Fluvial Landforms

Chapter 7. Fluvial Landforms
compiled from《Process of Geomorphology》
I.Floodplain

圖7.1顯示洪積平原的型式：
A.高能量且無凝結性的「挖填型洪積平原」、「侷限性粗顆粒結構型洪積平原」。
B.中能量且無凝結性的「辨狀河洪積平原」、「側向位移捲動型洪積平原」。
C.高能量且無凝結性的「網狀河有機物富集型洪積平原」、「網狀河無機物洪積平原」。

洪積平原通常由各種不同地表或河流作用產生的沉積物組成，累積在谷地底部形成一特殊地形環境。這些沉積物可細分為河床沉積物、河床滯留沉積物（河遺）、沖積扇沉積物（splays）、崩積物、側向堆積物及垂直向堆積物。崩積物來自於谷地兩側的沖刷與塊體崩移，它在洪積平原的層序中是很明顯的。若朝谷地軸向走，這些沉積物可分級成各種沖積型沉積物，如果粗質在細質沉積物被風選後遺留者即為河床滯留沉積物；相反則為河床沉積物，它淘選度甚差，充滿礫、砂與泥沙的混合物。沖積扇沉積物則是由分布於洪積平原表面的支流所產生，其顆粒通常比覆蓋其下的沉積物為大。

側向與垂直向堆積物則是洪積平原架構中最重要的沉積物，側向堆積物通常由砂礫組成，且顆粒通常較垂直向的泥沙堆積物為大。河曲沙洲是側向堆積物最常見的沉積地形，其中也包含了漫灘堆積，所以顆粒大小並非分辨側向與垂直向堆積物的絕對準則。

洪積平原靠近河流附近的地形變化最不規則，Leopold等人稱之為「河曲沙洲」。如果河流沖破這些沙洲形成沼澤，又在沖蝕而成較低的河道稱為﹝導流，chutes﹞。有些曲流地形起伏起因於天然堤的形成，而且天然堤中的沉積物顆粒大小會比漫灘堆積來得大，而且增加的速度也快。另外，牛軛湖廢棄河道充滿了一些黏土與沙的淤塞物，顯示舊河道的存在。

在潮濕溫帶氣候區的研究中顯示兩種河流作用主導洪積平原的起源：一個是河流的曲流現象，一個是漫灘流。研究顯示曲流中的外側侵蝕與內側堆積體積變化量而言，在同一期間是相同的。

側向沉積的最大厚度取決於重現洪水的河流侵蝕力，Leopold等人發現天然河道的沖刷深度可達洪水深度的1.75到2倍，此經驗法則對終年不斷的河流而言是相符的，反之就是缺水或河道寬度受限者、河灘阻流係數強，沖刷深度就會增大3至4倍洪水深度。

II.Fluvial Terraces
河階廣義可類為侵蝕性與堆積性河階。侵蝕性河階是指表層（tread）最初由側向侵蝕所形成，如果底岩被側向侵蝕截去，就會變成一平台、寬谷或所謂岩蝕河階。若侵蝕未固結岩屑，稱為填挖型或填積型河階。堆積性河階則以表層代表河谷表面。

侵蝕性河階；特別是岩蝕河階有兩項特徵：（１）其表層覆蓋薄層沖積土，其厚度由河流的沖蝕深度所控制；（２）底岩或較老的沖積土層面是表面沖積土層的平面鏡像，相對的，沖積土層若在堆積性河階表層之下，則其厚度的變化通常超過相聯河流的沖蝕深度；亦即，即使河階表層平坦，表層下的填積物也可能是不規則變化的。

Bull（1990）認為以河階形成的過程來分類須做進一步探討，他認為主要的侵蝕性河階應歸類為「基本構造性河階地形」，而河階表層如果是由較重大沉積事件所形成，則歸類為「基本氣候性河階地形」。另外有依照河階高度分布而分類的「對稱型河階」與「非對稱型河階」。

堆積性河階
堆積性河階總有一填積河谷時期與後期伴隨下切侵蝕的過程，河階表層事實上就是河谷堆積某期間最高位的狀態，而最初始的下切過程則形成了近垂直的階崖，這是側向侵蝕的結果，不影響河階表層的高位狀態。

河谷沖積物超過河流可挾帶能力者，長期下來河谷就會有堆積形成，堆積的起因通常是受到冰川沉積物、氣候變化、基準面、坡度或海平面上升的變化或因區域構造抬升造成粗大荷載物湧入等因素而觸發，如果排除構造因素，即使氣候與海平面變化之間有交互影響關係，河流流量與荷載間的平衡仍取決於氣候作用。

圖7.13?

Ritter（1972）研究指出，當堆積性河階在支流河床被侵蝕的環境中形成時，代表主流同時也在支流河床上填積礫石等堆積物。

侵蝕性河階
G.K. Gilbert 在1877年研究指出，沈積物會在近乎等深未達河道底部時在較為平坦的岩石或其他材料上沈積，此由侵蝕產生的平坦面同時被沈積物覆蓋的作用，稱為『均夷作用』。Gilbert的說法某種程度上提供了河成階地構造地形分析的基礎，也是Mackin於1937年提出岩蝕階地的理論基礎。

圖7-14.岩蝕階地的發展順序。A.低水位期，細質沈積物（f）在正常水流時沈積，粗質沈積物（c ）則在高水位事件末時沈積。B.高水位期，

Comprehension due to references reading on Earth Surface Process (II)

Quantitative Modeling of Earth Surface Process/Jon D. Pelletier, 2008
Chapter 1. Introduction

　　本章主要是以美國加州的死谷及哈諾帕峽谷來舉例說明河流與山坡地形的演育，首先講到地表變形的力學機制是由地殼板塊相互間的垂直壓應力與水平張應力的作用使然，兩應力互相產生的斷層水平夾角約可達5~30度。而盆地與山脈的形成，也是為因應板塊受不同面積地函「浮力」的作用，依照地殼均衡機制調整而成形。


　　山坡的發育則指地表在逕流過程中不同水與沉積物量體，在分水嶺隔絕下，構成其水系或集水區內河床「高度隨距離」變化的結果。而坡度的變化(dH/dx)應與沉積物的量呈正比，以分水嶺頂端來說為零，往下坡逐漸增加。因此，假設我們可以用地形面(tographic surface,h(x,y))和風化前緣面(undelying weathering front,b(x,y))來表示風化層(表土層)頂面與底面，則風化層的厚度隨時間的變化可以下式表示：





其中，∂η/∂t是風化層厚變化率，ρb是表層密度，ρs是沉積物密度，κ是坡面擴散係數，x是坡剖面水平距離，∂b/∂t是風化前緣面變化率，這個變化率與裸岩上表土產出率(P0)的關係式為：

其中η為表層厚度，η0則為表層特徵厚度，此關係式在1997年由Heimsath等人根據放射性同位素分析得知。
亦即風化層厚度變化率代表「風化前緣面的變化率乘以表層與沉積物的密度比」(來源)與「地形剖面曲度」(下降)間的差，是山坡演育的基本擴散模式，這是質量守衡的結果，也是表示沉積物量與山坡坡度成正比的關係式。
　　
　　當坡度達到安息角以上，山崩是沉積物運輸的主要模式時，沉積物量呈現非線性增加，與山坡演育亦呈非線性關係，其關係式在第2章將再予闡述。但如果是呈現穩態(steady-state)時，表示表土層厚度減少到0(即裸岩出露)，將上兩式結合計算，地形剖面曲度從負值增加到臨界值(1.4式，詳原文)。不過，在乾燥或半乾燥地區，表層的變化則有一個植被限制因子，亦即植被隨時間增加，表層產量從0增加，但到了某限度則與一般暖濕地區表層變化一樣開始減少。待續...