水文基本小常识Q&A | Liveis

  河流 河流(江、河、江河、河道)是陆地表面成线形的自动流动的水体。从世界范围来看,河流的水主要来自降水或高山融雪。河流是孕育文明的摇篮,大部分的古代文明是在肥沃的河流冲积平原产生。

  河流可分为内流河和外流河,最终注入海洋的为外流河,最终未注入海洋的为内流河。内流河所在流域属於内流区,外流河所在流域所於外流区,既不属於内流区也不属於外流区的陆地区称为无流区。河流往往被用做行政区间的自然边界。也有的河流经多个国家。

  河流可以被用作交通道路(水道)、渔业场所、自然的淡水来源、可以被用来发电(水电)。在工业化初期阶段,河流往往被用作排污用途。

  台湾本岛主分水岭偏东,故河流东短西长,一般而言,具有下列特徵:河身短、坡度大、水流急,最长的浊水溪长仅186公里,而坡度则达四十六分之一。枯水期水量小,常成野溪,不适航行。洪峰流量十分庞大,面积两三千平方公里的集水区域,经常出现每秒一万立方公尺以上的洪水量。河流含沙量大,如浊水溪因而得名。河阶、谷中谷、嵌入曲流、隆起冲积扇等回春地形显著。 红土 为发育於热带和亚热带雨林、季雨林或长绿阔叶林植被下的土壤。 其主要特徵是缺乏碱金属和碱土金属而富含铁、铝氧化物,呈酸性红色。其主要特徵是缺乏碱金属和碱土金属而富含铁、铝氧化物,呈酸性红色。 红土又称为红壤。一般土壤中四配位和六配位的金属化合物很多,其中包括了铁化合物及铝化合物。 土壤铁化合物常包括褐铁矿与赤铁矿等,红土含赤铁矿特别多。 当雨水淋洗时,许多化合物都被洗去,然而氧化铁(铝)最不易溶解(溶解度十的负三十次方),反而会在结晶生成过程中一层层包覆於粘粒外,并形成一个个的粒团,之后亦不易因雨水冲刷而破坏,因此土壤在雨水的淋洗下反而发育构造良好。当雨水淋洗时,许多化合物都被洗去,然而氧化铁(铝)最不易溶解(溶解度十的负三十次方),反而会在结晶生成过程中一层层包覆於粘粒外,并形成一个个的粒团,之后亦不易因雨水冲刷而破坏,因此土壤在雨水的淋洗下反而发育构造良好。 主要分布于非洲、亚洲、大洋洲及南北美洲的低纬度地区,大致以南北纬30°为限,常见於热带雨林区。欧洲特别是在地中海东岸和巴尔干半岛地区也有类似於红土的土壤存在。东亚地区北起长江沿岸,南抵南海诸岛、南洋群岛,东迄台湾,西至云贵高原及横断山脉的范围为红土的重要分布地带。

  红土附近大多高温多雨、植被茂密。 如中国红土区的年均温为15~25℃,≧10℃的积温为4500~9500℃﹐最冷月均温为2~15℃,最热月均温28~38℃﹔年雨量为1200~2500毫米﹔冬季温暖乾旱,夏季炎热潮湿,干湿季节明显。

  河阶

  河阶,亦称阶地或河阶地,即是河流下切作用造成河谷斜坡形成台地地形,阶地从一阶到多阶的河阶地形皆有,则视阶地地质与河流侵蚀能力而定。每一阶的阶地均包含阶地面、阶地前面斜坡、阶地前缘、阶地后缘和阶地后方陡坡等部份。阶地高度常以阶地面与河流丰水期水面之间的垂直距离做为高度依据。阶地面是阶地的表面,实际是原来的河床,受河流下切侵蚀而露出形成台地,大多均向河谷方向倾斜。阶地前面斜坡是阶地面以下的坡地,阶地面和阶地前方斜坡是组成阶地的两个主要部分,但其发育过程却不相同。

  河阶的年龄则是以阶数来判断,阶数的起算则是由下而上按顺序排列,{zd1}的阶地称为一级阶地,向上依次为二阶阶地、三阶阶地……依此类推,直到{zg}的阶地即为这座河阶台地的总阶数,依照总阶数可得知河阶的年龄,换言之是阶地愈高,表示阶地形成的年代愈老。

  河阶依组成物质可分为:

  岩石河阶( rock river terrace ),又称侵蚀河阶( strath terrace )。

  砂砾河阶( gravel river terrace ),又称埋积河阶( fill terrace )或冲积河阶( alluvial )。

  依河谷两旁河阶形状之对称与否,可分为:

  对称河阶( paired river terrace )。

  不对称河阶( unpaired river terrace )。

  常见河阶形状有:

  在河谷平直处沿河生成的直形河阶。

  在河谷弯曲处的凸岸部分生成的剧场河阶( amphitheater river terrace ),因河流围绕三面作半圆形或弧形,故又名半圆形河阶。

  地形

  地球(或是其他星球)表面高低起伏的形态,通称地形。地球的地形分为「陆地地形」和「海底地形」。地形处在漫长的演化之中,陆地和海洋互相转换。考古发现,喜马拉雅山地区有大量海洋生物化石,表明这里曾是海洋,后来由於地壳隆起擡升为高山。关於海洋与大陆的演变,有xx的大陆漂移说和板块构造说。

  「陆地地形」通常划分为平原、高原、山地、丘陵、台地和盆地五种基本类型。

  「海底地形」通常划分为大陆架、大陆坡、海沟、海盆(海洋盆地)和大洋中脊等类型。

  河流历史

  河流的研究属水文学(hydrology)的一支,(river)一词来自法文(rivere)及拉丁文(Riparia),是岸边的意思。河流是由迳流所形成,它的定义为一个水体,可以夹带沈积物(石块等或溶解物质),沿著一定河道及坡度由上往下流。河流是一种很重要且普遍的地质营力,有侵蚀、搬运和沈积等作用。

  (水文循环图)

  雨水降落到地表上以后,大部分直接蒸发到空气中,或由植物吸收后蒸散到空气中,一部份渗入地表下成为地下水,其余成为迳流,在地表上流动,沿著河道成为河流。

  河流循环

  一个循环从头到尾的过程,就形成了河流的历史。而且在过程中,其每一阶段都有不同的地形特徵。此观念最早在1899年由美国的戴维斯(W. M. Davis)所创立,当河流开始切割原始地面(从未遭到侵蚀和破坏的地面)时,也就是河流循环的开始,划分为幼年期,壮年期,和老年期三个阶段。

  1、 幼年期:

  当原始地面开始破坏,幼年期的活动便开始孕育。这一阶段的地形特徵是河道快速下切,使得河谷的横切面呈V字形,河道两岸缺少或仅有极小冲积平原发育,两条河流之间的分水岭也宽广平坦,且支流小而稀少,而且河流常常发生袭夺现象。在河道的硬岩区,有瀑布或急流发生。这些现象在早幼年期尤为常见,至壮年期前,即将消灭。幼年期这个阶段是使原来平坦的地面增加起伏或扩大起伏的时期,在幼年期快要结束时,地形特徵为山高谷深,地面极为崎岖。

  2、 壮年期:

  壮年期阶段,地形上仍是山高谷深的景象,河流开始进行加宽作用,下切作用与速率逐渐降低,坡度变得平缓,河流间的分水岭由於河阶地的增加减至最小,形成尖锐的山脊。河流两侧也开始有相当范围的冲积平原出现,河流达到其{zd0}宽度,向两侧的侵蚀作用较盛,河曲开始出现,自由在氾滥平原蜿蜒流动。河床的宽度仅较曲流带的宽度略宽,此时,河流也xx适应岩层的性质与构造,河流的分布,常在岩层抵抗力较弱的地区内。另外,幼年期中原有的急流或瀑布等,至本期已消灭。

  3、 老年期:

  经过幼年期与壮年期的侵蚀之后,隆起的原始面已经被侵蚀到接近海平面了,又因河水流到海里便不在具有重力动能来侵蚀地面(因定海平面为最终侵蚀基准面)。在此一阶段的河谷极为宽广,纵横两方面的坡度均甚平缓。整个地面覆盖著厚层的岩屑,这些岩屑已经风化成为颗粒极细的黏土或沙土。氾滥平原大为发展,河流在宽广而曲折的河道中缓缓流动。河流向两侧加宽的作用超过了他的下切作用,河谷宽度远大於曲流带。河间分水岭不如壮年期那样尖锐。湖泊、沼泽、自然堤和牛轭湖出现在氾滥平原上,并非如幼年期存在於河间地区。由於岩层性质的差异,使河道发生改变的作用,在壮年期中甚显,至本期已不明显。到了老年期的{zh1}阶段时,河流间的山地逐渐夷平,地面已略似准平原,此时地面已十分接近侵蚀基准面。

  4 、回春作用:

  从幼年期到老年期的其中一个循环,常因为外力的影响而改变,如海平面急遽上升或急遽下降,使侵蚀基准面突然改变,那麼河流侵蚀与沈积的效果,也跟著急遽改变,由於河流侵蚀,河谷地形的发育又从老年或壮年期演化到幼年期的阶段,这种现象的发生称为回春作用,常常形成谷中谷,河阶等地形。

  这种由河流作用使地形面发生周而复始的演变,称为河流的地形循环。戴维斯的这种理论,有人认为这学说过於简化一切,或者可能只适合少部分特殊的环境。

  沈积岩的碎屑状结构

  粒度为沈积物的颗粒度大小,是指碎屑颗粒的{jd1}大小,是以颗粒的直径来测量。可将碎屑大小与颗粒成分及水动力学行为联系起来,通常直径大於2mm的碎屑一般是以滚动的方式沿底部搬运,直径在2~0.5mm的碎屑在搬运过程中以跳动方式进行搬运,而粒径小於0.005mm的颗粒已有明显的凝聚现象,甚至可已有布朗运动发生。

  

  碎屑岩很少是由一种粒级的碎屑组成,因而一般所谓的岩石粒度,其相对的粒级成分应大於50﹪。碎屑岩中颗粒大小均匀的程度称为淘选度,可大概分为好、中、差三级,当主要粒级成分含量占碎屑总量的75﹪以上,或其颗粒大小接近相等时,称为沈积物之淘选度好;当主要粒级成分含量为50~75﹪时,称为淘选度中等;而没有一种粒级成分能够超过50﹪或颗粒大小相差很多时,称为淘选度差。碎屑岩的粒度分布特徵是明显的受沈积介质动力条件和搬运距离的控制。随著搬运距离的增长,颗粒的平均粒度变小,淘选度变好。沈积介质的强烈搅动也有助於淘选程度的增高,也与搬运介质的性质有关。

  河流形式

  一条河流的主流和他的支流所形成的水系,可以形成各种不同的形式,其主要受到下伏岩层的性质和构造所控制。也有可能跟河流的高度变化、气候、植物、迳流以及发育的历史有关。

  (1) 树枝状:这类河流发生於均质的地质,其下伏岩层对抵抗侵蚀能力均匀一致,所以对河谷发育的方向没有控制作用,支流依次分枝,如阔叶树形状,大部分河川属之,这类型多发生在平坦的沈积岩或块状火成岩或变质岩区。

  (2)羽毛状:支流平行注入主流,而主流流向受到坡面所控制,倾动的向斜谷易发生。

  (3)交织状:蜿蜒之河道,弯曲之牛轭湖和沼泽湿地等交织而成的水系,或河流与湖泊、湿地相连,常位於河口三角洲、氾滥平原。

  (4)平行状:主支流平行,易发生於平行断层带或平行褶曲带。

  (5)放射状:河系由中央高处向四周散流,常发生於海岛、火山地形或穹窿地形。

  (6)向心状:河流由四周向中心低处聚集。

  (7)环状:常常发生於复式火山、软硬互层之穹丘,是顺向河与走向河之组合。

  (8)格子状:支流成直角相交,水系下伏岩层是软弱岩层和坚强岩层平行相间成带状分布,因两者抵抗侵蚀能力各部相同,河川乃沿软弱地曾流动。

   (9)断续状:间断而延续性之水系型,易发生於沙漠与石灰岩环境,河道断断续续,是石灰岩地区有伏流地形,而沙漠地区是因水源不足。

  (10)紊乱状:为不规则河流之流路和众多湖沼所形成的水系,常发生於冰河侵蚀区域。

  河流种类

  依照河流的形式和其发育的过程历史,可以把河流分为几大类:

  1、顺向河

  地面水流由高处往低处流,沿地表{zd0}倾斜方向流动的河,称为顺向河。

  2、后层河或顺层河

  河流侵蚀和下切作用加深,下幅岩层显露,地质构造和岩性可以控制河流发育的位置。这时所成的河道,常沿著软弱岩层流动。

  3、先成河

  指其河流流露的形成,先於山脉构造的上升而河道不受地壳上升的影响所改变。河流在地面上流动时,地壳忽然因摺曲断移而上升,但上生的速率不及河流下切侵蚀的速率快速,因此此河流仍可保持其原有河道下切,但与后成的地形不合。

  4、上置河或叠置河

  此一河流最初的位置是依上部的地形及岩石构造而定,之后河川继续下切岩石,但其下面的岩层与岩石构造与表面岩层不同,{zh1},地表上部岩层全被侵蚀掉,露出其下面的岩层构造,会使得河流流向与现生露出的岩层构造不符,此称为上置河。这种河流的河谷和流向的发育要晚於地质构造的形成。上置河与先成河非常相似,两者往往切穿高山而成峡谷,但是先成河是河流发育时地盘经内力而上升所形成,而上置河的产生,乃由於侵蚀作用将地表侵蚀而河流下切所造成。如果能在上置河的两旁山地上找到原来上部岩层所遗留下的遗迹,对於这类河流的认识,可以有很好的证据。

  

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