河流地质作用与河谷地貌的影响

河流是沿着一定的槽形凹谷作经常性或周期性流动的水流。河水所流经的谷地称为河谷。河谷由谷底（河床、河漫滩）和谷坡（阶地、谷岸）等部分组成（图3-6）。河床是经常被河水占据的谷底部分；河漫滩是河水泛滥期间才全部或局部被河水淹没的谷底部分；谷坡是河谷两侧因河流冲刷侵蚀而形成的岸坡。古老的谷坡上常发育有阶地，即汛期河水也不能淹没的有陡坎的沿河平台。

（一）河流的地质作用

1.侵蚀作用

河流冲刷破坏河床地表岩石，使河床逐渐加深、加宽、加长的作用，称为河流的侵蚀作用。它包括下蚀作用、向源侵蚀作用和侧蚀作用三种。

下蚀作用不断加深河床，使河床纵坡变缓，下蚀作用最强烈的地方是在流速最大的地方。如山区河流，由于地势高，河床纵坡陡，河水流速快，其动能也大，下蚀作用就强烈，往往形成两岸陡直、谷底狭窄的V字型河谷，很深的V形河谷称为峡谷，如贵州乌江峡谷、长江三峡、黄河三门峡等。最近发现的世界第一大峡谷——雅鲁藏布大峡谷（图3-7），全长为504.6km，最深处达6009m，平均深度为2268m，河床坡降最大为75.35‰。平原区河流一般下蚀作用微弱，甚至没有。当河水流经由软硬相间的岩石组成的河床时，坚硬岩石下蚀慢，软弱岩石下蚀快，在河床常形成岩坎，河水流经岩坎时，产生水位落差，落差小的形成急落，落差大的形成瀑布。如贵州打都河上的黄果树大瀑布宽60m，落差66m，壁面坡陡70°，河水从58m高的石灰岩悬崖上飞流而下，直泻犀牛潭，气势磅礴，景色极为壮观（图3-8）。河流的下蚀作用不是无止境进行的，当它加深到一定限度，即趋近海平面时，因位能差消失，河流就失去了下蚀能力。所以，从理论上说海平面就是绝大多数入海河流下蚀作用的极限，人们称它为侵蚀基准面。此外，河流注入湖泊的湖面高度，支流汇入主流时主流的河面高度，也是河水的局部侵蚀基准面。

图3-7　雅鲁藏布大峡谷——扎曲大拐弯

在河流下蚀作用不断加深谷底的过程中，河谷逐渐向源头延伸或河流瀑布后退，这种现象称为向源侵蚀。向源侵蚀使河谷不断伸长，造成河流源头分水岭破坏和瀑布消失。如万里黄河流经晋陕峡谷，在山西吉县与陕西宜川之间的黄河谷地，400 多m宽的浩瀚水面骤然收成一束，倾泻在高差30 多m的石潭中，激起50 余m高的水雾，形似茶壶注水，故名壶口瀑布。此段河床由三叠系细粒长石砂岩和紫色泥岩组成，砂岩节理发育，由于河水不断冲刷，磨蚀砂岩和掏蚀泥岩，瀑布不断后退、萎缩。据历史资料分析，公元前770 年以来的2700 多年间，瀑布后退3000 多m，平均每年向北（即上游）退移1.05m，如不有效治理，壶口瀑布及其景观将在百年内完全消失。

图3-8　瀑布

（a）瀑布形成示意图；（b）贵州黄果树大瀑布

图3-9　河弯中水流的侧蚀与堆积示意图

1—冲蚀；2—河床漫滩；3—河床中河堤；4—河床过去的位置与移动方向；5—主流线；6—洪水位；7—平水位；8—洪水期河床中水的横向环流

河流冲蚀两岸，使岸边不断坍塌后退，河谷加宽的作用，称为侧蚀作用。任何一条河流，由于地表形态起伏和岩石性质的差异，原始河道总是弯曲的。在河道弯曲处，受离心力的影响，水流总是偏向河流凹岸，使水流呈螺旋状的横向环流，即表层水流向凹岸，产生侧蚀，而底层水流向凸岸，产生堆积（图3-9）。侧蚀作用的结果，不仅加宽了河谷，而且促使河道弯曲率加大，并形成曲流。随着曲流进一步的发展，两个相邻弯曲之间逐渐接近，当洪水到来时，可以冲断曲流颈，产生自然截弯取直的观象。被截直的河弯，由于泥沙淤塞封闭，形成牛轭湖。曲流的发育使河道加长，纵坡变缓，洪水宣泄缓慢，对防洪十分不利。1998年长江发生特大洪水，位于长江中下游三大转折之一的九江大堤，就是由于受强大环流的冲刷作用，掏空了堤底的淤泥质粉土层，使防洪墙悬空，加上墙体本身存在的质量问题，最终导致防洪墙断裂倒塌，造成巨大决堤事故。

2.搬运作用

河水流动时，能将河床底部以及悬浮于水中的泥沙和溶于水中的物质搬运走。搬运的方式有拖运、悬运和溶运三种。河床中巨大的块石、砾石和砂，以滑动、滚动及跳跃等方式沿谷底移动称为拖运。细粒泥沙悬浮于河水中的运移称为悬移。化学物质以真溶液和胶体溶液的形式随河水一起运动称为溶运。河水搬运的物质中悬运的数量最大，在平原地区拖运物质一般不超过悬运量的10%，在山区可能达到30%～40%。河流搬运的泥沙量与溶运量之比值约为7∶3。据估计，全球河流每年搬运入河的泥沙总量约为160 亿m3，溶运量约为35 亿t。河流在搬运过程中，由于碎屑物互相碰撞，棱角磨损，形状变圆，根据河卵石的磨圆度，可判知它们被搬运距离的远近。

图3-10　河谷的构造类型

（a）向斜谷；（b）背斜谷；（c）单斜谷；（d）断层谷；（e）地堑谷(www.xing528.com)

3.沉积作用

河流搬运的物质，在河流搬运力变弱时，就从水流中沉积下来。这种河流沉积物称为冲积物。河水中碎屑物的沉积，总是粗的、比重大的先沉积，细的、比重小的后沉积，结果使沉积物按照砾石→砂→粉砂→粘土的顺序，在河谷内沿搬运方向或沉积方向呈有规律地分布。

（二）河谷地貌

河谷可分为山区河谷和平原河谷两种类型，两种河谷在形态上大不相同。平原河谷往往为新构造运动下沉地区，河流流速慢，多以沉积作用为主，河谷纵横剖面比较平缓，河流在其自身堆积的松散冲积物中发育成弯曲、游荡和汊道等几种类型，水力和泥沙条件是控制河床演变的主要因素，河谷与基岩和地质构造的关系不大。因此，下面仅介绍山区河谷地貌。

1.河谷形态类型

（1）宽谷与峡谷宽谷多形成于岩性比较软弱地区，以及河流横切过向斜、地堑等构造的河段，河谷呈“U”字型，并有河漫滩和阶地分布。峡谷往往形成于岩性比较坚硬完整和地壳强烈上升的地区，以及河流横切背斜、地垒等构造的河段，河谷呈V型，谷内河漫滩和阶地不发育，甚至河床堆积物也不多。宽谷与峡谷沿河交替出现，是山区河谷的主要特征之一。如长江流经三峡地区，依次穿过石灰岩和砂页岩地区，就形成峡谷和宽谷相间出现的现象。这就为选择坝址、库区提供了有利的地形条件。

（2）对称谷与不对称谷发育在块状岩体或厚层的层状岩体分布地区的河流，由于岩性比较均一，常见为对称河谷。如果河谷两侧岩性不均一，由于侵蚀差异，河谷易于向软岩岸冲刷扩展，因而形成一岸坡陡，一岸坡缓的不对称河谷。沿褶曲轴部和地堑、地垒中部等发育的河流，由于有大体对称的构造条件为基础，因而常形成对称河谷，如图3-10（a）、（b）、（e）。而沿断层和单斜构造岩层走向发育的河流，常形成不对称谷，如图3-10（c）、（d）。

河谷的形态特征，常常会影响到坝址、坝型及库区的选择、枢纽布置和施工条件等。如峡谷可作为坝址，宽谷是适宜的库区；对称的峡谷是修建拱坝理想的地形条件。因此，在河谷地区进行水利建设时，应尽可能利用良好的河谷地貌形态。

2.阶地

阶地是位于河谷两侧，不被汛期河水淹没的台阶状地形。许多河流有一级阶地或多级阶地，有些河流的阶地是两岸对称的，也有的是不对称的。阶地由河漫滩以上算起，向上依次分别称为一级阶地、二级阶地……等。一级阶地形成年代最新，一般保存较好；反之，地质年代越老的阶地，出露位置越高，保存越不完整。

阶地的形成，主要是由于地壳运动周期性的变化，引起河流侧蚀和下蚀作用交替进行的结果。即在地壳相对稳定或下降时期，河流侧蚀和沉积作用比较显著，使河谷加宽，并形成平缓的滩地；当地壳上升时，侵蚀基准面相对下降，河流下蚀作用加强，使河床下切，把河漫滩相对抬高到洪水期也不再被水淹没的位置，便形成阶地。阶地由阶地面和阶地陡坎两个形态要素组成。阶地面实际上是古代河流的谷地，阶地面的宽度反映了当时地壳运动稳定时间的长短；阶地陡坎的存在是地壳上升运动所引起的，阶地高度反映了地壳运动的变化幅度。

根据阶地的成因和组成的物质不同，可将其分为以下三种类型：

（1）侵蚀阶地阶地由基岩构成，阶面上没有或只有很少的冲积物。它主要是由河流侵蚀作用而形成的，如图3-11 （a）。

（2）基座阶地阶地由两部分物质组成，上部为冲积物，下部为基岩，即冲积物覆盖在基岩基座上，它是河流沉积作用和下蚀作用交替进行而形成的，如图3-11 （b）。

（3）堆积阶地阶地完全由冲积物组成。它是河流以沉积作用为主时形成的。根据阶地形成过程中下切的深度不同，堆积阶地又可分为上叠阶地和内叠阶地，如图3-11（c）、（d）。

图3-11　河流阶地类型示意图

（a）侵蚀阶地；（b）基座阶地；（c）上叠阶地；（d）内叠阶地

阶地地形比较平坦开阔，是人类活动的重要场所。研究阶地的成因、类型和组成物质，可了解近代地壳运动的性质和幅度，河流的发育历史以及古河道的位置和范围，这对于寻找地下水资源，进行水利建设和工农业生产都具有重要意义。