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地質學
第一章 概論
第十二章 河流與河流的地質作用
第十三章 地下水
第十四章 風的地質作用
第十五章 冰川與冰川的地質作用
第十六章 湖泊和沼澤的地質作用
第十七章 海洋
第十八章 海水的地質作用 - 海水的剝蝕和搬運作用
第十九章 板塊構造學說
第十一章 地質圖與地質圖的判讀
第十章 地層與地質時間
第二章 我們居住的地球
第三章 礦物
第四章 岩石概論
第五章 火山與火山作用
第六章 風化和土壤
第七章 地質作用、地殼變動與構造運動
第八章 化石與古生物學
第九章 地殼與生物進化的歷程概述
第二十章 環境地質學
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12-6 蜿曲河流的性質
河流在最下游部份的現象,常常和上游的不同。下游的主流常流經一廣闊平坦。河谷特性是斜度甚緩同時不斷作蛇狀的蜿蜒。以密西西比河為例,從伊利諾州的Cairo地方以迄Red River河口為止,便是一段標準的曲流 (圖12-14)。
 
這段河流首尾兩點的直線距離不過六百哩,可是實際上的長度則為一千零五十哩,這種成為彎彎曲曲樣子的河流。叫蜿曲河流(Meandering Stream)。又簡稱曲流。這二名詞常常被誤用,有些人以為只要河道是彎曲的,便都是蜿曲河流,其實不然。Meandering這個字僅指一些流道反覆作S形,同時可以將整個的S型式向下游移動的河流系統。正像一條蛇在緩坡平面上向下游動。

 


 
從實際的觀察研究中知道,蜿曲的大小是與河道的寬窄成比例的。不論河流有無負載,蜿曲都可以形成。蜿曲的型態,顯然是代表了一種穩定的或者是接近平衡的狀態。
 
(一)尖端沙丘 (Point Bars) 
 
上面已經說過,蜿曲的發育與河流的負載並無多大關係。不過很多蜿曲河流都挾帶有大量的泥沙,同時將之沉積在河道每一突出部份,即在河流的「內側」,形成半月形的沙丘,叫尖端沙丘。它的形成,可用河道模型來如以實驗。例如圖12-15的A表示尖端沙丘末發生沉積前的狀態,剖面中的V字是代表流速最大的地方。T字代表擾動最大的地方。當河流從河道右岸凹入的一面,把侵蝕得來的泥沙,沉積在下游速度較慢與擾動較小的左岸凸出部份,便成為尖端沙丘。它們的形成,雖然不是蜿曲發育的必有現象,不過倒可以加速穩定蜿曲型態的發生。
 
(二)曲流的移動 (Migration) 
 
由於河床向下游傾斜,使河岸的侵蝕,在凹入面對上游的一邊比較快,因此蜿曲有慢慢向下游移動的趨勢。這種移動常可造成土地的增加或減少,發生地界的糾紛。我們從河道模型的實驗中知道,假如河岸的物質是均勻一致的,那麼蜿曲是對稱的,同時是以同一的速度向下游移動。事實上由於自然河流的河岸物質永遠不會一致,所以在蜿曲下游的一翼或會受到較強的岩石的阻擋而移動得比較慢,上游的一翼或可能移動得此較快,於是慢慢形成一蜿曲的頸部,最後,河流可在當中穿越而過,形成一頸部截流(Neck Cutoff),將河道縮短。見圖12-16。頸部截流形成以後,先前河流彎曲部份的兩端,漸漸為沖積物所阻塞,形成一湖,因形狀彎曲如牛軛,故名牛軛湖(Oxbow Lake)。它很容易被泥沙所充填,而連同其包圍的面積在內,形成了一曲流疤(Meander Scar)。


 
另一種的截流叫中間截流(Chute Cutoff)。是由蜿曲河流在泛濫的時候,從尖端沙丘中穿切而過所形成的新河道。時間久了,它可以代替舊的曲蜿曲部份而成為主要的河道。中間截流的形成是緩慢的,有時要經過長期多次的泛濫始能完成。
 
自從一七七六年以來,Mississippi河因截流形成的關係而被放棄了的河道共有二百三十哩之多,但整個河流的長度並未為之縮短,因為新的蜿曲同時也在不斷形成。
 
(三)控制蜿曲型態的基本因素。
 
1.河谷的斜度當河谷傾斜軸很陡的時候,如以河流的寬度作為比例,則蜿曲的長度比較大,同時彎曲地方的半徑也比較長,反之,若河谷的斜度比較平緩,正如下游的情況一般,則屈曲的曲率與蜿曲的規模都有增加的趨勢。
2.水量水量的增加,有如在主要的支流合流的地方似的,可使河道加大,形成大的蜿曲型態。
3.河床負載(Bedload)河床負載物的增加可產生大的蜿曲,並使河道加寬與與變淺。如負載減少,例如在河道不易受侵蝕的時候,可使河道變窄變深,且不甚彎曲。
4.沖積層可侵蝕的程度蜿曲河流的河床如果是十分容易侵蝕的,那麼河流便很容易下切,並在原有的泛濫平原下面再形成一個新的泛濫平原,這時候的山流叫下切曲流(Entrenched Meandering Stream)。在新泛濫平原上方的老泛濫平原
   殘餘下來,使成為河流臺地(River Terrace)。下切曲流很難移動,這是因為曲流已經將河床侵切到很深的岩石裡頭,無法再行移動的緣故。
 
(四)洪水控制的工作(Flood Control) 
 
蜿曲河流因為流速很慢,特別容易將負載物沉積下來使河床升高,於是在多雨的季節便常常泛濫,將河水溢出兩邊的天然堤而將較低的地方淹沒,河谷在洪水時期易被淹沒的部份,我們稱之為泛濫平原(FIoodplain)。Mississippi河從Cairo以至河口三角洲這一段的河道兩邊泛濫平原的面積,便有三萬平方哩。不過現在已經有一半以上獲得人工的保護。控制洪水工作最重要而有效的方法,是把過多的洪水用蓄水庫將之蓄積起來,或把過多的洪水將之從特別設計的排洪
(Floodway)中宣洩到別的地方去,這才是真正的防法之道。一般所應用的築堤的方法,僅能達到保護財產的目的,而不能將洪水加以控制。反之,因堤防的出現將洪水約束起來,正有將洪水水位提高的趨勢。不過在歐洲的一些國家仍有積極應用這種方法的。例如荷蘭是一個人口密集而低平的國家,那裡的河流兩旁都築有兩道堤防。在最接近河流邊緣的一道高度不大,叫夏堤(Summer Dike);另一較高而位於夏堤後面相當遠處的叫冬堤(Winter Dike)。夏堤和冬堤之間的地區在每年漲水的季節,幾乎都要遭受淹沒,但在其他的季節卻是一片最肥沃的耕作地。在歐洲,沿著最大的Volga河的兩側,人們也在大規模地採用這種方法。至於一些洪水季節和農作季節一起來臨的地區,這種方法是不適用的。
 
當人口逐漸增加,而且慢慢地移居到低的河谷地區,或者是泛濫平原裡頭的時侯,每年遭受洪水淹沒的損失,自然也隨著增加。尤其是在一些缺乏適當蓄水地點的地區,情形更為嚴重。此如英國便是一個例子,英國因為人口太密,而且缺乏適當的興建蓄水庫的地點,所以只能防止人口中心被淹,其他如農地與牧地便無暇兼顧。興建水庫從事控洪,雖然是一種最有效的方法,但也最費金錢。如果興建一高的水壩的目的僅為控洪,那是不經濟的,因為洪水並不常有。所以現在建築水壩都是多目標的,如同時用來發電與灌溉等等。有時防洪反而成了次要的目的。
 
 
控制洪水的方法很多,玆按其效用的次序列述如下:
 
(一)設計一排洪道(Floodway),以將超過河道最大排洪能力的洪水,從別的地方宣洩出海。此種方法是否可行,要看地形的狀況興土地利用的情形如何而定。
(二)建築水壩,以將洪水截留蓄積起來,加以控制。
(三)用縮短河道與整治河床的方法,以增加河流的排水能力。
(四)用上游防洪的方法。即在各支流上游的適當地點,大量建造小規模蓄水庫的方法。
(五)築堤。

其利弊如下:
 
1.優點有:
     a.可以發揮直接防洪的效果,且費用較低;
     b.將洪水拘束,可增大流速以增加排水的速度;
     c.可引起河床的沖刷將河道加深,並加速河床中粗重物質的移去;
     d.增加洪峰(FIoodCrest)進行的速度。e.建造容易,除防止漏水以外,無須特別從事打基的工作。
 
2.缺點有:
a.增高洪水的水位,使洪水向上游發展;
b.提高地下水面,使農田積水,並使都市下水道排水系統遭受擾亂;
c.增加流速,容易造成航行與停泊的船隻的損失;
d.容易被沖毀,造成決堤的現象,加重人命財產意外的損失;
e.因堤防容易漏水,在堤防後面的土地仍有被淹的可能,故須準備特別的排水系統。

 
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