《生活地理科课堂｜发现身边的河流侵蚀知识》

1从身边痕迹切入：重新认识河流侵蚀演讲人从身边痕迹切入：重新认识河流侵蚀01影响河流侵蚀强度的核心因素02河流侵蚀的核心类型与野外识别03身边河流侵蚀的应对与地理观察启示04目录《生活地理科课堂｜发现身边的河流侵蚀知识》作为一名从事高中地理教学12年的一线教师，我始终认为，地理学科的核心素养从来不是来自课本上的背诵，而是来自对身边地理过程的观察与思考。上周我带领高二年级学生前往学校附近的城南河滨河步道开展野外考察，不少学生走完一圈都提问：“老师说这里有河流侵蚀，我怎么没看出来？”很多同学对河流侵蚀的印象还停留在课本上的长江三峡、雅鲁藏布江大峡谷，认为这类地质作用是遥远区域的大尺度现象，和我们身边的城市小河无关。事实上，河流侵蚀无时无刻不在我们身边发生，小到小区排水沟的冲刷，大到城市河岸的坍塌，都是侵蚀作用的结果。今天我们这堂课，就从身边的观察出发，系统拆解河流侵蚀的相关知识，带领大家发现藏在城市角落的地理过程。01从身边痕迹切入：重新认识河流侵蚀从身边痕迹切入：重新认识河流侵蚀很多人对河流侵蚀的认知存在两大误区：一是认为只有大江大河才会发生侵蚀，二是认为侵蚀只有引发滑坡、坍塌等灾害才值得关注。实际上只要存在流动的水体，侵蚀作用就会发生，我们身边的细微痕迹，都是侵蚀过程留下的证据。1城南河考察中发现的典型侵蚀痕迹本次考察我们一共发现了三处容易被忽略的侵蚀痕迹，每一处都和我们的生活直接相关：1城南河考察中发现的典型侵蚀痕迹1.1滨河步道的倾斜护栏城南河滨河步道北段，靠近河湾的100余米护栏整体向河道方向倾斜，部分路面已经出现宽度超过2厘米的贯通裂缝，市政部门早在2022年就设置了安全警示牌，禁止游客靠近。不少过往市民都认为这是普通的地基沉降，实际上支撑护栏的地基并没有沉降，而是岸坡的外侧土壤被河流不断冲走，地基失去侧向支撑才逐步向河道倾斜。1城南河考察中发现的典型侵蚀痕迹1.2香樟的裸露根系步道边缘生长着6株树龄超过30年的香樟树，所有植株的根系都大面积裸露在空气中，最深的位置根系露出岸坡超过1米，部分根系已经干枯死亡。不少游客以为是园林工人修剪岸坡时不小心挖断了根系，实际是河流侧蚀不断冲刷岸坡，把根系周边的土壤逐步搬运走，才让根系完全暴露出来。1城南河考察中发现的典型侵蚀痕迹1.3同一河湾的两岸差异在考察的转弯河段，我们可以直观看到两侧河岸的巨大差异：凹岸一侧岸坡陡峭，近岸水深较大，岸线每年都有后退；而仅仅几百米外的凸岸一侧，岸坡平缓，近岸水浅，每年都会有新的淤地长出，附近居民已经逐年开发出近半亩的菜地。这种鲜明的差异，就是河流侵蚀和堆积共同作用的直接结果。2河流侵蚀的核心概念从专业定义来看，河流侵蚀是指流动的水流通过冲刷、磨蚀、溶蚀等方式，破坏河床与岸坡的岩土，并将碎屑物质搬运离开的过程。按照规模可以分为大尺度的流域侵蚀和小尺度的局部侵蚀，我们身边的城市河流、路边冲沟甚至小区排水沟的冲刷，都属于河流侵蚀的范畴，只是作用规模不同而已。纠正了“侵蚀离我们很远”的误区，我们才能进一步深入拆解其规律。经过对身边痕迹的观察和概念梳理，我们已经明确河流侵蚀就在我们身边，接下来我们从作用方向和形成机制入手，分类讲解不同类型河流侵蚀的特征，结合城南河的案例教大家如何在野外识别。02河流侵蚀的核心类型与野外识别河流侵蚀的核心类型与野外识别根据侵蚀作用的方向，河流侵蚀可以分为三类：溯源侵蚀、下切侵蚀、侧蚀，三种类型在我们身边的河流上都有典型表现，各自有不同的识别特征。1溯源侵蚀1.1形成机制溯源侵蚀是指水流向河流源头方向的侵蚀，核心是通过冲刷源头的跌水、陡坎，使得河道不断向源头方向伸长，同时降低局部侵蚀基准面，带动整个上游河段的侵蚀加深。1溯源侵蚀1.2身边的识别案例城南河的源头在城市北郊的青龙山山口，山口位置有一处落差1.2米的自然跌水，我2015年在跌水边缘的基岩上做了一个永久标记，2023年重新测量时发现，跌水已经向源头方向后退了47厘米，平均每年后退超过5厘米，这就是非常典型的溯源侵蚀。1溯源侵蚀1.3对生产生活的影响溯源侵蚀看似只发生在源头，实际会影响整个上游的岸坡稳定：青龙山口附近的一条乡村公路，2022年就因为溯源侵蚀不断淘蚀路基，最终发生近100米的路基坍塌，被迫重修，造成了近百万元的经济损失。2下切侵蚀（下蚀）2.1形成机制下切侵蚀是水流沿垂直方向对河床底部的侵蚀，作用是不断加深河道，多发生在河流中上游或者侵蚀基准面下降的河段。2下切侵蚀（下蚀）2.2身边的识别证据我对比了城南河1990年和2020年的官方地形图，发现三十年来城南河城区段平均下切了1.8米，我小时候跟着父亲来这里游泳，原来经常落脚的三块标志性浅滩，现在已经完全淹没在水下两米多的位置。城市自来水厂原来的取水口修建于1995年，因为河床不断下切，水位下降，取水口已经无法正常取水，2018年不得不整体改建取水头部，这就是下切侵蚀常年作用的直接结果。2下切侵蚀（下蚀）2.3城区下切侵蚀加速的主要原因我们城市上游1998年修建了青龙山水库，水库拦截了上游带来的大部分泥沙，下泄的清水含沙量极低，水流始终处于不饱和状态，会不断冲刷河床带走泥沙，因此下切侵蚀速度远快于建库之前。3侧蚀（旁蚀）3.1形成机制侧蚀是水流沿水平方向对两岸岸坡的侵蚀，作用是展宽河道，推动河湾不断向下游移动，多发生在河流中下游平原段，也就是我们城市周边最常见的河段。侧蚀的核心规律是“凹岸侵蚀、凸岸堆积”，很多同学都能背诵这句话，但很少在身边验证过。3侧蚀（旁蚀）3.2我们身边的实地验证本次考察我们用便携式回声测深仪对河湾进行了测量：同一河湾，凹岸近岸水深达到3.2米，而凸岸距离岸线5米的位置水深只有0.4米。我2013年刚参加工作时，第一次带学生来这里考察，就测量了岸线位置：当时凹岸的岸线在现在护栏以北1.8米，十年过去，已经后退了1.8米；而凸岸当时的岸线在现在菜地以南1.2米，十年过去，已经向北淤出了1.2米，正好符合“凹岸侵、凸岸堆”的规律，原本对这个规律存疑的学生，看到真实数据后立刻就理解了。3侧蚀（旁蚀）3.3对城市岸线的影响侧蚀是我们城市周边危害最普遍的侵蚀类型，大部分滨河基础设施的破坏都来自侧蚀作用，我们开头提到的倾斜护栏，就是侧蚀不断淘蚀岸坡的结果。我们已经明确了不同类型河流侵蚀的特征和识别方法，也在城南河找到了对应证据，接下来我们进一步思考：为什么同一条河流，有的位置侵蚀强烈，有的位置几乎不发生明显侵蚀？哪些因素控制着河流侵蚀的强度？03影响河流侵蚀强度的核心因素影响河流侵蚀强度的核心因素河流侵蚀强度是自然因素和人类活动共同作用的结果，对于我们身边的城市河流来说，人类活动的影响往往比自然因素更显著。1河流水文因素的影响1.1流速与径流量流速是影响侵蚀力的核心参数，根据水力学的曼宁公式，水流侵蚀力和流速的四次方成正比，也就是说流速增加一倍，侵蚀力会增加16倍，因此大洪水往往是侵蚀加剧的关键节点。去年夏天我们这里发生了50年一遇的洪水，过后我去城南河凹岸测量，发现一次洪水就导致岸线后退了3.1米，那棵我多次带学生在树下合照的百年大柳树，直接整体坍塌冲入河道，消失不见了，当时看到这个场景我特别感慨，自然过程的力量从来都不是课本上的数字，而是真实可见的变化。1河流水文因素的影响1.2含沙量水流的含沙量决定了侵蚀能力：如果水流含沙量已经达到饱和，侵蚀能力就会大幅下降；如果是含沙量很低的清水，侵蚀能力会显著提升，我们之前提到的水库清水下泄导致下切加速，就是这个原理。2岩土性质与地质因素的影响2.1岩土抗侵蚀能力不同岩土的抗侵蚀能力差异极大：城南河有一段岸坡是完整的花岗岩基岩，我工作12年，几乎看不到明显的侵蚀后退；而我们看到的倾斜护栏所在岸段，是松散的第四纪冲积粉砂，固结程度差，抗侵蚀能力只有花岗岩的几十分之一，因此每年都会发生明显的后退。2岩土性质与地质因素的影响2.2地质构造特征如果岸坡岩体节理、裂隙发育，抗侵蚀能力也会明显下降：我们在青龙山口考察时，就看到一块半吨重的花岗岩岩体，沿着原生节理面被水流逐步冲刷，最终整体脱离母岩掉落到河道中，这个过程被学生们亲眼看到，比课本上的图片更有说服力。3人类活动的影响自然状态下的河流侵蚀速率很慢，往往每年只有几毫米到几厘米，我们身边观察到的快速侵蚀，大部分都和人类活动的扰动有关。3人类活动的影响3.1上游水利工程建设如前文所述，水库拦截泥沙导致清水下泄，会显著加剧下游河道的下切侵蚀，这是我国很多城市河流共同面临的问题。3人类活动的影响3.2河道采砂活动上个世纪九十年代，城南河有很多私人采砂船，在河道内开采建筑用砂，形成了多处深槽，改变了河道的流速分布，导致凹岸流速加快，侵蚀速率增加了近一倍，直到2005年全面禁采之后，侵蚀速率才逐步下降。3人类活动的影响3.3岸坡不合理开发很多城市开发项目为了多占滨水空间，直接切坡修建步道、建筑，破坏了原有岸坡的稳定结构和植被覆盖，降低了岸坡的抗侵蚀能力，我们看到的倾斜护栏，就是开发商当年为了扩宽步道，切坡过陡又没有做足够的加固，经过十几年侵蚀才出现了倾斜变形。我们从现象到本质，梳理了河流侵蚀的类型、识别方法和影响因素，这些知识最终都要服务于人地关系的处理，接下来我们结合身边的案例，谈谈如何科学认识和应对身边的河流侵蚀，实现人地和谐发展。04身边河流侵蚀的应对与地理观察启示1河流侵蚀对城乡发展的主要影响1.1破坏基础设施除了我们提到的步道和护栏，城南河上1975年修建的老人民桥，原来桩基埋深2.5米，经过几十年的下切侵蚀，现在桩基已经露出河床1.2米，去年市政部门不得不投入近千万元加固桩基，否则会影响桥梁的通行安全。1河流侵蚀对城乡发展的主要影响1.2引发生态与安全问题侵蚀带来的大量泥沙会淤积下游河道，降低河道的行洪能力，还会破坏水生生物的栖息地；同时侵蚀会导致岸坡失稳，容易引发滑坡坍塌，威胁沿岸居民的安全。2021年城南河下游凹岸一处违规建设的民宿，就是因为岸坡侵蚀导致地基开裂，最终被迫整体拆除，造成了上千万元的损失。2应对河流侵蚀的科学措施2.1工程防护对于侵蚀强烈、需要重点保护的岸段，可以采用工程措施加固，城南河步道凹岸2023年重新修建了格宾石笼挡墙，比传统混凝土挡墙透水性更好，还能适应小幅度的岸坡变形，抗侵蚀能力更强，同时也能为水生生物提供栖息空间。2应对河流侵蚀的科学措施2.2生态防护对于侵蚀强度不高的岸段，现在多采用生态防护方式，通过种植深根系的乔木、挺水植物，搭配生态袋固坡，既可以抵抗侵蚀，又能保持岸坡的自然生态功能，城北青龙山脚下的滨河生态廊道，采用生态防护已经八年，侵蚀得到了有效控制，还成为了城市鸟类栖息地，生态和防护效果都很好。2应对河流侵蚀的科学措施2.3规划避让最经济合理的方式是规划避让，在城市建设之前，先查清河道的侵蚀规律，侵蚀活跃的凹岸预留足够的缓冲空间，不建设永久性建筑，从源头避免侵蚀带来的损失，之前提到的违规民宿和别墅，就是因为占用了侵蚀活跃的岸线，才造成了巨大损失。3生活中地理观察的启示很多人认为地理研究的都是遥远的现象，实际上地理就在我们身边：我们不需要长途跋涉去雅鲁藏布江看侵蚀，只要散步的时候多观察身边的河岸，看看护栏有没有倾斜、树根有没有裸露、岸线有没有变化，就能发现河流侵蚀的痕迹，就能理解自然过程如何一步步塑造我们身边的环境，这就是生活地理的核心意义