水流的地質作用-華電

第三章

水流的地質作用與庫壩區(qū)滲漏的工程地質條件分析中國水系圖概述水循環(huán)：地面水地下水動力地質作用不良地質現(xiàn)象庫、壩區(qū)工程條件自然界的水循環(huán)3.0地表水的地質作用1.概述2.暫時性流水地貌3.河流的地質作用4.河流地質作用1概述

地面流水：是指地面流水是指陸地表面流動著的液態(tài)水。它們在重力作用下，沿地表從高處向低處流動。地面流水主要來自大氣降水，其次來自冰雪融水和地下水。地表流水可分為暫時流水和經(jīng)常流水兩類。

地面流水暫時性地面流水長期性地面流水

面流：順斜坡無固定流道的、面狀流動的細小流水

洪流：低洼的溝谷中呈線狀流動的暫時性地面流水

河流：

具有一定河道的長期性地面流水稱回2暫時性流水暫時流水是大氣降水后短暫時間內在地表形成的流水，因此雨季是它發(fā)揮作用的主要時間，特別是在強烈的集中暴雨后，它的作用特別顯著，往往造成較大災害。暫時性流水地貌

1.坡面流水的洗刷作用及地貌：

片流和細流的洗刷作用坡積物及其工程性質2.山洪急流的地質作用及洪積扇：

沖溝洪積扇片流細流沖溝沖槽階段（或細溝階段）平衡（沖溝）階段下切階段（或切溝階段）休止（拗谷）階段3面流的洗刷作用及坡積群洗刷作用：面流在斜坡上流動過程中，可沖走細粒物質，并將這些物質帶到斜坡下部。面流的水動力微弱，僅能沖走顆粒較小的粉沙及泥土?？扇苄詭r石（石灰?guī)r）組成的山坡還能產(chǎn)生溶蝕作用，形成溶溝、石芽地貌。在山坡下部，無數(shù)細小股流水還具有一定的線狀侵蝕能力。坡面在小股流水沖刷作用下，出現(xiàn)無數(shù)小溝。山坡上裸露的土壤常受到面流的洗刷，產(chǎn)生大量的土壤流失。坡積裙：分選不好，中下部較厚，厚度過大，不易擾動，例：興文坪銀杏鄉(xiāng)。4山洪激流的地質作用及洪積扇1)洪（流）水特點：洪（流）水發(fā)生具有突然性，水量猛增，水位暴漲，上下游落差突然增大，平時溫馴的河流，顯出排山倒海之勢，也真有雷霍萬鈞之力。洪水所過，田園廬舍成墟，這時水對地面的破壞作用，表現(xiàn)得非常明顯。洪積扇

洪流攜帶大量泥沙、石塊到溝口，由于坡度減小，洪流無側壁約束，水流分散，動能迅速減弱，所搬運的碎屑物在溝口大量沉積，形成扇形堆積地貌。洪積扇洪積裙山洪激流的地質作用及洪積扇2).沖溝形成發(fā)展的四個階段：(1)、沖槽階段（細溝階段）沖溝的開始，會淤塞邊溝，毀損路面，破壞路基，填平溝槽，種植草皮保護坡面。(2)、下切階段（切溝階段）公路避免從溝頂附近的溝壁通過，中下部通過應修截水溝，溝頭設多級跌水石坎，溝底鋪石加固。(3)、平衡階段（沖溝階段）設跨溝橋，路基、橋涵高度應在洪水位以上，橋涵孔徑應大于排洪量，加固溝壁，設置跌水、防止側蝕水毀路基及切坡后內邊坡失穩(wěn)，防止崩塌滑坡的發(fā)生。(4)、休止階段（拗谷階段）治理同上沖溝發(fā)展的第一階段是形成細溝。沖溝發(fā)展的第二階段，以強烈的下蝕作用為主

沖溝發(fā)展的第三階段是使谷底逐漸變緩，同時沖溝的岸坡逐漸塌落，形成天然穩(wěn)定的坡度

３.1河流的地質作用與河谷地貌

3.河谷地貌：

侵蝕作用沉積作用搬運作用典型河谷地貌的形態(tài)要素1.河流的侵蝕、搬運和沉積作用

2.沖積層

河谷地貌分類河流階地河流在縱向的特征您好河流的空間形態(tài)一、河流的地質作用1.河流的侵蝕作用河流在流動過程中，以其自身的動力（活力）以及所挾帶的泥沙對河床的破壞，使其加深、加寬和加長的過程稱為河流的侵蝕作用。河流的侵蝕作用可分為機械和化學兩種方式?？偟恼f來，機械的侵蝕作用更為主要些。河流侵蝕作用按侵蝕的方向又可分為下蝕作用和側蝕作用。（1）河流的下蝕作用把河水以及挾帶的碎屑物質對河床底部產(chǎn)生破壞，使河谷加深、加長的過程稱為河流的下蝕作用。在河流的上游以及山區(qū)河流，由于河床的縱比降和流水速度大，因此活力在垂直方向上的分量也大，就能產(chǎn)生較強的下蝕能力，這樣使河谷的加深速度快于拓寬速度，從而形成在橫斷面上呈“V”字形的河谷，也稱V形谷。

下蝕作用的結果——峽谷地貌河流的下蝕作用長江三峽長江虎跳峽美國科羅拉多大峽谷美國科羅拉多州強烈下蝕的地貌峽谷“V”型河谷強烈下蝕的黃河上游—龍羊峽不均勻的垂向侵蝕差異下蝕作用的結果

——瀑布黃果樹大瀑布黃河壺口瀑布山區(qū)河流的跌水長白山天池瀑布尼亞加拉瀑布

下蝕作用的過程河流的地質作用侵蝕基準面和平衡剖面基本或永久侵蝕基準面暫時或局部侵蝕基準面向源侵蝕與河流的襲奪－下蝕作用在加深河谷的同時，還使河流向源頭發(fā)展，加長河谷。把河流向源頭發(fā)展的侵蝕作用稱為向源（溯源）侵蝕作用。（2）河流的側蝕作用河水以自身的動力及挾帶的砂石對河床兩側或谷坡進行破壞的作用稱為河流的側蝕作用（或稱旁蝕作用）。側蝕作用是平原區(qū)河流及河流下游的主要侵蝕形式。側蝕作用的結果使河床彎曲、谷坡后退、河谷加寬。

河流的側向侵蝕，中下游河曲的形成和發(fā)展在橫向環(huán)流的作用下，凹岸下部巖石不斷破碎被掏空，同時上部的巖石也隨之崩塌。破壞下來的巖石碎屑被單向環(huán)流的底流搬運到河流的凸岸沉積。其作用結果是：河床的凹岸不斷向谷坡方向后退，而凸岸不斷前伸，河道的曲率逐漸增加，使原來彎曲較小或較平直的河床變得更彎曲，形成河曲。

大幅度彎曲的河曲在洪水期中可能被截彎取直，遺留的河道形似牛軛，形成牛軛湖。河流的側向侵蝕河流的側向侵蝕及河道的遷移河道的裁彎曲直－－－牛軛湖的形成時間上河流發(fā)育的早期以下蝕作用為主，隨著坡度減小，逐漸轉為以側蝕作用為主。空間上河流的上游以下蝕作用為主，河流的下游以側蝕作用為主。下蝕作用與側蝕作用的關系2.河流的搬運作用河流的搬運作用既有機械搬運，也有化學搬運，但以機械搬運作用為主，包括推移、躍移和懸移三種方式。物質來源：谷坡洗刷、崩落、滑塌下來的產(chǎn)物和沖溝內洪流沖刷出來的產(chǎn)物，河流侵蝕河床的產(chǎn)物。在河流中、上游水急、顆粒較大，推移、躍移和懸移三者共存，且推移、躍移更重要一些，在中下游則是躍移和懸移更主要。顆粒的搬運方式不是固定不變的，隨著流速增大，推移可變?yōu)檐S移，躍移也可變?yōu)閼乙?，流速降低時，則發(fā)生相反的轉變。河流的搬運能力不僅與流速、流量有關，還與流域內自然條件有關。河流搬運方式３.河流的沉積作用河流在運動過程中，能量不斷受到損失，當河水的流速減小，或進入河流的碎屑過多，超出河流的搬運能力時，被搬運的物質便在重力作用下逐漸沉積下來，則發(fā)生沉積，形成沖積物。河流發(fā)生沉積作用有三個主要場所，一是河流匯入其它相對靜止的水體處，如河流入海、入湖以及支流入主流處；二是河床縱剖面坡度由陡變緩處，一般來說河流中、下游地勢較平坦，沉積作用明顯；三是河流的凸岸，由單向環(huán)流侵蝕凹岸，其產(chǎn)生的碎屑在凸岸沉積。河流的沉積特性：具有明顯的分選性。

河流沉積作用的主要方式是機械沉積作用。引起河流機械沉積作用主要原因是河水流速的降低，導致機械動能的減小，使河流的搬運能力降低而發(fā)生沉積。根據(jù)沉積的部位分為：山口沉積作用谷底沉積作用河口沉積作用河流的沉積作用及沉積物河流的沉積物山口沉積作用來自山區(qū)的河流，攜帶著大量機械搬運物到山口開闊的平地上，由于河床坡降明顯減小，水流又無地形約束而散開，河水動力突然大大減小，機械搬運能力迅速降低，搬運物就會山口沉積下來。山口沉積物常形成扇狀地貌：沖積扇。谷底沉積作用谷底包括兩部分。一部分是被河水所覆蓋的河床，在河床上產(chǎn)生的沉積作用稱河床沉積；另一部分是平水位時谷底未被河水所淹沒的平坦地形——河漫灘。河口沉積作用河口是河流最主要的沉積場所。當河流入湖泊、海洋時受湖水或海水的頂托，流速迅速減小，使河水搬運能力減弱甚至消失，大量機械搬運物質在河口沉積下來。另一方面由于湖水、海水中富含有電解質，當河流中以膠體搬運的溶運物與湖水、海水相混合后，海水中的電解質破壞了膠體的穩(wěn)定性，致使膠體凝聚，而沉積在河口。在河流流入湖泊或海洋的地方，河流沉積物常形成錐形的沉積地貌（其外形象三角形）稱為三角洲。河流的沉積物河漫灘沉積

1.以機械碎屑為主2.礫石的磨圓好3.發(fā)育二元結構4.常發(fā)育層理5.沉積物分選性好6.從上游到下游沉積物逐漸變細上游下游河流沉積物（沖積物）的特征沖積層

沖積物：河谷內由河流的沉積作用所形成的堆積物。特性：良好的磨圓度和分選性。分相：河床相、河漫灘相、牛扼湖相、河口三角洲相。

二、河谷地貌

1.典型河谷地貌的形態(tài)要素：形態(tài)要素：谷底、谷坡、階地2.河谷分類：影響因素：受多種因素控制，包括和六個鐘地質作用的強弱，地殼升降的幅度，組成河谷的巖石性質及地質構造。形態(tài)：“V”形谷,“U”形谷。3.階地：按河谷發(fā)展階段分類：未形成河谷、河漫灘河谷、成形河谷。按河谷走向與地質構造關系分類：背斜谷、向斜谷、單斜谷、斷層谷、橫谷、斜谷等成因：地殼構造運動和河流的侵蝕、堆積作用的綜合作用下。類型：侵蝕階地、堆積階地、基座階地。（1）河流發(fā)育三階段1、河流發(fā)育和河谷組成河流的發(fā)育和再生（2）河谷的組成由河流作用所形成的谷地稱為河谷。河谷的形態(tài)要素包括谷坡和谷底兩大部分。谷底中包括河床及河漫灘。河床是指平水期河水占據(jù)的谷底，也稱為河槽。河漫灘是經(jīng)常被洪水淹沒的谷底部分。谷坡是河谷兩側因河流侵蝕而形成的岸坡。古老的谷坡上常發(fā)育有洪水不能淹沒的階地，階地是被抬升的古老的河谷谷底。谷坡與谷底的交界稱為坡麓，谷坡與山坡交界的轉折處稱為谷緣，也稱為谷肩。

河谷要素圖河谷類型根據(jù)形態(tài)特征分類峽谷（V形谷）淺槽谷（U形谷）屜形谷根據(jù)河流與地質構造的關系分類縱谷：河流延伸方向與巖層走向或地質構造線方向一致向斜谷，背斜谷，單斜谷，斷層谷，地塹谷橫谷根據(jù)兩岸谷坡對稱情況分類對稱谷不對稱谷2.由于河流沉積作用的影響，其結果能形成下列幾種常見的地貌。①沖積扇：由沖積物形成的扇形碎屑堆積，若為沖積、洪積物堆積則稱為沖積洪積扇。②三角洲：在河流入海處形成的堆積，如珠江三角洲、長江三角洲。③沖積平原：由沖積物所形成的平原，如華北平原、江漢平原。④沙洲（心灘與江心洲）：沙洲是在河身寬闊處，水流流速減小，由泥、砂、礫石等碎屑物沉積而成，如南京附近的江心洲。沙洲沉積多不穩(wěn)定。

心灘沖積平原沖積扇沖積扇的形成三角洲的內部結構三種類型的三角洲3.河床地貌(1)山區(qū)河床地貌山區(qū)河床的形態(tài)很復雜，其橫剖面呈深而窄的“V”形，河床縱剖面比降很大，床面起伏，常發(fā)育有巖檻、石灘、深槽、跌水瀑布等階梯狀地形。1）巖檻巖檻由堅硬巖石橫亙于河床底部形成，因形似門檻而得名。當巖檻高度大于河水深度，使局部河床呈懸崖狀階梯時，就會形成跌水瀑布?；蚍Q為巖坎，即陡坎。2）石灘石灘又稱礁灘，是指隱藏在水下的巨大巖石露頭。石灘有的與岸邊相連，有的孤立于河床中。石灘形成原因有兩個：一是順河走向的巖性不均一，造成抗沖刷力弱的巖石河床深，抗沖刷力強的巖石河床淺，形成水下石灘；二是來源于谷坡崩塌、滑坡或兩岸支溝沖入的巨大巖塊，滯留水中，成為石灘。3）深槽和深潭深槽指山區(qū)河床中，由斷裂破碎帶、裂隙密集帶、軟弱巖層或囊狀風化帶等抗沖刷力較弱的部位，因沖刷的不均勻性而成為特別深的槽形洼地。河床深槽是由河底的漩渦流帶動卵礫石不斷進行磨蝕作用形成的，大多分布于河流侵蝕作用強度極大的峽谷河段。（2）平原區(qū)河床地貌平原區(qū)河床形態(tài)雖較規(guī)則，但它在水流的作用下變化很大，大多成曲流及汊河。河床橫剖面呈寬而淺的“U”形。1）邊灘在河道拐彎處，由橫向環(huán)流作用，造成凹岸底層水流中挾帶的泥砂至凸岸淺水流速緩慢處沉積，形成水下沙灘，逐漸發(fā)展，露出水面成為邊灘。大多發(fā)育分布在河彎地段的凸岸。邊灘的發(fā)展2）濱河床砂壩和砂嘴河流邊灘的出現(xiàn)，反過來又增強橫向環(huán)流的強度，使凹岸強烈沖蝕后退，凸岸則進一步強烈堆積前伸，結果在邊灘上形成高出邊灘呈堤狀的泥砂堆積體，稱為濱河床砂壩。在邊灘臨河床一側形成斜長的堆積體，稱為砂嘴。3）心灘與江心洲指位于河床中枯水期出露水面的水下淺灘，主要發(fā)育于地勢低平、河面突然展寬的河段中。洪水時期，因中央主流線的流速大，河水上漲形成壅水，河水面平凸，使表流流向兩岸，形成底流輻聚式對稱環(huán)流，造成兩岸侵蝕，河床中央底部堆積成為心灘，心灘繼續(xù)不斷地擴大以至露出水面，遂形成江心洲。4）汊河河流從某點開始向下游分流的支河道，稱為汊河。它是由河床心灘的出現(xiàn)，水流分汊形成的。一般以兩汊較為常見，也有三汊或多汊的汊河，主要隨心灘數(shù)的多少而定。5）深槽與淺灘平原區(qū)河床中侵蝕較深的長條形凹槽，叫深槽。在相鄰兩個深槽間的過渡段內，水流速度較緩、挾砂能力弱，泥砂容易淤積，形成相對高起的淤積帶，叫做淺灘。4.河漫灘河漫灘河漫灘上沉積物的集聚5.河流階地在河谷地貌的形成和發(fā)展過程中，不同時期的河漫灘，由于受到地殼構造運動與河流侵蝕、堆積作用的綜合影響，呈階梯狀分布于河谷谷坡上，這種地貌稱為河流階地。階地在河床下切侵蝕的基礎上才能形成。引起河床下切侵蝕的主要原因是地殼的升降運動。當?shù)貧は鄬Ψ€(wěn)定和下降時，河流以側向侵蝕為主，塑造河漫灘，堆積沖積物。然后地殼上升，侵蝕基準面相對下降，河流垂直侵蝕作用加強，下切河漫灘，形成階地陡坎。

如果地殼發(fā)生多次升降運動，則引起河流侵蝕與堆積交替發(fā)生，從而在河谷中形成多級階地。由河漫灘向上依次稱為一級階地、二級階、三級階地…等，階地的位置越高，其形成的年代越早。

一級階地二級階地四級階地五級階地三級階地根據(jù)階地的結構和形態(tài)特征，河流階地可以劃分為三種類型：侵蝕階地、基座階地和堆積階地。堆積階地根據(jù)組成階地的沖積物厚度與下切深度的關系，可以分為內疊階地和上疊階地。

河谷階地的形成過程：地殼相對穩(wěn)定，下蝕作用逐漸減弱，側蝕作用增強，發(fā)育較寬的河漫灘，形成寬闊的谷底。地殼上升，河流縱比降增加，下蝕作用增強，河床下降，原來寬闊的谷底相對升高，最終高于一般洪水期水面，從而在河谷兩側形成平坦的臺地。

階地谷坡上的階梯狀平臺。河流侵蝕作用與地殼運動的關系

——河谷階地的形成過程階地發(fā)育的三個階段河流階地侵蝕階地基座式階地地殼上升，河谷下切，形成河流階地內疊階地深切河曲三、沖積物成分、結構和構造

沖積物是指河流沉積的物質。河流的流速從上游到下游逐漸減小。因此上游沉積物多是成分復雜的粗大顆粒(>2mm的礫石)，向中下游，隨著流速的逐漸減小，沉積物大多為成分比較簡單的砂粒（2-0.05mm）逐漸過渡到粉粒（0.05-0.005mm）和黏粒（<0.005mm）。

沖積物按形成部位可分為河床沖積物、河漫灘沖積物、牛軛湖沖積物等。1.河床沖積物河床沖積物主要可劃分為近主流線堆積和濱河床淺灘堆積。2.河漫灘相沖積物在洪水期，河漫灘上發(fā)生堆積，形成細粒的沉積物，稱為河漫灘相沖積物。從河床向坡麓可以將平坦河漫灘劃分為三帶：①濱河床砂壩堆積帶，是介于河漫灘相與河床相沉積物之間的產(chǎn)物。②河漫灘沿河堆積帶，是洪水