3.4 山區(qū)河流的河床演變

大中型河流的上游，多流經(jīng)地勢險(xiǎn)峻、地形復(fù)雜的山區(qū)，而一些較小的支流，全河可能全部位于山區(qū)。

山區(qū)坡面陡峻、巖石裸露、徑流系數(shù)大、匯流時(shí)間短，因而河流洪水暴漲暴落、流量變幅很大。由于河谷斷面狹窄，調(diào)蓄能力低，河流水位變幅也很大，洪枯水位差可達(dá)數(shù)米，乃至數(shù)十米不等。河流水量的補(bǔ)給主要來自暴雨徑流，因而洪水期歷時(shí)短，枯水期歷時(shí)長，缺少穩(wěn)定的中水期。山區(qū)河流的泥沙主要來自汛期暴雨的沖刷，平時(shí)極少。含沙量的大小主要取決于流域特征，當(dāng)流域巖石風(fēng)化強(qiáng)烈，植被覆蓋少時(shí)，含沙量自然較高，甚至在山洪暴發(fā)時(shí)形成泥沙流。山區(qū)河流主要為水流下切，堆積很少，河床多為基巖，僅河谷寬窄處有卵石或礫石堆積。河谷的平面形態(tài)與地質(zhì)構(gòu)造及基巖性質(zhì)有密切關(guān)系。

由于構(gòu)造和巖性的差異，山區(qū)河流常呈現(xiàn)峽谷段和寬谷段相間的藕節(jié)狀外形。在背斜構(gòu)造或巖石的抗沖性能較強(qiáng)的地區(qū)常發(fā)展為峽谷河段，那里谷坡陡峻、基巖裸露，兩岸及江心常有巨石突出，岸相極不規(guī)則。在向斜構(gòu)造或巖石的抗沖性能較弱的地區(qū)，常發(fā)展為寬谷河段，那里岸坡平緩、階地發(fā)育，河中常有河漫灘、心灘等泥沙堆積物，縱剖面形態(tài)，由于沿河構(gòu)造和巖性的差異，存在著許多折點(diǎn)，常表現(xiàn)為上凸曲線形式。橫剖面形態(tài)，往往為發(fā)育不全的V形或U形河溝，兩岸谷坡陡峻、坡面呈直線或曲線型。

由于山區(qū)河流洪水暴漲暴落，且絕大部分落差都集中在某些局部河段上，因而容易形成流速很高的急流或瀑布。又由于流量變幅大，加上河谷斷面狹窄，調(diào)蓄能力低，其水位變化也很大。此外，由于河床上存在著急彎、石梁、卡口等局部障礙物，這些地方往往產(chǎn)生較大的橫比降，引起較強(qiáng)的橫流。與坡降相應(yīng)，山區(qū)河流流速一般都較大，常在2m/s以上，且沿程變化亦大，急流河段，可高達(dá)7～8m/s，而在緩流河段上，其流速也可能小于1m/s。由于河床形態(tài)極不規(guī)則、山區(qū)河流流態(tài)十分紊亂，常有回流、泡水、旋渦、跌水、水躍、橫流等流態(tài)，流象險(xiǎn)惡。

山區(qū)河流挾帶的泥沙多為細(xì)沙、粉沙和黏土，而組成河床的泥沙多為卵石、塊石和基巖，二者性質(zhì)迥然不同。因此，山區(qū)河流懸移質(zhì)含沙量一般處于不飽和狀態(tài)，挾運(yùn)的泥沙都可看做沖瀉質(zhì)。其沙量的主要來源是汛期暴雨的沖刷，因而，一年中的來沙量大都集中在汛期幾個(gè)月內(nèi)，平時(shí)很少。山區(qū)河流的含沙量大小視流域情況而異，有很大差異。在巖石風(fēng)化不嚴(yán)重、植被良好的山區(qū)，含沙量很小，汛期也不過每立方米幾千克。在巖石風(fēng)化嚴(yán)重、植被較差的地區(qū)，含沙量就很大，每立方米可高達(dá)幾百千克甚至1000多千克，有的地區(qū)還常形成泥沙流。

研究山區(qū)河流的河床演變，實(shí)際上也就是研究卵石的沖刷、搬運(yùn)和沉積的過程。因卵石粒徑較大，只有洪水季節(jié)才能運(yùn)動(dòng)，加上流速沿程變化的不連續(xù)性，因而卵石推移質(zhì)運(yùn)動(dòng)呈間歇性，平均運(yùn)動(dòng)速度也很低。長江三峽河段的卵石推移質(zhì)觀測資料表明，某峽口的上游，壅水作用所造成的回水區(qū)使卵石淤積下來，非汛期時(shí)峽口回水作用消失，使淤積的卵石自寬谷段搬到峽谷段，并在那里堆積下來，到下次洪水時(shí)，又自峽谷段搬運(yùn)到下一個(gè)寬谷段區(qū)。在山區(qū)河流的彎曲段，有規(guī)則的深槽和淺灘，也常常是非汛期卵石自淺灘移向深槽，汛期自深槽移向淺灘。

由于水力分選的作用，山區(qū)河流中的推移質(zhì)卵石粒徑有沿程遞減的趨勢，而且就某一河段而言，山區(qū)河流的河床組成還具有級配很分散的特點(diǎn)。例如，我們在研究尋峪溝的治理方案時(shí)，發(fā)現(xiàn)從黏土到礫石和漂石皆備，山洪暴發(fā)之時(shí)，沙石俱下，直徑很大的漂石也有所運(yùn)動(dòng)。洪水過后，不僅在橋墩或河岸突出物所造成的緩流區(qū)可發(fā)現(xiàn)大量細(xì)沙落淤，而且在由卵石所組成的骨架的空隙中，也可找到很多黏土。

山區(qū)河流在河道外形上，同樣具有彎曲、游蕩、分汊、順直等幾種基本類型。例如：尋峪溝口段，就是一個(gè)典型的山區(qū)游蕩型河段，具有主流擺動(dòng)頻繁和水流堆積作用顯著以及河身寬淺等特點(diǎn)。尋峪溝匯入洛河（洛河除下游一段外，也屬山區(qū)河流），溝口形成沖積扇，侵占洛河河身，擠壓主流流路。因此，在研究河流的河床演變規(guī)律時(shí)，要對兩岸溪溝匯入情況進(jìn)行認(rèn)真的分析。

山區(qū)河流中水流輸沙能力遠(yuǎn)大于其實(shí)際的輸沙量，屬于侵蝕性河床，河床變形以沖刷下切為主，但因河床多由基巖或卵石組成，抗沖性能強(qiáng)，故河床變形緩慢，以致在短期內(nèi)幾乎看不出有什么變化。在一般工程問題中，有時(shí)可以認(rèn)為河床基本上是不變的。但某些山區(qū)河流遭受強(qiáng)烈外因容易發(fā)生急劇變形，例如山崩、地震、大滑坡等，在短時(shí)間內(nèi)，能堵塞河谷，上游形成壅水。因此，也應(yīng)有所考慮。

對于重要的工程問題，尚須認(rèn)真考慮山區(qū)河流的河床演變規(guī)律。山區(qū)河流在懸移質(zhì)有可能發(fā)生沉積的地方，沖淤變化較大，例如在兩個(gè)急灘之間的緩流區(qū)，懸移質(zhì)泥沙有可能在非汛期淤積下來，到汛期又被沖走。黃河三門峽下游兩磧之間的緩流河段，經(jīng)過一個(gè)非汛期，往往落淤幾米厚的細(xì)沙，入汛后又逐漸被沖走。

山區(qū)河流往往寬窄相間，在峽谷的進(jìn)口處，洪水期有較強(qiáng)的壅水作用，引起上游寬谷段內(nèi)比降變緩，流速降低，從而使得推移的卵石甚至懸浮的泥沙在上游寬谷段內(nèi)落淤，淤積厚度有時(shí)可達(dá)幾米甚至幾十米；汛后水位回落，壅水作用消除，比降、流速增大，淤積的泥沙又被沖刷搬運(yùn)到下游去。如是年復(fù)一年地沖淤循環(huán)交替。有時(shí)，大水大沙年淤積下來的泥沙量較多，非汛期不能全部沖走，一直要等到一個(gè)大水少沙年才可能完全沖走，從而使得河床產(chǎn)生以多年為周期的沖淤變化。非汛期由寬谷段沖刷下移到峽谷段的泥沙，由于此處水深較大，流勢較緩，因此可能有相當(dāng)大一部分泥沙落淤下來。寬谷段在洪水期往往出現(xiàn)主流易位現(xiàn)象，因而演變特性較窄谷段復(fù)雜一些。

總的來說，山區(qū)河流由于河谷比降陡，平均流速高，水流具有較大的輸沙能力。此外，山區(qū)河流還常由于某些特殊的外部因素作用，使河床產(chǎn)生劇烈的沖淤變化，如因滑坡等地質(zhì)作用，能在極短的時(shí)間內(nèi)將大量物質(zhì)推入河中，阻塞河道，劇烈地改變上下游水流情況，從而引起河床的急劇變形。泥沙流擠壓主流通道，也會(huì)引起河床的劇烈變化。