地面流水的动能及运动方式

1.地面流水的动能

在自然界“水往低处流”是一个亘古不变的现象。从物理学角度考证，它在流动的过程中，包含了由势能转化为动能的机理。即地面流水在重力作用下，由高处往低处流，最终汇入湖泊、海洋，达到势能最低的相对稳定状态。在流动的进程中，不断地将势能转化成为动能，并形成各种地质作用(侵蚀、搬运、沉积)。地面流水的动能可用下式表达：

普通地质学

式中：E为动能；Q为流量；v为流速。

从公式中得知：地面流水动能的大小与流量、流速的平方呈正比。

1)流速。指河流中水质点在单位时间内移动的距离。它决定于河床纵比降方向上水体重力的分力与河岸和河床对水流的摩擦力之比，并与河流携带负荷(碎屑物多少)相关。河流中流水的流速分布不同。一般说，在河床与河岸附近流速最小，主流线部分最大，绝对最大流速出现在水深的1/10～3/10处。

2)流量。系指单位时间内通过某一过水面积的水量。测出流速和过水面积就能计算出流量。水位高低与流量大小呈正比关系。一般说，河流的流量受气候影响，并随季节发生变化，以及与植被多寡相关。

2.地面流水的运动方式

流水可以分为层流、紊流、环流三种基本流态。

层流 水质点沿一定的轨道与邻近的水质点作平行运动，彼此互不混乱，即流动的层与层之间的界线不交错，称为层流(图5-1A)。它出现在坡(片)流或河床平坦的底部，它流速慢、动能小，自然界极少存在。流速稍快，层流即消失了，水质点即变为紊流。

图5-1 层流(A)与紊流(B)示意图

(据张宝政，1983)

紊流 水质点呈不规则的运动，并且相互干扰，在水层与水层之间夹杂大小不一的旋涡运动，即各层水质点以复杂的流线型交错、混合，称为紊流(图5-1B)。河水的运动方式基本都为紊流状态。

环流 水质点作螺旋形运动，它在过水横断面上的投影为环状(图5-2)。它普遍存在于河湾处，是由流水的惯性离心力的作用而产生。它是造成河流凹岸侵蚀，凸岸堆积的主要原因。

图5-2 单向环流示意图

(据张宝政，1983)