3.4 山区河流的河床演变

大中型河流的上游，多流经地势险峻、地形复杂的山区，而一些较小的支流，全河可能全部位于山区。

山区坡面陡峻、岩石裸露、径流系数大、汇流时间短，因而河流洪水暴涨暴落、流量变幅很大。由于河谷断面狭窄，调蓄能力低，河流水位变幅也很大，洪枯水位差可达数米，乃至数十米不等。河流水量的补给主要来自暴雨径流，因而洪水期历时短，枯水期历时长，缺少稳定的中水期。山区河流的泥沙主要来自汛期暴雨的冲刷，平时极少。含沙量的大小主要取决于流域特征，当流域岩石风化强烈，植被覆盖少时，含沙量自然较高，甚至在山洪暴发时形成泥沙流。山区河流主要为水流下切，堆积很少，河床多为基岩，仅河谷宽窄处有卵石或砾石堆积。河谷的平面形态与地质构造及基岩性质有密切关系。

由于构造和岩性的差异，山区河流常呈现峡谷段和宽谷段相间的藕节状外形。在背斜构造或岩石的抗冲性能较强的地区常发展为峡谷河段，那里谷坡陡峻、基岩裸露，两岸及江心常有巨石突出，岸相极不规则。在向斜构造或岩石的抗冲性能较弱的地区，常发展为宽谷河段，那里岸坡平缓、阶地发育，河中常有河漫滩、心滩等泥沙堆积物，纵剖面形态，由于沿河构造和岩性的差异，存在着许多折点，常表现为上凸曲线形式。横剖面形态，往往为发育不全的V形或U形河沟，两岸谷坡陡峻、坡面呈直线或曲线型。

由于山区河流洪水暴涨暴落，且绝大部分落差都集中在某些局部河段上，因而容易形成流速很高的急流或瀑布。又由于流量变幅大，加上河谷断面狭窄，调蓄能力低，其水位变化也很大。此外，由于河床上存在着急弯、石梁、卡口等局部障碍物，这些地方往往产生较大的横比降，引起较强的横流。与坡降相应，山区河流流速一般都较大，常在2m/s以上，且沿程变化亦大，急流河段，可高达7～8m/s，而在缓流河段上，其流速也可能小于1m/s。由于河床形态极不规则、山区河流流态十分紊乱，常有回流、泡水、旋涡、跌水、水跃、横流等流态，流象险恶。

山区河流挟带的泥沙多为细沙、粉沙和黏土，而组成河床的泥沙多为卵石、块石和基岩，二者性质迥然不同。因此，山区河流悬移质含沙量一般处于不饱和状态，挟运的泥沙都可看做冲泻质。其沙量的主要来源是汛期暴雨的冲刷，因而，一年中的来沙量大都集中在汛期几个月内，平时很少。山区河流的含沙量大小视流域情况而异，有很大差异。在岩石风化不严重、植被良好的山区，含沙量很小，汛期也不过每立方米几千克。在岩石风化严重、植被较差的地区，含沙量就很大，每立方米可高达几百千克甚至1000多千克，有的地区还常形成泥沙流。

研究山区河流的河床演变，实际上也就是研究卵石的冲刷、搬运和沉积的过程。因卵石粒径较大，只有洪水季节才能运动，加上流速沿程变化的不连续性，因而卵石推移质运动呈间歇性，平均运动速度也很低。长江三峡河段的卵石推移质观测资料表明，某峡口的上游，壅水作用所造成的回水区使卵石淤积下来，非汛期时峡口回水作用消失，使淤积的卵石自宽谷段搬到峡谷段，并在那里堆积下来，到下次洪水时，又自峡谷段搬运到下一个宽谷段区。在山区河流的弯曲段，有规则的深槽和浅滩，也常常是非汛期卵石自浅滩移向深槽，汛期自深槽移向浅滩。

由于水力分选的作用，山区河流中的推移质卵石粒径有沿程递减的趋势，而且就某一河段而言，山区河流的河床组成还具有级配很分散的特点。例如，我们在研究寻峪沟的治理方案时，发现从黏土到砾石和漂石皆备，山洪暴发之时，沙石俱下，直径很大的漂石也有所运动。洪水过后，不仅在桥墩或河岸突出物所造成的缓流区可发现大量细沙落淤，而且在由卵石所组成的骨架的空隙中，也可找到很多黏土。

山区河流在河道外形上，同样具有弯曲、游荡、分汊、顺直等几种基本类型。例如：寻峪沟口段，就是一个典型的山区游荡型河段，具有主流摆动频繁和水流堆积作用显著以及河身宽浅等特点。寻峪沟汇入洛河（洛河除下游一段外，也属山区河流），沟口形成冲积扇，侵占洛河河身，挤压主流流路。因此，在研究河流的河床演变规律时，要对两岸溪沟汇入情况进行认真的分析。

山区河流中水流输沙能力远大于其实际的输沙量，属于侵蚀性河床，河床变形以冲刷下切为主，但因河床多由基岩或卵石组成，抗冲性能强，故河床变形缓慢，以致在短期内几乎看不出有什么变化。在一般工程问题中，有时可以认为河床基本上是不变的。但某些山区河流遭受强烈外因容易发生急剧变形，例如山崩、地震、大滑坡等，在短时间内，能堵塞河谷，上游形成壅水。因此，也应有所考虑。

对于重要的工程问题，尚须认真考虑山区河流的河床演变规律。山区河流在悬移质有可能发生沉积的地方，冲淤变化较大，例如在两个急滩之间的缓流区，悬移质泥沙有可能在非汛期淤积下来，到汛期又被冲走。黄河三门峡下游两碛之间的缓流河段，经过一个非汛期，往往落淤几米厚的细沙，入汛后又逐渐被冲走。

山区河流往往宽窄相间，在峡谷的进口处，洪水期有较强的壅水作用，引起上游宽谷段内比降变缓，流速降低，从而使得推移的卵石甚至悬浮的泥沙在上游宽谷段内落淤，淤积厚度有时可达几米甚至几十米；汛后水位回落，壅水作用消除，比降、流速增大，淤积的泥沙又被冲刷搬运到下游去。如是年复一年地冲淤循环交替。有时，大水大沙年淤积下来的泥沙量较多，非汛期不能全部冲走，一直要等到一个大水少沙年才可能完全冲走，从而使得河床产生以多年为周期的冲淤变化。非汛期由宽谷段冲刷下移到峡谷段的泥沙，由于此处水深较大，流势较缓，因此可能有相当大一部分泥沙落淤下来。宽谷段在洪水期往往出现主流易位现象，因而演变特性较窄谷段复杂一些。

总的来说，山区河流由于河谷比降陡，平均流速高，水流具有较大的输沙能力。此外，山区河流还常由于某些特殊的外部因素作用，使河床产生剧烈的冲淤变化，如因滑坡等地质作用，能在极短的时间内将大量物质推入河中，阻塞河道，剧烈地改变上下游水流情况，从而引起河床的急剧变形。泥沙流挤压主流通道，也会引起河床的剧烈变化。