河流的侵蚀作用

第三节 河流的侵蚀作用

一、河流概述

(一)河流、水系和流域的概念

由降水或由地下涌出地表的水，汇集在地面低洼处，在重力作用下经常地或周期地沿流水本身造成的沟谷流动，这就是河流。河流沿途接纳很多支流，并形成复杂的干支流网络系统，这就是水系。一些河流以海洋为最后的归宿，另一些河流注入内陆湖泊或沼泽，或因渗漏、蒸发而消失于荒漠中，于是分别形成外流河和内陆河。

每一条河流和每一个水系都从一定的陆地面积上获得补给，这部分陆地面积便是河流和水系的流域。实际上，它也就是河流和水系在地面的集水区。由两个相邻集水区之间的最高点连接成的不规则曲线，即为两条河流或两个水系的分水岭。对于任何河流或水系来说，分水岭之内的范围，就是它的流域。

（二）河谷要素

被河水开凿和改造的线状谷地称为河谷。河谷两侧的斜坡称谷坡。由谷坡所限定的平坦部分称谷底。谷坡、谷底、及河床统称为河谷要素（图8-7）。河谷形态受河流流经地段岩性、地形坡度、地质构造及地壳运动等因素的影响，往往可以反映河流发展阶段。

（三）水系的组成与河流分段

一条大的河流可以由无数细小的支流汇集而成。河流水系就是指主流与注入它的所有支流共同组成的水文网。一个水系通常由三部分组成（图8-8）：位于上游的支流汇集区；位于中下游的干流区；位于水系末端的河口区；

1、支流汇集区及上游河段

位于河流水系的上游包括河源，多为山区，由许多大大小小的支流组成。这里地形陡峭，坡度大。水流湍急，多见险滩与峡谷、瀑布等，如长江上游(宜昌以上河段)，闻名于世的三峡即在于此处。这一上游河流汇集区，水流具有极大的位能，以垂直向下侵蚀作用为主。河谷形态多呈“V”字型。

2、干流区

位于河流中下游，地形上多为丘陵与平原，如长江宜昌以下直至江苏镇江。

中游河段一般多为丘陵地区，由于支流不断注入，水量丰富，但河床纵坡平缓、流速缓慢，水流平稳。河流的侧向侵蚀作用（侧蚀作用）显著，主要表现为不对称地展宽河谷。这是因为在水流的惯性作用下，凹岸侵蚀更为强烈，凸岸则冲积作用明显，故使河谷凹岸陡峭，凸岸缓倾斜，形成不对称宽V字形（图8－9）。

同时，中游河谷中，常常有大量河流沉积物，谷底可以形成各种堆积地形。随着河道不断展宽，最终河谷断面形态为U字形。

下游河段多为平原区，这里地形平坦，由于多数支流在干流区以上已经汇集于主河道，因此这里流量大，河道平缓宽阔，流速缓慢平稳。。河流以侧向侵蚀作用和沉积作用为主。河谷断面形态为箱形或具有宽阔的冲积平原。河流多呈蛇曲状，以侧向侵蚀和堆积作用为主。

3、河口区

河口区位于河流的末端，是河流注入湖泊或海洋的地段。河口区大多发育三角洲，地势开阔平缓，由于两种水体——河流与盆地水(波浪、潮汐、海流)共同作用，这里水动力状态复杂，多形成河网。并且由于突然开阔，使水流流速骤减，水流分散，河流以沉积作用为主。河口区是河流与盆地水共同作用的地区，当河流水动力能量大于海盆水或相差不大时，形成三角洲，如我国长江三角洲。当海水潮汐能量远远大于河流水动力时，碎屑物被潮流再搬运和分散时，河口区可以形成深水港湾，称为河口湾，如钱塘江口的杭州湾。

对注入干旱气候区沙漠中的内陆河流来说则因水流逐渐消失在沙漠中，形成一种特殊的河口区特点。

（四）水系形式

水系形式是一定的岩层构造，沉积物性质和新构造应力场的反映。据此，水系形式通常分为树枝状、格状和长方形三类。树枝状水系一般发育在抗侵蚀能力比较一致的沉积岩或变质岩区；格状水系经常出现在岩层软硬相间，地下水源比较丰富的平行褶皱构造区；长方形水系则往往和巨大的断裂构造相联系。

水系形式也可按干支流相互配置的关系或它们构成的几何形态来划分。如众多支流集中汇入干流，称扇状水系；支流比较均匀地分布于干流两侧，交错汇入干流，叫羽状水系；一侧支流很少，而另一侧支流众多，称梳状水系；支流与干流平行，至河口附近才汇合，称平行水系，等等。有时，还可根据水系流向的相互关系划分水系类型，如向心水系、辐散状水系等。

二、河流的垂直侵蚀作用（下蚀作用）

只要河床具有一定坡度，水在重力作用下，便沿河床流动，并产生一定的动能——活力，河流的活力与水量和流速的平方成正比。河流的流速不但受河床坡度和水量的影响，而且受河谷宽窄变化的影响。同样水量的河流，当进入狭窄河段时，流速增加，从而提高河流的活力；而进入宽阔河段时，则水流分散，流速减低，削弱河流的活力。由于重力作用，河水及其携带的碎屑物质不停地从高处向低处运动，并对河底产生破坏从而降低河床，加深河谷。河流在水流作用下垂直向下切割岩石，使河道不断加深的过程称为河流的垂直侵蚀作用，也称下蚀作用。

一条河流流经各种不同的地段，岩性软硬有所差别，当河流从坚硬稳固的岩石流过松软岩石时，容易形成跌水的陡坎，水流具有一定落差，称为瀑布（图8-10）。随着具有巨大能量的水流冲击陡坎下的谷底，形成复杂的回转涡流，使谷底逐渐加深并且不断掏挖陡坎，形成凹槽。随着凹槽不断扩大，最终使陡坎顶部塌落，瀑布后退。如我国的贵州黄果树瀑布、壶口瀑布都有后退的过程。图8-11示美国和加拿大边境的尼加拉瓜大瀑布从形成至今的200年间后退了约12公里。以垂向侵蚀作用为主的河谷横剖面呈V形（图8－9），河道平面形态较平直。

河流的侵蚀基准面：河流的下蚀作用不是无止境的，它受一个高程基准面的控制，当河流下切使河床降低到这一基准面时，河流就失去继续下切的能力，河底不再降低。我们把这一基准面称为侵蚀基准面。一条河流从源头流入海洋，海平面即为其垂直侵蚀作用发育的最低基准面，称为终极侵蚀基准面或总侵蚀基准面。一条河流还具有许多区域性的基准面，如在其流程中遇到河谷纵剖面平缓地段，湖泊、水体则会形成区域性基准面，影响它以上河段的演化。当支流注入主流时，主流河面便是支流的侵蚀基准面。

河流的平衡剖面：当河流的侵蚀基准面位置稳定不变时，河流垂直侵蚀作用以向源侵蚀作用的方式长期进行，使河床纵坡降逐渐减小，因而河流活力也逐渐减弱，最后，当河流垂直侵蚀作用进行到某一阶段后，河流的活力仅能克服负载，河流既不发生侵蚀作用，也不发生堆积作用，整条河流从源头到河口，水流只在惯性力推动下，把源头携带的物质搬运到河口，河流地质作用达到了动态平衡，这时河流的纵剖面称为河流的平衡剖面。理想状态下，河流平衡剖面的形态是一条下凹形的圆滑曲线，其上部陡，下部平缓，并趋向于河流的侵蚀基准面。例如长江中下游河床纵剖面形态从总体上看就是一条下凹曲线(图8-12)，但是，自然界绝大多数河流都不可能具备使河流纵削面演化到达平衡的全部条件。河流流经地区岩性软硬的变化，会造成河流纵剖面发生显著变化。当河流流经软岩层地段时，河床极易被侵蚀，使床底迅速降低，形成平缓河段。而在河流流经坚硬岩层地段时，则河床抗侵蚀能力强，使之形成陡坡河段。在陡坡河段，因坡陡，流速大，水流湍急，形成波涛翻滚的险急河段，称为急流。急流河段河流垂直下切作用强烈，使陡坡逐渐被削平变缓，最终急流会消失掉。著名的长江三峡中西陵峡，以滩多急流著称(图8-13)，就是长江流经石灰岩、花岗岩等岩性坚硬地段造成的，江内礁石很多，江水常形成旋涡，水流湍急，形成险急的急流河段。世界上重要大河的纵剖面形态，多半是由许多台阶组成的阶梯状地形，这些阶梯除了河流的不同河段具有不同岩性和不同构造的原因以外，还与流域内构造运动的性质不同有关。我国黄河干流，从河源至入海口，由四个大台阶组成，依次是：河源地带是第一个大台阶，鄂陵湖以上青海高原为第一个大平台，这一区域处于构造运动上升状态；鄂陵湖至青铜峡是第一个大陡坎，以峡谷、盆地相间分布为特征，青铜峡至内蒙的河口镇，黄河流往鄂尔多斯盆地和内蒙古高原，地势平坦，发育叉型河道和蜿蜒性河道，为第二个大平台；从河口镇到龙门，是第二个大陡坎，河床海拔从900米降至600米，著名的壶口瀑布（图8-14）就是此大陡坎中的一个小陡坎；由龙门至陕县，黄河流经汾渭平原，发育典型的游荡型河道，为第三个太平台；从陕县至孟津，河道经过山地，河谷由大小峡谷组成，形成第三个大陡坎，从孟津开始，进入华北平原，直至渤海入海，构造运动以缓慢下沉状态为主，属于第四个平台。黄河纵剖面这样巨大的阶梯状态’，是整个黄河流域岩性、地质构造及构造运动状况等因素与黄河的长期作用的结果。

三、河流的向源侵蚀作用

河流的向源侵蚀作用，使河谷不断向源头发展，加长河谷，直到分水岭（图8-15）。若分水岭一侧水系的侵蚀基准面较另一侧水系低，或坡度较另一侧缓，或流域内岩性较另一侧易于侵蚀时，则其向源侵蚀速度必然较另一侧大，因而可以抡先到达分水岭，进而在风化，片流洗刷等外力作用的共同破坏，切割分水岭，迫使分水岭向另一侧移动。最后，侵蚀能力较强的水系，可以把另一侧侵蚀能力较弱的水系的上游支流劫夺过来，这种现象叫做河流袭夺（图8-16）。当发生河流袭夺现象时被夺河流的上游或支流会流进入另一个水系，因而被夺河流会水量大减，甚至出现干谷河段。在河流袭夺处，常常出现河流流向急转弯，称为夺河弯。我国河流袭夺的实例很多，如四川西部的大渡河，原南流由安宁河注入金沙江，现改向东流，注入岷江，现在大渡河与安宁河之间的分水岭叫菩萨岗，其上有明显的宽广老谷(风口)，老谷内尚有古河流沉积的砾石层。

使分水岭发生移动的原因很多，其中最主要的是侵蚀基面的高低及其所处的位置。分水岭一侧距侵蚀基面较近，且基面的位置较低，则该侧的下蚀速度和溯源侵蚀较快，使分水岭向另一侧移动。此外，分水岭地区的地质，地貌情况也对分水岭的移动有一定的影响。如在年青褶皱山的褶皱两翼不对称；有些次成山岭中顺岩层倾向的山坡与反岩层倾向的山坡的不对称。这些分水岭两坡的不对称，常引起较陡的一坡向另一坡移动。岩性较软弱以及节理、断裂较发育的山坡，被侵蚀破坏快，分水岭易向另一侧移动

在溯源侵蚀的情况下，河源逐渐向分水岭伸展，并切穿分水岭，导致河流的袭夺。河流劫夺以后，形成劫夺河与被夺河。被夺河的下游，因上游改道，源头截断，称为断头河。在这些河流上可产生一系列地貌特征。

(1)袭夺河：在发生袭夺的地方，河道突然转弯处称为袭夺弯。由于袭夺河位置较低，在袭夺点上下段，河床高差较大，常形成裂点、急流。袭夺河因水量增大，下蚀作用加强，多形成阶地或谷中谷。

(2)被夺河： 由于袭夺弯附近产生裂点，裂点逐步上移，使被夺河上亦产生阶地或谷中谷。被夺河与断头河之间，原为过去被夺河的河谷部分，河流劫夺后，这里就成为分水地带，称为风口，风口以下即为断头河。

四、河流侧向侵蚀作用

当河流进入弯道时，河水主流线（流速最大点的连线）因惯性而逐渐向凹岸偏移，至河弯顶部（图8-17），主流线已紧靠凹岸(即河流的最深谷底线和最大流速处)。此外，弯道河水的主流线位置还与河水水位变化有关：在平水期低水位时，主流线紧靠凹岸，在洪水期高水位时，主流线会略向河中心移动。水流在弯曲河段的顶冲位置也同流量变化存在密切关系。一般低水位时，弯道顶冲位置在上方，主要发生在弯顶附近或弯顶稍下位置；而在高水位时，弯道顶冲位置下移，顶冲发生在弯顶以下。弯道离心环流的环绕轴与水流方向一致，因而弯道中必然存在一个相对于纵向水流的横向分速。这个水流横向分速的大小，代表了离心环流的横向作用速度。

受离心环流横向作用冲刷，弯曲河段的凹岸不断崩塌、后退。—般河弯的凹岸在平水期，深槽紧靠凹岸，由横向环流和水流纵比降的原因，使靠近凹岸河床冲刷强烈，水流不断掏空凹岸的岸脚，使河岸失去平衡，发生崩塌。在洪水期，凹岸附近深槽河床产生回流，发生淤积，会暂时使凹岸岸脚受到保护，但洪峰一过，主流线又逼近凹岸，使洪水淤积的岸脚泥砂遭受冲刷，河岸重新处于不稳定状态，因而发生强烈的崩塌，这就是凹岸崩塌主要发生在汛期过后(即落水时期)的原因。与凹岸不断崩塌、后退的同时，水流从上游搬运来的泥砂和凹岸崩塌垮落的碎屑物，被带到凸岸(因水面纵比降小、速流小)进行沉积，结果凸岸不断向前伸长，使弯曲河段的曲率半径不断减小，而弯道离心力作用却因此而不断增加，致使河弯更加弯曲。这种连续弯曲的河谷称作河曲。

在曲流河段，任何一岸，其凹岸和凸岸都是交替相间出现的。而凹岸发生崩塌、后退等现象最强烈的地方在弯顶及弯顶的下方，与之相对应，凸岸堆积前伸的速度以河弯—方为最大。这样，就在凹岸后退、凸岸前伸的同时，河曲不断向下游蠕移，使河曲中的每一岸突出的河嘴，不断被削齐，结果，河谷越来越宽，河床在宽阔的谷底上迂回曲折地摆动，水流一般已经达不到河谷谷坡，河床形态变得极度弯曲，犹如长蛇在宽阔谷底爬行一般，这种极度弯曲的河床称蛇曲（图8-18）。

蛇曲河的出现，代表着河流侧向侵蚀作用已到达晚期，河床只占据谷底一小部分，河流的长度却不断增长，河床的纵坡降减小，使河流活力大大减弱。但由于组成蛇曲河岸的岩石一般是河流新近时期堆积的松散砂粒，因而尽管河流侧向侵蚀能力微弱，河岸也极易被侵蚀破坏。在极为弯曲蜿蜒的河段，凹岸曲顶及其下方会迅速崩塌后退，使河弯的弯曲度更大，相邻河弯会愈加靠近，结果，上一个河弯的下游部分与下河弯的上游部分非常逼近，形成狭窄的曲颈，洪水期，由于洪水突然暴发，不断冲击曲流颈，当水流冲溃曲流颈，切过曲岸边滩，便会撇下河弯而径直流入下一河弯，这种现象叫河流的裁弯取直。撇下的河弯形成相对平衡的水域，新河道带来的悬浮质将原来河弯两端不断雍塞，使河谷中出现形如牛轭的湖泊，叫牛轭湖（图8-19a）。

在曲流沙坝上，由一系列的曲流环组成，两个曲流环之间有一个洼槽，这个洼槽称为流槽。在洪水期水流通过侵蚀使流槽不断加深加宽。当注入流槽中的流量超过原主河道时，主河道的活性逐渐削弱并被粘土壅塞。流槽成为新的主河道，原主河道变为牛轭湖(图8-19b)。

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