地面流水地质作用

1、黄定华黄定华中国地质大学（武汉）中国地质大学（武汉） 地球生物学系地球生物学系 地球表面地球表面3/43/4的面积被海洋、冰层、湖泊、沼泽及江河覆盖。大陆表层岩石的面积被海洋、冰层、湖泊、沼泽及江河覆盖。大陆表层岩石和土壤的空隙中也充填有大量地下水。大气对流层中漂浮着大量的水气和雨、和土壤的空隙中也充填有大量地下水。大气对流层中漂浮着大量的水气和雨、雪微粒。这些水体共同构成一个连续而不规则的圈层，称为水圈。水圈的质量雪微粒。这些水体共同构成一个连续而不规则的圈层，称为水圈。水圈的质量约有约有1.441.4410101818t t，是地球总质量的近，是地球总质量的近1/40001/4000。 唯

2、唯一一有有水水的的星星球球 水水圈圈的的演演化化与与循循环环 分分类类与与运运动动特特征征 重重要要的的地地质质营营力力 作作用用方方式式与与地地质质过过程程 太阳能，重力能加地形是水运动的驱动机构太阳能，重力能加地形是水运动的驱动机构 水能水能= =机械能机械能+ +化学能化学能从地幔中析离从地幔中析离出来的原始水出来的原始水大气圈大气圈海洋水海洋水地下地下地表地表 地球表层水的分布地球表层水的分布海洋水海洋水陆地水陆地水未利用水未利用水利用水利用水陆地水陆地水 陆地水包括冰川和洋盖，地面流水，湖水，沼泽水，陆地水包括冰川和洋盖，地面流水，湖水，沼泽水，地下水，土壤水和生物水等形式。地下水，

3、土壤水和生物水等形式。 海洋、陆地水和大气的水随时随地都通过相变和运动海洋、陆地水和大气的水随时随地都通过相变和运动进行着大规模的交换，这种交换过程称为地球水分循环进行着大规模的交换，这种交换过程称为地球水分循环 蒸发蒸发7000040000降水降水110000水蒸气水蒸气13000浅层地下水浅层地下水4000000湖泊湖泊123000降水降水390000蒸发蒸发430000河流河流1200040000冰川冰川26000000通过水分的循环，地球上的各种水体得以相互沟通、通过水分的循环，地球上的各种水体得以相互沟通、转换，水也得到更新，从而使地球上的水处在动态平转换，水也得到更新，从而使地球上

4、的水处在动态平衡之中，这一现象称为水量平衡。衡之中，这一现象称为水量平衡。 全球每年水分的总蒸发量和总降水量均为全球每年水分的总蒸发量和总降水量均为500 000 km3500 000 km3。水量平衡的三点特征水量平衡的三点特征 全球海洋的总蒸发量为全球海洋的总蒸发量为430 000 km3430 000 km3，总降水量为，总降水量为390 000 km3390 000 km3。蒸发量比降水量多支出的蒸发量比降水量多支出的40 000 km340 000 km3水以水蒸汽形式输送到大陆上水以水蒸汽形式输送到大陆上空。空。 陆地上的降水量比蒸发量多陆地上的降水量比蒸发量多40 000 km3

5、40 000 km3，其中有一部分渗入地，其中有一部分渗入地下补给地下水，一部分暂存于湖泊中，一部分被植物吸收，多余部下补给地下水，一部分暂存于湖泊中，一部分被植物吸收，多余部分最后以河川径流形式回归海洋，从而完成海陆之间的水量平衡分最后以河川径流形式回归海洋，从而完成海陆之间的水量平衡片流片流，洪流洪流和和河流河流前两者也称前两者也称暂暂时性流水时性流水，后，后者是者是常年性流常年性流水水。河流河流片流片流片流片流洪流洪流洪流洪流原始表面原始表面沉积沉积搬运搬运洋盆洋盆新表面新表面剥蚀剥蚀暂时性流水分为斜坡上的暂时性流水分为斜坡上的片流片流和山区常见的和山区常见的洪流洪流两种。两种。片流片流

6、：降雨后沿斜坡发生的斜坡面状流水。规模受地形：降雨后沿斜坡发生的斜坡面状流水。规模受地形和岩土类型的影响；常将改造为和岩土类型的影响；常将改造为劣地劣地，在坡麓堆积形成，在坡麓堆积形成坡坡积物积物。洪流洪流：地势陡峻的山区，常由多股片流汇聚形成。洪流：地势陡峻的山区，常由多股片流汇聚形成。洪流造成沟谷系统；堆积造成沟谷系统；堆积洪积物洪积物和和洪积扇洪积扇地形。地形。片流片流的地质作用主要表现为对山坡上的松散物质及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机械侵蚀作用，称为风化壳表层的面状机械侵蚀作用，称为洗刷作用洗刷作用。片流也可冲蚀坡面，形成线状沟槽。片流可将冲刷、片流也可冲

7、蚀坡面，形成线状沟槽。片流可将冲刷、冲蚀产物搬运到坡角沉积形成无分选和层理的沉积冲蚀产物搬运到坡角沉积形成无分选和层理的沉积物，称物，称坡积物坡积物。 洪流洪流：多股片流汇聚成洪流。洪流多发育在山区，坡度：多股片流汇聚成洪流。洪流多发育在山区，坡度大、下蚀能力强，故冲沟多为大、下蚀能力强，故冲沟多为“V”V”字型。字型。洪流的洪流的侵蚀作用侵蚀作用：洪流以自身的动力及携带的泥沙、石：洪流以自身的动力及携带的泥沙、石块对沟谷的块对沟谷的冲蚀冲蚀和和磨蚀磨蚀作用。作用。洪流的洪流的搬运作用搬运作用：洪流以自身的动力将堆积物及侵蚀产：洪流以自身的动力将堆积物及侵蚀产物搬离原地的作用。其特点为：以机械

8、搬运作用为主、大物搬离原地的作用。其特点为：以机械搬运作用为主、大小混杂，但略具小混杂，但略具层理层理。洪积扇洪积扇：当洪水出沟口后，因地形开阔，水流分散，流：当洪水出沟口后，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组成扇状的沉积地形，称为洪积扇速堆积下来组成扇状的沉积地形，称为洪积扇 。其沉积。其沉积物称为物称为洪积物洪积物。洪流的沉积作用洪流的沉积作用洪积扇洪积物属快速堆积物，故大小混杂，分选性较差，但因洪积物属快速堆积物，故大小混杂，分选性较差，但因搬运过程中颗粒间互相碰撞和磨擦，使其有一定的磨圆搬

9、运过程中颗粒间互相碰撞和磨擦，使其有一定的磨圆度。度。在沟口扇顶部位，沉积物厚度大，颗粒粗，通常由砾和沙组成。在沟口扇顶部位，沉积物厚度大，颗粒粗，通常由砾和沙组成。在扇边缘处，沉积物厚度小，颗粒细，多由泥、沙组成。在扇边缘处，沉积物厚度小，颗粒细，多由泥、沙组成。从扇顶到扇边缘，粒径呈现出由大到小带状分布的特点。从扇顶到扇边缘，粒径呈现出由大到小带状分布的特点。 河流河流是在重力作用下，集中于地表凹槽内的经常性是在重力作用下，集中于地表凹槽内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，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，这就是形成复杂的干支流

10、网络系统，这就是水系水系。多数河流以。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，于是分别形成消失于荒漠中，于是分别形成外流河外流河和和内陆河内陆河。 2 2 河流的基本知识河流的基本知识河流既是地质作用的营力，也是地质作用的产物河流既是地质作用的营力，也是地质作用的产物河流的横剖面与侧方侵蚀河流的横剖面与侧方侵蚀河流的理想纵剖面与侵蚀基准面河流的理想纵剖面与侵蚀基准面河流的下蚀作用，溯源侵蚀与河流袭夺河流的下蚀作用，溯源侵蚀与河流袭夺裁弯取直与牛轭湖裁弯取直与牛轭湖阶地与冲积物的二元结构阶地与冲积物的二元结构河流回春

11、与深切河曲河流回春与深切河曲河流的三角洲与三角港河流的三角洲与三角港水系与流域水系与流域分水岭分水岭干流河谷干流河谷 每一条河流都有它的每一条河流都有它的河源河源和和河口河口。河源河源是河流的发源地，指最初具有地表水流形态的地方。河源以上可能是河流的发源地，指最初具有地表水流形态的地方。河源以上可能是冰川、湖泊、沼泽或泉眼。是冰川、湖泊、沼泽或泉眼。河口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、湖处形成堆积，有时分汊现象显著，在入海、湖处形成三角洲三角洲。在河源与河口之间是河流的干流，

12、划分为上、中、下游三段。各段在水在河源与河口之间是河流的干流，划分为上、中、下游三段。各段在水情和河谷地貌上各有特色。情和河谷地貌上各有特色。 沟谷坡地系统沟谷坡地系统三角洲系统三角洲系统河道系统河道系统河流动力系统河流动力系统气候变化气候变化构造变动构造变动海平面波动海平面波动水源供给变化水源供给变化上、中、下游上、中、下游河源河源河口河口细沟细沟 切沟切沟 冲沟冲沟 坳谷坳谷树枝状树枝状 羽毛状羽毛状 同心或放射状同心或放射状 洪积物透镜体汇集 搬运 散流水水 系系 格格 式式三角洲河口地貌河口地貌河流通过它的流水活动，可以影响和改变地理环境以及人类河流通过它的流水活动，可以影响和改变地理

13、环境以及人类活动。为了认识河流的特征，活动。为了认识河流的特征， 需要了解几个有关水情的基本需要了解几个有关水情的基本概念。概念。水情要素水情要素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，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。受到气候变化、海平面升降、人类活动和新构造运动的影响。基准面基准面是量算高程的起点（零点）。是量算高程的起点（零点）。绝对基准面绝对基准面是以某一河口的平均海平面为零点的基准面。中国是以某一河口的平均海平面为零点的基准面。中国规定统一采用青岛平均海平面为绝对基准面。规定统一采用青岛平均海平面

14、为绝对基准面。 河流水位及其变化河流水位及其变化河流的水位达到某一高度，使沿岸城市、村庄、建筑物、农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田等受到威胁的水位称为洪水位洪水位。洪水洪水则是指短时间大量降水则是指短时间大量降水在河槽内形成的特大径流。在河槽内形成的特大径流。 河流水位及其变化河流水位及其变化根据一年内河流水位和水情的变化，还可以划分出不同的水根据一年内河流水位和水情的变化，还可以划分出不同的水情特征期：情特征期：河流处于高水位时期称为河流处于高水位时期称为汛期汛期：河流处于低水位的时期称为河流处于低水位的时期称为枯水期枯水期；河流处于中常水位的时

15、期称为河流处于中常水位的时期称为平水期平水期；河流封冻的时期称河流封冻的时期称冰冻期冰冻期。河流水位及其变化河流水位及其变化河流既是一种地表常见的地质产物，又是一种极其有效的地质营河流既是一种地表常见的地质产物，又是一种极其有效的地质营力。这使河流地质作用成为外动力地质作用中最为活跃的类型。力。这使河流地质作用成为外动力地质作用中最为活跃的类型。河流在其地质作用的过程中，不断地侵蚀、改造着地表形态，塑河流在其地质作用的过程中，不断地侵蚀、改造着地表形态，塑造出各种典型的河流地貌，如造出各种典型的河流地貌，如瀑布瀑布和和阶地阶地等；同时发育了相应的沉等；同时发育了相应的沉积产物积产物具有具有二元

16、结构二元结构的的冲积物冲积物。河水的运动状态河水的运动状态 流量流量了解河水的运动状态要了解河流的流量，河水动能，水流了解河水的运动状态要了解河流的流量，河水动能，水流运动的方式等有关概念。运动的方式等有关概念。AvQ 流量等于河床截面积流量等于河床截面积流速流速河流的动能是河流作用的水力能量。其计算公式为河流的动能是河流作用的水力能量。其计算公式为河水的动能河水的动能221QvE 层流河水的运动方式河水的运动方式 紊流环流 主流线主流线 顶流顶流 底流底流ADCBBACD河流的机械侵蚀作用按其发展的方向分为两个类型，河流的机械侵蚀作用按其发展的方向分为两个类型，一种称一种称下蚀作用下蚀作用，

17、主要是河流对河床底部的侵蚀破坏；，主要是河流对河床底部的侵蚀破坏；另一种称另一种称侧蚀作用侧蚀作用，是河流对河岸两侧的侵蚀破坏过，是河流对河岸两侧的侵蚀破坏过程。程。下蚀作用侵蚀河床底部，使河床加长和加深。下蚀作用受到下蚀作用侵蚀河床底部，使河床加长和加深。下蚀作用受到如下因素的影响：如下因素的影响：强度因素强度因素河流纵坡降、水量、河床岩性、流速及含沙量河流纵坡降、水量、河床岩性、流速及含沙量过程与产物过程与产物VV形谷；瀑布与向源侵蚀；河流袭夺与断头河形谷；瀑布与向源侵蚀；河流袭夺与断头河河流的河流的侵蚀基准面侵蚀基准面与与平衡剖面平衡剖面跌水（瀑布）河流的向源侵蚀河流的向源侵蚀当两条河流

18、毗邻发展时，如果其中一条的溯源侵蚀能力更强，当两条河流毗邻发展时，如果其中一条的溯源侵蚀能力更强，就会逐渐向另一条河流靠近，最后截断后者的水源，而使之就会逐渐向另一条河流靠近，最后截断后者的水源，而使之成为无水的断头河。成为无水的断头河。 河流的侵蚀基准面河流的侵蚀基准面河流的下蚀作用是依靠河水的动能进行的；河水的动能则是由河流的下蚀作用是依靠河水的动能进行的；河水的动能则是由其所具有的势能转换而来。因此可以认为：地形决定河水的下其所具有的势能转换而来。因此可以认为：地形决定河水的下蚀能力。蚀能力。当河水面趋于某一平面高程而停止流动时，其下蚀作用也随之当河水面趋于某一平面高程而停止流动时，其下

19、蚀作用也随之终止，这一平面即河流的终止，这一平面即河流的侵蚀基准面侵蚀基准面。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。侵蚀基准面。基准面可以因气候和构造运动而改变。基准面可以因气候和构造运动而改变。侵蚀基准面与河口三角洲侵蚀基准面与河口三角洲 河流的平衡剖面河流的平衡剖面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

20、床的纵剖面将会形成一条上陡下缓、整体下凹的光滑曲衡状态时，河床的纵剖面将会形成一条上陡下缓、整体下凹的光滑曲线，称具有这种曲线的河流纵剖面为其线，称具有这种曲线的河流纵剖面为其平衡剖面平衡剖面。长江河谷纵剖面图长江河谷纵剖面图0500100020001500宜宾宜宾监利监利重庆重庆宜昌宜昌汉口汉口九江九江南京南京吴淞口吴淞口黄草坪黄草坪吉连卡吉连卡上游河谷窄、比降和流速大、水量上游河谷窄、比降和流速大、水量小、侵蚀强烈、纵剖面呈阶梯状并小、侵蚀强烈、纵剖面呈阶梯状并多急滩和瀑布的河段。多急滩和瀑布的河段。中游河谷比降已经和缓，河床位置中游河谷比降已经和缓，河床位置比较稳定，侵蚀和堆积作用大致保

21、比较稳定，侵蚀和堆积作用大致保持平衡，纵剖面往往成平滑下凹曲持平衡，纵剖面往往成平滑下凹曲线。线。下游河谷宽广、河道弯曲，河水流下游河谷宽广、河道弯曲，河水流速小而流量大，淤积作用显著，到速小而流量大，淤积作用显著，到处可见沙滩和沙洲。处可见沙滩和沙洲。 上、中、下游的河谷整体形态上、中、下游的河谷整体形态河流的形态特征河流的形态特征冲积平原冲积平原后部沼泽后部沼泽牛轭湖牛轭湖冲蚀（凹）岸冲蚀（凹）岸点坝（冲积凸岸）点坝（冲积凸岸）冲积堤冲积堤叉型支流叉型支流河流的侧蚀作用河流的侧蚀作用侧蚀作用侧蚀作用 侵蚀河床两侧使之弯曲，河谷加宽，谷坡后退侵蚀河床两侧使之弯曲，河谷加宽，谷坡后退的作用的作

22、用蛇曲蛇曲的发展与的发展与裁弯取直裁弯取直作用作用 侧蚀作用的发育过程侧蚀作用的发育过程 主流线主流线 顶流顶流 底流底流ADCB裁弯裁弯取直取直牛轭湖牛轭湖密西西比河中下游流域地貌密西西比河中下游流域地貌 任任一原本平直的河流，在其发育演化过一原本平直的河流，在其发育演化过程中，都会因各种原因而趋向于弯曲化程中，都会因各种原因而趋向于弯曲化地球自转的科里奥利力是使南北向河流地球自转的科里奥利力是使南北向河流产生侧蚀作用的永久驱动力。产生侧蚀作用的永久驱动力。侧蚀作用产物是不对称的河谷形态侧蚀作用产物是不对称的河谷形态弯曲的河道会因为自然的洪水过程或加弯曲的河道会因为自然的洪水过程或加强的下蚀

23、作用而裁弯取直。强的下蚀作用而裁弯取直。河流因此而处于永远的曲直变化之中。河流因此而处于永远的曲直变化之中。河床河床河谷河谷谷底谷底谷肩谷肩谷坡谷坡阶地阶地坡麓坡麓河漫滩河漫滩河漫滩河漫滩平水位平水位洪水位洪水位河谷横剖面形态河谷横剖面形态上、中、下游的上、中、下游的河谷剖面形态河谷剖面形态机械搬运的方式机械搬运的方式推移推移水力水力 床底磨擦，推移质沿床底滚或滑动；床底磨擦，推移质沿床底滚或滑动；跃移跃移上举力上举力 颗粒重力，离开床底跃迁；不对称沙波痕颗粒重力，离开床底跃迁；不对称沙波痕悬移悬移上举力上举力 细粒重力，细粒重力，在静水中沉降在静水中沉降3660m3660m：细砂细砂-10-

24、10天；土天；土-100-100年年搬运能力（搬运能力（= =搬运最大颗粒的能力）搬运最大颗粒的能力） 粒径粒径流速平方；重量流速平方；重量流速流速6 6次方（次方（6464倍）；倍）； 水力水力流量流量Earth matter-river分选分选从粒度，比重和形态三方面进行：从粒度，比重和形态三方面进行：（粒度大小）：巨砾（粒度大小）：巨砾砾石（鹅卵石）砾石（鹅卵石）砂砂粉砂粉砂粘土粘土（矿物比重）：金（矿物比重）：金黄铁矿黄铁矿铬铁矿铬铁矿石英石英石墨石墨琥珀琥珀（搬运物形态）：等轴粒状（搬运物形态）：等轴粒状条状条状板状板状磨圆（普遍适用）磨圆（普遍适用） ：圆圆 次圆次圆次棱次棱 棱角

25、状棱角状当河流的搬运作用因水动能的减弱而趋于停滞时，河流即开当河流的搬运作用因水动能的减弱而趋于停滞时，河流即开始其沉积过程。始其沉积过程。由于冲积物的粒度有大小，比重和形态不一，河流的负载能由于冲积物的粒度有大小，比重和形态不一，河流的负载能力也不相同。所以河流在不同河段都可能发生机械沉积作用。力也不相同。所以河流在不同河段都可能发生机械沉积作用。因为河水的动能从上游到下游是逐渐减弱的，故这种机械沉因为河水的动能从上游到下游是逐渐减弱的，故这种机械沉积也有着对应的分选性，从上游到下游依次由巨砾直至粉砂、积也有着对应的分选性，从上游到下游依次由巨砾直至粉砂、淤泥。淤泥。冲积物最主要的结构特征是

26、冲积物最主要的结构特征是二元结构二元结构。冲积物的二元结构可以河漫滩沉积为代表说明：冲积物的二元结构可以河漫滩沉积为代表说明：平水期时，首先在河床底部堆积了粗粒的砂砾石冲积层，平水期时，首先在河床底部堆积了粗粒的砂砾石冲积层，并顺河底地形而向河床中部倾斜。并顺河底地形而向河床中部倾斜。在汛期时，洪水漫溢到边滩处，因水浅和流速低缓，水动能在汛期时，洪水漫溢到边滩处，因水浅和流速低缓，水动能微弱，故只能水平沉积粉砂到泥质的颗粒物。微弱，故只能水平沉积粉砂到泥质的颗粒物。两者结合，形成下部具斜层理和上部具水平层理的二元结构。两者结合，形成下部具斜层理和上部具水平层理的二元结构。 砾石成分复杂砾石成分复杂, , 往往具叠瓦状排列。往往具叠瓦状排列。 碎屑物质的分选性较好，碎屑颗粒的磨圆度较高。碎屑物质的分选性较好，碎屑颗粒的磨圆度较高。 冲积物层理发育，类型丰富，层理一般倾向河流下游冲积物层理发育，类型丰富，层理一般倾向河流下游 冲积物常呈透镜状或豆荚状，少数呈板片状。冲积物常呈透镜状或豆荚状，少数呈板片状。 冲积物往往具有二元结构，下部为冲积物往往具有二元结构，下部为河床沉积河床沉积，上部为，上部为 河漫滩沉积河漫滩沉积。由于水动力方向的经常变化，冲积物在逐层堆积时会形成河流的由于水动力方向的经常变化，冲积物在逐层堆积时会形成河流的交交错层理错层理。据此可以判断岩层是否发生过倒转