在水流與河床相互作用下,河道形態的變化。廣義的河床演變指河道從河源至河口、河谷各個部分的形成和發展的整個歷史過程。狹義指近代沖積河道的演變發展。本條目涉及的是後者。河道形態的變化,主要受上遊的來水來沙和人工建築物的幹擾而引起。在不同水流作用下,通過泥沙運動,河床淤高、束窄或沖深、拓寬。這些變化反過來又影響水流的結構,水流與河床的相互影響,使河床永遠處在發展變化過程中。因此,河床演變與泥沙運動密切相關。不同類型河流的河床演變規律各不相同。平原河流的順直型、蜿蜿蜒型、分汊型和遊蕩型各有自己的演變規律(見河槽形勢)。

  中國賈讓於公元前7年就提出瞭“遊蕩”兩字來形容黃河的演變特征。16世紀40年代劉天和總結瞭造成黃河遊蕩遷徙的六點原因,其中尤其重要的是關於河床淤積抬高,兩岸不受約束,洪水暴漲暴落等的論述。到瞭清代,已認識到黃河夏季“走灘”,冬季“行灣”,初冬和春季“皆掃灣回溜,侵刷堤根”這一河道平面變化的規律,說明中國古時對河床演變已積累瞭豐富的知識。在歐洲,1875年法國人M.法爾格提出瞭平原河流的平面形態與水深關系的六條規律。約在1899年德國人T.雷博克開始用河道模型試驗研究河道裁彎問題。

  河床演變的形式 按演變形態分為兩種:沖淤作用導致流程方向上河床高程的變化,稱為縱向變形;河床在斷面上發生的變化,稱橫向變形。按演變發展的進程分為:單向變形,指在相當長時期內河床單一地朝某方向發展,如黃河下遊多年來河床一直不斷淤積抬高;復歸性變形,指河床周期性往復發展的演變現象,例如淺灘在枯水期沖刷,洪水期淤積,如此周期性演變。此外,因各種局部的水流條件如回流和漩渦等,還會造成各種形式的局部變形。

  演變原因 河床演變的根本原因是河道輸沙不平衡。當上遊來沙量大於本河段的水流的挾沙力時,水流不能把上遊來沙全部帶走,便產生淤積,使河床升高。當上遊來沙量小於本河段的水流的挾沙力時,便發生沖刷,使河床下降。河床的縱向變形是由於縱向輸沙不平衡所引起的,橫向變形是由於橫向輸沙不平衡引起的。在一定條件下,河床演變往往朝著使變形停止的方向發展,即河床發生淤積時,其淤積速度將逐漸減少,直至淤積停止;當河床發生沖刷時,其沖刷速度也將逐漸減小,直至沖刷停止。這種現象稱為河床和水流的自動調整作用。

  沖積平原河流的河床在能自由發展的條件下,由於水流長期作用,有可能形成與所在河段的具體條件相適應的某種平衡形態,在這種平衡形態下,河道特征(如水深、河寬,比降等)和水沙條件(如流量、含沙量和粒徑等)之間常存在某種確定的關系,稱河相關系。這種關系是進行河道水力計算和河道整治的依據。

  順直型河段河床的演變 順直型河段內的淺灘一般由上邊灘、上深槽、沙埂、下邊灘、下深槽等組成。淺灘通常在枯水季露出水面,洪水期被水淹沒,汛期淤積,枯水期沖刷。而深槽則相反。沙質河床的犬牙交錯的邊灘,間歇地向下遊移動,河床也同時周期地展寬。淺灘的多年變化主要與特大洪水有關,每遇特大洪水,淺灘或明顯淤高,或向下遊擴展,洪水河床平面形態也隨之明顯改變。

  蜿蜒型河段河床的演變 這種河段演變的根本原因是彎道環流(見河水運動)。彎道環流使含沙量較小的表層水流流向凹岸,使含沙量較大的底層水流流向凸岸,引起橫向輸沙不平衡,使凹岸沖刷崩退,凸岸淤積擴展,導致河道蜿蜒曲折,經常蠕動(圖1)。上下遊河灣發展結果,可使相鄰兩河灣的凹岸逐漸接近,稱為狹頸。狹頸兩端的水位差較大,遇漫灘洪水,即可能沖開,發展成為新河,稱自然裁彎。裁彎發生後,若老河的彎道口淤堵便形成與新河隔離的牛軛湖(圖2),新河又逐漸向彎曲發展。蜿蜒型河段縱向變形主要是凹岸深槽和過渡段淺灘在年內發生相互交替的沖淤變化。

圖1 美國黃石河河曲地帶因凹岸不斷受到沖刷而凸岸淤積,正在日益變寬

圖2 美國阿拉斯加中部泛濫平原上的曲流和牛軛湖

  分汊型河段河床的演變 不同類型的分汊河床演變規律不同。①順直分汊河段。基本演變規律為汊道發展和衰退的交替,當一個汊道的入口處水流受阻,入流量較小,泥沙不斷淤積,汊道逐漸衰退。與此同時,另一汊道水流通暢,不斷沖刷,處於發展過程。②彎曲分汊河段。由於汊道入口處環流作用,進入主汊道的水流含沙量較次汊道小,使主汊道逐漸發展,而次汊道則逐漸衰退。當水流條件改變後,主汊道也可逐漸轉向淤積衰退的階段,而次汊道則轉變為發展的汊道。③弓型分汊河段。這類河段直汊道和上遊主槽平順銜接,側汊道則與上遊主流成一較大交角,使得入口處的環流把上層含沙量較小的水流引向直汊道,把下層含沙量較大的水流引向側汊道,直汊道發展,側汊道衰退。如果汊道入口處水流邊界條件較穩定,上述過程可能維持到底,側汊道完全淤廢,否則,兩汊道將呈交替發展狀態。④復雜分汊河段。這類河段的河道寬淺,汊道縱橫,平面形態十分復雜,各汊道水流及泥沙因素也很紊亂,但其演變仍然遵循著一個汊道的發展有賴於另一個汊道的衰退這一基本規律。

  遊蕩型河段河床的演變 這類河床的特點是寬、淺、亂,演變規律是:①多年平均情況是河床不斷淤高。例如黃河下遊秦廠至高村的遊蕩型河段由於不斷淤積,成為著名的懸河。②年內沖淤變化劇烈。汛期主槽沖刷,灘地淤積,而非汛期則相反。③一次洪峰漲落過程中的沖淤變化,主槽基本遵循漲水沖刷,落水淤積的規律,而灘地則相反。④主流平面擺動不定,而且擺動幅度極大,河槽形勢變化劇烈。黃河下遊秦廠至柳園口河段主流擺動強度超過130米/天,1954年8月下旬一次洪峰過程中,柳園口附近主流在一晝夜內,南北來回擺動幅度竟達6公裡以上。

  

參考書目

 武漢水利電力學院河流泥沙工程學教研室編著:《河流泥沙工程學》,上冊,水利出版社,北京,1981。