冲淤平衡

百科   2025-01-18 06:00   湖南  


 

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冲淤平衡

高考地理微专题

- 毛毛的地理小知识-

一、概念


“冲”,即搬运、侵蚀;“淤”,即淤积、沉积。

冲淤平衡:是指在一定时间内,某一河段上游来沙量等于本河段水流挟沙力,下泄的沙量与进入河段的沙量基本保持相等的现象。河床的冲淤实际上就是上游来沙量与本河段的水流挟沙力不平衡引起的。

根据定义:冲淤平衡取决于两个变量,一是上游来沙量,二是河段的水流携沙力(河段泄沙量)冲淤平衡需求这两个变量基本相等。

在一定时间内,上游来沙量=本河段水流挟沙力= 下泄的沙量

冲淤量=淤积量-冲刷量

冲淤量>0,以淤积为主;冲淤量<0,以冲刷为主;冲淤量=0,冲淤平衡。

挟沙力>含沙量,以冲刷为主;挟沙力<含沙量,以淤积为主;挟沙力=含沙量,冲淤平衡。


二、类型


(1) 纵向平衡:即来水含沙量与河段挟沙能力平衡。分为不冲不淤平衡以及冲淤平衡;主要研究的是河水深度的变化问题。


(2) 断面平衡:断面平衡是指在对抗流水侧蚀与堆积过程中,由于河段情况特殊,断面形状并没有改变。主要研究是汛期河流水面宽度的扩张问题。


(3) 平面平衡:主要指的是游荡型河流的稳定问题。其呈现的主要是辫状河道整段或局部无明显的摆动变化。




三、影响冲淤平衡的因素




(1) 径流量:径流量大,搬运能力强,携带泥沙量大,冲刷强,以冲刷侵蚀为主;径流量小,搬运能力弱,携带泥沙量小,冲刷弱,以淤积为主。

(2) 流速:流速快,搬运能力强,以冲刷侵蚀为主;流速慢,搬运能力弱,以淤积为主。

(3) 河岸岩性:河岸岩性越坚硬,抗侵蚀能力越强。还有,如果河岸土体中的黏粒含量大,抗冲性也会增强。黏性土层越厚、黏粒含量越高的河岸(整体结构稳定),其整体抗冲能力更强。(反例:黄土高原)

(4) 含沙量:地形地貌一地势起伏大、坡度大,含沙量大;地表物理性质—地表物质疏松,容易被侵蚀,含沙量大;植被覆盖状况—植被覆盖率低,含沙量大;降水强度—强度大,冲刷强,含沙量大;支流数量—支流多,含沙量大。

(5) 水位—汛期和枯水期:河流汛期水位高、水量大,以侵蚀作用为主;枯水期水位低、水量小,以淤积为主。

(6) 河道—宽窄深浅:宽河道,流速减慢,有利于泥沙淤积;河道狭窄流速较快,有利于侵蚀(狭管效应)。

(7) 工程建设—河道加固或水利工程建设:水利工程的建设(如修建水库、大坝等),起着拦沙蓄水、调节水流等作用,影响着冲淤平衡;而河道的加固,也能减少河流对堤岸的冲刷。

(8) 海水作用—海水顶托作用或侵蚀作用:在河口地区,由于海水顶托,造成水流流速减慢,或沿岸洋流携带了大量泥沙,这些情况都会加剧淤积作用;而潮汐(海浪)作用强,携沙能力大的区域,侵蚀作用也可能会增强。





四、冲淤平衡的应用



(一)河流冲淤平衡

1、河流侵蚀>淤积

河流通过下蚀、侧蚀、溯源侵蚀等作用对河流进行侵蚀。当河流侵蚀量>淤积量时,河流发育有侵蚀地貌,如:“V”形谷、瀑布、曲流峡谷、河流袭夺等。河道变长、河床加深、变宽、变道(游荡河道)。

2、河流侵蚀<淤积

河流中下游因流速减慢、含沙量增大、流量减小等原因,淤积作用逐渐增强。当河流侵蚀量<淤积量时,河流发育有堆积地貌,如:冲积扇、河漫滩、边滩、心滩、三角洲等。河道变浅、变窄、变道(游荡河道)。

3、河流侵蚀、堆积作用交替进行

洪水期(汛期)时,河流侵蚀作用强,原本的沉积地貌可能在短期内呈现侵蚀特征。枯水期(非汛期)时河流流速减小,河流淤积作用增强,原本的侵蚀地貌可能在短期内呈现淤积特征。总而言之,河流地貌就是在“冲”、“淤”之间实现动态平衡。

特别是游荡型河道,每次洪水后在冲刷下都会经历变道,在冲淤平衡中塑造着自身的地貌。


(二)海浪冲淤平衡

冲淤平衡不仅仅指河流,海浪的侵蚀和堆积作用过程中也体现冲淤平衡。

1、海岸冲淤变化

(1)海浪侵蚀>淤积

海浪侵蚀占主导常形成侵蚀地貌,如:海蚀崖、海蚀穴、海蚀柱、海蚀平台等。

(2)海浪侵蚀<淤积

海浪淤积占主导常形成堆积地貌,如:沙滩、沙嘴、沙坝等。

(3)海浪侵蚀=淤积

实现冲淤平衡,地貌不发生变化。这是一种理想状况,不过从长期来看,某地可能会发生动态的冲淤平衡现象。

2、河口冲淤变化

河口地区,河流会从上游携带泥沙入海,并在河口淤积;而海浪、潮汐、洋流等作用会使这些泥沙被侵蚀。这样,河流堆积作用和海水的侵蚀作用“此消彼长”,在河口地区日复一日上演。以河口三角洲为例,其形成就是因河流泥沙堆积,再加上海水的顶托作用,但其大小会受冲淤平衡影响。若洪水期时水量大,河流携带的泥沙多,此时淤积占主导,三角洲面积扩大;相反,枯水期时水量小,河流携带的泥沙少,此时海浪侵蚀增强,三角洲面积又减小。


【知识拓展】顶托作用:

顶托作用,是指在不同水体之间,由于水位、密度等差异,产生的一种相互阻挡和支撑的作用。顶托作用发生时,被顶托的水体流速减慢,水位会雍高,泥沙大量淤积。

举个类似的例子,假如你在一个小斜坡上向下跑步(流动河流),前面一位同学将你拦住(静止海水),你被迫减速下来,你受到了他的“顶托”。

顶托作用常见发生在河流入海口(下图1)、干支流交汇处(下图2)、河流入湖、入库口处(下图3)等。







五、冲淤变化的影响


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1、河流冲淤影响河床的形态以及河流周边的地貌,如常见的侵蚀地貌和堆积地貌。

2、河流河床演变的根本原因是输沙不平衡。若上游来沙量大于本河段输沙能力时,水流不能将上游来沙全部输送走,部分泥沙就将在本河段发生淤积;反之则冲刷。

3、河床淤高使本河段断面减小,比降增大、 流速增大, 因而水流输沙能力逐渐增大,上游河段由于受本河段淤积的影响而产生水流受阻而产生的水位升高现象,水深增大,比降和流速都将减小,水流的输沙能力也相应减小。结果将出现上游来沙量逐渐减少,而本河段的水流输沙能力则逐渐增大,因而淤积将逐渐停止。在冲刷和淤积的发展过程中,河床和水流进行调整,通过改变河宽、水深、比降和床沙组成等使本河段的输沙能力与上游来沙条件相适应,从而促使冲淤向其平衡方向发展。





六、河流冲淤相关案例



案例 1--黄河

黄河每年都会有调水调沙,就是通过水库的大量泄水,以较大的流量集中下泄,形成人造洪峰,加大对下游河床的冲刷能力。

冲淤泥沙,会减少河床淤积。

现阶段黄河下游的淤积主因是来沙量巨大,其淤升幅度受制于河口基准面,属于溯源淤积的性质,解决黄河下游淤积的关键是“抓两头”,即首先减少上游流域进入下游的沙量,特别是粗沙量,其次是减缓河口淤积延伸的速率。

拖淤、挖沙、放淤、调水调沙和借清刷浑等措施均具有局限性,在解决局部淤积问题和兴利方面有实用。

案例 2--崇明岛

夏秋之际,长江洪水和风暴潮是决定崇明岛冲淤变化的两个因素。长江的洪水冲蚀着冲击岛,同时也有长江泥沙的淤积。风暴潮类似涨潮流,起着涨冲落淤的作用。

崇明岛的泥沙主要来自于长江,但黄河泥沙也会因为涨潮流的作用参与长江河口沙洲的建造过程。

崇明岛的冲淤趋势是南岸冲刷,北岸淤积。崇明岛岛南的长江口,南支流在地转偏向力右岸冲刷严重。在岛北,冲淤变化更加剧烈,在地转偏向力的作用下,长江口北支流以涨潮流为主,加速淤积,北支接近消亡。另外,涨、落潮流速减小也过加大冲淤变化的幅度。

案例 3--海河河口修建拦潮闸

我国沿海中小入海河口大量修建拦潮闸,造成入海径流量明显减少以及潮波严重变形,使得闸下淤积问题在泥质河口十分突出,对河口地区的防洪安全和航运产生严重威胁。




七、能力提升



一、(2024·辽宁辽阳·模拟预测)阅读图文材料,完成下列要求。

1999年小浪底水库下闸蓄水,2002年开始实施调水调沙,2015~2016年由于来水来沙太少以至调水调沙中断。黄河调水调沙显著影响了尾闾河道和河口海岸地区的地貌演变。下面左图为2001~2017年黄河尾闾河道冲淤年内变化示意图,右图为1986~2017年黄河尾闾河道月平均径流量变化示意图。

(1)简述2001~2017年黄河尾闾河道冲淤年内差异,并对此做出解释。


(2)与2001~2005年相比,分析2006~2015年黄河尾闾河道汛期冲淤量变化的原因。


(3)结合右图,说明小浪底调水调沙对黄河尾闾河道汛期的影响。



二、(2019·全国卷)阅读图文材料,完成下列要求。

某河发源于美国内陆高山,河流上游河段受季节性融雪和大气降水补给。7 月后主要受降水补给,且降水多为暴雨。该河段流量和含沙量年内变化大,但河面宽度变化不明显。下图示意该河段典型河流断面不同时间的水体形态。

(1) 对该河段河面宽度变化不明显的现象作出合理解释。



(2) 指出4-6月该断面河水深度的变化特征,并说明原因。



(3)分析8月该河段河底淤积的原因。



一、(2024·辽宁辽阳·模拟预测)【答案】(1)年内差异:汛期冲刷量大,非汛期淤积量大。原因:汛期水流快挟沙能力强对河道冲刷,非汛期水流慢泥沙沉积导致河道淤积。

(2)中上游水土保持工作成效致来沙减少;小浪底水库调水调沙使泥沙在库区淤积且减少来沙量;流域内用水量增加致汛期来水量减少。

(3)制造洪峰,使流量和流速增加、冲刷作用增强、减少淤积;控制泥沙输移,遏制下游泥沙淤积;改善下游河道生态环境,促进生态系统健康发展。

【分析】本题以黄河尾闾河道冲淤年内差异为材料,考查陆地水体间的相互关系等相关知识,考查学生获取和解读地理信息、调动和运用地理知识、基本技能、描述和阐释地理事物的能力,以及人地协调观、综合思维、区域认知、地理实践力的学科核心素养。

【详解】(1)在2001~2017年期间,黄河尾闾河道的冲淤情况存在明显的年内差异。在汛期,河道冲刷量较大,而非汛期则淤积量较大。这是因为汛期时,黄河上游来水携带大量泥沙,水流速度快,对河道造成冲刷;而在非汛期,水流速度减缓,泥沙沉积,导致河道淤积。

(2)与2001~2017年相比,2006~2015年黄河尾闾河道汛期冲淤量发生了变化。这主要是因为黄河中上游水土保持工作取得显著成效,导致来沙量减少。同时,小浪底水库的调水调沙措施使得泥沙淤积在库区,进一步减少了来沙量。此外,流域内用水量增加,导致汛期来水量减少,也影响了冲淤量的变化。

(3)小浪底调水调沙对黄河尾闾河道汛期产生了显著影响。在调水调沙期间,通过调整水库下泄流量,人为制造洪峰,使得下游河道流量和流速增加,冲刷作用增强,进而减少了河道淤积。同时,通过调整水库下泄沙量,人为控制泥沙输移,使得下游河道泥沙淤积得到有效遏制。此外,调水调沙还改善了下游河道的生态环境,促进了河道生态系统的健康发展。

二、(2019·全国卷)【答案】(1)(地壳抬升,)河流下切(未摆动);单一岩性(岩性相近)河岸,河岸直立。

(2)变化特征:深度增加。原因:融雪补给为主,流量持续增大,水位上升:融雪补给为主,含沙量小,流速持续加快,侵蚀河床。

(3)降水补给为主,(坡面侵蚀强)河水含沙量大;径流量与流速变率大,流速降低时泥沙快速淤积。

【解析】(1)流量变化大,但河面宽度变化不大,从外力作用上看,说明河岸侧蚀作用弱,以下蚀作用为主;再考虑该河段为什么侧蚀不明显,可能与两岸岩性有关,并且材料图示两岸几乎对称,说明两岸岩性一致并且岩性较硬,河岸陡峭直立。

(2)由图可直接得到,4-6月河水的深度逐渐增加。通过图来看,河水深度增加受两个方向控制,一是水位变高了,二是河床变低了。答案从这两方面组织即可。对于水位升高,河流上游河段受季节性融雪和大气降水补给。7月后主要受降水补给,且降水多为暴雨,因此4-6月河水的深度逐渐增加的原因是融雪补给为主,流量持续增大,水位上升;融雪补给为主,含沙量小,流速持续加快,侵蚀河床。

(3)分析题干,河底淤积首先要有泥沙,然后再有淤积的条件,两者满足之后泥沙淤积。由上题可以分析7月后该河段主要受降水补给,且降水多为暴雨,泥沙可来自于河流上游侵蚀带来的泥沙,河流含沙量大;8月15日前后,水量减小流速减缓,满足沉积条件,泥沙淤积。




END


        


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