河流对河床具有侵蚀作用的原因

第二节　河流地质作用

具有明显河槽的常年或季节性水流称为河流。河水通过侵蚀、搬运和堆积作用形成河床，并使河床的形态不断发生变化，河床形态的变化反过来又影响着河水的流速场，从而促使河床发生新的变化，两者互相作用、相互影响。河流的侵蚀、搬运和堆积作用，可以认为是河水与河床动平衡不断发展的结果。随着大型水利、水电事业的飞速发展，人类的工程活动正在大规模地影响着河流地质作用的自然过程。下面简要叙述河流的侵蚀与沉积。

一、侵蚀与沉积

（一）侵蚀

侵蚀是指水流在流动过程中对周边环境的冲刷和掏蚀作用。按其作用的主导因素不同，侵蚀作用可以分为机械侵蚀和溶蚀作用。河流的侵蚀作用，按照河床不断加深和拓宽的发展，可分为下蚀作用和侧蚀作用，下蚀和侧蚀是河流侵蚀统一过程中相互制约和相互影响的两个方面，不过在河流的不同发展阶段，或同一条河流的不同部分，由于河水动力条件的差异，不仅下蚀和侧蚀所显示的优势会有明显的区别，而且河流的侵蚀和沉积优势也会有显著的差别。

1．下蚀作用

河水在流动过程中使河床逐渐下切加深的作用称为河流的下蚀作用。河水携带固体物质对河床的机械破坏，是使河流下蚀的主要因素。其作用强度取决于河水的流速和流量，同时，也与河床的岩性和地质构造有密切的关系。

下蚀作用使河床不断加深，切割成槽形凹地，形成河谷。在山区河流下蚀作用强烈，可形成深而窄的峡谷。如金沙江虎跳峡，谷深达3790m，长江三峡，谷深达1500m；滇西北的金沙江河谷，平均每千年下蚀60cm；北美科罗拉多河谷，平均每千年下蚀40m。

2．侧蚀作用

河水在流动过程中，一方面不断刷深河床，同时也不断地冲刷河床两岸，这种使河床不断加宽的作用，称为河流的侧蚀作用。河水在运动过程中横向环流的作用，是促使河流产生侧蚀的主要因素。由于横向环流的作用，使凹岸不断受到强烈地冲刷，凸岸不断发生堆积（图9-5），使河湾的曲率增大，并受纵向流的影响，使河湾逐渐向下游移动，因而导致河床发生平面摆动，这样天长日久，整个河床就被河水的侧蚀作用逐渐地拓宽了。

当河流弯曲较大时，洪水在河曲的上下段河槽间最窄的陆地处很容易被冲开（图9-6），河流则可顺利地取直畅流，这种现象称为河流的截弯取直现象。而被冲开的这部分河曲，逐渐由于淤塞断流，形成牛轭湖，进而形成沼泽（图9-7）。

（二）沉积

河流搬运物从水中沉积下来的过程称为河流的沉积作用。自然界中的沉积作用主要包括有两种：机械沉积和化学沉积。由于在河流中的溶运物往往达不到饱和状态，因此河流的沉积作用主要以机械沉积为主。河流发生机械沉积作用的主要原因是水流的流速降低而引起的河流搬运能力的减弱。河流沉积物总的变化趋势是：由上游到下游、由底部到表层，沉积物颗粒发生由粗到细的逐渐变化。

图9-5　河流横向环流形成示意图

图9-6　河流的发展

图9-7　牛轭湖的形成

在河谷内由河流的沉积作用所形成的堆积物，称为冲积物或冲积层。冲积物的特点是：具有良好的磨圆度和分选性。它是第四纪陆相沉积物中的一个主要成因类型。冲积物按其沉积环境的不同，可分为河床相、河漫滩相、牛轭湖相、蚀余堆积相与河口三角洲相。

二、河谷与阶地的形成

（一）河谷的形成

河谷是指由河流长期侵蚀和堆积作用塑造而成的底部经常有水流动的线状延伸凹地。河谷的要素包括谷坡、谷底和河床，如图9-8所示。从河谷的成因来看，河谷可分为构造谷和侵蚀谷两类。

构造谷一般受地质构造控制而沿地质构造线发展。河流在构造运动所生成的凹地内流动，流水开凿出自己的河谷，如向斜谷、地堑断裂谷等，称为真正的构造谷；而河流沿着构造软弱带流动，河谷完全是由本身的流水冲刷出来的，如断层谷、背斜谷、单斜谷等，称为侵蚀构造谷。

侵蚀谷是由水流侵蚀而成，不受地质构造的影响，它可以任意切穿构造线。侵蚀谷发展为成形河谷一般可分三个阶段。

（1）第一阶段是峡谷型。经常性的水流急剧下切，使河谷切成V字形状态，可发展成隘谷、嶂谷和峡谷。

图9-8　河流阶地图

（2）第二阶段是河漫滩河谷。当峡谷形成后，弯曲的河床主流线使河床受到侧蚀加宽作用，即凹岸被冲刷，凸岸被堆积，造成滨河床浅滩，其不断扩大和固定，形成河漫滩河谷。

（3）第三阶段是成形河谷。河漫滩河谷继续发展，使河漫滩不断加宽加高。受地壳运动影响，老河漫滩被抬高，河水在原河漫滩内侧重新开辟河道，被抬高的河漫滩则转变为阶地。其发展过程如图9-8所示。

（二）阶地的形成

阶地是指河谷谷坡上分布的不会被水淹没的台阶状地形。阶地的形成是由于地壳运动的影响，使得河流的侧向侵蚀和垂直侵蚀以及堆积作用交替进行的结果。

根据侵蚀与堆积之间关系的不同，可分为侵蚀阶地、堆积阶地和基座阶地三大类型。

（1）侵蚀阶地。其特征是阶地面上没有或仅有较少的沉积物，基岩外露。此类阶地一般多分布于山间河谷原始流速较大的河段，或者分布在河流的上游。侵蚀阶地的工程地质条件较好。

（2）堆积阶地。其特征是阶地土层深厚，阶地面不见基岩。此类阶地主要是由于地壳上升或海平面下降，河流沉积作用较强而形成的，可分为上迭阶地、内迭阶地及嵌入阶地。堆积阶地的工程地质条件好坏视冲积物性质及土层分布情况而定，应特别注意掩埋的古河道或牛轭湖堆积的透镜体问题。

（3）基座阶地。它属于侵蚀阶地和堆积阶地之间的过渡类型，阶地面上有冲积物覆盖着，在阶地陡坎的下部仍可见到基岩出露。其工程地质条件比较好，可作为建筑物地基，沉降量小。

三、河流侵蚀的防治

为了保护河岸，对河流侵蚀的防治主要有预防性措施和整治性措施。

（一）预防性措施

对于预防性措施而言，要确定容易被掏蚀破坏的地段，特别是对土质松软、存在洞穴的河流凹岸应引起足够的重视，同时要开展为预报岸边与其邻近地区建筑工程的危险状态而进行的长期动态观测工作。

（二）整治性措施

对容易受到侵蚀作用的地段采取如下防护措施。

（1）边岸防护。如采取铺砌、抛石、绿化等措施。

（2）调节水流。包括调节水流方向、调节流速大小，如可设置各种导流的构筑物。

（3）蓄洪工程。如兴建水库、大坝等项目。这类工程既可以防治侵蚀、防洪御旱，又能提高航运以及发电等的综合效益。

经验表明，要对河流侵蚀起到良好的防治效果，必须将上述两个方面进行综合考虑，方可制定出合理的防治方案。