第3章 河床演變

3.1 河床演變概述

在自然情況下，河流總是處在不斷地變化和發展過程中。河床演變是指河道在自然情況下或受到人類活動干擾時所發生的變化，這種變化是水流、泥沙與河床相互作用的反映。河床演變與其他物理過程一樣，其變化可從時間和空間兩個方面進行衡量。當河流上興建了過河建筑物或進行疏浚、整治以后，河床演變會變得更加迅速和劇烈。為了合理地利用和成功地整治河道，必須掌握河床演變的基本規律。

河床演變是一個三維的問題，而且河床邊界條件又是極其復雜而多變的。因此，還不可能完全從數學上來進行嚴格的求解，尚需要借助于定性的描述和邏輯的推理方法來進行分析研究。

3.1.1 河床演變的基本類型

1.河床演變按照河床形態的變化可分為橫向變形和縱向變形兩種類型

（1）河床演變的橫向變形。河床演變的橫向變形是指沿河寬方向的平面形狀的改變，例如河灣發展，河槽拓寬、塌岸、分汊、改道、裁彎等。

（2）河床演變的縱向變形。河床演變的縱向變形是指河道沿流程在縱深方向上的沖刷和淤積變化，亦即河床縱斷面的變化。河床縱向變形主要表現為河床沖淤不平衡所引起的高程變化，其主要原因是河流縱向輸沙不平衡。

2.河床演變就其發展方向而言，可分為漸進的單向變形和循環的往復變形兩類

（1）河床演變的漸進的單向變形。河床演變的漸進的單向變形指河床在相當長的時期內作單一的沖刷或淤積的變化。通常指某些河流上游河床不斷下切，下游河床不斷抬升，河口三角洲不斷淤積、延伸等。例如黃河在天然情況下，從長時段來看，以單向淤積為主，逐年抬高，屬于漸進的單向變形。一般情況下，漸進的單向變形的過程非常緩慢。

（2）河床演變的循環的往復變形。河床演變的循環的往復變形是指在較短時期內河床作循環往復的沖淤變化。通常指淺灘在一年內或多年期間的沖淤變化，河灣在若干年內發生、發展和消亡，汊道在若干年內興衰交替等。例如，三門峽水庫建成初期，下泄水排沙，非汛期蓄水攔沙、下泄清水，下游河道汛期可能淤積抬高，非汛期則沖刷下切，這是循環的往復變形。

3.河床演變就其影響范圍而言，可分為長河段變形和短河段變形兩種

（1）河床演變的長河段變形。長河段變形是指在較長距離內河床的普遍沖刷和淤積。

（2）河床演變的短河段變形。短河段變形也稱為局部變形，是指在較短距離內局部河床的沖淤變化，如個別河灣的演變、汊道的興衰、淺灘的沖淤等。

一般而言，在大多數狀況下，河道縱向變形與橫向變形、漸進的單向變形和循環的往復變形往往交織在一起，構成異常復雜的演變圖形。另外在工程中研究長河段變形是必要的，確定局部河段的河床變形具有特殊重要的意義。

3.1.2 河床演變的影響因素

在河流上修建過河建筑物，由于改變了河流的侵蝕、搬運、淤積規律及其環境因素，便會產生不同程度的環境工程地質問題。另外由于河流作用直接或間接地對工程建筑物產生不利影響。例如，河流的現代地質作用直接影響著建筑物的安全、經濟和正常使用；河流的侵蝕作用，直接威脅著河流工程（如橋墩、堤壩）的穩定性；河流的搬運和沉積作用，可使河川和河岸建筑（如水庫、港口）淤塞，降低其效能等。所以研究河床演變具有重要的工程意義。影響河床演變的因素是極其復雜的，但對任何一個具體河段而言，主要有以下6個方面。

1.流量的大小及變化

河段流量越大，水流挾帶泥沙的能力越大；流量變化越大，流經河段水流的流速變化越大，水流挾帶砂石的能力變化也就越大，從而對河床沖淤變形的影響就越大。

2.河段來沙量及來沙組成

河段來沙量決定了在河段流速這一特定條件下的沖淤變化，因為河段特性及流量決定了河段的流速，并決定了這一河段河水特定的挾帶泥沙能力。當上游來沙量大于其挾沙能力時，河段變形以淤積為主，反之則會以沖刷為主。例如，黃河流經極易沖蝕的黃土高原，流域產沙量極大，年輸沙量過億噸，河水高度渾濁，因此下游淤積嚴重，且易于改道變形。

3.河段比降

河床比降越大，水流流速越快，水流挾沙能力越大，河段越易沖刷。反之，易淤積。沖積平原河流的河道比降由河流本身的堆積作用所形成，它取決于來水來沙條件。所以其常受到河段來沙量的影響，來沙量大的河流，其河道比降一般較大，來沙量小的河流，其河道比降一般較小。

4.河床地質情況

當組成河床與河岸的土質比較堅硬時，其抗沖刷能力較強，一旦河床中流速較大而引起沖刷趨向時，河床堅硬的質地將抵抗水流的沖刷，從而限制了河床變形。反之，河床的變形將加劇。因此，平原沖積的土質河床常蜿蜒曲折，河灣發展，并有截彎取直現象。

5.河床形態

河床形態影響了水流通過河段時的流態，局部影響水流的流向及流速，從而造成河床沖淤不平衡的發生。

6.人類生產活動的影響

人類興建水庫，可以改善庫區的水質條件，但水庫的澄清作用會使下游河段的挾沙能力加大，打破下游河床的沖淤平衡，帶來新的河床演變。如三門峽水庫修建后，由于徑流過程的改變，對下游河床演變過程也產生較大的影響。