第三章 河流地貌1

壶口瀑布 由于溯源侵蚀，瀑布已
由龙门附近后退至今日 的壶口，位臵是不断向 上游移动的。据史料记 载，河流溯源侵蚀的空 前高速度曾达2m/a。而 在最近的2700年间，这 条瀑布已后退3000多米。
河流搬运作用
动力分析： 动力在垂直方向上的分力Fv 动力在水平方向上的分力Fh 重力G 磨擦力f
河流的堆积作用
3.对于大于2毫米的颗粒，它的始动速度与沉积临界流速相差 也不大，但是这两个流速值本身却很大，并随着颗粒的增大而 增大。这也正如在自然界里所看到的那样，砾石很难作长距离 搬运而多沿河底呈滚动式的推移前进，颗粒越大越是这样。 4.小于0.05毫米的颗粒， 其始动速度与沉积临界流 速度值相差很大，所以粉 砂尤其是泥质颗粒一经流 水搬运，即长期悬浮于水 体中，很不容易沉积下来， 大多数都是搬运到海洋或 湖泊的比较安静的地带才 能慢慢的进行沉积。
一、河床纵剖面的形成与发展
河床纵剖面：从源头到河口的河床最低点连线称为河



床纵剖面(longitudinal profile)，它呈一不规则的曲线。 影响河床纵剖面塑造的三个因素 溯源侵蚀 侵蚀基准面 河床均（平）衡剖面
侵蚀基准面
侵蚀基准面(Base level of erosion ):河床纵剖面是河流作用形
E=1/2MV2
河流的侵蚀作用
河流的侵蚀作用有三种方式： 冲蚀作用(cavitation, hydraulicking（水力冲蚀)：流水的
机械冲刷
磨蚀作用(abrasion or corrasion, evorsion(涡流侵蚀）)：
水中泥沙对床面的碰撞磨蚀和掏蚀，泥沙颗粒之间的碰撞 磨蚀
搬运机制：河流流速大于起动流速，动力大于克服
因重力和摩擦力等而产生的阻力 起动流速：泥沙处于极限平衡状态时的水流的速度。
Upper Course
Lower Course
河流搬运作用
河流流搬运的方式
推移(bed load)：推移是流水使泥沙或砾石沿底面滚动或
滑动。Fv <G； Fh >f 艾里定律：推移质的重量与水流速度的六次方成正比。 因此：搬运泥沙粒径 与流速的平方成正比。 山区河流在山洪爆发 时可以推动巨大的石 块向下移动
河流的堆积作用
河流的侵蚀、搬运和堆积三种作用是经常发生
变化和更替的。 对一条河流来说，在正常情况下，上游多以侵 蚀作用为主，下游以堆积作用为主， 如果海面下降，下游地段亦可转化为侵蚀作用 为主， 当河流水量减少，泥沙增多，在河流上游的某 一地段也可能出现堆积作用为主。 另外，在同一河段，侵蚀、搬运和堆积是同时 进行的，例如弯曲河段在凹岸侵蚀，同时在凸 岸就发生堆积。
跃移(jump, saltate：跃移是床底泥沙呈跳跃式向前搬运。Fv ≥ G； Fh >f 悬移(suspended load)：悬移是较细小颗粒在流水中呈悬浮状 态搬运。Fv > G； Fh >f 悬移(suspend):河流主要的搬运方式。 溶解质搬运：溶解于水中的物质
河流的堆积作用
动力机制：搬运取决于挟沙力和实际挟沙量的对比 挟沙力/挟沙量=1，不冲不淤 挟沙力/挟沙量<1，泥沙堆积
第一节 河流流水作用
二、横向环流和漩涡流 1 横向环流 2 漩涡流
横向环流
在弯曲河道中，从凸岸由水面流向凹岸的水流（表流）和从凹
岸由河底流向凸岸的水流（底流）构成一个连续的环形水流， 称横向环流。 横向环流与纵向水流结合一起，成为螺旋流，又称弯道环流 （helicoidal flow, helical flow ， corkscrew water movement
从整个流域看，上游河谷狭窄，多瀑布，中游河谷较宽，
发育河漫滩和阶地，下游河床坡度较小，河谷宽浅，多 形成曲流和汊河，河口段形成三角洲和三角湾
第一节 河流流水作用
一、层流与紊流
层流：水质点有一定的运动。并且互相干扰。
紊流的水质点是呈不规则的
河流水流来自大气降水。雨水降落到地表之后，一部分蒸发 返回大气层，一部分被植物吸收，一部分渗透到土壤孔隙中 或岩石裂隙中成为地下水，剩下的沿地表流动，通过河流， 最后汇入海洋。有时地下水流出地表，补给河流；在高山高 纬地区，融雪水也补给河流。河流中的水流是地表水流最主 要的形式。
第三章 河流地貌
Q=V×A
Q：流量， V：流速， A：断面面积
第二节 河床
河谷中平水期水流所占据的谷底部分称为河床。
河床横剖面呈一低洼的槽形。
第二节 河床
山区河床较狭窄，
纵剖面较陡，浅滩 和深槽彼此交替， 且多跌水和瀑布， 两岸常有许多山咀 突出，使河床岸线 犬牙交错。

平原地区河床较宽 浅，纵剖面坡度较 缓，有微微起伏
第一节 河流流水作用
一、层流与紊流
雷诺系数Reynolds number
临界速度。临界速度也随流 体密度、粘滞系数和管道直 径而变化。 vd 惯性力 但 流动形态转变时
r
流态转变时的平均流速称为
粘滞力
不变
Re为雷诺数，d为管道直径，v为管道中平均流速，r
为液体运动粘滞系数 管道条件 下临界Re=2320，明渠条件下临界 Re=500
第一节 河流流水作用
一、层流与紊流
影响河流流水流态的因素：
流速和含沙量
层流一般只在水库及高含沙
量的浑水底部或坡面薄层缓 流中可能存在。沟槽中很少 发生。
由于层流没有垂直于水流方
向的向上分力作用，所以一 般不能卷起泥沙。 紊流的水质点是呈不规则的 运动。并且互相干扰。 上下水层相互干扰，并进行 动量交换，对泥沙运动有很 重要影响
侵蚀基准面的变化影响河床纵剖面的发展。 当侵蚀基准面下降时，如果出露的地面坡度较大，
则流速加大，侵蚀作用加强，河流发生向（溯）源 侵蚀。 当侵蚀基准面上升时，水 流搬运泥沙能力减弱，河 流发生堆积。 因此，修建水库可以缓解 上游的水土流失
注意:虽然海面是入海河流的的总侵蚀基准面，但河流在 入海之后，其动能一般并不立即消失，有时在海底的一 定深度内还会继续塑造出一段槽床；另外，在远离河口 的大河河床上，由于强烈的旋涡流的冲蚀，也会出现比 海面还低的深槽或壶穴。但这些都是局部的现象，从宏 观上看，海面仍然是控制河流下切的总的基面。
侵蚀基准面
Lateral erosion widens river channel Vertical erosion deepens river channel
溯源侵蚀(headwater/headward erosion)：使河道加 长，特别是对于山区小河而言更有意义 侵蚀方向是不断向源头（即上游方向）进行的。 以裂点（瀑布）后退的方式表现出来。 有两种方式：一是暴流在沟头侵蚀，加上片流作用， 使沟头崩塌。二是河流上游有泉水出露，泉眼以上的 岩层或土体因受掏蚀而发生崩塌后退
都江堰，人类利用自然的典范
漩涡流
当水流绕过障碍物，如沙波
的脊部、河床基岩岩槛以及 各种人工建筑物时，都会产 生漩涡流。使河流水流更加 复杂
凡河中失石，必求之于上游
三、河流作用
河流作用 侵蚀(erosion) 搬运(transportation) 堆积(deposition)
常年河流 线状流水 (槽床流水) 河谷流水 季节性河流 沟谷流水 面状流水 坡面径流 暂时性水流 经常性水流
不论是经常性水流的河流，或是暂时性水流的河流， 都能进行侵蚀、搬运和堆积，只是它们的作用方式 和强度不同而已。因此，河流作用是塑造地貌最普 遍通最活跃的外营力之一。
河流作用塑造的地貌极其多样。从河谷横剖面看，可 分谷底和谷坡两大部分。谷底包括河床和河漫滩，谷 坡是河谷两侧的岸坡，常有阶地发育。谷坡与谷底的 交界处，称为谷坡麓，谷坡与原始山坡或地面的交界 处，称为谷肩，也称谷缘。
横向环流
两种力：弯道离心力和地转偏向力
曲流形成后，在弯道离心力作用下形成横向环流
弯道水流在弯道离心力的作用下，凹岸产生雍水现象，水
面抬高，凸岸水面降低，形成水面横比降。位于凹岸底部 的流水受到了较大的压力，因而两岸间底部水层水层产生 了压力差。使底部流水自凹岸流向凸岸。这是弯道中产生 环流的主要原因
横向环流造成凹岸（表流）侵蚀和凸 岸（底流）堆积
曲流的形成
在自然界和试验水槽中，顺直河道很少能够长时间
保持。由于河流中完全的层流状态很少持续，小的 扰动使水流发生偏转流向河岸，并发生反射而流向 对岸，形成一个正反馈系统，导致曲流形成。偏转 向河岸的流水引起微小的侵蚀，形成弯曲河道的雏 形。当水流经弯曲河道时，惯性使流水继续保持直 线运动，冲击道的外侧， 引起河岸的进一步 的侵蚀和外侧河道 的 加深。外侧深河 道产生更大的流速 和更多的侵蚀。
成的，每条河流下切侵蚀的最大深度并不是无止境的，往往 受某一高度基面控制，河流下切到接近这一基面后即失去侵 蚀能力，不再向下侵蚀，这个控制河流下切深度的一个面状 的界限，称为河流侵蚀基准面，也简称侵蚀基面。 在这个界限以下，河流下蚀能力消失，不再加深河床，。 控制局部河段或支流下切深度的 基面称地方（局部）侵蚀基面。 如河床上的坚硬岩块，支流汇入 主流的河口处 控制整个河流下切侵蚀的最低基 面称为终极侵蚀基准面，一般把 海面作为终极侵蚀基面或总侵蚀 基面
横向环流
受地转偏向力的影响，北半球水流偏向右岸，南半 球偏向左岸，这对弯道环流起着增强（右岸为凹岸 时）和减弱（右岸为凸岸时）作用。
不同形状的河床断面，形成不同的环流系统，可分为以下四种 （1）单向横向环流（a）。多在弯曲河段发生，因这里水流受离
心力作用较强向一岸偏移形成单向环流。 （2）底部汇合(convergent)型横向环流（b）。两岸底层水流流 向河床中部，构成表层辐散、底部汇聚型的横向环流。横向环流 系统可掏蚀两岸，而在河床中部发生堆积。 （3）底部辐散(divergent)型横向环流（c）。两岸表层水流流向 河床中部，构成表层汇聚、底部辐散型的横向环流。这种环流能 够进一步侵蚀河床中部，而在两岸形成浅滩堆积。 （4）复合型（complex）环流（d）。在平原分汊河流或河床底 部起伏不平的地方，形成多股主流线，各自构成一横向环流，组 合成复合型环流系统。