河流地质作用及其影响

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，互相影响。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、水电事业的发展，人类的工程活动正在大规模的影响着河流地质作用的自然过程。

在一定的地质条件下，河流地质作用的能量与河水的动能有关。河水的动能与流量和流速平方的乘积成正比。河流在洪水期冲刷、搬运和堆积作用之所以特别强烈，就是因为河流的流量、流速显著增大，河水动能显著增强的缘故。由于河流的长期作用，形成了河床、河漫滩、河流阶地和河谷等各种地貌，同时形成了第四纪陆相堆积物的另一个成因类型，即冲积层。

1.侵蚀作用

河水在流动过程中不断加深和拓宽河床的作用称为河流的侵蚀作用。按其作用的方式，可分为溶蚀和机械侵蚀两种。溶蚀是指河水对组成河床的可溶性岩石不断地进行化学溶解，使之逐渐随水流失。河床的溶蚀作用在石灰岩、白云岩等可溶性岩类分布地区比较显著，此外，如河水对其他岩石中可溶性矿物发生溶解，使岩石的结构松散破坏，则有利于机械侵蚀作用的进行。机械侵蚀作用包括流动的河水对河床组成物质的直接冲击和夹带的砂砾、卵石等固体物质对河床的磨蚀。机械侵蚀在河流的侵蚀作用中具有普遍的意义，它是山区河流的一种主要侵蚀方式。

河流的侵蚀作用按照河床不断加深和拓宽的发展过程，可分为下蚀作用和侧蚀作用。下蚀和侧蚀是河流侵蚀过程中互相制约和互相影响的两个方面，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。河水夹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流的流速和流量。同时，也与河床的岩性和地质构造有密切的关系。很明显，河流的流速和流量大时，则下蚀作用的能量大，如果组成河床的岩石坚硬且无构造破坏现象，则有抑制河水对河床的下切的速度，反之如岩性松软或受到构造作用的破坏，则下蚀作用易于进行，河床下切过程加快。

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，如长江三峡等。

河流的下蚀过程总是从河的下游逐渐向上游方向发展的，这种溯源推进的侵蚀过程称为溯源侵蚀。河流的下蚀作用并不是无止境的继续下去，而是有它自己的基准面的。因为随着下蚀作用的发展，河床不断加深，河床的纵坡逐渐变缓、流速降低，侵蚀能量削弱，达到一定的基准面后，河流的侵蚀作用将趋于消失。河流下蚀作用消失的平面，称为侵蚀基准面。流入主流的支流，基本上以主流的水面为其基准面；流入湖泊海洋的河流则以湖面或海平面为其侵蚀基准面。大陆上的河流绝大部分都流入海洋，而且海洋的水面也较稳定，所以又把海平面称为基本侵蚀基准面。侵蚀基准面不是固定不变的，由于构造运动的区域性和差异性，会引起水系侵蚀基准面发生变化。侵蚀基准面一经变动，则会引起相关水系的侵蚀和堆积过程发生重大改变。所以，根据河谷侵蚀与堆积地貌组合形态的研究，能够对地区新构造运动的情况作出判断。

（2）侧蚀作用。在天然河道上能形成横向环流的地方很多，但在河湾部分最为显著，如图3-6所示。当运动的河水进入河湾后，由于受离心力的作用，表层流束以很大的流速冲向凹岸，产生强烈冲刷，使凹岸岸壁不断坍塌后退，并将冲刷下来的碎屑物质由底层流速带向凸岸堆积下来。由于横向环流的作用，使凹岸不断受到强烈冲刷，凸岸不断发生堆积，结果使河湾的曲率增大，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，如图3-7所示。

图3-6　横向环流示意图

（a）河流横向环流；（b）河曲处横向环流断面图

沿河布设的公路，往往由于河流的水位变化及侧蚀，常使路基发生水毁现象，特别是在河湾凹岸地段最为显著。因此，在确定路线具体位置时，必须加以注意。由于在河湾部分横向环流作用明显加强，容易发生坍岸，并且产生局部剧烈冲刷和堆积作用，河床容易发生平面摆动，因此对于桥梁建筑，也是很不利的。由于河流侧蚀的不断发展，致使河流一个河湾接着一个河湾，并使河湾的曲率越来越大，河流的长度越来越长，结果使河床的比降逐渐减小，流速不断降低，侵蚀能量逐渐削弱，直至常水位时无能量继续发生侧蚀为止。这时河流所特有的平面形态，称为蛇曲，如图3-8（b）所示。有些处于蛇曲形态的河湾，彼此之间十分靠近，一旦流量增大，会截弯取直，流入新开拓的局部河道，残留的原河湾的两岸因逐渐淤塞而与原河道隔离，形成状似牛轭的静水湖泊，称为牛轭湖，如图3-8（c）所示。最后，由于主要承受淤积，致使牛轭湖逐渐成为沼泽，以至消失。这类现象，在我国江汉平原的南缘（如从湖北的枝江到湖南的城陵矶一带）发育比较良好。荆江蜿蜒曲折，素有“九曲回肠”之称。

图3-7　侧蚀作用使河谷加宽(www.xing528.com)

图3-8　蛇曲的发展与牛轭湖的形成

（a）弯曲河道；（b）蛇曲；（c）牛轭湖

下蚀和侧蚀是河流侵蚀作用两个密切联系的方面，在河流下蚀与侧蚀共同作用下，使河床不断地加深和拓宽。由于各地河床的纵坡、岩性、构造等不同，两种作用的强度也就不同，或以下蚀为主，或以侧蚀为主。如果河流只进行下蚀作用，或以下蚀作用为主，河谷横断面呈V字形，如果河流只进行侧蚀作用，或以侧蚀作用为主，河谷横断面呈U字形。谷底宽平。如下蚀作用与侧蚀作用等量进行，河谷横断面多不对称。由于河水流动具有紊流的性质，是由纵流与横向环流组合而成螺旋状流束流动的，流速大时，纵流占优势；流速小时，横向环流占优势。一般在河流的中下游、平原区河流或处于老年期的河流，由于河湾增多，纵坡变小，流速降低，横向环流的作用相对增强。从这个意义上来说，以侧蚀作用为主，在河流的上游，由于河床纵坡大、流速大、纵流占主导地位，从总体上来说，以下蚀作用为主。

2.搬运作用

河流在流动过程中夹带沿途冲刷侵蚀下来的物质（泥沙、石块等）离开原地的移动作用，称为搬运作用。河流的侵蚀和堆积作用，在一定意义上都是通过搬运过程来进行的。河水搬运能量的大小，决定于河水的流量和流速，在一定的流量条件下，流速是影响搬运能量的主要因素。河流搬运物的粒径d与水流流速V的平方成正比，即d∝V2。

河流搬运的物质，主要来自谷坡洗刷、崩塌、滑塌下来的产物和冲沟内洪流冲刷出来的产物，其次是河流侵蚀河床的产物。

河流的搬运作用有浮运、推移和溶运三种形式。一些颗粒细和比重小的物质悬浮于水中随水搬运。如我国黄河中的大量黄土物质就是主要通过悬浮的方式进行搬运的。比较粗大的砂子、砾石等，主要受河水冲动，沿河底推移前进。在河水中还有大量处于溶液状态的被溶解物质随水流走。

3.沉积作用及冲积层

河流在运动过程中，能量不断受到损失，当河水夹带的泥沙、砾石等搬运物质超过了河水的搬运能力时，被搬运物质便在重力作用下逐渐沉积下来，形成河流冲积层。根据形成条件和环境分为河床冲积物[图3-9（a）]、河漫滩沉积物[图3-9（b）]、牛轭湖沉积物和三角洲沉积物[图3-9（c）]。它们具有一些基本共同的特征，因受河流长期搬运而碎屑物质磨圆度和分选性都较好；具有清楚的层理构造；具有良好的韵律性，表现在剖面上两种或两种以上沉积物交替、重复出现，例如卵石层、粗砂层构成的组合多次重复出现；除水平层理外，沉积物中交错层理往往很发育。

图3-9　河流冲积层

（a）河床冲积物；（b）河漫滩沉积物；（c）三角洲沉积物

河床冲积物因河床水流速度大、沉积物较粗。山区河流或河流上游大多是粗大的石块、砾石和粗砂。河流中下游或平原区河流，河床沉积物逐渐变细，但厚度增大。河漫滩冲积物主要分布于河流的中下游和平原区河流。洪水期河水漫溢，河漫滩被淹没，沉积物的土粒较细，为粉土、粉质黏土或黏土。河漫滩冲积物之下常为早先河床沉积的砾、砂和粉细砂。这样河漫滩沉积及下面的河床沉积一起构成了“二元结构”。牛轭湖是河流废弃的弯道。牛轭湖静水环境中沉积形成淤泥和泥炭层，洪水期成为溢洪区，上部为细砂或粉砂覆盖。河口三角洲冲积物是在河流入海入湖处，将所搬运的大量细小碎屑物沉积而成，其面积广、厚度大，并常有淤泥质土和淤泥分布。

冲积层的工程地质特征可概括介绍如下：古河床冲积物的压缩性低、强度较高，是良好的建筑地基。现代河床冲积物密实度较差、透水性强，尤其不利于作为水工建筑物地基。河漫滩及阶地冲积物一般都是较好的地基，但要注意其中的软弱夹层以及粉细砂的振动液化问题。牛轭湖冲积物常是压缩性很高而承载力很低的软弱土层，不宜作为建筑物天然地基。三角洲冲积物，土是呈饱和状态，承载力较低。但三角洲冲积物最上层，因长期干燥比较硬实，承载力较下面高，俗称硬壳层，可用作低层建筑物的天然地基。