第3章 河床演变

3.1 河床演变概述

在自然情况下，河流总是处在不断地变化和发展过程中。河床演变是指河道在自然情况下或受到人类活动干扰时所发生的变化，这种变化是水流、泥沙与河床相互作用的反映。河床演变与其他物理过程一样，其变化可从时间和空间两个方面进行衡量。当河流上兴建了过河建筑物或进行疏浚、整治以后，河床演变会变得更加迅速和剧烈。为了合理地利用和成功地整治河道，必须掌握河床演变的基本规律。

河床演变是一个三维的问题，而且河床边界条件又是极其复杂而多变的。因此，还不可能完全从数学上来进行严格的求解，尚需要借助于定性的描述和逻辑的推理方法来进行分析研究。

3.1.1 河床演变的基本类型

1.河床演变按照河床形态的变化可分为横向变形和纵向变形两种类型

（1）河床演变的横向变形。河床演变的横向变形是指沿河宽方向的平面形状的改变，例如河湾发展，河槽拓宽、塌岸、分汊、改道、裁弯等。

（2）河床演变的纵向变形。河床演变的纵向变形是指河道沿流程在纵深方向上的冲刷和淤积变化，亦即河床纵断面的变化。河床纵向变形主要表现为河床冲淤不平衡所引起的高程变化，其主要原因是河流纵向输沙不平衡。

2.河床演变就其发展方向而言，可分为渐进的单向变形和循环的往复变形两类

（1）河床演变的渐进的单向变形。河床演变的渐进的单向变形指河床在相当长的时期内作单一的冲刷或淤积的变化。通常指某些河流上游河床不断下切，下游河床不断抬升，河口三角洲不断淤积、延伸等。例如黄河在天然情况下，从长时段来看，以单向淤积为主，逐年抬高，属于渐进的单向变形。一般情况下，渐进的单向变形的过程非常缓慢。

（2）河床演变的循环的往复变形。河床演变的循环的往复变形是指在较短时期内河床作循环往复的冲淤变化。通常指浅滩在一年内或多年期间的冲淤变化，河湾在若干年内发生、发展和消亡，汊道在若干年内兴衰交替等。例如，三门峡水库建成初期，下泄水排沙，非汛期蓄水拦沙、下泄清水，下游河道汛期可能淤积抬高，非汛期则冲刷下切，这是循环的往复变形。

3.河床演变就其影响范围而言，可分为长河段变形和短河段变形两种

（1）河床演变的长河段变形。长河段变形是指在较长距离内河床的普遍冲刷和淤积。

（2）河床演变的短河段变形。短河段变形也称为局部变形，是指在较短距离内局部河床的冲淤变化，如个别河湾的演变、汊道的兴衰、浅滩的冲淤等。

一般而言，在大多数状况下，河道纵向变形与横向变形、渐进的单向变形和循环的往复变形往往交织在一起，构成异常复杂的演变图形。另外在工程中研究长河段变形是必要的，确定局部河段的河床变形具有特殊重要的意义。

3.1.2 河床演变的影响因素

在河流上修建过河建筑物，由于改变了河流的侵蚀、搬运、淤积规律及其环境因素，便会产生不同程度的环境工程地质问题。另外由于河流作用直接或间接地对工程建筑物产生不利影响。例如，河流的现代地质作用直接影响着建筑物的安全、经济和正常使用；河流的侵蚀作用，直接威胁着河流工程（如桥墩、堤坝）的稳定性；河流的搬运和沉积作用，可使河川和河岸建筑（如水库、港口）淤塞，降低其效能等。所以研究河床演变具有重要的工程意义。影响河床演变的因素是极其复杂的，但对任何一个具体河段而言，主要有以下6个方面。

1.流量的大小及变化

河段流量越大，水流挟带泥沙的能力越大；流量变化越大，流经河段水流的流速变化越大，水流挟带砂石的能力变化也就越大，从而对河床冲淤变形的影响就越大。

2.河段来沙量及来沙组成

河段来沙量决定了在河段流速这一特定条件下的冲淤变化，因为河段特性及流量决定了河段的流速，并决定了这一河段河水特定的挟带泥沙能力。当上游来沙量大于其挟沙能力时，河段变形以淤积为主，反之则会以冲刷为主。例如，黄河流经极易冲蚀的黄土高原，流域产沙量极大，年输沙量过亿吨，河水高度浑浊，因此下游淤积严重，且易于改道变形。

3.河段比降

河床比降越大，水流流速越快，水流挟沙能力越大，河段越易冲刷。反之，易淤积。冲积平原河流的河道比降由河流本身的堆积作用所形成，它取决于来水来沙条件。所以其常受到河段来沙量的影响，来沙量大的河流，其河道比降一般较大，来沙量小的河流，其河道比降一般较小。

4.河床地质情况

当组成河床与河岸的土质比较坚硬时，其抗冲刷能力较强，一旦河床中流速较大而引起冲刷趋向时，河床坚硬的质地将抵抗水流的冲刷，从而限制了河床变形。反之，河床的变形将加剧。因此，平原冲积的土质河床常蜿蜒曲折，河湾发展，并有截弯取直现象。

5.河床形态

河床形态影响了水流通过河段时的流态，局部影响水流的流向及流速，从而造成河床冲淤不平衡的发生。

6.人类生产活动的影响

人类兴建水库，可以改善库区的水质条件，但水库的澄清作用会使下游河段的挟沙能力加大，打破下游河床的冲淤平衡，带来新的河床演变。如三门峡水库修建后，由于径流过程的改变，对下游河床演变过程也产生较大的影响。