凍融侵蝕與冰川侵蝕終稿剖析

第七章凍融侵蝕與冰川侵蝕目錄7.1

凍融侵蝕7.2冰川侵蝕7.3凍融侵蝕及冰川侵蝕防治7.1.1凍土作用機(jī)制7.1.1.1凍土根本特征凍土是指溫度在攝氏零度以下，含有冰的土〔巖〕層。而有些土層的溫度很低，但沒有冰的存在則不能叫做凍土，只能叫低溫寒土。

凍土的主要外力作用是凍融作用。凍土一般分為兩層，上層為夏融冬凍的活動(dòng)層，下層才是常年〔多年〕不化的永凍層。活動(dòng)層在夏季溶化后稱為季融層，在冬季凍結(jié)后稱為季凍層。

上層土的凍結(jié)膨脹，就會(huì)對(duì)下面還未凍結(jié)的含水土層施加壓力，使未凍結(jié)層在剛性的永凍層上面發(fā)生塑性流淌而產(chǎn)生揉皺變形，這種現(xiàn)象稱為凍融攪動(dòng)構(gòu)造〔如圖〕

世界上的凍土總面積約為3500萬(wàn)平方千米，占地球大陸面積的25%。

我國(guó)凍土分布主要在東北北部山區(qū)、西藏高山區(qū)及青藏高原地區(qū)，凍土面積約215萬(wàn)平方千米，占國(guó)土總面積的22.3%左右。7.1.1.2凍土厚度多年凍土的厚度從高緯到低緯漸漸減薄，以至完全消逝。多年凍土從高緯度向低緯度方向延長(zhǎng)，不僅厚度變薄，而且由連續(xù)的凍土帶過(guò)渡到不連續(xù)的凍土帶。多年凍土不連續(xù)帶是由很多分散的凍土塊體組成，有人把這些分散的凍土塊體稱為島狀凍土。中、低緯度的高山高原地區(qū)。多年凍土的厚度主要受海拔的影響。多年凍土的厚度雖然受緯度和海拔高度的影響，但在同一緯度和同一海拔高度處的凍土厚度還有肯定差異，這和以下自然地理?xiàng)l件有關(guān)?！?〕構(gòu)造冰構(gòu)造冰具有明顯的垂直分帶性，它反映出在土層的不同深度上凍結(jié)條件、水分補(bǔ)給條件及土層本身的巖性和構(gòu)造差異。膠結(jié)冰一般分布于土層的上部，由土層顆粒間的孔隙水直接直接凍結(jié)而成。這種冰可以把松散顆粒膠結(jié)起來(lái)形成堅(jiān)硬的冰體，故稱膠結(jié)冰。分凝冰是通過(guò)聚冰作用在土層中形成的冰體。裂隙冰可分為并脈和冰楔兩種。充填于巖土裂隙中的冰叫冰脈。在多年凍土區(qū)，地表水周期性注入裂隙中再凍結(jié)，使裂隙不斷擴(kuò)大并為冰體填充，剖面成為楔狀，稱為冰楔。如圖是冰楔形成示意圖。7.1.2凍土層中地下冰和地下水7.1.2.1地下冰凍土內(nèi)所含的冰稱為地下冰。地下冰分為構(gòu)造冰、地窖冰和埋藏冰3種類型。構(gòu)造冰又分為膠結(jié)冰、分凝冰、侵入冰和裂隙冰等。侵入冰是承壓的地下水侵入到凍土中凝固而形成的冰，如冰丘等?！?〕地窖冰在永凍土分布的地區(qū)，存在著一些地下地窖，這些地窖可以是巖溶地窖，也可以是埋藏冰溶解以后產(chǎn)生的“熱巖溶”地窖，充填在這些地窖中的冰叫地窖冰?！?〕埋藏冰埋藏冰是要分布在冰川前緣地區(qū)，是冰川溶化后殘留下來(lái)的“死冰”，后來(lái)又被新的沉積物所掩蓋而形成。7.1.2.2凍土區(qū)地下水

凍土區(qū)地下水按其與永凍層的關(guān)系分為3種:層上水、層間水、層下水。〔1〕層上水分布在活動(dòng)層中的地下水，它以永凍層為隔水底板，每年都發(fā)生一次溶化和凍結(jié)。層上水的另一特性是具有季節(jié)承壓性。當(dāng)秋季凍結(jié)時(shí)，凍結(jié)作用從上層開頭，因此首先在上層形成一個(gè)隔水頂板，從而使下層未凍結(jié)的水失去自由水面，并且縮小了活動(dòng)空間，在肯定條件下，下層水就會(huì)產(chǎn)生承壓性。例如，在低地中，這種承壓性就表現(xiàn)得特殊明顯。在來(lái)年解凍以后，承壓性就消逝了。

〔2〕層間水永凍層中個(gè)別融層和融道中的地下水，它在永凍層中的連續(xù)運(yùn)動(dòng)是使其保持液態(tài)的主要緣由。層間水可以看作是層上水與層下水的聯(lián)系紐帶。〔3〕層下水層下水是位于永凍層以下不凍層中的地下水，它們大多數(shù)都具有肯定的承壓性。

由于溫度周期性地發(fā)生正負(fù)變化，凍土層中的地下冰和地下水不斷發(fā)生相變和位移，使土層產(chǎn)生凍脹、融沉、流變等一系列應(yīng)力變形，這一簡(jiǎn)單過(guò)程稱為凍融作用。凍融作用是嚴(yán)寒氣候條件下特有的外營(yíng)力作用。它使巖石患病破壞，松散沉積物受到分選和干擾，凍土層發(fā)生變形，從而塑造出各種類型的凍土地表類型。7.1.3凍土地表類型7.1.3.1石海與石川石海是冰凍風(fēng)化作用的直接結(jié)果。在平坦而排水較好的山頂或山坡上，經(jīng)冰凍風(fēng)化形成的大小石塊直接掩蓋在基巖面上，這種地形稱為石海。石川是在不太陡的山坡和凹地中，大量的風(fēng)化產(chǎn)物—巨礫塊在重力的作用下沿著下伏的潮濕細(xì)粒土層外表整體的或局部的向下滑動(dòng)，這移動(dòng)著的石塊群體稱為石川或石河。7.1.3.2冰凍構(gòu)造土在凍土層外表，常消失碎石按結(jié)合圖案做規(guī)章排列的圖像，具有這種現(xiàn)象的凍土稱為冰凍構(gòu)造土。依據(jù)碎石排列形態(tài)，冰凍構(gòu)造土還可進(jìn)一步劃分為石環(huán)、石圈、石多邊形、石條等類型。一般來(lái)說(shuō)，在水平地面上發(fā)育石多邊形或石環(huán)；在平緩的凸坡上發(fā)育石圈；在較陡的斜坡上發(fā)育石條。冰凍構(gòu)造土的形成是冰凍攪動(dòng)鎖產(chǎn)生的分選作用的結(jié)果。其有兩種形式：垂直分選和水平分選。小型冰凍構(gòu)造土類型7.1.3.3融凍泥流融凍泥流指凍結(jié)的飽水松散土層和風(fēng)化層解凍后,在重力作用下沿斜坡發(fā)生緩慢流淌或蠕動(dòng)的現(xiàn)象。其積存物稱凍融泥流積存。融凍泥流的移動(dòng)主要發(fā)生在融水豐富的夏季；到冬季后，移動(dòng)停頓，到來(lái)年夏季解凍后移動(dòng)又重新發(fā)生。在融凍泥流作用下，形成的積存物稱為融凍泥流積存。融凍泥流作用可以形成多種地貌形態(tài)，最典型的是泥流階地。7.1.3.4凍脹丘與冰丘

下部未凍結(jié)的巖土和地下水就會(huì)從凍結(jié)壓力大的地方向壓力小的的地方集中，結(jié)果就會(huì)在凍結(jié)深度小的地方把地面鼓起來(lái)形成丘狀地形稱為凍脹丘。

冰丘是溢出到河湖水面、雪面、地面的地表水或地下水經(jīng)凍結(jié)而成的丘狀冰體。7.1.4熱融作用由于自然因素〔如氣候轉(zhuǎn)熱，溫差增大〕或人為的作用〔如砍伐森林、開拓荒地、修水庫(kù)蓄水、挖水溝、鏟除草皮進(jìn)展工程建筑等〕，破壞了地面上原有的保溫層，使土層中溫度上升而致使地下冰溶化，土體在重力作用下沿凍融界面移動(dòng)或產(chǎn)生各種負(fù)地貌過(guò)程，稱為熱融作用。熱融作用分為熱融滑塌和熱融沉陷兩種。

7.1.4.1凍融界面的熱融機(jī)理平坦地表因地下冰的溶化而產(chǎn)生各種負(fù)地貌。稱為熱融沉陷。隨著冰凍層的溶化，冰凍層以上的土層也要隨之而產(chǎn)生塌陷。這種沉陷作用所形成的地形稱為熱融地形。由熱融沉陷形成的地貌有沉陷漏斗、凹地、沉陷盆地等。7.1.4.2熱融作用的負(fù)地貌過(guò)程7.2.1.1冰川分布現(xiàn)在世界上冰川掩蓋面積約為1550萬(wàn)平方千米，占陸地面積的10%左右，總體積約為2600萬(wàn)平方千米，主要分布于高山和南極、北極地帶。我國(guó)現(xiàn)代冰川掩蓋面積約為5.7萬(wàn)平方千米，主要集中分布在青藏高原及西北高山地帶。青藏高原是我國(guó)現(xiàn)代冰川分布最多的地區(qū)，全部青藏高原及邊緣山地的現(xiàn)代冰川為94554平方千米，其中國(guó)境內(nèi)現(xiàn)代冰川占49%。7.2冰川侵蝕7.2.1.2冰川類型在雪線以上的積雪，積存到肯定厚度并轉(zhuǎn)化成冰川冰后，如地面或冰面有一坡度，冰川冰就會(huì)沿坡向下移動(dòng)，形成各種冰川?，F(xiàn)按冰川的形態(tài)、規(guī)模和所選的地形條件，把冰川劃分為以下4種類型：山岳冰川、大陸冰川、高原冰川、山麓冰川。〔1〕山岳冰川山岳冰川是發(fā)育在高山上的冰川，主要分布在中緯和低緯地區(qū)。山岳冰川形態(tài)和所在的地形條件有很大的關(guān)系，依據(jù)冰川的形態(tài)和部位可分為冰斗冰川，懸冰川和山谷冰川3種。2〕大陸冰川大陸冰川是在兩極地區(qū)發(fā)育，面積廣、厚度大的一種冰川。它不受下伏地形影響。如冰川外表中心外形凸起似盾狀，叫冰盾。還有一種規(guī)模更大的、外表有起伏的大陸冰體，叫冰蓋?！?〕高原冰川高原冰川是大陸冰川和山谷冰川的一種過(guò)渡類型，由于它發(fā)育在起伏和緩的高地上，所以叫高原冰川，又稱冰帽。有時(shí)，在高原冰川的四周伸出很多冰舌?！?〕山麓冰川當(dāng)山谷冰川從山地流出，在山麓帶擴(kuò)展或集合成一片寬闊的冰原，叫山麓冰川。7.2.2冰川運(yùn)動(dòng)

冰川運(yùn)動(dòng)速度比河流水流流速要小得多，一年只前進(jìn)數(shù)十米至數(shù)百米。即使有一些突然性的快速運(yùn)動(dòng)冰川，運(yùn)動(dòng)速度也不及河流水流速度。山谷冰川的運(yùn)動(dòng)7.2.3冰川侵蝕過(guò)程〔一〕冰川侵蝕作用

拔蝕作用：在冰川運(yùn)動(dòng)的過(guò)程中冰體將與其凍結(jié)在一起的冰床基巖拔起并帶走的過(guò)程。磨蝕作用：凍結(jié)在冰川底部或邊部的巖塊在運(yùn)動(dòng)中，像銼刀一樣不斷研磨和刮削谷地及兩側(cè)的基巖，其本身也同時(shí)被磨損的過(guò)程。冰蝕作用的產(chǎn)物：冰蝕谷、冰斗、角峰與刃脊、冰溜面、條痕石、羊背石。

冰蝕谷冰斗角峰與刃脊冰溜面條痕石羊背石〔二〕冰川搬運(yùn)作用

冰川將刨蝕的產(chǎn)物以及墜落冰面的風(fēng)化物一并凍結(jié)于冰體之中，像傳送帶一樣將它帶到冰川的前端，稱為冰川的搬運(yùn)作用。搬運(yùn)方式：推移、載運(yùn)。〔三〕冰川積存作用冰川的積存作用發(fā)生在它消融的時(shí)候，積存位置多半在雪線以下冰川的前端和大陸冰蓋的邊緣地區(qū)，雪線以上冰川局部溶化時(shí)，冰磧也可以臨時(shí)積存下來(lái)。冰川的積存作用按其性質(zhì)條件的變化狀況可分為冰川積存和冰水及冰湖積存兩大類。7.3凍融侵蝕及冰川侵蝕防治7.3.1防治原則

〔1〕統(tǒng)籌兼顧原則〔2〕分類處理原則對(duì)于冰川危害，多在下游災(zāi)難區(qū)承受各種工程措施，攔截、排導(dǎo)，變水害為水利，固定冰磧物不使其流失。

7.3.2主要防治措施及其應(yīng)用7.3.2.1凍脹危害的防治

基土換填基土強(qiáng)夯防滲隔水與排水保溫7.3.2.2冰椎與凍脹丘的整治

開挖凍結(jié)溝

修建截水墻

修建保溫排水滲溝

抽水形成降位漏斗

7.3.2.3熱融危害防治防治熱融危害的各類措施，其根本動(dòng)身點(diǎn)是盡量避開擾動(dòng)厚層地下冰和融沉性較強(qiáng)的多年凍土。包括填方、熱樁。7.3.2.4冰川湖潰決洪水防治冰川潰決洪水的主要防治措施有：加強(qiáng)河道