南京大学_普通地质学_11普地河流.ppt

1、第十章 河流及其地质作用,南京大学地球科学系 舒良树,普通地质学 (General Geology),Chapter 10 The river 旅行时,河流 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， 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,水灾 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 技术。公元前250年, 四川郡守李冰父子筑都江堰, 采用“深淘滩,低筑堰,遇弯截角”的方法，引岷江 水入川西平原,使川西平原“水旱从人,不知饥谨,时 无荒年,天下谓之天府”。,1963-1992年全球自然灾害破坏程度统计,国

2、家南水北调工程示意图,Section 1 Introduction一.有关概念 Some terms1.河流: 地表上具经常性流水的线形凹地。 河流形成过程:片流洪流大河2.片流:大气降水沿地表自然斜坡均匀流动,无固定 流向的地表流水。 片流通过洗刷作用将山坡上细小的、松散的残积物搬运至山坡的凹入部位，形成坡积物；山麓地带的坡积物连成一片称为坡积裙。3.洪流 沿地表斜坡上的沟槽定向流动的水体。沟的发展：沟槽沟谷大沟谷；沟分为沟头、 沟口、沟壁、沟叉。从源头下方侵蚀，使沟加 深、拓宽、伸长。无雨则干涸。形成季节性洪积物（分选性差、磨圆度差）洪积扇、洪积锥（沟口粗、开阔带细）若干洪积扇在山前连成片

3、则为洪积平原(如大青山前的包头)。, “V”形谷为幼年期河流标志我国第一大峡谷（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)=瞿塘峡（川）+ 巫峡（川鄂神女峰）+ 西陵峡（鄂） “U”形谷只与冰川作用有关；“碟”形谷则形成于平原地区(湖北城陵矶)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，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）.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 流速小,动能可能

4、反而小。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。,河床,谷底,坡麓,谷坡,谷缘,Section 2 Erosion of river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）二.侵蚀作用三方向:下蚀、旁蚀、溯源侵蚀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;流水中因沙 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。入海河流的下蚀 作用绝对不会低于海平面。c.局部侵蚀基准面:即湖面。为入湖河流的 侵蚀基准面。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

5、下凹,起伏受岩性构造控制。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。,e.均夷化:削去突出部位、填平凹坑的河流作用。 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。 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。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 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,使下 部岩石掏空,上部岩石崩塌。 实例：贵州黄果树瀑布落差75米；云南漓江玉龙关瀑布； 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Niagar

6、a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 bleue,河蚀天桥,黄 果 树 大 瀑 布,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。 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) 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增大了摩擦力与粘

7、滞力；流水在河流弯曲部位因惯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（流速最大的点的连线）偏向凹岸使凹岸的水面提高，凸岸的水面降低,产生横向比降产生从凹岸向凸岸的横向力，该力作用方向是凸岸。 弯道离心力和横向力的联合作用，造成河流凸岸堆积、凹岸侵蚀（物质搬运至凸岸，能量减弱而沉积，形成点沙坝）。 南京长江大桥的北岸为凹岸。,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，河流 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(图11-14)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，成蛇形

8、河。 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。 截弯取直 洪水期间，截弯取直，废弃的原河道 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。 河长240公里，直线仅87公里；经常发生截弯取直。 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1公里。 小的截弯取直形成了许多诗情画意的“新月湖”（New Moon Lake），如安庆大龙山。,弯道离心力P、科里奥里力F与旁蚀作用关系 （北半球的河流，V为流向）,弯道东弯,弯道西弯,下层合力,上层合力,横向力,离心力,1,弯道环流形

9、成的剖面图(a)与平面图(b) 1，流向；2，表层水流，河流右弯时，离心力横向力,合力向右； 3，底层水流，河流右弯时，离心力横向力,合力向左,2,3,凹岸,凹岸,凸岸,凸岸,包 头 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。 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。 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)分水岭Dividing crest ：流域与流域之间的高

10、地。 秦 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。如果二侧溯源侵蚀能力相同，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。 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。,Section 3 Transportation of river一流水质点的两种运动方式1.层流Laminar flow：流体流动时，质点不互相 混合，流动的层与层之间不交错。在水浅、流 速慢、河床平滑的河段,可成层流。2.紊流Turbulent flow：流动层交错，质点互相 混合。河流主体表现为紊流运

11、动。二物质的三种搬运方式 Traction,suspension,solution transport1.拖运(底运): 物质粗大者多在河床底运。当流 速变小时很容易发生沉积。2.悬运:物质较细者,则呈悬浮状态搬运。如粘土。3.溶运:物质极细者，便呈溶液状态搬运，溶运物主 要有Ca、Mg、碳酸盐等。,层流（a)与紊流(b)剖面图,河床堆积-四川大宁河,三.河流的沉积作用：专指河流范围内的沉积1.沉积的原因：流速降低、流量减小、搬运物增 多（搬运力小于搬运量）。2.河流沉积物（冲积物Alluvium）的五大特征(1) 分选性好 长时间稳定的河流水动力，可使 各种粒级的物质充分分开 磨圆度好 长距

12、离搬运，使岩块变圆滑。 成层性好 二个周期变化因素：洪水期，粗， 枯水期，细；夏季，颜色淡，冬季，颜色深。 韵律性好 形成递变层理。河流的一次侧向摆 动，由下到上可形成：河床沉积（粗）、河漫 滩沉积（中）、牛轭湖沉积（细）。具流水成因的原生构造 冲刷痕,砂丘(Dune,大的波痕),波痕,交错层,前积层(foreset bed)等,四.沉积作用形成的地形1心滩Channel bar 开阔处流速变小产生双向环流粗碎屑沉积在河流中部不断淤积成心滩。心滩在洪水期淹没,枯水期露出水面。2江心洲Central bar 心滩扩大则为江心洲。 江心洲的特点是：洲头侵蚀、洲尾沉积、向下游迁移。一般洪水不会淹没。

13、如移向河边，则和河漫滩会合。如南京八卦洲,湘江橘子洲。3边滩Point bar(点沙坝）:凸岸的堆积体。洪水期淹没；由单向环流形成。4河漫滩Flood plain与冲积平原Alluvial plain边滩加宽、加高，面积加大，形成河漫滩。洪水期淹没、枯水期露出水面。,宽广的河漫滩可形成平原或丘陵地区。河漫滩的二元结构：下部为河床砂砾沉积； 上部为河漫滩泥质粉沙质沉积。自然堤Dam：洪水溢出河岸,流速骤降,大量泥沙沉积,形成自然堤。如长江芜湖与安庆间的自然堤;多为一般年份阻挡洪水的天然屏障。冲积平原：河床连续摆动，河漫滩连片扩大，形成冲积平原；主要由河流冲积物组成。 区别：洪积平原。5三角洲 D

14、elta: 在河口部位，因流速降低，动能减小，形成的大规模沉积体平面上呈三角形，称之。进一步发展则形成三角洲平原。,河漫滩与河床沉积,河底砂卵石沉积,河曲迁移形成的边滩,漫滩粉砂与黏土,自然堤,侵蚀方向,沉积,侵蚀, 三角洲的形成条件：1有充足的沉积物来源；2河口处坡度较小，易于沉积（日本东部不能形成）；3水动力较小，沉积物易于保存。三角洲的形态：1鸟嘴状（一条河流入海者，如长江）；2鸟足状（若干条河流入海者，如密西西比河）；3扇形（许多条河流入海着，如黄河）。唐时扬州位于长江口，是个重要出海港口。唐天宝十二年（753年），鉴真和尚从这里东渡日本。当时的扬州，地位相当于今日上海，“舟樯栌比，车

15、谷鳞集”，交通繁忙，手工业很发达，所产铜镜久负盛名，首饰玉雕制作精湛，造船业兴旺。现时的上海是公元十世纪才露出海面形成陆地的。元朝至元二十八年（1219年）才设县，1850年才成为商埠。,Section 4 Degradation of river1.均夷化Gradation：河流削去河底的突起，填平凹 地，达到平衡的过程称之。2.去均夷化Degradation ：当侵蚀基准面（海平面）下降,陆地上升时,平衡会被破坏，河流就会重新下蚀，此过程称为去均夷化。它可形成：1)深切河曲Incised meander(深切基岩的河流)，2)河流阶地Terrace。3. 河流阶地六点特征:1).原谷地残留

16、在新的谷坡之上;2).形态上具平坦的表面和陡坎,陡坎向河；3).沉积物为泥、沙、砾；4).可对称也可单侧；5).洪水季节也不淹没；6).形成多级阶地,底新顶老。,4.三级河流阶地 I级Accumulation T: 近河床的堆积阶地（沉积物）；II级 Basement terrace:基座阶地（沉积物+基岩）；III级Erosion T: 远河床的侵蚀阶地（全为基岩）。 雨花台为浦镇组Np堆积阶地,故雨花石多。 第五节 准平原化与地貌演化1.准平原化Peneplaining：使高山变成平原的地质 作用称之。为河流老年期的标志。2.夷平面Planation surface:当后期地壳抬升时,海拔

17、高出平原,河流再下蚀,起伏增大；导致原先被松散沉积物复盖的平地抬升，形成一系列起伏的山地。 其相邻的平坦山顶位于同一高度,代表当时准平原的表面,称作夷平面。,漓 江 河 床 砾 石,河滩漫双层结构-漓江,3.夷平面的年龄：a.保存最老的夷平面不超过 140Ma（白垩纪K）; b.越高越老(天山夷平面 往往大于2000米高度)。4河流地貌的三期演化幼年期地貌：以下蚀为主，形成高山峡谷,V 字形河谷.壮年期地貌：以旁蚀为主，形成宽广的河谷 和低山丘陵.老年期地貌：形成准平原。地表微弱起伏, 存在少数孤立残山。如淮北准平原。 第六节 河流发育同地质构造的关系1.具体的河流与局部构造有关；2.水系型式反应隐伏的构造