河流对沉积物的搬运方式有哪些?

水是搬运物质强有力的因素,河流搬运物质的方式有推移、悬移、溶解质搬运等几种方式。

推移,河床底部泥沙和砾石,在水流作用下以滑动或滚动方式向前移动,称推移。被推移的沉积物称推移质。

流水推移沙、砾的作用力,随流速的增加而增加。根据水力学的艾利定律,水流推移单个沙、砾物质的重量与流速的6次方成正比。当流速增加1倍时,推移物质的颗粒重量将增加64倍。所以山区河流在山洪暴发时,可以推动巨大的石块向下移动。在大多数河流中,推移质一般只占全部碎屑物质的7%~10%。

跃移,水流中的沙、微砾以跳跃方式向前移动,称跃移。处于跃移状态下的物质称跃移质。泥沙、微砾受到流水迎面压力和上举力的同时作用,但上举力大于其重力时,则跳离河床向前跃移。泥沙颗粒离开底床后,颗粒上下部的流速相差很小,压力差减小,同时泥沙颗粒比水重,它又会逐渐回落到床面上,并对床面上的泥沙有一定的冲击作用,作用的大小取决于颗粒的跳跃高度和水流流速。如果沙粒跳跃较低,由于水流临底处流速较小,泥沙自水流中取得的动量也较小,在落回床面后就不会再继续跳动。如果沙粒跳跃较高,自水流中获得的动量较大,则落回床面后还可以重新跃起,向前跳动。

悬移,细小的泥沙颗粒在流水中以悬浮状态向前移动,称悬移。处于悬移状态下的物质称为悬移质。悬浮的泥沙受三种力的作用,一是纵向水流作用使泥沙前进;二是上升水流的作用使泥沙抬升;三是泥沙受本身重力作用而下沉。当河流中泥沙上升流速大于颗粒的沉速时,泥沙被带到距底床一定高度位置而转入悬浮状态,并由水流携带向下游搬运。悬移质的多寡与流速、流量及流域的组成物质有关。

当水流条件改变时,推移与悬移是可以相互转换的。一定条件下为推移,当水流能量增大时可能转化为悬移。每年河流悬移的泥沙量是惊人的,世界大河中,悬移质输沙总量超过10 t的有13条。我国的黄河年输沙量为1.64×10 t,平均含沙量为37.6kg/m ,均居世界首位。

溶解质搬运,溶解于水中的溶解质,在河流中呈均匀的溶液状态被搬运带走,称为溶解质搬运。这种搬运方式在自然界的河流中普遍存在,但大多数河流携带的溶解质不到其总输沙量1%,据估计,全世界外流河每年搬运入海的溶解物质有几亿吨之多。在可溶性岩石分布区,溶解质的数量是相当可观的。有人估计,在地势低平的美国大西洋沿岸及墨西哥湾沿岸,溶解作用可以在25000年内削低地面1m。

水流的挟沙能力,在一定的水流条件下,能够挟带泥沙的数量,称为挟沙力。河流的某一地段,在一定时间内是以侵蚀为主,还是以堆积为主,就取决于水流的挟沙力。如果上游来水的含沙量小于该水流的挟沙力,水流就有可能从本河段获取更多的泥沙,造成床面的冲刷。反之,将产生堆积。如果来水的含沙量等于这一河段水流的挟沙力,那未来沙量可以全部通过,河床不冲不淤。

水流挟沙力应该包括推移质和悬移质的全部沙量。由于推移比悬移复杂得多,当前的测验工作仅限于悬移质方面,并且在天然河流中,悬移质一般成了全部运动泥沙的主体,因此,对于平原冲积性河流来说,常以悬移质输沙率代替水流的全部挟沙力。

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