大川与峡谷和冲积平原的形成

关于水的威力人们的认识较早，古巴比伦人、亚述人、波斯人、埃及人、印度人、中国人，都世世代传述那远古洪水的传说。大禹治水的故事在中国家喻户晓，诺亚方舟在基督教世界人人皆知。《圣经》对洪水的描述好像是有根有据的：当诺亚 600 岁 2 月 17 日那天，开天辟地第一回下了雨，千万条

水线从高天直通地面，如同无崖的瀑布骤然倾泻；大雨不停地下了 40 个昼夜，江河湖海暴涨，冲决了堤坝；滚滚洪水席卷了沟壑、洼地、平原、丘陵和山岭，⋯⋯人群、庄稼和牛羊，以及一切獐狍野鹿全都陷入灭顶之灾，在劈头盖脸的浪头里挣扎、叫喊⋯⋯山巅之上的树木也节节没入洪水之中。无论这故事是无稽之谈还是有几分真实，有一点是肯定的，那就是先民们对洪水威力的恐惧。

科学地认识水的地质作用的先驱当推中国的沈括。1074 年，他赴浙东察

访，所见雁荡诸峰皆峭拔险峻，穷崖巨谷耸天千尺。他认为这与西北黄土高原的百尺沟壑一样，皆为流水侵蚀所致，两处之不同只在土石之别而已。后世的科学家对流水侵蚀造峡和冲积平原的研究当然是越来越精确的。他们的辛劳成果为我们今人理解地球的自然地貌提供了科学的根据。

流水的侵蚀作用

存在于陆地上的水有两种形式：一种是流水，如江河：一种是相对稳定的湖泊和沼泽地中的水。

海洋、湖泊和江河表面吸收太阳的热能，使水蒸发成为水蒸气上升到空中，遇冷空气凝结成水珠落到河面。除此之外，地下水或冰雪融水也源源不断地补充给江河，使之川流不息。雨季到来，水珠集中落到地面后也可能形成沟谷流水和坡面流水。雨季过后，沟谷和坡面可能断流。不论是江河流水还是沟谷或坡面流水，对地表面都有很强烈的的侵蚀及搬运作用。

植被稀薄地面的流水的侵蚀作用表现为水土流失。不论是年均降雨量不足 400 毫米的黄土高原的半干旱地区，还是气候湿润的南方，只要地表的植被稀薄或遭破坏，流水的冲刷就会造成严重的水土流失。冲刷下来的物质流入江河，成为江河泥沙的来源。

江河流水对地面的侵蚀有三种方式：一种是下切侵蚀；另一种是侧向侵蚀；再一种是向源侵蚀。这三种侵蚀都是砂、砾石和滚石在流水中沿河底搬运时产生的磨蚀。而这三种侵蚀对一条河流来说是同时存在的。

下切侵蚀是流动的河水对河床上的粘土、砂和砾石等未固定的松散物质的侵蚀作用，水力能将其冲走，甚至还能切穿基岩。水力作用的结果是陆地上出现许多狭长的大河谷。这种现象在江河的上游表现明显。因为在上游地带，河床的海拔高，河水落差大，因而河水的流速大，水的冲击力也大，河水的下蚀作用明显。例如，长江上游的滇西北一带的河谷，由于河水的下蚀作用，在 200 万年内已加深了 1200 米，目前还在继续加深。有瀑布的河流下蚀作用十分严重。瀑布的水从很高的悬崖上飞泻下来，较大的水位差所造成的较大的动能，产生显著的下蚀作用。世界著名的尼亚加拉瀑布位于坚硬的石灰岩与软弱的页岩交界处。瀑布的急流侵蚀瀑布底下面的软岩层，能将基部掏空，而导致岩石崩塌。尼亚加拉瀑布以每年平均 1.3 米的速度不断向上游退移，形成尼亚加拉峡谷，就是这种下切侵蚀作用的结果（见图 29）

图 29 尼亚加拉瀑布后退过程（据盖保民，1991）

流水的侧蚀可以使河床变曲。造成河道不稳定。由于河床弯曲，河水在弯曲处受到一个指向河道外侧的离心力的作用，使流水偏转，不断冲刷河道的外侧，造成河道的弯曲度加大。在弯曲处的内侧，由于河水的流速比较小，被河水搬移的物质会堆积起来。河流侧蚀的结果是变曲的河流形成曲流。平原地区土质较为松软，河流侧蚀的结果不仅造成河床不稳定，甚至造成河流改道，在洪水作用下凹岸弯曲处后退现象十分严重。

江河的搬运力

流水对地面物质的搬运作用有两种形式：一种是化学搬运；一种是机械

搬运。

化学搬运是河水在其流域中溶解岩石化合物，使溶解物，即水中的矿物质，随着河水流动，从上游搬运到下游。能够溶解于水的化台物有碳酸氢钙、碳酸钠、氯化钠、硫酸铁及其他含有镁离子、钾离子的可溶性盐。溶解后的化合物以离子的形式存在于水中。一般情况下，河水溶解的化合物远远达不到饱和状态，因此不论河水的流量和流速有多大，这些矿物质都会随着水流而被搬运。一旦由于水温、水量发生较大的变化，使河水从不饱和溶液变成饱和溶液时，部分矿物质就会沉积在河底。当河水发生化学变化时，在河水中也会沉积一些不溶性的矿物质。虽然化学搬运作用所搬运的矿物质的量很少，但它对水质的影响是不可忽视的。

机械搬运是以河水为动力将河边、河底或水中的松散碎屑物质、沙砾，甚至巨大的砾石冲刷到下游，或长途搬运到海洋、湖泊。

若被搬运的物质是泥沙或者其他的悬浮物，在河水流动过程中，它们悬浮在水面上或水中随同河水一起流动。在一定条件下，河水能搬运的泥沙数量称为挟沙能力。挟沙能力与水的流量和水中的含沙量有关。水的流量增大，挟沙能力也增大；水的含沙量增大，挟沙能力也增大。河水的含沙量增加到一定程度，超出允许的挟沙能力时，部分泥沙会逐渐沉积。

若被搬运的物质是沙砾或砾石，这些砾石处于河底，河水的搬运作用表现为推移。这些沙砾或砾石称为推移质。推移质的体积与重量都与河水的流速有关。

水流开始推动推移质起动的速度称为起动流速，用 V0 表示。推移质的粒径与 V0 的平方成正比，推移质的重量则与 V0 的 6 次方成正比。当水的流速增加一倍时，可推动的砾石的粒径就增加 4 倍，能推动砾石的重量就要增加 64

倍。在一般情况下，平均流速为 0.162 米/秒时，细沙开始移动，平均流速为

0.216 米/秒，粗沙开始起动；平均速度为 0.312 米/秒，细卵石能起动；平均流速为 0.975 米/秒，中卵石开始起动；平均流速大于 1.62 米/秒，大卵石能起动。因此，河流上游发生的暴雨急流可以将许多大的或巨大的砾石冲到下游。暴雨停止，这些砾石便停留在那里。一般情况下，河流上游的流速高于下游，因此在河流入海或流入湖泊的这段路程中，推移质的分布规律为：河源头附近有较大的砾石，上游有较小的砾石，中游分布较多的泥沙，下游分布细沙，在入海口或入湖泊口有粉沙或淤泥。

推移质的数量与河水的流量有关。水的流量增加，推移质的数量也增加。当山洪爆发或洪水到来时，河水的流速和水量都猛增，可能导致许多的推移质及泥沙向下游流去。

流水的搬运作用是不可低估的，每年的机械搬运量也是惊人的。据测量，黄河和长江的机械搬运量分别为每年 136 亿吨和 4.905 亿吨。黄河最大含沙量为 42.29％，黄河支流无定河的最大含沙量达 78％，黄河每年搬运到海里的泥沙达 12 亿立方米。黄河和长江的化学搬运量每年 2018 万吨和 17790 万吨。

流入海洋或湖泊的河水，在入海口或入湖口由于地势平缓而流速变小，于是被搬运和冲刷的大量泥沙沉积在那里，形成大面积的冲积平原或三角洲。华北平原是由黄河、淮河和海何等许多河流频繁改道而形成的大冲积平原。世界上许多大河流一般都堆积形成大型三角洲，如尼罗河三角洲、密西西比河三角洲、恒河三角洲、尼日尔河三角洲、长江三角洲及黄河三角洲。