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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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12-9 河流的縱剖面與河流均夷觀念
河流的縱剖面,是指一根連接河床表面經過精密測定的各點高度的曲線。圖12-26A為阿肯色(Arkansas)河的縱剖面,B為Platte-South Platte河(位於科羅拉多(Colorado)州與內布拉斯加(Nebraska)州附近)的縱剖面。我們把它們來比較一下,不難發覺它們的縱剖面都是向上彎曲的,即河床的坡度有從源頭向下游逐漸減低的趨勢。一般說來,如果我們將細小的差別略去不談,那麼大多數的大河流,不論其長度如何,水量多寡或是河床的性質如何,它們的縱剖面大致都很相似,因此我們可以推測是來自同一的原因。此即沿著河流每點接近平衡(或穩定)將態的維持。

 


 
當一河流的每點接近平衡的時候,此一河流我們便稱之為均夷河流(Graded Stream)。J. H. Mackin (1948)曾對均夷河流下過一詳細的定義。他說,均夷河流,是指一在流量和河道特性的影響之下,其斜坡本身可從事敏銳的調整,以使流速足以將從上游送來的一切負載物搬走的河流。均夷河流為一平衡的系統,任何控制因素的任何改變,都足以招致平衡向吸收一改變效果的方向移動。此外他認為均夷河流的縱剖面可包括有若干的河段(Segment),每段的性質不同,不過
都是一整體系統中相互有密切關係的部份。
 
均夷河流的縱剖面通常被認為是一和緩而向上彎的曲線,亦即曲線的斜度是有系統的向下游的方向減少。不過事實上一河流往往具有均夷與不均夷的部份。真正的均夷河流的縱剖面也未必一定是作和緩的曲線狀,因為在主要支流會合的地方,下游的坡度往往有顯著的改變。河流縱剖面斜度突然改變的地方,叫轉折點(Knickpunkte or Nickpoint)。
 
河床的斜度向下游有系統的減小,並不是均夷河流縱剖面應有的或是必有的屬性,它是受下列因素所控制的:
 
(一) 水量向下游的增減。
(二) 下游負載數量的改變。
(三) 基準面(Base Level)的改變。
 
現在我們先從第一點來說。一般而論,大的均夷河流的坡度通常比小的均夷河流為低。同樣的,一條由兩均夷河流所併合成的均夷河流,在會合點以下的坡度通常要比上游這兩支流的為低,這是因為河流增大了之後,剖面面積也隨著增大,於是河流流動的磨擦減少。例如圖12-27。

 



 
假如河道兩岸垂直,深度為一呎,那麼三道支流的河岸加起來共有六道。當它們加入了主流之後,結果河岸只剩下兩邊,減少了四個磨擦面,使河流流動的磨擦減少,流速增加,於是從前用來克服磨擦的能,現時則可以用來侵蝕河床,使下游的坡度減低。換句話,河流為了要仍然保持其原來的搬運速度,在流速增加以後,便得調整減低下游的坡度以保持平衡。
 
說到負載的問題。當負載物從支流大量加入以後,均夷河流的反應主要是調整注入點以下的坡度使之變陡。例如在Platte河與密西西比河會合點的下游部份,斜度突然增加,主要是因為Platte河帶來大量的礫石物質到密西西比河中,故須要較陡的河床將之搬走。任何一段河床的加陡,將可以增加此段將負載物搬運至下一段的能力,使下一段的河床又成為平衡變化的地點。
 
第三點是基準面的改變。所謂基準面,即是指一控制河流侵蝕的最低平面。海水平面便是一永久的基準面,也是使河流縱剖面在河口地方變為平坦的原因。這一平面是河流侵蝕低度的極限,河流不能侵蝕到此平面以下的地方。不過海洋雖然是河流侵蝕的最低基準面,但沿著河道如有一水體,或者是特別難以侵蝕的岩石面,則它們亦可以作為臨時性的基準面(Temporary Base Level)。它們之所以被稱為臨時的,是因為在地質時間裡終有一天,它們會被沉積或侵蝕而消失掉。這種臨時的基準面也是控制河流縱剖面改變的因素之一。
 
基準面的上升和均夷河流流道中障礙物的上升是一樣的,此障礙物的高度每上升一點點,其上游的斜度即有變平的趨勢。下游則有變陡的趨勢。改變速度的快慢,視障礙物上升的速度如何而定。若障礙物急速上升,則可在上游形成一湖。基準面的下降和均夷河流河道中障礙物的降低是一樣的,障礙物每降低一點點,即可使其上游的斜度變陡,下游的斜度變平均的趨勢。這是因為流速在變陡的地方將會增大而導致下切,並慢慢切向上游。此種下切將繼續下去,直至斜坡調整至使流速足以將負載物完全搬走為止。
 
河流流量與速度季節性的變化,常常招致河床的侵蝕與填積。不過這些短期的起落變化即使發生過千千萬萬次之多,但河流整個縱剖面的傾斜態勢並無改變,可見均夷河流在敏銳的自我調整當中,已經充分地表現出其為一平衡的系統。
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