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日志

河流地貌的发育(经过我加工处理)

热度 28已有 5176 次阅读2016-8-13 10:39 |系统分类:教育教学| 河流地貌

河流地貌的发育

河流,严格来讲,并不能按一条条来算。河流是一个汇水系统,在形成一个河流系统时,会伴随着一个区域地形地貌的变化。比如长江流域(如下图),并不只是孤立的长江干流,而是通过其支流岷江、赤水、沱江、嘉陵江,乌江、汉江、雅砻江、湘江、沅江、赣江等汇聚整个区域的地表流水,并同时搬运碎屑沉积物至入海口。

下面所有的内容其实都是在说干流(也就是径流量最大的分支)的演化过程,跟流域其实没啥太大关系。

1

在河流出现之前,地形是什么样的?
答:什么都有。

会有各种各样的地形,包括地质构造运动隆起的山脉,岩浆喷发形成的锥状火山,以及之前河流形成的平原,或者抬升的沉积盆地(大型湖泊,陆缘海)等。这些会影响初始的斜面坡流及冲沟的样式,但是河流演化的基本趋势并没有什么不同。(冲沟,溪流的样式见下图)



2

从平原地形开讲

为了便于简单理解,我们就只从平原地形来讲述演化过程。因为其他地形,都可以近似地视为河流演化过程中的某一阶段。如下图

上图中,由上至下分别显示了河流的上游,中游和下游。河流在演化过程中,本质上就是一个由上游慢慢变成下游的过程。也就是说,只要时间足够,地质构造稳定,水量补给充分,那么所有的上游都会变成下游。(之前说美国中部大平原是河流夷平有误,中部大平原主要是由沉积形成的,包括陆表海以及湖泊等浅水相等。后有密西西比河在平原之上发育)

在这三个部分(或者叫做演化阶段)中,河流的主要剥蚀的方式并不相同,所以显示出来的形貌特点也不同。河流在演化的过程中改变地形最主要的三种作用方式分别为,下蚀作用(向下侵蚀),溯源侵蚀作用(向源头侵蚀)和侧蚀作用(向侧面侵蚀)。

上游主要为下蚀作用和溯源侵蚀作用,中游主要为下蚀作用和侧蚀作用,而下游主要为侧蚀作用。

3

那又是什么决定了河流以何种侵蚀作用来继续演化呢?



很简单,坡度。这里用一个比较专业的名词,纵坡降(或者纵比降)。河水在向下游流动时,河床纵坡降的大小决定了侵蚀作用的主要方式。

纵剖面

典型的河流纵剖面如下图:

上图为长江干流河床纵剖面,纵轴为河床的海拔,横轴为离河口的距离。显然,越靠近河流的源头,河床的纵坡降就越大。发育成熟的河流,最终流入湖或者海的时候,其坡度已经相当的小了。此处说湖或者海,是因为它们都可以决定河流的侵蚀基准面,从而影响纵剖面的形态,比如下图:

上图中河流被中间的湖泊分为两段,每一段都的纵剖面都是一个弧形。而如果没有中间的湖泊,整个纵剖面应该在红色虚线的位置。

假想一下在一条类似于红色剖面线的河流上拦腰建一个水电站,会怎么样?上游河道的侵蚀基准面改变,河流会由红色虚线向两段式演化,原有的平衡遭到破坏。这就是为什么修建水电站的影响远远超出蓄水库区,而影响整个上下游的原因。

是不是觉得有点意思了呢?

横截面

纵剖面看完,还有更重要的横截面。但是高中地理老师可是只字没提这个河流横截面形态,以至于关于河床和河谷一直傻傻分不清楚。感谢地质大学老师们的悉心指导,俺终于知道了什么是河床和河谷。

来,看图

典型的河谷要素包括:谷底和谷坡。

谷底包括河床和河漫滩。河床是长期有河水流过的渠道。河漫滩(也叫做泛滥平原或者洪泛平原)是发洪水时会被淹没的部分。河漫滩并不等同于除了河床以外的谷底,它只代表由河水(以及洪水)沉积成因的部分。后面还会细讲。谷坡是河谷两侧倾斜的部分,经常发育台阶状的河流阶地。从空中俯瞰时,如下图,会发现河漫滩是在河床两侧断续分布,并且,不一定连续发育。

以上我都是在讲河流的形态,并没有讲河流的演化,是不是觉得我跑题了? 慢着,我可是负责任的答主。既然要讲河流演化,就难免要涉及很多形态描述上的词汇。我固然也可以堆砌一堆专业词汇,让大家看得一头雾水。但是那不是我的风格,我不希望有人因为我没有讲明白而看不懂。

4

河流是怎么起源的呢???

见下图:

最简单的初始状态,就是一块高于海平面(侵蚀基准面)的大平地,汇集了区域内的小溪水,然后流到了海里。因为溪水的海拔高于海平面,所以入海口很可能是一个瀑布。然后,这个瀑布会怎么发展呢?见下图:

 

这个瀑布会侵蚀缺口处的岩石,并向上游的方向后退,这就叫做溯源侵蚀。这样,河床的深度虽然不一定变深,但是河谷的深度肯定会变深。

 对于大平地上的小溪来说,时间越长,溪水(或者洪水)带走的砂石越多,河床就会越深。这就是下蚀作用。最初的河谷会因为水流的迅速下切而呈V字型,比如黄河上游某段的河谷:

随着时间的推移,初始的小溪会慢慢的加深,加宽,并加长。也就是下蚀,侧蚀和溯源侵蚀同时发生。如下图:

同时也不断地扩大其分水岭的范围,也就是其流域的范围(想象一片叶子慢慢长大的过程)。如图:

甚至袭夺其他的河流:

 

好,然后我们的小溪就慢慢地发展壮长大了,成为有模有样的河流了。

在前面一大堆铺垫的基础上,看明白这个图就很容易了。

 

  1. 由上游至下游,河床坡度(专业名词叫纵坡降)越来越小,水流速度也越来越小,但是因为汇集了更多的地表流水,水流量反而变大了。

  2. 由上游至下游,河谷形态由V字型慢慢变成谷底宽阔的箱型,河床也渐渐变浅变宽。如下图:

    现实中的河流千姿百态,受降水,植被,地质构造和岩性等等因素综合影响,讲起来就太复杂了。删繁就简,我们讲讲最简单的模式就好了。

    5

    具体到一条河流的上游来说


    1.其源头有可能是这样的,来自冰川融水:

     

    2.也可能是这样,来自一汪泉水:

    3.也可能是这样,啥也没有(估计是雨水)

    这是尼罗河的源头之一(有争议)。(要我说,这里就一小汪死水啊...

    当河流经过初始的迅猛增长,就进入了成年期,最开始时的海边小瀑布就慢慢变成了中下游。典型的中下游是这个样子的:

    还有这个样子的:

    再下游一点是这个样子的,两边的谷坡还很近,河谷并没有特别宽阔:

    看完上面的河谷地貌,问题来了,河流是怎么蜿蜒而行,拓宽河谷的呢?

    6

    河流是怎么蜿蜒而行,拓宽河谷的呢?

    很简单:侧蚀作用。侧蚀作用的同时,河床发育河曲并在河谷中来回摆动,使河谷变得更为宽阔。

    当河床坡度(纵坡降)逐渐减小的时候,河水流速减缓,河床上沉积的砂石慢慢增多,下蚀作用变弱。河道受地形影响或者生物活动会形成初始的轻微弯曲。水流在经过这种弯曲的时候,会形成螺旋状的环流,如下图所示:

    看上图右侧的河床平面图,河水受两岸摩擦力影响,正中的水流流速最快。当河流具有初始弧度时,最强的水动力会冲击正前方的河岸,并在凹岸形成局部高压,水会被向下挤压,形成左边截面图A所示的螺旋状环流。这种环流会逐渐剥蚀凹岸,而把剥蚀的沙石搬运到凸岸堆积起来。这种环流被称作横向环流。

    注意,截面A的环流是顺时针,而截面C的环流是逆时针。它们两者剥蚀的河岸也不同,一个是左岸,一个是右岸。横向环流的形成与地转偏向力没有关系。另外,地转偏向力是对所有水分子同时作用,并不会对河床的弯曲造成很大影响。其影响仅对水流有扰动作用,主要体现在河流入海口三角洲的形态上。

    如果在上图中还没有看明白横向环流,可以接着看下面这张。

    当河曲抵住河谷两侧的时候,就会剥蚀谷坡,使河谷变宽。这时候河岸边的建筑和田地都会比较危险:

    河曲不单单会变得更弯,还会向下游移动:

    因为河水冲击的不是凹岸正中间的位置,而是偏下游处,所以,河曲会慢慢地向下游挪动。图中虚线就是未来河曲将要移动的位置。

    其实呢,河曲在平原上可以随意摆动,其任性程度简直令人发指:


    这就是密西西比河的河床睡过的床单。一眼就能看到密西西比河在平时上任性的程度。

    河流下游的平原并不一定是由河流剥蚀形成的,也有可能是河流沉积物充填形成的。比如黄河下游的华北平原,作为古近纪-新近纪断陷盆地,广泛发育大湖。末期沉降速率减缓,被各个河流携带的沉积物以及湖泊沉积物所填满,发生三角洲-准平原化,逐渐成为现今的样子。在地质上华北平原也称为华北盆地。

    7

    河流在演化过程中,并不是一帆风顺的

    有时候当它非常努力的把山峦劈开,拓宽河谷,为自己争取到了生存空间之后,下游会突然间就重新变成上游。地质运动是不讲情面的,说地震就地震,说抬升就抬升。当河谷抬升时,河水会重新拥有较高的势能,并再次快速下切。废弃的谷底会高于后期的河床,成为河流阶地。如图所示:

    图如果侵蚀基准面(湖或者海平面)下降,也会发生同样的情形。河谷两侧的谷坡上会出现台一级一级台阶状的地貌。

    最上面的阶地是最老的,而最下面的阶地是最新的。通常情况下,老的阶地遭受长时间的风化剥蚀会难以辨认,因而并不能肯定最上面的阶地就是最老的阶地。也许还有更老的阶地,已经看不出来了。所以在给阶地命名的时候,一般都是从最下面的阶地开始数,河漫滩为零级阶地,之上为一级阶地,再上面为二级阶地,以此类推。



    然而,此图中居然反着来,给河漫滩命名为T4,一级阶地命名为T3。虽然图作者可能认为教学用图中可以轻松确定T1是最老的,但是这不并符合科研工作中的原则。

    虽然改了之后比较难看,但它是正确的。

     

    如果我们知道阶地形成的时间,就可以利用阶地之间的高差估算河流下切的速度,甚至推测地壳抬升的速度。速率=高度/时间=T3高度-T1高度)/(T3年代-T1年代)

    8

    河流阶地的类型划分

    根据阶地的不同特征,可以分为四种类型:侵蚀阶地,堆积阶地,基座阶地和埋藏阶地。

    看图:


    实地观察时,很难分清楚阶地的类型。只有切个剖面观察,才比较清楚。



  • 侵蚀阶地:由基岩构成,阶地面上往往很少保留冲积物。上面和侧面都是基岩。

  • 基座阶地:阶地形成时,河流下切超过了老河谷谷底而达到并出露基岩。上面是河流沉积物,侧面要露出基岩(但是经常被埋住)。

  • 堆积阶地:由冲积物组成。上面和侧面都是河流冲积物。

  • 埋藏阶地:即早期的阶地被后来的沉积物所埋藏。根本看不到上面和侧面...



    地质学就是这样,经常有非常明确的分类,但是野外辨识还是很容易出错。
    我们来看个例子好了:

     

    图中有几级阶地?是什么阶地?

    是不是听课挺简单,用起来就没有那么简单了,哈哈哈。
    我来解释一下,河床旁边植被覆盖处是河漫滩,洪水来的时候会被淹掉。往上有一平坦的台阶,为一级阶地。再往上远处有第二个平坦的台阶,为二级阶地。注意,图片上方远处看着是两个高低不同平面,其实是同一平面在河岸两侧,显得有高有低。只要把地层延伸过去看,就可以看出来。再往上,图片没有显示,并不清楚是否有三级阶地。

    阶地侧面没有河水沉积物,那么不是侵蚀阶地就是基座阶地。阶地的上面只有很薄的风成黄土覆盖,并没有见到砾石或者砂层,所以应该是侵蚀阶地。

    如图:



发表评论 评论 (28 个评论)

回复 景荣 2016-8-13 12:27
图文并茂,引人入胜,科普好帖!
回复 ludog 2016-8-13 13:28
钟老师解释的河流地貌的发育好清晰啊,比地貌学原理上的图更多更丰富。
回复 王优优 2016-8-13 13:38
钟老师,讲得好细致,图文并茂,生动形象,我终于搞清楚了这一部分内容了!
回复 虫虫 2016-8-13 15:01
谢谢钟老师让我的今天变得更充实了!!学习了!!
回复 张家辉 2016-8-13 15:20
生动!
回复 liuziyan1999 2016-8-14 08:00
太棒了,都是没有看到过的图解,大赞!
回复 雨丝521 2016-8-14 21:09
收藏了!
回复 风入松 2016-9-18 09:50
漂亮
回复 地理小章 2016-11-18 21:15
好赞,图文并茂,内容详细丰富
回复 chinasun 2016-11-21 13:24
图片收集很不容易,大赞!
回复 booksocool 2016-12-6 09:05
  
回复 粤小青鱼 2017-1-4 10:45
没学过地理的也看懂了,
回复 木木林1985 2017-3-17 09:22
棒棒哒 学习了!谢谢!
回复 fdcjy 2017-4-17 11:19
非常好的材料,学习了。
回复 guanxin007 2017-6-13 06:22
分析的真好!
回复 海边的卡夫卡 2017-8-16 08:02
好帖,已收藏,大学地貌学课上都没有讲解得这么详细,图文并茂,生动形象,学习了
回复 wqp578 2017-9-16 20:30
好思路  学习了 谢谢
回复 liulisan 2017-9-24 14:48
厉害,专业
回复 窗含西岭千秋雪 2017-10-16 18:01
好专业!!!很不错!!!!就是学生智力不够不能理解!!!
回复 燕南飞 2017-12-6 08:13
再看一次仍然觉得很精彩!
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