河床演變的基本規(guī)律

第三節(jié)河床演變的基本規(guī)律在河流動力學(xué)中，河床演變的研究對象，一般系針對近代沖積平原河流而言。平原河流的河型，按其平面形式可分為四種基本類型：順直型，蜿蜒型，分汊型及游蕩型。不同類型的河段，其形態(tài)特點與演變規(guī)律不同。一、順直型河段這種河型的特點是：河身較順直；犬牙交錯狀邊灘分布于河道兩側(cè)，并在洪水期向下游緩緩移動；深槽與邊灘相對；上、下深槽之間存在沙脊，在通航河段稱之為淺灘，淺灘洪水淤積，枯水沖刷，深槽則相反，洪水沖刷，枯水淤積（圖5-15）。圖5-15順直型河道（第蓊伯河）二、蜿蜒型河段蜿蜒型河段是沖積平原河流中最常見的一種河型，在我國分布甚廣，如“九曲回腸”的長江下荊江河段（圖5-16）、渭河下游（圖5-17）和漢江下游河段等，都是典型的蜿蜒型河段。圖5-16下荊江蜿蜒型河段

圖5-17渭河下游蜿蜒型河段蜿蜒型河段的平面形態(tài)，由一系列正反相間的彎道和介乎其間的過渡段連接而成。圖5-18為一彎曲河段示意圖。圖中彎曲部分稱為彎道段，上下兩彎道段間的連接段稱為過渡圖5-17渭河下游蜿蜒型河段蜿蜒型河段的平面形態(tài)，由一系列正反相間的彎道和介乎其間的過渡段連接而成。圖5-18為一彎曲河段示意圖。圖中彎曲部分稱為彎道段，上下兩彎道段間的連接段稱為過渡段。岸線凹進一側(cè)的河岸稱為凹岸，凸出一側(cè)的河岸稱為凸岸。彎道段靠凹岸一側(cè)為深槽，凸出一側(cè)為邊灘。過渡段中部河床隆起，在通航河道常因礙航而被稱為淺灘。蜿蜒型河段的河床縱剖面形態(tài)呈上下起伏圖5-18過渡段深情蜿蜒型河段的平面及剖面形態(tài)蜿蜒型河段的橫向變形，主要表現(xiàn)為凹岸沖刷崩退和凸岸淤積增長。由圖5-19可見，凹岸迎流頂沖，河岸因沖刷而崩坍后退，凸岸邊灘則因淤積而不斷淤高長大?！?0—a—1958.6高程/mr40——1960.9.28-°-1962.3.2940080012001600■10—a—1958.6高程/mr40——1960.9.28-°-1962.3.294008001200160020002400起點距/m蜿蜒型河段的縱向變形，彎道段洪水期沖刷，枯水期淤積；過渡段則相反，洪水期淤積，枯水期沖刷。但在一個水文年內(nèi)，沖淤變化基本平衡。蜿蜒型河段從整體看處在不斷演變之中。從平面變化看，隨著凹岸沖刷和凸SSgrr1490-1644年皿五：1835-1816年,^2^21876年以后52買甚1906年二1959年SSgrr1490-1644年皿五：1835-1816年,^2^21876年以后52買甚1906年二1959年圖5-21下荊江尺八口河彎歷史變遷圖5-20彎道演變過程中的橫向擺動蜿蜒型河段的另類演變現(xiàn)象是，在特殊條件下可能發(fā)生突變。主要有自然裁彎、撇彎和切灘三類情況。（1）自然裁彎。這種現(xiàn)象的發(fā)生，首先是由于某些原因使蜿蜒型河段同一岸兩個彎道的彎頂崩退而形成急劇河環(huán)和狹頸，當(dāng)狹頸發(fā)展到起止點相距很近、水位差較大時，如遇大水年水流漫灘，在比降陡、流速大的情況下，便可沖開狹頸而形成新河。我國長江下荊江、漢江下游和渭河下游河道，歷史上曾多次發(fā)生過自然裁彎。圖5-22為1950年下荊江碾子灣自然裁彎示意（2）撇彎。當(dāng)河彎發(fā)展成曲率半徑很小的急彎后，遇到較大的洪水，水流彎曲半徑遠大于河彎曲率半徑，這時在主流帶與凹岸急彎之間產(chǎn)生回流，造成原凹岸急彎部位淤積，這種現(xiàn)象稱之為撇彎。下荊江上車灣撇彎如圖5-23所示。（3）切灘。在曲率半徑適中的河灣中，當(dāng)凸岸邊灘延展較寬且較低時，遇圖5-24下荊江監(jiān)利河彎切灘19制.3—1959.5—圖5-25分漢型河段平面形態(tài)示意圖到較大的洪水年，水流彎曲半徑大于河岸的曲率半徑較多，這時凸岸邊灘被水流切割而形成串溝并分泄一部分流量，這種現(xiàn)象稱之為切灘。長江下荊江監(jiān)利河灣圖5-24下荊江監(jiān)利河彎切灘19制.3—1959.5—圖5-25分漢型河段平面形態(tài)示意圖圖5-23下荊江上車灣撇彎三、分汊型河段分漢型河段是沖積平原河流中常見的河型之一。我國許多江河都存在這種河型，特別是長江中下游最多。分漢型河段的平面形態(tài)是，上、下兩端窄而中間寬。中間段可能是兩漢或多漢，各漢之間為江心洲。圖5-25為兩漢情況。分流比大于50%的漢道為主漢，分流比小于50%為支漢。自分流點至江心洲頭為分流區(qū)，洲尾至匯流點為匯流區(qū)，中間則為分漢段。圖5-26為天然河流分漢河段照片。將分漢型河段分為順直型、微彎型和在長江中下游，常按平面形態(tài)的不同，鵝頭型三類（圖5-27）。將分漢型河段分為順直型、微彎型和分漢型河段的橫斷面，在分流區(qū)和匯流區(qū)，均呈中間部位凸起的馬鞍形；在漢道段，則為江心洲所分隔的復(fù)式斷面（圖5-28）。

圖5-27汊道類型圖5-27汊道類型圖5-28汊道段橫斷面形態(tài)分汊型河段的縱剖面，從宏觀看，呈兩端低中間高的上凸形態(tài)，而幾個連續(xù)相間的單一段和分汊段，則呈起伏相間的形態(tài)，與蜿蜒型河段的過渡段和彎道段的縱剖面形態(tài)相似。圖5-29為長江鎮(zhèn)揚河段河床縱剖面。5011115011111111——>425435445455465距離/km分汊型河段的演變，受諸多因素影響而較為復(fù)雜。其共同性的演變規(guī)律表現(xiàn)為汊道外形的平面移動，洲頭、洲尾的沖淤消長，汊道內(nèi)河床的縱向沖淤，以及主、支汊的易位。主、支汊易位是分汊型河段最具歷史意義的演變特點。即在經(jīng)歷一定時期的演變之后，原先的主汊變?yōu)橹с?，而原支汊變?yōu)橹縻狻Ｔ谝孜话l(fā)生過程中，原主汊河床單向淤積，河床抬高，斷面尺度縮小；原支汊則單向沖刷，河床下切，斷面尺度擴大。發(fā)生主、支汊易位的原因是多方面的，其中最主要的是汊道上游水流動力軸線的擺動，從而引起汊道分流比、分沙比的改變所致。例如，長江武漢天興洲汊道、馬鞍山江心洲汊道，都是主、支汊易位的例子。

除上述共同的演變規(guī)律外，由于分汊類型的不同，分汊型河段尚有其各自的特點。順直型分汊河段的演變特點與順直單一河段基本相同。微彎分汊型河段，大都是順直分汊型河段進一步發(fā)展演變而成的，這類汊道演變到一定程度，主、支汊逐漸趨向穩(wěn)定，但當(dāng)彎曲一汊的凹岸是廣闊易沖的河漫灘時，將會發(fā)展成鵝頭分汊型河段。圖5-30長江陸溪口汊道差。例如長江陸溪口汊道，1960年后，左汊入口段已淤淺變窄，難以通航，而鵝頭型汊道，由于凹岸一汊既長又彎，另一汊較短且直，原來單一的江心洲，有可能被水流分割成兩個甚至幾個。這樣，便成為多圖5-30長江陸溪口汊道差。例如長江陸溪口汊道，1960年后，左汊入口段已淤淺變窄，難以通航，而右汊及中汊則逐漸成為通航汊道，如圖5-30所示。四、游蕩型河段游蕩型河段是一種有獨特地貌特征的河型，在世界各地廣泛存在。我國黃河下游孟津?高村河段，永定河下游蘆溝橋?梁各莊河段，漢江丹江口?鐘祥河段，渭河咸陽?涇河口河段，都是典型的游蕩型河段。游蕩型河段的顯著特點是，河床寬淺散亂，主流擺動不定，河勢變化急劇。因此，對防洪、航運、工農(nóng)業(yè)用水等各部門常常帶來不利影響。從平面形態(tài)看，游蕩型河段河身比較順直，曲折系數(shù)一般不大于1.3。在較長的范圍內(nèi)，往往寬窄相間，呈藕節(jié)狀。河段內(nèi)河床寬淺，洲灘密布，汊道交織。如圖5-31所示。(a)(a)黃河花園口河段(b)漢江白家灣河段圖5-31游蕩型河段游蕩型河段的河床縱比降較大。如黃河下游游蕩型河段的比降在(1.5?4.0)X10-4之間，水定河下游約為5.8X10-4，漢江襄陽?宜城約為1.8X10-4。游蕩型河段的橫斷面相當(dāng)寬淺。圖5-32為黃河花園口大斷面，河寬競達數(shù)千米，而灘槽高差則很小。4000300040003000200010000距離/m圖5-32黃河花園口斷面游蕩型河段的主要演變規(guī)律如下：多年平均河床逐步抬高。如黃河下游花園口至高村河段，在1950?1972年的20多年內(nèi)，河床平均抬高速度為5.9~9.7cm/a。年內(nèi)汛期主槽沖刷，灘地淤積；非汛期，則主槽淤積，灘地崩塌。從一個水文年看，主槽雖有沖有淤，但在長時期內(nèi)，仍表現(xiàn)為淤積抬高，而灘地則主要表現(xiàn)為持續(xù)抬高。一部分灘地雖然坍塌后退，但另一部分灘地又會淤長，長時期內(nèi)變化不大。圖5-33游蕩型河段河勢變化(a)永定河蘆溝橋以下河段(b)黃河柳園口河段主槽平面擺動，擺幅大，河勢變化劇烈。主槽的平面擺動直接與主流的擺動不定有關(guān)。圖5-33(a)為永定河蘆溝橋以下游蕩型河段河勢的變化，1920?1956年主槽曾發(fā)生多次擺動；與之相應(yīng)灘槽也幾經(jīng)變化。由此可圖5-33游蕩型河段河勢變化(a)永定河蘆溝橋以下河段(b)黃河