3.5 平原河流的河床演變
3.5.1 演變概況
大中型河流的中下游多流經廣闊的沖積平原。一般講，平原河流的河谷寬廣，在河谷中分布著廣闊的河漫灘，在河漫灘上廣泛分布著一些與水流方向大致平行或斜交的狹長沙丘。縱剖面多為下凹的曲線，縱剖面上沒有顯著的臺階狀變化，但由于水流與河床的相互作用，常出現波浪形的起伏狀態，沿程深槽與淺灘相間，其橫斷面形態視不同河段而異。
平原地區坡度平緩，土壤疏松，徑流系數小，匯流時間長，但流量變幅不大，洪枯流量比值較小，因而，水位變幅亦不大，水流平均流速也不大，一般均在2～3m/s以下。
平原河流的形成過程主要表現為水流的堆積作用，河谷中形成深厚的沖積層，河口淤積成廣闊的三角洲。我國的華北平原和長江三角洲便是這樣形成的。
平原河流的沖積層一般較厚，并表現為分層現象。最深層多為卵石層，其上為夾沙卵石層，再上為粗沙、中沙，以至細沙，枯水位以上的河漫灘有黏壤土或黏土層。泥沙組成的分層現象與河流的發育過程有關。一般來說，沙、卵石多為冰川期堆積物，沙層則為近代水量小、海平面較高時的堆積物。
平原河流中懸移質泥沙，以粉沙和黏土為主，而其中主要是沖瀉質。沙量來源主要是流域表面的土壤侵蝕，一年中的沙量大部分集中在汛期幾個月，特別是來自幾次較大的洪水過程。
平原河流河床演變，主要表現為河床循環的往復變形，特別是河床的平面變遷和河床上泥沙成型堆積體的運動。因此，平原河流中沖淤變化的速度較快。平原河流平面形態具有一定的規律性，各種河型的河床具有各自的演變規律。
3.5.2 順直（微彎）型河道演變
順直型河道多存在于狹窄、直的河谷中，或河谷雖然寬闊，但河漫灘發育較高，且多由難沖的黏土和沙黏土構成，表面生長有植物或人工控制情況下，一般多出現在河流的中、上游。其一般形態為中水河槽比較順直或略有彎曲，兩岸邊灘犬牙交錯，主流線左彎右曲，水面波浪起伏，深槽與淺灘相間，但灘槽水深差別不大。
順直（微彎）型河道河床演變特點如下：
（1）深槽和淺灘沖淤交替。枯水期淺灘水面比降大，發生沖刷，沖刷下來的泥沙在下一個深槽中淤積下來，洪水期深槽水面比降比較大，發生沖刷，泥沙又被從深槽搬運到下一個淺灘上淤積下來。
（2）邊灘和深泓線順流下移。邊灘就是一個大沙丘，在水流作用下，迎水坡不斷沖刷，背水坡不斷淤積，整個邊灘不斷向下游移動。隨著邊灘的下移，深槽、淺灘和深泓線也不斷交換位置。
（3）河床周期性展寬和縮窄。由于邊灘的發育，對岸將產生變形，因而枯水以上的河槽展寬。當邊灘發展過寬時，水流繞過邊灘時阻力加大，在洪水期就可能發生切灘現象，被切割的邊灘成為心灘，而河槽則被心灘分成汊道。但由于新汊道短而直，易于沖刷擴大，而舊河道則相應逐漸淤塞，河槽又恢復單股河床，河寬又縮窄了。如此循環發展，因而對工程建設將造成一定影響。
3.5.3 彎曲型河道河床演變
彎曲型河道多存在于河谷比較寬廣，兩岸無較密的工程，河岸和河底均由可沖刷土壤構成，但河岸抗沖能力比河底小，流量變幅小，中水期較長，比降平緩，流速不大的河段中，一般多出現在河流中下游。我國的荊江、渭河、北洛河、南運河、漢水等著名的彎曲型河道，其一般形態是左彎右曲，兩個相反彎曲間由直線過渡段相連。彎曲型河道河床演變特點如下：
（1）凹岸崩退和凸岸淤長。在河灣中存在著穩定的單向環流，面流指向凹岸，底流指向凸岸。由于含沙量沿水深分布不均，水面含沙量小，河底含沙量大，所以流向凹岸的表層水流的含沙量將遠較流向凸岸的底層水流含沙量小，流經凸岸的表層水流，將從凹岸攫取泥沙，但當流經凸岸時，又將釋放出多余的泥沙，結果導致河灣的凹岸崩退和凸岸淤長。
（2）河灣的發展和蠕動。凹岸崩退和凸岸淤長使得河灣在平面上橫向位移，但是這個位移在整個彎道上并不是均勻分布的。在彎道下半部，水流動力軸線經常逼近、頂沖凹岸，環流強度較大，崩坍較嚴重，結果使河灣曲率半徑變小，中心角增大，河身加長，并使整個河灣呈現向下游蠕動的趨勢。最常見的蠕動形式是：第一個彎道不斷向右蠕動，第二個彎道不斷向左蠕動，第三個彎道又不斷向右蠕動，整個河段也緩慢地向下游蠕動。與此同時，兩彎頂之間的河線還會產生一定的旋轉運動。這種旋轉運動是圍繞著一個大體不變的樞紐點進行的。在彎道入口逐漸下移時，河線旋轉樞紐點的位置一般也會逐漸向下游移動。過渡段太短時將會發生平行下移現象，而不發生旋轉現象。
（3）裁彎取直和撇彎切灘。隨著彎道的發展，河道愈來愈彎，甚至形成很長的河環，此時河灣的起點和終點相距很近，當洪水漫灘時，存在較大比降，容易形成串溝，并逐漸發展擴大成新河，而老河則逐漸淤死，從而形成自然裁彎。另外，當凹岸土質很不均勻，河灣發展受到限制形成曲率較大的銳彎時，往往在凹岸出現撇彎現象，主流改趨凸岸，凹岸逐漸淤積，而凸岸邊灘則相應被切削。
3.5.4 分汊型河道演變
分汊型河道一般形態為：中水河槽呈寬窄相間的藕節狀，窄段為單一河槽，水深較大；寬段則有一個或幾個江心洲存在，將水流分成兩股或多股，汊道中水深較小，在分流口和匯流口處常有淺灘存在。
分汊型河道多存在于河谷寬闊、沿岸組成物質不均勻、上游有節點或較穩定的邊界條件、流量變幅不過大、含沙量不過高的河段中，一般多出現在河流的中下游，我國長江下游，湘水下游，松花江下游都有著廣泛的分布。
分汊型河道河床演變特點如下。
（1）洲灘的移動和分合。洪水期水流漫過江心洲，由于洲面水深較小、糙率大、流速低，一部分懸移質泥沙會在洲上落淤，使得江心洲不斷增高，洲面淤積厚度取決于江心洲高度、洲面植物生長情況、洪水位高低與持續時間以及水量含沙量的多少等因素。洲面淤積厚度一般均較小，且隨著江心洲高度的增加而愈來愈小，特別是當洲上筑堤圍墾時，一般洪水不會淹沒，淤積就完全停止。
一般情況下，江心洲頭部由于受到水流的頂沖和緩流的作用會不斷崩坍后退，而尾部則在螺旋流作用下不斷淤積延伸，因而整個江心洲就以緩慢的速度向下游移動，江心洲的移動速度與汊道的分流角和匯流角、江心洲的高度，以及流量大小等因素有關，一般是不大的。匯流角較大時，江心洲移動速度更為緩慢。如發展成鵝頭形汊道時，可能完全停止下移。在特殊情況下，江心洲頭部也可能淤積上伸。
江心洲的橫向擺動比縱向移動要顯著得多，特別是不穩定的汊道，隨著分流、分沙比的變化，汊道和江心洲將發生強烈的變形。
在江心洲的運動過程中，江心洲體積不斷擴大。在大多數情況下，江心洲的擴大是通過幾個較小的江心洲合并實現的。當汊道衰亡時，江心洲靠向一岸。
（2）河岸的崩坍和彎曲。自然界中汊道的一支或二支往往具有微彎的外形，由于入口部分緩流的作用，進入凹岸一側的含沙量較小，它將逐漸發展，特別是頂沖點處的河岸，將不斷崩坍后退，沖刷的泥沙則在對岸江心洲上淤積，或被水流帶到江心洲尾部以及匯流區的回流區淤積。而另一側則逐漸衰退，當凹岸主汊彎曲發展到一定程度時，河岸不再崩坍，將逐漸穩定下來，其支汊也相應穩定下來，穩定時間一般較長。但當凹岸為廣闊的河漫灘時，凹岸支汊將不斷彎曲發展，頂沖點不斷下移，江心洲也相應向凹岸一側淤長，汊道將發展成為鵝頭型分汊河道。弓形分汊河段由于入口處的環流作用，進入彎道的流量較小，而含沙量較大，故彎汊將會逐漸淤死。
（3）汊道的興衰與交替。在上游水流條件不變的情況下，彎曲的汊道由于河身加長，河床曲折，水流阻力加大，因而分流比不斷減小。汊道彎曲也會影響到分流區的環流形態，使越來越多的泥沙進入彎汊，這樣彎汊就會逐漸衰亡，而直汊則逐漸發展。汊道的淤積一般是先淤在進口處，使水深不斷變淺，直至枯水期斷流。汊道出口處由于回流和異重流作用也有所淤積，但速度較慢，因而當汊道衰亡時，在汊道后半部仍有相當深的深水套。支汊衰亡，主汊發展為單一河道，但在天然條件下，這種局面往往是不能持久的，條件適合時，在水流作用下，主汊又會不斷展寬，終于又在江中淤積成沙洲并形成新的分汊河道，開始一個新的演變周期。河道演變周期對不同河段是不同的，比較穩定的汊道能長達幾十年甚至數百年。
事實上，上游水流條件是不可能不變的。因此，在汊道發展過程中，并不是所有的支汊都會淤死。恰恰相反，在許多情況下，當支汊衰退到一定階段時，由于水流條件發生了變化，會出現衰退停滯現象。甚至兩汊有可能交替發展，即支汊由衰退轉化為發展，甚至成為主汊，而主汊由發展轉為衰退，甚至變成支汊，一汊的發展有賴于另一汊的衰亡。在分流區上游河段有交錯邊灘不斷下移時，將使兩河入口水流條件交替變化，從而使兩汊發生交替發展和衰退現象。復雜分汊河段多發生在河道極寬處，形態極為復雜，各汊水流及泥沙因素較紊亂，分流分沙情況常發生，其演變規律因此十分復雜，但也無外乎一汊的發展依賴于其他汊道的衰退。
由于天然河流的流量是不斷變化的，在不同流量時，汊道上游的節點挑流作用是不同的，因而會使入汊水流動力軸線在兩汊間作往復擺動，這樣兩汊都有沖刷機會，使得汊道能保持相對穩定。
3.5.5 游蕩型河道演變
游蕩型河道的一般形態和演變規律具有一系列特征，其中最基本的特征是水流散亂和主槽擺動不定，前者屬于形態方面的特征，后者屬于演變方面的特征，具備這兩個特征即可區別于其他類型的河段，而確定為游蕩型河段。游蕩型河道河床演變的基本特點如下。
1.游蕩型河道的縱剖面變化
平原河流的縱剖面變化：一方面與上游來水來沙條件有關；另一方面與下游侵蝕基點有關。此外，如堤防的約束、支流的入匯、地殼的升降等均有一定的影響。因比，即使同屬游蕩型河段，由于各方面條件不一樣，縱剖面的變化也不可能一樣。
從黃河下游來看，黃河自孟津出峽谷以后，由于河谷驟然放寬，比降變小，河水流勢忽然趨于平緩，其水流挾沙能力減小，不能挾帶上游來的大量泥沙，于是河床不斷堆積抬高，河道變得“寬、淺、散、亂”，素以“善淤、善徙”著稱。從長時段的平均情況看，河床是單向淤積抬高的，但從年內情況看則有沖有淤，沖淤交替。
2.游蕩型河段的平面變化
游蕩型河段平面變化的基本特點是主流擺動不定，河勢變化劇烈。游蕩型河段主流橫向擺動如此劇烈的原因，根據黃河現場及模型試驗資料分析后，可歸納為以下幾點：
（1）河床堆積抬高，主流分汊。在串溝汊道交錯的河槽中，主流所經過的流道外河床本來較低，但由于泥沙淤積，河床和水位逐漸抬高，水流便轉向較低和較順直的流道分流，經過一場大水后，主流便完全改走汊道，原主流河道則逐漸淤塞。
（2）洪水拉灘，主流擺動。由于游蕩型河段河灘多由易沖的細沙組成，在水流作用下，極易被沖刷移動，特別是新形成的嫩灘，更易被沖刷移動，因而引起主流相應變化。
（3）沙灘移動，主流變化。游蕩型河段沙洲密布，在水流作用下，極易被沖刷移動，因而引起主流相應變化。
（4）上游主流方向改變。由于各種原因，上游河勢變化，其下游主流流路也相應改變，引起主槽擺動。
前兩種原因使主流發生突變，后兩種原因使主流發生緩變。不管是突變還是緩變，其出現往往比較突然，帶有一定的偶然性。
3.游蕩型河段上的“節點”對主流的擺動有一定的鉗制作用
如前所述，游蕩型河段多呈寬窄相間的藕節狀，在寬段主流變化劇烈，在窄段由于兩岸土質較好或受人工建筑物的控制，形成了“節點”。窄段水流歸順，沙灘較少，主流擺動幅度小，且當上游河勢發生變化時，“節點”還有一定的調整作用，使得下游流路較為穩定。節點一般有兩種類型：一種兩岸皆有依托，位置固定，在中水位以上起到控制河勢的作用，稱為一級節點；另一種只有一岸有依托，在中水位以下，與對岸運移變化著的沙灘結合起來，在一定程度上也制約河流，但這種制約作用往往因對岸沙灘的變淺而變化。