3.5 平原河流的河床演变

3.5.1 演变概况

大中型河流的中下游多流经广阔的冲积平原。一般讲，平原河流的河谷宽广，在河谷中分布着广阔的河漫滩，在河漫滩上广泛分布着一些与水流方向大致平行或斜交的狭长沙丘。纵剖面多为下凹的曲线，纵剖面上没有显著的台阶状变化，但由于水流与河床的相互作用，常出现波浪形的起伏状态，沿程深槽与浅滩相间，其横断面形态视不同河段而异。

平原地区坡度平缓，土壤疏松，径流系数小，汇流时间长，但流量变幅不大，洪枯流量比值较小，因而，水位变幅亦不大，水流平均流速也不大，一般均在2～3m/s以下。

平原河流的形成过程主要表现为水流的堆积作用，河谷中形成深厚的冲积层，河口淤积成广阔的三角洲。我国的华北平原和长江三角洲便是这样形成的。

平原河流的冲积层一般较厚，并表现为分层现象。最深层多为卵石层，其上为夹沙卵石层，再上为粗沙、中沙，以至细沙，枯水位以上的河漫滩有黏壤土或黏土层。泥沙组成的分层现象与河流的发育过程有关。一般来说，沙、卵石多为冰川期堆积物，沙层则为近代水量小、海平面较高时的堆积物。

平原河流中悬移质泥沙，以粉沙和黏土为主，而其中主要是冲泻质。沙量来源主要是流域表面的土壤侵蚀，一年中的沙量大部分集中在汛期几个月，特别是来自几次较大的洪水过程。

平原河流河床演变，主要表现为河床循环的往复变形，特别是河床的平面变迁和河床上泥沙成型堆积体的运动。因此，平原河流中冲淤变化的速度较快。平原河流平面形态具有一定的规律性，各种河型的河床具有各自的演变规律。

3.5.2 顺直（微弯）型河道演变

顺直型河道多存在于狭窄、直的河谷中，或河谷虽然宽阔，但河漫滩发育较高，且多由难冲的黏土和沙黏土构成，表面生长有植物或人工控制情况下，一般多出现在河流的中、上游。其一般形态为中水河槽比较顺直或略有弯曲，两岸边滩犬牙交错，主流线左弯右曲，水面波浪起伏，深槽与浅滩相间，但滩槽水深差别不大。

顺直（微弯）型河道河床演变特点如下：

（1）深槽和浅滩冲淤交替。枯水期浅滩水面比降大，发生冲刷，冲刷下来的泥沙在下一个深槽中淤积下来，洪水期深槽水面比降比较大，发生冲刷，泥沙又被从深槽搬运到下一个浅滩上淤积下来。

（2）边滩和深泓线顺流下移。边滩就是一个大沙丘，在水流作用下，迎水坡不断冲刷，背水坡不断淤积，整个边滩不断向下游移动。随着边滩的下移，深槽、浅滩和深泓线也不断交换位置。

（3）河床周期性展宽和缩窄。由于边滩的发育，对岸将产生变形，因而枯水以上的河槽展宽。当边滩发展过宽时，水流绕过边滩时阻力加大，在洪水期就可能发生切滩现象，被切割的边滩成为心滩，而河槽则被心滩分成汊道。但由于新汊道短而直，易于冲刷扩大，而旧河道则相应逐渐淤塞，河槽又恢复单股河床，河宽又缩窄了。如此循环发展，因而对工程建设将造成一定影响。

3.5.3 弯曲型河道河床演变

弯曲型河道多存在于河谷比较宽广，两岸无较密的工程，河岸和河底均由可冲刷土壤构成，但河岸抗冲能力比河底小，流量变幅小，中水期较长，比降平缓，流速不大的河段中，一般多出现在河流中下游。我国的荆江、渭河、北洛河、南运河、汉水等著名的弯曲型河道，其一般形态是左弯右曲，两个相反弯曲间由直线过渡段相连。弯曲型河道河床演变特点如下：

（1）凹岸崩退和凸岸淤长。在河湾中存在着稳定的单向环流，面流指向凹岸，底流指向凸岸。由于含沙量沿水深分布不均，水面含沙量小，河底含沙量大，所以流向凹岸的表层水流的含沙量将远较流向凸岸的底层水流含沙量小，流经凸岸的表层水流，将从凹岸攫取泥沙，但当流经凸岸时，又将释放出多余的泥沙，结果导致河湾的凹岸崩退和凸岸淤长。

（2）河湾的发展和蠕动。凹岸崩退和凸岸淤长使得河湾在平面上横向位移，但是这个位移在整个弯道上并不是均匀分布的。在弯道下半部，水流动力轴线经常逼近、顶冲凹岸，环流强度较大，崩坍较严重，结果使河湾曲率半径变小，中心角增大，河身加长，并使整个河湾呈现向下游蠕动的趋势。最常见的蠕动形式是：第一个弯道不断向右蠕动，第二个弯道不断向左蠕动，第三个弯道又不断向右蠕动，整个河段也缓慢地向下游蠕动。与此同时，两弯顶之间的河线还会产生一定的旋转运动。这种旋转运动是围绕着一个大体不变的枢纽点进行的。在弯道入口逐渐下移时，河线旋转枢纽点的位置一般也会逐渐向下游移动。过渡段太短时将会发生平行下移现象，而不发生旋转现象。

（3）裁弯取直和撇弯切滩。随着弯道的发展，河道愈来愈弯，甚至形成很长的河环，此时河湾的起点和终点相距很近，当洪水漫滩时，存在较大比降，容易形成串沟，并逐渐发展扩大成新河，而老河则逐渐淤死，从而形成自然裁弯。另外，当凹岸土质很不均匀，河湾发展受到限制形成曲率较大的锐弯时，往往在凹岸出现撇弯现象，主流改趋凸岸，凹岸逐渐淤积，而凸岸边滩则相应被切削。

3.5.4 分汊型河道演变

分汊型河道一般形态为：中水河槽呈宽窄相间的藕节状，窄段为单一河槽，水深较大；宽段则有一个或几个江心洲存在，将水流分成两股或多股，汊道中水深较小，在分流口和汇流口处常有浅滩存在。

分汊型河道多存在于河谷宽阔、沿岸组成物质不均匀、上游有节点或较稳定的边界条件、流量变幅不过大、含沙量不过高的河段中，一般多出现在河流的中下游，我国长江下游，湘水下游，松花江下游都有着广泛的分布。

分汊型河道河床演变特点如下。

（1）洲滩的移动和分合。洪水期水流漫过江心洲，由于洲面水深较小、糙率大、流速低，一部分悬移质泥沙会在洲上落淤，使得江心洲不断增高，洲面淤积厚度取决于江心洲高度、洲面植物生长情况、洪水位高低与持续时间以及水量含沙量的多少等因素。洲面淤积厚度一般均较小，且随着江心洲高度的增加而愈来愈小，特别是当洲上筑堤围垦时，一般洪水不会淹没，淤积就完全停止。

一般情况下，江心洲头部由于受到水流的顶冲和缓流的作用会不断崩坍后退，而尾部则在螺旋流作用下不断淤积延伸，因而整个江心洲就以缓慢的速度向下游移动，江心洲的移动速度与汊道的分流角和汇流角、江心洲的高度，以及流量大小等因素有关，一般是不大的。汇流角较大时，江心洲移动速度更为缓慢。如发展成鹅头形汊道时，可能完全停止下移。在特殊情况下，江心洲头部也可能淤积上伸。

江心洲的横向摆动比纵向移动要显著得多，特别是不稳定的汊道，随着分流、分沙比的变化，汊道和江心洲将发生强烈的变形。

在江心洲的运动过程中，江心洲体积不断扩大。在大多数情况下，江心洲的扩大是通过几个较小的江心洲合并实现的。当汊道衰亡时，江心洲靠向一岸。

（2）河岸的崩坍和弯曲。自然界中汊道的一支或二支往往具有微弯的外形，由于入口部分缓流的作用，进入凹岸一侧的含沙量较小，它将逐渐发展，特别是顶冲点处的河岸，将不断崩坍后退，冲刷的泥沙则在对岸江心洲上淤积，或被水流带到江心洲尾部以及汇流区的回流区淤积。而另一侧则逐渐衰退，当凹岸主汊弯曲发展到一定程度时，河岸不再崩坍，将逐渐稳定下来，其支汊也相应稳定下来，稳定时间一般较长。但当凹岸为广阔的河漫滩时，凹岸支汊将不断弯曲发展，顶冲点不断下移，江心洲也相应向凹岸一侧淤长，汊道将发展成为鹅头型分汊河道。弓形分汊河段由于入口处的环流作用，进入弯道的流量较小，而含沙量较大，故弯汊将会逐渐淤死。

（3）汊道的兴衰与交替。在上游水流条件不变的情况下，弯曲的汊道由于河身加长，河床曲折，水流阻力加大，因而分流比不断减小。汊道弯曲也会影响到分流区的环流形态，使越来越多的泥沙进入弯汊，这样弯汊就会逐渐衰亡，而直汊则逐渐发展。汊道的淤积一般是先淤在进口处，使水深不断变浅，直至枯水期断流。汊道出口处由于回流和异重流作用也有所淤积，但速度较慢，因而当汊道衰亡时，在汊道后半部仍有相当深的深水套。支汊衰亡，主汊发展为单一河道，但在天然条件下，这种局面往往是不能持久的，条件适合时，在水流作用下，主汊又会不断展宽，终于又在江中淤积成沙洲并形成新的分汊河道，开始一个新的演变周期。河道演变周期对不同河段是不同的，比较稳定的汊道能长达几十年甚至数百年。

事实上，上游水流条件是不可能不变的。因此，在汊道发展过程中，并不是所有的支汊都会淤死。恰恰相反，在许多情况下，当支汊衰退到一定阶段时，由于水流条件发生了变化，会出现衰退停滞现象。甚至两汊有可能交替发展，即支汊由衰退转化为发展，甚至成为主汊，而主汊由发展转为衰退，甚至变成支汊，一汊的发展有赖于另一汊的衰亡。在分流区上游河段有交错边滩不断下移时，将使两河入口水流条件交替变化，从而使两汊发生交替发展和衰退现象。复杂分汊河段多发生在河道极宽处，形态极为复杂，各汊水流及泥沙因素较紊乱，分流分沙情况常发生，其演变规律因此十分复杂，但也无外乎一汊的发展依赖于其他汊道的衰退。

由于天然河流的流量是不断变化的，在不同流量时，汊道上游的节点挑流作用是不同的，因而会使入汊水流动力轴线在两汊间作往复摆动，这样两汊都有冲刷机会，使得汊道能保持相对稳定。

3.5.5 游荡型河道演变

游荡型河道的一般形态和演变规律具有一系列特征，其中最基本的特征是水流散乱和主槽摆动不定，前者属于形态方面的特征，后者属于演变方面的特征，具备这两个特征即可区别于其他类型的河段，而确定为游荡型河段。游荡型河道河床演变的基本特点如下。

1.游荡型河道的纵剖面变化

平原河流的纵剖面变化：一方面与上游来水来沙条件有关；另一方面与下游侵蚀基点有关。此外，如堤防的约束、支流的入汇、地壳的升降等均有一定的影响。因比，即使同属游荡型河段，由于各方面条件不一样，纵剖面的变化也不可能一样。

从黄河下游来看，黄河自孟津出峡谷以后，由于河谷骤然放宽，比降变小，河水流势忽然趋于平缓，其水流挟沙能力减小，不能挟带上游来的大量泥沙，于是河床不断堆积抬高，河道变得“宽、浅、散、乱”，素以“善淤、善徙”著称。从长时段的平均情况看，河床是单向淤积抬高的，但从年内情况看则有冲有淤，冲淤交替。

2.游荡型河段的平面变化

游荡型河段平面变化的基本特点是主流摆动不定，河势变化剧烈。游荡型河段主流横向摆动如此剧烈的原因，根据黄河现场及模型试验资料分析后，可归纳为以下几点：

（1）河床堆积抬高，主流分汊。在串沟汊道交错的河槽中，主流所经过的流道外河床本来较低，但由于泥沙淤积，河床和水位逐渐抬高，水流便转向较低和较顺直的流道分流，经过一场大水后，主流便完全改走汊道，原主流河道则逐渐淤塞。

（2）洪水拉滩，主流摆动。由于游荡型河段河滩多由易冲的细沙组成，在水流作用下，极易被冲刷移动，特别是新形成的嫩滩，更易被冲刷移动，因而引起主流相应变化。

（3）沙滩移动，主流变化。游荡型河段沙洲密布，在水流作用下，极易被冲刷移动，因而引起主流相应变化。

（4）上游主流方向改变。由于各种原因，上游河势变化，其下游主流流路也相应改变，引起主槽摆动。

前两种原因使主流发生突变，后两种原因使主流发生缓变。不管是突变还是缓变，其出现往往比较突然，带有一定的偶然性。

3.游荡型河段上的“节点”对主流的摆动有一定的钳制作用

如前所述，游荡型河段多呈宽窄相间的藕节状，在宽段主流变化剧烈，在窄段由于两岸土质较好或受人工建筑物的控制，形成了“节点”。窄段水流归顺，沙滩较少，主流摆动幅度小，且当上游河势发生变化时，“节点”还有一定的调整作用，使得下游流路较为稳定。节点一般有两种类型：一种两岸皆有依托，位置固定，在中水位以上起到控制河势的作用，称为一级节点；另一种只有一岸有依托，在中水位以下，与对岸运移变化着的沙滩结合起来，在一定程度上也制约河流，但这种制约作用往往因对岸沙滩的变浅而变化。