3.3 河型及河相關系

3.3.1 河型區劃

河型是指一條河流的形態，即一條河流的大致走勢。為了概括河道形態、演變特性及成因，需要對河型進行劃分。由于各類河型之間通常不能截然分開，甚至可認為河型是從一種類型過渡到另一種類型的連續形體。所以對于河型的劃分，各國學者著眼點不同，劃分的方法也不盡相同。例如，有的按河床的穩定程度將河流分為穩定性和不穩定性河流，有的按河流的輸沙是否平衡分為侵蝕性、均衡性與堆積性河流，也有的按其邊界條件分為山區性河流、過渡性河流和平原性河流或分為沖積性與非沖積性河流等。但總的來說，河型的劃分大致可以歸為以下幾大類。

1.平原河流河型的劃分

一般而言，對于沖積平原河流較有代表性的是將河流按其平面形態、動態特征或河床形成過程進行分類。西方學者一般根據不同的河道平面形態，將河流分為順直、彎曲和網狀三種類型，并將具有穩定性江心洲的分汊河流與具有游蕩性的分汊河流同列為網狀河流的范疇。前蘇聯學者一般按河床過程來劃分。我國大部分學者一般是綜合考慮河道的平面形態及演變的動態特征，特別是根據長江、黃河這兩大河流在平面形態、來水來沙特性及其演變特性等方面具有本質的差別后，將河流分為順直、彎曲、分汊（江心洲）及游蕩4種類型。

通過長期觀察發現，盡管在同一條河流上的不同河段，其河床形態及演變特點存在著差異，但位于不同河流上的某些河段，河床形態和演變特點卻可能相似。因此，可以將天然河流按其河床形態及演變過程劃分成若干類型，并在這個基礎上來研究各類河段河床演變的特性。一些學者根據河床的邊界條件，將河流劃分為沖積河流、非沖積河流和半沖積河流；另一些學者則主要根據河床的動力特性分為侵蝕河流、堆積河流和（動力）平衡河流；又有一些學者則根據河床的平面形勢特性將河流劃分為彎曲型河流、順直河流、網狀河流（或彎曲、單股、分汊）；還有一些專家在此基礎上進一步考慮河床演變特點，將河床劃分為彎曲型河流、周期性增寬河流、游蕩型河流（或蜿蜒順直微彎、分汊、游蕩）等。

對于平原河流，具有不同平面形態（彎曲、順直、分汊、散亂）的河段，河床演變也具有不同的性質。因此，一般可以進一步將平原河流劃分為順直（微彎）、彎曲、分汊和游蕩4種主要河型。在這4種河型中，彎曲型與分汊型是比較穩定的，而游蕩型是極不穩定的。

2.山區河流河型的劃分

在進行設計時，按河段穩定情況和河床演變特征及設計要求，可將河段劃分為以下7種類型。

（1）峽谷性河段。該類型的河段岸線不變，河槽固定，河床沖淤極微弱，多呈下切加深的趨勢。在具體工作中，如果河床窄深、床面基巖裸露或為膠結沉積層，且河床縱坡大、多急彎、卡口，即可定為峽谷性河段。

（2）穩定性河段。該類型的河段岸線基本穩定，變形速度緩慢，河槽沖淤變化不大，主流在河槽內很少擺動。其河岸由抗沖刷能力較強的土壤組成，如硬黏土、緊密的砂夾卵石，以及風化巖等。河床多由粒徑較小的卵石及砂組成，在下游河段常由砂粒土組成。實際上，如果岸線整齊、河槽穩定、斷面多呈U形、灘槽分明、各級洪水流向基本一致，即可定為穩定性河段。

（3）次穩定性河段。該類型的河段岸線不太穩定，洪水期有塌岸現象，河槽內沖淤比較明顯，主流在河槽內擺動，邊灘、沙洲不穩定，洪水期有所變形或下移。在平面上，河道微彎或彎曲，如果水流分汊，則沙洲不穩定，汊道變化，灘槽分明，邊灘一般較發達。在斷面上，河槽較寬淺，斷面以復式為多，河岸抗沖刷能力較差，多為砂質黏土或砂礫石，河床多由中等的卵礫石或粗沙組成。其水文特點是高低水位流向差別很大，洪水期漫灘流量較大。

穩定性河段與次穩定性河段的區別為：前者岸線、河槽、與洪水主流基本穩定，變形緩慢；后者河灣發展、下移，主流在河槽內擺動。

（4）變遷性河段。該類型的河段岸線不穩多變，洪水期塌岸嚴重，河床沖淤變化大床面有淤高之勢，洪水期主流擺動不定，常產生嚴重的集中沖刷。在平面上，河段彎曲或微彎，水流分汊，沙洲較多，有的不易劃分河槽與河灘。在斷面上，河床開闊，斷面多呈鋸齒形，有的中間高兩邊低，河床組成常與河岸組成相近，抗沖能力差，以砂夾卵礫石為多。其水文特點是大小洪水流向不一致，水面寬度變幅較大，水面常呈現橫比降，同一斷面上水面很不平，有自然壅高。變遷性河段與次穩定性河段的區別為：前者主流在整個河床內擺動，幅度大，變化快，河床有可能擴寬；后者主流在河槽內擺動，幅度小。

（5）游蕩性河段。該類型的河段岸線很不穩定，歷年變化無常，主流游蕩不定，沙洲、沙灘推移快、變形大，沖淤變化強烈，集中沖刷嚴重，床面淤積抬高，河槽容易改道。在平面上，河段大體順直或微彎，河身寬淺，沙灘密布，汊道交織，通常不易劃分河槽與河灘。在斷面上，河床平坦開闊，有時呈地上河，河岸與河床組成接近，粒徑小，多為細沙及粗沙。其水文特點是洪水流向不定多變，水流散亂，洪水含沙量大。

游蕩性河段與變遷性河段的區別為：前者土質顆粒細、沖刷深、回淤快，主流不僅在整個河床內擺動，甚至造成整個河床改道；后者顆粒粗、沖刷淺，由于河床淤高、擴寬和主流擺動，造成主槽變遷，河岸旁切擴寬幅度小。

（6）寬灘性河段。該類型的河段河槽岸線不穩，洪水期易塌岸，河槽平面常發生變形，擺動幅度較大，河槽經過多年沖淤交替作用，可能出現裁彎取直，老河槽淤死，成為月牙泡等。在平面上，河槽彎曲或微彎，不穩定的河段上，有明顯的曲率增大、河灣下移和長生汊流等情況，灘槽易劃分。其河岸與河床組成接近，多為沙土或粉沙土。寬灘性河段地勢平坦，洪水泛濫寬度可達幾公里至十幾公里，灘槽寬度比可達5倍以上，河灘流速小，河槽流速大，河灘流量占總流量的40%以上。

（7）沖積漫流性河段。該類型的河段兩岸不受約束，岸線極不穩定，河槽形態、位置極不穩定，主流在洪水漫溢范圍內擺動不定，自然沖淤嚴重，床面逐年淤高，集中沖刷明顯。在平面上，河段呈沖積、擴散狀，大體順直或微彎，河床極寬淺，汊道交織，多呈網羽狀，通常分不出河槽與河灘。在斷面上呈鋸齒狀，中間高兩邊低，岸槽高差甚小，河岸與河床組成接近，多為卵礫石。其水文特點是洪水流向常與河段總方向一致，水流散亂、漫流，同一橫斷面上水面很不平，自然壅高很大。

沖積漫流性河段地貌大致具有沖積扇體特征，床面逐年淤高的程度較游蕩型河段明顯。洪水股流按總趨勢在較高的溝槽中通過。

多年來，各橋梁專家對于河型研究所采用的方法不盡相同。有的運用水動力學的穩定性原理或依據能量耗散原理進行理論分析；有的通過自然造床模型試驗，塑造出不同河型加以研究；也有的則綜合利用理論分析和模型試驗以及野外調查資料進行探討。

對于河型成因，許多地貌學家和水利學家試圖以地貌界限假說、能耗率計算極值假說、穩定性理論、隨機理論及統計分析法來解釋河型的成因。但由于問題極其復雜，且水流及泥沙基本理論尚欠完善，影響了這些理論的合理性。

由以上分析可以看出，不同河型的形成都是水流與河床泥沙相互作用的結果。只要水流具有相應的強度，任何可動河床周界條件下都可能形成游蕩型、分汊型及彎曲型河流。如果水流強度一定，河型則取決于河床相應的穩定程度。

3.3.2 造床流量

在天然河流中，水力與泥沙條件是因時而異的，在研究河床演變規律時，需要確定一種有代表性的流量值作為依據。為此，就提出了造床流量的概念，與多年流量過程綜合造床作用相當的某級流量。

多沙河流的河相關系相當復雜，造床流量對塑造河床形態所起的作用最大。研究河床演變和從事河道整治工程規劃設計需要確定一個更為確切的造床流量，但如何選取造床流量，至今尚無一致的認識。

3.3.3 河相關系

河相關系是指河床幾何形態與水流、泥沙及河床邊界條件間的關系。在一定的邊界及來水來沙條件下，河床將調整它的坡降及斷面形態，力求使挾沙能力與上游來沙條件相適應。河相關系一般應包括橫斷面河相關系、縱剖面河相關系及平面河相關系。此類河相關系又有所謂沿程河相關系與斷面河相關系之分。前者描述不同的河流或同一條河流的上、下游之間由于水沙條件及邊界條件的不同而引起的河床形態的變化。它是通過某一特征流量（往往取造床流量），把不同斷面的資料聯系在一起，用以描述沖積河床的總輪廓。后者則描述同一斷面的河床尺度或寬深關系隨流量的變化規律，主要用來確定河床橫斷面形式。