什么是河流水流作用的横向环流和漩涡流?

河流流水沿沟谷流动,水量增加或流速加大,流水作用能力加强,进行侵蚀,并将侵蚀产物向下游搬运;反之,流水作用能力减弱,便发生堆积。流水作用总是以侵蚀、搬运和堆积三种方式进行,并形成相应的河流地貌。河流水流作用还和水流结构有关,河流水流流束线呈螺旋状运动,形成环流和漩涡流,它们对河流地貌的形成有着重要意义。

横向环流和漩涡流

1.横向环流

在弯曲河道中,从凸岸由水面流向凹岸的水流(表流)和从凹岸由河底流向凸岸的水流(底流)构成一个连续的螺旋形向前移动的水流,称横向环流(图3-3)。横向环流的形成主要是由弯道水流离心力的影响所致。离心力 = mv 为水量, 为流速, 为弯道半径。因水流流速随水深增大而减小,离心力也随水深加大而减弱。另外,在弯道不同部位的水面流速也不一致,靠近凹岸处流速大,凸岸处流速小,因而在弯道靠近河面水流则由凸岸流向凹岸,凹岸水流沿河床底部向凸岸排挤,以维持水流的连续性,这样才使整个河床内的水流构成连续的螺旋状前进的横向环流系统。

图3-3 横向环流示意图(根据В.Г.列别杰夫改编)

不同形状的河床断面,形成不同的环流系统,可分为以下四种(图3-4):

图3-4 水流横向环流的类型

(a)单向环流;(b)底部汇合型双向环流;(c)底部辐散型双向环流;(d)复合型环流

(1)单向横向环流(图3-4(a))。多在弯曲河段发生,因这里水流受离心力作用较强向一岸偏移形成单向环流。

(2)底部汇合型双向横向环流(图3-4 (b))。洪水时,平直河道河床中部的水量比靠近两岸的增加快一些,因此洪水期河床横向水面呈上凸形,表层水流从河床中部流向两岸构成两个横向环流系统。这种类型的横向环流系统可掏蚀两岸,在河床中部发生堆积。

(3)底部辐散型双向横向环流(图3-4 (c))。枯水位时,平直河段河床中部流速较大,水面呈微微下凹形,两岸表层水流流向河床中部,构成表层汇聚、底部辐散型的横向环流。这种环流能够进一步侵蚀河床中部,在两岸形成浅滩堆积。

(4)复合型环流(图3-4(d))。在平原分汊河流或河床底部起伏不平的地方,形成多股主流线,各自构成一横向环流,组合成复合型环流系统。

2.漩涡流

当水流绕过障碍物,如沙波的脊部、河床基岩岩坎以及各种人工建筑物等,都会产生漩涡流。一种漩涡流是垂直于河床底面旋转,因而掏蚀河岸和床底;另一种漩涡流是河床底部水流翻过沙波脊形成的,它的轴线方向与河床底面平行,漩涡流平行河床底面旋转,这种漩涡流能使从沙波迎水面带来的物质搬到背水面堆积下来,使沙波向前移动。

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