更新时间:2023-05-12 17:43
水下沙波是河床中泥沙颗粒在流水作用下移动而形成的波状微地貌,波高大于 50 厘米的沙波称为大型沙波。在浅水区,水流速度会受到沙波坡体的影响而发生变化,在大型沙波处缓坡水流速度反而明显低于陡坡。
沙波,又称“波痕”。是指广布于河滩、海滩、湖滩及风成沙地表面的波状微地貌。
沙波,亦称“床面形态”。是指河床表面在水流作用下形成的形态较规则且不断运动和变化的泥沙堆积体。按照发展的状态,可分为沙纹、沙垄、沙浪、急滩和深潭等。
浅水区大型沙波的沙堆对水流的阻挡作用明显,所以迎水坡水流速度缓,以堆积为主,形成缓坡;而背水坡波高差明显,受重力影响势能作用强,水流速度较快,侵蚀明显,形成陡坡,侵蚀的泥沙至下一个迎水坡堆积。而小型沙波则与大型沙波相反,由于沙堆高差小,迎水坡对流水的阻挡作用不明显,这样流水在迎水坡处以侵蚀为主,背水坡相比迎水坡水流速度相对有一定的削弱,因高差小重力作用导致的势能作用不明显,所以背水坡以堆积为主,小型沙波将迎水坡的沙侵蚀搬运至背水坡堆积,迎水坡逐渐减小,背水坡因堆积长大,沙波形成了一个整体前移的动式,这样小型沙波的移动方向与水流流向相同。
对于沙波的成因,至今仍无公认的理论解释。
学术界有两种说法:
一种是:认为沙波的形成是河床组成的不均匀性与水流的不稳定性(脉动)的综合结果。
由于河床组成的不均匀性以及河底流速的脉动,在瞬时流速大的地方,细颗粒泥沙被掀起,在瞬时流速小的地方,这些被掀起的泥沙又沉积下来,从而形成沙波的雏形。这种雏形的沙波形态,进一步加剧水流的脉动,从而形成沙波。
另一种是:认为“沙波”与“交界面失去稳定形成波动”有关。
水流底部推移质泥沙,所在流程和上层水流含沙量不同,可以看成两层密度不同流体做相对运动,当相对运动达到一定程度,交界面就会失去稳定而产生波动,从而形成沙波。这与水面风成水波、沙漠中风成沙丘等现象类似。
(1)沙波是一种流水地貌。它的形成与形态与水流的脉动息息相关。流水脉动的不稳定性,带动泥沙运动的不稳定,从而造成了形态各异的沙波地貌。
(2)沙波有顺行沙波、逆行沙波之分。
(3)沙波顺着水流的方向运动,则为顺行沙波。此时迎水坡面为流水快,以流水侵蚀(搬运)作用为主;背水坡流面流速慢,以流水堆积作用为主。
(4)沙波逆着水流的方向运动,则为逆行沙波。此时迎水坡面(坡缓造成)流速慢,以流水堆积作用为主,背水坡面(坡陡造成)流速快,以流水侵蚀为主。在浅水区,水面受河床底部起伏影响呈波形,水流流速受上坡和下坡影响存在差异,进而导致沙波背水坡泥沙被侵蚀,而被侵蚀的泥沙会在下一个沙波的迎水坡堆积。
沙质河床随着水流强度的增加,泥沙运动及床面形态要经过以下几个不同的发展阶段。
(1)平整。水流达到一定强度后,泥沙颗粒开始运动,但床面仍保持平整。
(2)沙纹。泥沙起动后不久,少量颗粒在床面某些部位集聚,形成小丘,向前运动,同时增高、加长,最后连接成规则的沙纹。沙纹迎水面长而缓,背水面短而陡,两者水平长度之比约为2〜4,一般波高0.5〜2.0cm,最大不超过5cm,波长1〜15cm,一般不超过30cm,且与水深关系不大。在平面上有相互平行的,也有呈鱼鳞状或舌状排列的。
(3)沙垄。随着水流强度的增加,沙纹发展为沙垄。沙垄的纵剖面形状与沙纹相似,但尺寸较大,且与水深有密切关系,在不同的河流中,它所能达到的高度和长度也不同。在平面形态上,随着水流强度增加,自顺直发展到弯曲[图(c)]。当河底起伏较大时会引起水面变化,在沙垄波峰处水面降落,出现小波浪。当床面起伏很大时,波峰下游有水流分离现象,水面会产生漩涡和高含沙量带。
(4)沙垄消失。沙垄发展到一定高度后,如水流强度继续增加,波长逐渐增大,而波高不断减小,沙垄趋于衰减。
(5)动平整。河床再次恢复平整,但床面泥沙运动强度很大,且有泥沙悬浮。
(6)沙浪。水流强度进一步增加,接近或处于急流状态后,床面再次形成起伏的沙浪。沙浪形状比较对称,水面基本上与床面平行,没有分离现象,但有相应的起伏。沙浪运动方向有与水流方向一致的,称为顺行沙浪,也有与水流方向相反的,称为逆行沙浪。沙浪脊线在平面上不完全平行,它们的出现往往只占河宽的一部分。
(7)碎浪。沙浪在发展过程中水面波动愈来愈大,水面波幅可达河底沙浪振幅的1.5〜2.0倍,甚至水面波谷低于沙浪波峰,此时,水面波失去稳定而破碎并形成涌波。
(8)急滩和深潭。水流强度继续增加,床面起伏使河底成为急滩与深潭相间,急滩段水流属急流,深潭段水流属缓流,从急流到缓流通过水跃,整个外形徐徐向上游移动。