖吊水楼瀑布；黄河壶口瀑布；庐山瀑布；黄 山瀑布;纽约州西Niagara瀑布, 900米 落差48 Niagara瀑布 48米 它在3 山瀑布;纽约州西Niagara瀑布,宽900米,落差48米；它在3 万年中后退了10.4公里,每年0.3 10.4公里 0.3米 黄河壶口每年后退5cm 万年中后退了10.4公里,每年0.3米;黄河壶口每年后退5cm。 喷泉:人造流水现象,如著名的巴黎Fontaine ●喷泉:人造流水现象,如著名的巴黎Fontaine bleue