2.6 流水地貌

在河流相地区，进行大型水利建设工程建筑物存在地基稳定性、渗漏等问题；风电场、民用建筑物，人防工程主要存在地基稳定性、不均匀沉降、地下水影响等地质问题，这就有必要对河流地质地貌的形成、发展进行详细的研究，这样才能对这些地区的不良地质作用成因、地质地貌特征及对工程的影响做出较为准确的评价。进而尽量避开这些不良地质作用地段或采取有效措施进行地基处理。

2.6.1 河流侵蚀及堆积地貌

流水有三种作用，即侵蚀作用、搬运作用和堆积作用。这三种作用主要受流速、流量和含沙量的控制。一定的流速、流量，只能挟运一定数量的泥沙，因此，当流速、流量增加，或含沙量减少时，流水就产生侵蚀作用，并将侵蚀下来的物质运走；反之，就发生堆积。

流水的侵蚀表现为流水对坡面、沟谷和河谷的侵蚀。坡面侵蚀是坡面流水对地表进行面状的、均匀的冲刷。沟谷流水与河流的侵蚀是一种线状侵蚀，表现为下蚀（下切）、旁蚀（侧蚀）与溯源侵蚀（向源侵蚀）三种。下蚀是指流水及其挟带的砂砾等对谷底的侵蚀，其结果使谷底加深。旁蚀是指对谷地两侧的侵蚀，其结果使谷坡后退，谷地展宽。溯源侵蚀是指向源头的侵蚀，其结果使谷地伸长。下蚀、旁蚀与溯源侵蚀是相互联系、同时进行的。

流水对泥沙的搬运方式有两种：一种是流水使砂砾沿底面滑动、滚动或跃动，统称为推移。在水底被推动的砂砾粒径总是与起动流速的平方成正比，而砂砾的体积或重量又与其粒径的三次方成正比，因此，颗粒的重量与起动流速的六次方成正比。这就是山区河流、沟谷中能搬运巨大砾块的原因。另一种是细小泥沙在水中呈悬浮状态移运，称为悬移。但是，被流水搬运的同一粒径的物质，随着流水搬运能力的变化，其搬运方式可发生变化。当水流中的含沙量超过其搬运能力时，即有一定数量的泥沙堆积下来。河流上游大多地处山地和高原，落差大，水流急，河谷深切而狭窄。

地表流水是一种非常重要的外力作用。即使在干旱少雨的荒漠地区、寒冷的高山高纬度地区，它的作用也是不容忽视的。在陆地地貌的形成与发展过程中，地表流水是一个最普遍、最活跃的因素。地表流水主要来自大气降水，由于大气降水在地球上分布较普遍，所以流水作用形成的地貌在陆地表面几乎到处都有。大气降水受不同自然地理条件控制，各地降水的性质和强度差别很大，加上其他条件的影响，致使流水地貌形态十分复杂。

地表流水可分为暂时性流水和经常性流水。前者指降雨时或雨后（或融冰化雪时）很短时间内出现的流水，后者指终年保持一定水量的河流。两者不仅时间上有所差异，更重要的是水文状况不同，因此暂时性流水形成的地貌与河流地貌在形态上有明显的不同。根据流水在地表流动的方式可分为无槽流水和有槽流水两种。无槽流水指流水在地表流动时无固定明显的沟槽，如雨后斜坡上薄层片流和细小股流。有槽流水是指汇集在谷地中的流水，它包括暂时性流水的冲沟流水（洪流）和河流两种。由地表流水作用（包括侵蚀、堆积）所塑造的各种地貌，统称为流水地貌。流水侵蚀作用形成的地貌称为流水侵蚀地貌；流水堆积作用形成的地貌称流水堆积地貌。

片流在一般情况下并不形成明显的地貌，它只是把斜坡上的风化碎屑物质集中到低处，为其他外力作用提供可搬运的物质。洪流或冲沟流水侵蚀地貌主要是各种形式的冲沟，在半干旱和干旱的我国西北地区，这类地貌分布相当普遍，它的堆积地貌主要是分布在沟口的洪积锥（扇）和山麓倾斜平原。河流侵蚀地貌主要是各种类型的河谷，它的堆积地貌主要有河漫滩、河流三角洲等。

2.6.2 河谷

河谷是河流挟带着砂砾在地表侵蚀塑造的线形洼地，是一种形态组合。

2.6.2.1 河谷的剖面形态

1.河谷横剖面

河谷由谷底、谷坡和谷缘（谷肩）形态组成。谷底包括河水占据的河床和洪水位能淹没的河漫滩，特大洪水淹没的部分是高河漫滩，常年洪水能淹没的谷底部分是低河漫滩。谷底变化很大，有的只有河床没有河漫滩，有的河床和河漫滩都很发育；谷坡是由河流侵蚀形成的岸坡，大部分发育河流阶地；谷缘是谷坡上的转折点，它是计算河谷宽度、深度的标志。

2.河谷纵剖面

河流平水期占据谷底的低凹部分，从河源到河口河段的河床过水断面最低点的连线称为河床纵剖面。河床中水流的侵蚀、搬运和堆积作用有自动调节功能。气候变化、构造运动、侵蚀基准面升降和物质组成对河床纵剖面影响都比较大，其中构造作用对河床影响最大，当活动断层与河流相交使上游段上升，下游段下降，在构造运动方向转化的地段，河床纵剖面坡度要比正常坡度陡，由于水流速度加快，侵蚀加强河床下切并不断溯源侵蚀，河床中形成裂点，纵剖面呈波折形裂点以上的河床为上升段，沉积物厚度较小，河床相沉积以较大砂砾石为主；在下降河段，河床比降减少，水流速度减慢，堆积作用加强，河床相沉积物颗粒较小，而且厚度增大。当建筑物置于古河床裂点部位时，不均匀沉降的地质问题就比较突出。

河谷纵剖面有凹形、凸形、凸凹形，如长江纵剖面呈下凹多级阶状，四川宜宾以上、宜宾到湖北监利及以下形成三个一级阶域，反映了流经地区大地构造、新构造运动和区域地貌的明显差异。每个一级阶域，由于区域构造和新构造运动的影响而包含若干个次级阶梯。长江九江以下纵剖面位于海平面以下，与末次冰期海平面大幅度下降有关。

在一定范围内的一些河流裂点如果能连起来并延伸数千米甚至上百千米，称为河床变形带。平原区由于地表有松散沉积物覆盖，基底断层活动形成的裂点没有山地河流明显，如将不同河流的变形段相连而成带状分布，则是基底断层活动的表现。

断层活动在河床中形成裂点后，由于河床水流溯源侵蚀，裂点不断向上游迁移而远离断层，形成裂点的初始位置，因而时间久远的大裂点附近并没有相应的活动断裂。例如山西黄河壶口瀑布虽然是一个规模大的裂点，在裂点附近并没有相应的活动断裂，但在它下游65km处的禹门口有一大型韩城活动断裂与黄河相交，晚更新世时该断裂活动使龙门山地抬升，黄河在禹门口形成裂点并不断向上游迁移到达今天壶口瀑布的位置。

2.6.2.2 河谷的发育阶段

河谷的发展过程在基岩山地河谷的横剖面发展过程最为清楚，经历了V形河谷、河漫滩河谷和成形河谷三个阶段，每个阶段纵剖面都有相应的变化。

1.V形河谷

V形河谷是山区最常见的一种河谷，又称为峡谷。这类河谷具有V形河谷横剖面，谷地两壁险峻陡峭，谷底几乎全部被河流占据。谷地狭窄，深度大于宽度。其中谷坡陡直，深度远大于宽度的峡谷称为嶂谷。从河流发育阶段看，V形谷属幼年河谷，它反映了河流处于幼年发育阶段，河流以加深河床的深向侵蚀为主，侧向侵蚀作用不明显。在构造运动上升区域，河谷谷坡由坚硬岩石组成的地段，当地面抬升速度与河流下切作用协调时，最易形成V形河谷。河流上游深向侵蚀作用十分显著，河谷横剖面也多呈“V”字形。

V形河谷在河流形成早期（河谷上游、坚硬岩石或地壳上升期）以垂直侵蚀为主，河流深切基岩，形成河身直，河床坡度陡，急流险滩多，水流湍急，岸边崩塌发育，断面狭窄的V形河谷。V形河谷在不同发育阶段有不同特征，分为为隘谷、障谷和峡谷。

（1）隘谷：谷坡陡峭或近于垂直，河谷的谷缘宽度与谷底几乎一致，河谷极窄，谷底全部为河床占据。

（2）障谷：隘谷进一步发展而成，两岸仍很陡峭，但谷底比隘谷宽，常有基岩或砾石裸露，谷底部分被水淹没。

（3）峡谷：是隘谷和障谷进一步发展而成，峡谷横剖面呈明显的“V”字形，有的呈谷中谷现象，陡峻的谷坡上有阶状陡坎。谷底出现岩滩和砂砾滩，但后者不稳定。峡谷谷坡上的阶状陡坎有两种成因：一种为地壳间歇性上升地区河流侧向侵蚀作用在基岩上形成的侵蚀阶地，其上可能有少量的冲积层，如三峡的五级阶地；另一种为受水岩层控制，软硬岩层遭受差异剥蚀作用形成构造剥蚀后台阶，其高度和分布比侵蚀阶地变化大，其主要有风化角砾而无冲积层。

2.河漫滩河谷

河流长期侧向侵蚀作用的结果使谷底加宽，形成河漫滩河谷。河流在谷底仅占一部分面积，其余都是河漫滩。河谷谷底宽度与河流大小、发育的时间长短、地壳运动稳定与否等许多因素有关。形成河漫滩河谷后，河流在自己形成的谷底平坦地面上蜿蜒流动，完全不受谷壁的限制，这种河曲称为自由河曲。

河谷形成发展中期（或河流下游、沉降区和软弱岩区等）河流纵剖面通过溯源侵蚀、瀑布和退后等过程已经变得比较平缓，曲流的形式和演变成为河流作用重要的方式，河流进入侧方侵蚀为主要阶段。通过曲流反复侧向移动，削平旧的地貌，塑造出宽广的河漫滩，即河漫滩河谷在两条以上河流（或主支流）同时或交替侧蚀泛滥形成冲积平原区（尤其是沉降平原区），有时甚至分不出河流之间的分水地区。蛇曲、湖泊、低丘和岗地构成的主要地貌形式，地下则淹埋有不同时代的冲积-湖积层。

3.成形河谷

在河漫滩形成以后，由于地壳上升，河流垂直侵蚀作用加强，河流下切，于是河流转化为不受洪水淹没影响的河流阶地，发育有河流阶地的河谷即为成形河谷。成形河谷中每一次侵蚀基准面下降都会引起河流溯源侵蚀，溯源侵蚀所达到的某一段河床纵向陡坎（坡折）也称作裂点，一系列裂点与一系列河流阶地对应。这种裂点不同于河床上的硬质岩体形成的岩坎，它不受岩性控制，在软硬岩层中都可以形成。它代表一次侵蚀旋回。

2.6.2.3 河流侵蚀基准面

河流侵蚀基准面是限制河流侵蚀下切作用的下限水体面，在侵蚀基准面以下河流不发生大规模的侵蚀下切作用。

海纳百川，海平面是控制入海河流的侵蚀基准面，又称终极侵蚀基准面。在一条河流上有若干个对其上游河段有一定控制作用的局部侵蚀基准面，如河床上的岩坎、大型河曲、主流面。侵蚀基准面变动，引起河流的侵蚀与堆积作用（冲淤关系）调整：侵蚀基准面下降，河流坡度变陡，流速加快，动能加大，使河流侵蚀加强，河谷加深，沿河两岸地下水位降低；侵蚀基准面上升，河流流速减慢，动能减少，堆积作用加强，侵蚀减弱，河床中的堆积物体积增大，覆盖层变厚，沿河及河谷两岸地下水位升高。

2.6.2.4 河谷类型

河谷按成因可分为侵蚀谷、构造谷和多成因谷三类。

1.侵蚀谷

河流所切割成的河谷都属于侵蚀谷。在软硬岩层交替河段，软岩层河流侵蚀下切快，易拓宽，河床坡度缓，河道易弯曲；在坚硬岩层中河流下切较慢，河谷较狭窄，河道一般较直，河床坡度较陡。

2.构造谷

由构造作用地壳错动形成的洼地（向斜、背斜、地堑、断层等）后由流水作用所形成的河谷或顺应构造软弱带（节理密集带、断层带、背斜轴部）所塑造的河谷，称为构造谷。其走向与地质构造走向一致。各种构造谷及其与地下水的关系和重力作用发育条件见图2.2，有单斜谷、背斜谷、断层谷等。实际上构造谷是侵蚀谷的一种特殊形式或者侵蚀谷与构造谷在大型河流中交替出现。

图2.2 构造谷类型

A—断层单斜谷（河谷沿软弱岩层下移）；B—断层地堑谷；C—向斜谷；D—背斜谷

3.多成因谷

多成因谷是指受冰川（冰前期、冰后期）、岩溶（岩溶地表水、地下水活动形成的河谷）、火山（火山裂隙处发育的河谷）及风力作用形成的河谷。

2.6.2.5 河床

1.河床类型

河床是河道中被流水占据的谷底部分。河床按形态和弯曲度分为顺直微弯型、弯曲型、分汊型和游荡型。

（1）顺直微弯型河床。河段顺直或略有弯曲，但主流流路依然弯曲，因此深槽、浅滩交错出现，两侧的边滩犬牙交错。

（2）弯曲型河床。也称蜿蜒性河道，具有迂回曲折的外形和蜿蜒蠕动的动态特性，在世界上分布很广。典型的弯曲型河床平面形态为弯段和过渡段相间。弯段为深槽所在，过渡段为浅滩所在。

（3）分汊型河床。这种河床河身宽窄变化，窄处为单一河槽，宽段河槽中发育沙洲、心滩，水流被洲、滩分成两支或多支，汊河、沙洲发展与消亡不断更替，洲岸时分时合。随着主流线移动和冲刷，常伴有规模不等的塌岸，会造成重大灾害，汛期尤为严重。沙洲形成从心滩开始，一旦洲滩发展，便使过水断面缩小，流速增大，促使两岸或一岸冲刷后退。

（4）游荡型河床。河宽水浅，河道极不稳定。有时河床不断淤积形成地上悬河。平水期沙滩较多，水流离散，甚至主、汊河道难分。洪水期一片波涛，河床微地貌易于变化，甚至发生溢洪导致水灾；如果久旱则造成河流断流。其动态变化取决于上游来水来沙和河床边境条件。

以上各种河床类型可在一条河流中出现，形成宽窄不同、形态不同的河段。不同河段连接处（或过渡段）为节点，节点上下河床相对稳定，一旦节点破坏，会引起节点以下一个或多个河床冲淤平衡发生变化。河床类型研究对河流段或古河床地段建筑各类建筑物的地基成因分析有很大帮助，尤其对于风电场在河床相地貌单元采用桩基础型式的选择十分重要。因此，根据地貌特征判断引起河床演变规律是一件非常必要的工程地质分析工作。

2.河床地貌

（1）河床侵蚀地貌。河床基岩经流水侵蚀形成的地貌，有岩槛、壶穴、深槽。其地貌特征如下。

1）岩槛：是横卧于河床上的坚硬岩石被侵蚀成的陡坎。岩槛在溯源侵蚀中一般往上游徐徐后退，又称“岩坎”或“岩阶”。槛高大于水深时形成瀑布，其下的冲蚀坑称为潭。岩槛被破坏后，残余基岩略高于床底构成险滩。高出河水位的基岩形成河中岛。岩槛往往是浅滩、跌水和瀑布的所在处，并构成上游河段的地方侵蚀基准面。岩槛的形成与构造和岩石性质有关。有活动断层的河段河床可以直接形成岩槛，穿插在基岩中的岩脉也可形成岩槛。后退速度在美国和加拿大间的尼亚加拉大瀑布为130cm/年，山西黄河壶口瀑布为5cm/年。若河底基岩倾向下游且上游端坚硬岩石之下软弱岩石被蚀空时，岩槛因崩塌可微移下游一侧。

2）壶穴：河底漩涡流携带着砂砾旋转磨蚀河床基岩，久而久之在河床基岩中形成的圆坑，壶穴直径从一米到六七米，深一米至十几米，瀑布下冲处，坑深可达20m以上。在河流强冲刷地带（或时期）壶穴成群出现。

3）深槽：河床中除凹岸容易发育深槽外，有的地方发育深达几十米深的槽形坑，如大渡河铜街子深达70m。一般认为入海河流冲槽的形成与末次冰期低海平面河流深切有关，此外与河床存在的软弱带（节理密集带、断层、风化岩石带及岩溶）受冲刷有关；也有人认为长江上游某些地段深槽与古冰川侵蚀有关。

深槽是一种普遍存在的河床地貌形态。弯曲型河道的弯顶上下端为深槽，两弯之间的过渡段为浅滩。顺直型河道的深槽出现于主流弯曲的弯顶处，两个深槽之间的过渡段为浅滩。深槽和浅滩的存在，使河底纵剖面表现出一系列的起伏。其空间分布服从一定的规律，相邻两深槽的平均间距大约相当于河宽的5～7倍。深槽-浅滩地形的演变具有多年及年内周期性变化。

（2）河床堆积地貌。河床堆积地貌有边滩、心滩、沙洲和河漫滩等。

边滩是河床中常见的堆积地貌，又称点坝或滨河床浅滩。边滩发育于河床凸岸，在曲流侧移过程中，横向环流的底流侵蚀凹岸的同时，将砂砾横向搬运到凸岸堆积而成。边滩在平水期，以枯水位岸线与河床分开，而洪水期被淹没并形成一道道天然沙堤，洪水位与平水位交替，加上河曲向上游蠕移，在凸岸形成一系列向上游张开、往下游收敛的弓形堤称迂回扇。这种现象在航空照片和卫星照片上显现得很清楚。

心滩与沙洲：心滩是河床中水流遇阻形成的水下不稳定砂质堆积体，平水期也不露出水面，洪水期可徐徐向下游移动。稳定下来并露出水面的心滩便转化为沙洲。

河流主流线（主动力轴线）摆动、洪水流量大小、沿岸岩性、地貌和人为活动（筑堤或河道中建筑物）对河床中的洲、滩和汊河形成发展有重要影响。河床不稳定，即洲、滩汊河受冲淤转换而变化快，反之，在人工堤坝约束内河床与周边条件逐渐适应而达到一种相对平衡则河床相对稳定，不致造成大的灾害，一旦平衡被破坏就容易发生灾害。

河漫滩：河漫滩按形态分为平坦河漫滩与凸形河漫滩；从物质成分组成可分为堆积河漫滩和石质河漫滩，后者只存在于山地河谷少数地段。

平坦河漫滩：河漫滩表面平坦或微向河床倾斜。其上游牛轭湖、沿河沙坝、湖泊和小河等微有起伏。这类河漫滩发育在推力较大的沿岸，是常见的形态。

凸形河漫滩：凸形河漫滩发育在平原区负载大、推力小的地上悬河地带，上游来沙特别多，河床不断淤高，两岸形成天然堤，一旦有较大洪流，洪水易于漫溢，甚至发生河堤溃决和河流改道。历史上多次改道的黄河下游，含沙量大时高达1500kg/m³，使河床逐年淤高7～8m，河床比堤外地面高数米，是黄河凸形河漫滩，成为华北平原与黄淮平原分水岭。

长江中游荆江河段，自宋朝筑堤以来至今约800年，因地壳下降河床淤高，洪水位相对上升了11m（20世纪60年代就上升了约1.8m）。地上悬河除河床淤高外，地壳下降（如松辽、黄淮和江汉三大平原）和海平面上升对入海河流的顶托也都有影响，使之成为易发洪灾的环境脆弱地带。从河谷到河间洼地，岩性和地质结构复杂多样，地表水补给作用加强，河堤流沙和管涌并存，属于复杂的地质环境地段。

河漫滩形成分为雏形河漫滩、原始河漫滩、河漫滩三个阶段。

河漫滩形成早期，谷窄，洪水占据整个谷底，水层厚，流速高，只有少量沙粒在河床微凸处能堆积下来，形成雏形河漫滩，但不稳定易被后续洪水冲走。

随着曲流侧移，河谷不断扩宽，使洪水期水流厚度变薄，主河床与砂砾堆积体上流速发生差异，有更多的沙粒在凸岸堆积下来，成为稳定的堆积体，即原始河漫滩。

当曲流侧移，使河谷展宽若干倍早期河谷。洪水期主河槽内原始河漫滩砂砾堆积体上的水流厚度和流速差异很大，洪水仅把细粒悬移质带到展宽的砂砾体上沉积下来，形成下部为河床相砂砾、上部为河漫滩相细粒亚黏土冲积层二元结构时，形成河漫滩。

河漫滩上曲流（河曲）是在河流因堆积而发生主流线弯曲与水流总的向前运动和横向环流叠置作用下发展的，沿岸岩性和崩塌也有一定影响。曲流变化是影响沿岸河道环境变化的重要因素。一旦河床弯道形成，主流对顶冲区的冲蚀和松散岩石的崩塌等环境作用对沿岸建筑物有较大影响，它会使凹岸因冲刷、崩塌、后退而更加弯曲，凸岸泥沙则不断堆积而越来越厚，形成对称或不对称的弯曲相连的河道，称为蛇曲或自由河曲。在曲流蠕移发展中，由于S形扩展，一个曲流环因凹岸撇凹和凸岸增长使其弯道弯曲度达到最大和曲率半径达到最小时，曲流颈（曲流环上下端）就会变得较窄，一到汛期较大洪水就会发生曲流颈部贯穿，使河道裁弯取直。上述曲流蠕移和河道裁弯取直现象是全新世以来河道主要变化特征之一，可以反复出现。这一过程有时很快，如我国长江下荆江河段近200年来发生河道自然裁弯取直十余起，尤其是下荆江河段石首附近六合院曲流在1958—1971年凹岸后退基础上，于1972年7月19日发生曲流颈部贯穿，还有尺八口和城陵矶曲流蠕移的S形扩展很明显；美国的密西西比河一般100年内河道自然裁弯取直13～15起。河道裁弯取直可缩短航距，但由于冲淤变化也可能发生河道堵塞现象。曲流的S形蠕移扩展与曲流颈贯穿对沿岸城镇及建筑物的选址有重要影响。

河道裁弯取直后遗留下的弓形废河道成为牛轭湖。新构造运动抬升影响下切的曲流，其新旧河道之间的丘陵高地称为离堆山。

2.6.2.6 河流阶地

1.基本概念

河流两侧阶梯状的地形称为河流阶地。阶地在河谷地貌中较普遍，每一级阶地由平坦的或微向河流倾斜的阶地面和陡峭的阶坡组成。一条经历长期发展过程的河流，两岸常出现多级阶地，由河流河漫滩向谷坡上方，依次命名为一级阶地、二级阶地、三级阶地等（图2.3）。位置愈高的阶地形成的时间愈久，因而受破坏程度也愈大，反映在形态特征上也往往很不明显。阶地的形成，主要是因为河流在以侧向侵蚀为主扩展谷底的基础上，转为深向侵蚀为主加深河谷，前者形成河漫滩或谷底平原，后者将河床位置降低到河漫滩或谷底平原以下。因此阶地面实质上是古老或早期的河漫滩，而阶坡则是河流深向侵蚀作用所形成的谷坡。河流侵蚀作用改变的原因往往是地壳运动或者相当大范围气候的变化。

图2.3 河流阶地剖面图

2.河流阶地形态要素与结构

河流阶地由阶面、阶坡（侵蚀陡坎）、前缘、后缘等要素组成。河流阶地高出河流平水位的高度，称阶地高度。在阶地系列中常有多级阶地。阶地规模小时，阶地高度以阶面河拔高程为准；阶地很宽时，应取近岸、中部和阶地后缘3个高度平均值代之。

河流阶地结构指阶地横向上冲积物与其他沉积物的关系。由于阶地形成过程中谷坡上的片流和重力作用同时进行，因此来自谷坡上的坡积物、重力堆积物（乃至老冲积物）在阶地后缘部分与冲积物犬牙交错（有时也覆盖于阶地面上）。这些沉积物不仅使得阶地后缘增加高度，也会引起工程地质条件发生变化。

3.河流阶地形态类型

河流阶地形态类型是根据阶面与阶坡组成物质、阶地基座高度和阶地冲积层时代与接触关系划分的，分为侵蚀阶地、堆积阶地和两者过渡的基座阶地3类6种形式（图2.4）。

（1）侵蚀阶地。阶地的阶面和阶坡均由基岩组成，阶面上保存有不厚的冲积层或残余冲积砾石。侵蚀阶地发育在河流上游或新构造运动强烈上升地段［图2.4（a）］。

（2）基座阶地。阶面和阶坡上部由冲积物组成，阶坡下部露出基座。基座可以是基岩，也可以是比冲积层老的松散堆积物，两者由侵蚀面分开。基座阶地发育在河流上游和新构造运动上升较强地段［图2.4（b）］。

以上两种阶地是侵蚀基准面下降时，河流都深切到河床冲积层以下的基岩中，并使其露出水面以上。以下几种堆积阶地却没有这种特征。

图2.4 阶地类型示意图

（3）嵌入阶地。阶面和阶坡都由冲积物组成，不同时代冲积物为嵌入切割接触，低阶地面高于高阶地基座面。嵌入阶地也发育在新构造上升区，但上升强度比前两种阶地上升弱［图2.4（c）］。

（4）内叠阶地。阶面和阶坡都由冲积物组成，新老阶地冲积层呈切割关系，但各阶地基座近于同一水平，反映河流每次下切到基座高程为止。此种阶地也发育在以上升为主的地区［图2.4（d）］。

（5）上叠阶地。阶地由不同时代的冲积物上叠组成，新阶地叠置于老阶地之上，且分布于老阶地内。这种阶地发育与新构造运动升降交替的过渡带，下降期沉积较厚冲积层，上升时河流未切穿老冲积层［图2.4（e）］。

（6）掩埋阶地。前期河流阶地被后期河流冲积层掩埋［图2.4（f）］。这种阶地与掩埋河谷的区别在于后者是在地壳连续沉降时，被后期冲积层掩埋的河谷。至于坡下阶地是指由于斜坡重力作用，使下滑重力堆积或坡积物掩埋的河流阶地［图2.4（g）］。

在河谷横剖面上，不同时期阶地组成的河流阶地系列，很少有单一类型的阶地，大都是不同类型的组合。沿河床两侧，河流阶地可以对称或不对称分布，阶地的不对称分布（或河谷不对称）与下列因素有关：当时曲流往一方摆动、新构造运动有活动性断层存在、原始地面倾斜和经向河流的科里奥尼效应等使河流阶地沿岸比另一岸发育。一般来说，平原河谷大多是堆积阶地，而在山区多发育侵蚀阶地。

4.河流阶地的研究

首先要排除和识别地滑、洪积扇和冲出锥阶地、构造剥蚀台阶和人工陡坎等非河流成因的阶地。沿河流阶地发育地段（如曲流地段）做若干个河谷—阶地横剖面图（阶地位相图）用以研究新构造运动。编制阶地位相图，首先要根据各横剖面上河床平水位高程选择比例尺，其垂直比例尺应大于水平比例尺，然后按比例把各阶地高程画在各横剖面所处的河谷纵剖面之上，最后把同一时代河流阶地拿直尺连接起来，即河流阶地位相图。图上可以反映新构造运动的隆升、差异运动和断裂活动等。用河流阶地位相图研究新构造运动是一种成熟有效的方法。若河流某段形成于地壳上升之前，在隆升过程中其流路不变而只下切，河漫滩或阶地发生背斜状变形，称为先行河谷地段，这是一种重要的局部新构造运动上升的地貌标志。若在地壳上升过程中河流下切不厚的松散覆盖层，下切到其下早已形成的褶皱中称后成谷（或叠置谷），无局部隆升意义。

（1）间歇性新构造运动地壳相对稳定阶段，河流以侧蚀为主，形成河漫滩和冲积层；地壳上升阶段则河流以深切为主，使河漫滩转化为河流阶地。穿越山地和平原（或盆地）的河流因山地与平原相对间歇性升降运动都会引起侵蚀基准面变动，导致河流阶地沿主流和支流同时发展，故间歇性新构造运动是河流阶地形成的主要原因。

（2）气候变化冰期与间冰期的交替，导致入海河流的侵蚀基准面（海平面）的升降，是入海河流阶地形成的原因。在山岳冰川地区，由于冰期强烈的物理风化作用，使大量的碎屑进入沉积物并滞留谷中；间冰期（或温润期）河流功能增大，切入沉积物，形成阶面上微凸的共性阶地，此类阶地多见于山地部分河谷地段，与新构造无关。

（3）其他原因曲流从上游往下游摆动、河流袭夺、地方性侵蚀基准面变化等都会形成局部阶地。

2.6.2.7 冲积物

河流沉积作用形成的堆积物称冲积物或冲积层。冲积物碎屑来自上游集水区、河底及河岸基岩、谷坡上的重力堆积物、坡积物、老冲积物和冰积物等。陆地上的大部分建筑物的细骨料都产于冲积物之中。同时，冲积物也是平原区地下主要含水层系和各类工程建筑的地基。

（1）冲积物的类型。主要有7种类型，分别是河床堆积物、河漫滩沉积物、牛轭湖沉积物、心滩（或沙洲）沉积物、天然堤堆积物、河间洼地沉积物、决口扇堆积物。其中河床堆积物、河漫滩沉积物和牛轭湖沉积物是冲积物主体，其他几类可视为这三者在一定条件下的变异。

1）河床堆积物：形成在流速高和流动变化大的河床范围内，平水期大部分在水下。据横向沉积环境的不同可分为蚀淤堆积物、滨主流线堆积物和滨河床浅滩堆积物。

蚀淤堆积物形成主流线高速深水区，细粒不断被冲走，以粗粒为主，重矿物多，呈透镜状位于砂砾层底部。

滨主流线堆积物形成于主流线与滨河床浅滩间过渡带。这里河床坡度较陡，流速较大，流动强度变化大，冲淤变化频繁，是一个不稳定的地带。堆积物以推移和跃移砂砾为主，砂砾和砂质透镜体交错组成不规则大型交错层理或斜层理，砂砾石呈定向叠瓦式排列，砂砾石一般磨圆度较好。

滨河床浅滩堆积物（边滩堆积物）形成在底流速度较低，水流较稳定地带，以跃移的沙质堆积为主，沙有时沿河床成片分布，在流水驱动下形成一系列往下游移动的脊线与底流方向垂直的小型水下沙丘，由于沙丘受到冲刷和叠置形成大型板状交错层或倾向下游方向的斜交层理。

2）河漫滩沉积物：洪水漫出河床在宽广的河漫滩（泛滥平原）沉积大量悬移细粒沉积物，即河漫滩沉积物。从近河谷到谷坡，河漫滩沉积物从粉细砂至亚黏土到黏土，厚度也随之变薄，可分为滨河床沙坝、河漫滩沿河和河漫滩内部三个沉积带。

滨河床沙坝带为洪水溢出河床后的沙坝形成带，沉积物主要为细粉砂，与滨河床浅滩上部细粒砂呈过渡关系，发育小型波状层理。

河漫滩沿河带位于滨河床沙坝之外，是洪水悬移质主要沉积带，以亚黏土与亚砂土互层为主，发育细小水平层理。

河漫滩内部带远离河床靠近坡麓，以黏土沉积为主，具水平细微层理或隐层理。由于沉积缓慢，成土作用明显，故夹有薄层腐殖土或有机沉积物。

以上各带在水平方向上呈过渡关系。由于每次洪泛范围不同，各带沉积时有垂向上相互叠置，具有不同形态的细微层理，随着曲流侧移不断进行，河床各类堆积物的不同岩相平移叠置，构成一个从下往上由粗粒大型斜层理往上逐渐转变为细粒、细小层理组成的地质结构。

3）牛轭湖沉积物：包括河漫滩上因曲流变化而废弃的河道和汊被堵塞发展而成的湖沼沉积物。这一类沉积物位于河床沉积物之上。较大规模的牛轭湖沉积物环境安宁（偶尔有泄洪干扰），植物、水藻和软体动物生长繁盛，由于有机物分解介质呈还原环境，牛轭湖沉积物一般为黑色—蓝灰色淤泥，具锈斑，有机质丰富，水平细层理发育，偶夹泄洪质透镜体，这类地层具较强的压缩性，压缩模量较低，常具有膨胀性，工程地质性状不良。

4）心滩（或沙洲）沉积物：心滩沉积物是河床处于汊河迁移多变环境中的河床沉积物。心滩、汊河多变，洪水冲刷频繁，水浅流急，沉积过程复杂、岩相纵横变化大。其总的特点是心滩沉积物头部核心部分相当于滨主流线沉积的砂砾或含砾砂，发育大型槽状交错层，往上过渡为滨河浅滩沉积物，发育槽状层理；心滩尾部受洪水冲刷并往下游移动，发育有向下有倾斜的层理。

心滩沉积物顶部的河漫滩细粒沉积物不及沙洲沉积物发育。浅滩沉积物与心滩相似，常遭受冲刷难以保存下来。

5）天然堤堆积物：是洪水溢出河床流速锐减在河岸边形成的堤状堆积物，以粉细砂为主，夹薄层黏土，反映其形成的间歇性，发育小型，斜层理。横断面呈透镜状，外侧坡缓，与河漫滩亚黏土呈过渡关系，向河床一侧坡陡，向河床沉积过渡。

6）河间洼地沉积物：包括两河之间的平原区泄洪洼地沉积物。洪水溢出河床，在地上悬河河间洼地较低处积水形成半永久性或临时湖沼，沉积环境具有河漫滩沿河带与牛轭湖性质。沉积物以悬移质亚砂土和亚黏土为主，具有细微“纹泥状”水平层理。每次沉积的亚黏土和亚砂土的厚度薄则几毫米，厚则1～2cm，以亚黏土为主沉积时层理不发育。湖沼沉积物厚度几十厘米到数米不等，气候干燥时可发育盐渍土夹层。

7）决口扇堆积物：洪水冲破河堤（天然堤或人工堤）沿缺口突然向外分流，甚至改道，并迅速堆积成决口扇形的堆积物。扇形堆积物泄流方向与主流方向偏离显著，向平原低地倾斜，扇面发育网状细流。沉积物以含砾砂、细粒为主，有时发育急流交错层，上覆较厚的洪峰期后的悬移亚黏土层。

除以上冲积物外，冲积平原冲积物系统中还夹有小河、河漫滩上积水洼地等小规模沉积物。

关于冲积物的厚度，在堆积平原（或断陷区）常以冲积物厚度来估算地壳沉降量。但应注意，在没有地壳下降背景时，冲积物厚度值大约相当于洪水高程与深水区高程差值，称为正常厚度冲积层。若地壳强烈沉降，冲积物厚度很大，则应减去正常厚度后再用余值估算沉降量。一般地壳沉降产生的超厚度冲积物中，夹有代表地面环境沉积的牛轭湖沉积物、古土壤和风化层等标志沉积物。

（2）冲积物的组合。冲积物在不同气候带和地貌环境中有不同的组合特征。

主要的冲积物地貌组合归纳如下。

1）山地河流冲积层组合：山地和剥蚀丘陵区河流冲积物和河漫滩堆积为主。河床堆积物厚度较大，以砂砾为主；河漫滩沉积物堆积较薄，常有砂矿形成。

2）冲积平原（含大型沉降盆地）河流冲积层组合：以河床、河漫滩、河间洼地和牛轭湖沉积物为主，含天然堤和决口扇及小河与河漫滩湖沼沉积物。这里河漫滩亚黏土、黏土沉积厚，河床沉积粒度比山地河流细，以含砾砂或砂为主。沿河流纵向，从上游往下游，河床顶、底板高程降低，平均力度变小，悬移质含量增大；横向上从河床轴线往两侧河床沉积厚度变薄，平均粒径变小，粉砂与黏土含量增大。依据上述变化趋势，配合结构、构造和地貌研究，并以钻孔岩心提供的地层变化组为依据，用统计分析的方法就可以划分不同时代和深度古河道的工程地质特征。

3）辫状河沉积物：主要为心滩（或沙洲）沉积物与河漫滩沉积物组合，可见于平原或山地河流部分地段与冰川端网状河流地段。

另外，热带因化学风化作用和岩溶区溶解作用加强，冲积物河床厚度不大，砾石也较少。干旱区沟谷发洪水时水浅流急，不厚的冲积物中平行层理发育。

2.6.3 暂时性流水地貌

2.6.3.1 暂时性流水地貌类型

在暴雨或大量积雪消融时，所形成的瞬时洪流称暂时性水流。洪流一般历时短暂，流速大，紊动性强，流程短。洪流与河流相比具有更大推力，其搬运的颗粒大于河流，分选作用比河流差，地貌塑造堆积过程更具急进性，并常伴有灾害。暂时性流水形成的地貌类型分为侵蚀地貌及堆积地貌，见表2.1。

2.6.3.2 暂时性流水地貌及堆积物

1.冲沟及冲积锥

冲沟又称侵蚀沟，是发育在坡地上的小型流水侵蚀沟谷，冲沟的形成与发展经历了纹沟、细沟、切沟、冲沟、坳谷阶段，它与片流冲刷同样是造成水土流失的主要因素。

冲积锥又称冲出锥，是暂时性水流在沟口形成的小型洪积物形态。其分布无地带及气候意义，其面积大小仅几平方米到几十平方米。冲出锥坡脚比洪积扇陡，可达18°左右。沉积物顶部由角砾、砾石、砂等粗碎屑组成，分选性差，下部和边缘由砂壤土和壤土等组成。小冲积锥有时大小混杂，无分选性，一般透水性较弱。其岩相分异不及洪积扇明显。

洪积扇和冲积锥构成的洪积阶地，具有与河流阶地类似的意义。

2.洪积物

暴雨和冰雪消融季节，含有大量沙石且高速运动的水流从山地流出山口，或流入主流谷地，由于河床纵剖面坡度急剧下降流速减慢，又无河道约束，便分散成多股槽流，通过泛滥，槽流连接成面状洪流，两者在上述地区共同堆积的扇形堆积物称洪积物。槽流主要分布在扇形堆积体轴部，发洪水时流急，碎屑按大小沿谷分异沉积，发育急流交错层理，称槽洪相沉积物。面状洪流水浅流缓，把细粒沙土从扇轴部往外运移成面状分异沉积，发育薄层层理，称漫洪相沉积物。槽洪砂砾与漫洪沙土组成粗细粒韵律层。在洪流作用下，扇体轴部不断淤高，漫洪洪积物分布面积扩展，厚度增大。

洪积物的穿时岩性扇形分项和扇面辐扇状（或辫状）沟道粗粒沉积格局，是洪积物与其他扇形堆积物区别的基本特征。

3.洪积扇

洪积扇扇形岩相有扇顶相、扇形相、滞水相等。

扇顶相以巨砾、砾石等粗粒沉积物为主，夹有细粒沉积透镜体，巨砾间为后续水流细粒充填，发育急流交错层理。扇顶相主要由多次槽洪相粗粒沉积物组成。

扇形相以滩相土夹洪相砂砾组成。槽洪粗粒沉积物成条状由扇顶深入，剖面上呈各种透镜状（又称填谷粗砂粒沉积物），常与细粒沉积物组成不连续层状、多元结构。洪积砾石层面呈叠瓦状排列，从扇面各向谷口倾斜。沿洪积扇轴部主河道厚层砾石透镜体的粒度变化，可以获得水动力大小变化及有关气候环境变化信息。

滞水相又称边缘相，主要由洪相亚砂土、亚黏土组成，具有粉砂与亚黏土组成的“纹泥状”薄层理，透水性差，有时为薄层有机沉积物。

以上各岩性带在平面和剖面上都呈过渡关系。洪积物岩相离山口距离，取决于气候和新构造运动对洪流作用的影响，有时离山口近，有时远离山口深入平原（或盆地），厚度最大处在中部；在山前有活动断裂时，近断裂带最厚。

图2.5 洪积物纵向剖面图

洪积扇是干旱和半干旱区洪流形成的主要堆积地貌。由洪积物组成的洪积扇面积从几平方千米到几十平方千米不等。洪积物的扇顶相、扇形相在地表最突出扇面倾角为5°～10°，滞水相地形平缓不易观察。洪积扇轴部常有干河床（其下有时有潜流），潜水面较深，往滞水相方向潜水面逐渐升高，在扇形相与滞水相交界带有时潜水溢出地表成泉、河或形成沼地或盐渍地（图2.5）。

冲积扇与洪积扇的成因基本相同，区别在于扇面轴部有常年性河流并形成冲积物，后者轴部为间歇性和形成洪积物。在干旱区由于降水少、蒸发强烈，河流沿程水量不断蒸发和渗漏，使其搬运能力不断变小，在河流下游地表形成扇形堆积体，称为干三角洲堆积，是干旱平原（盆地）常见的地貌。

4.洪积倾斜平原

洪积倾斜平原是山前若干洪积扇（或冲积扇）相连形成的中—大型组合形态，规模可达几十、几百甚至上千平方千米，也有人称作洪积裙状地形，是干旱半干旱地区重要的较好的生态环境。洪积平原纵向上向平原方向倾斜，横向上波状起伏，上凸为洪积扇轴部，下凹为扇间洼地。总的特点是洪积平原自上而下沉积物颗粒由粗到细；地下水由深到浅；水质由好到次。