河床演变

在河道水流与河床边界相互作用下，河床在垂直和水平方向上的变形。河床演变这个术语有两种理解：一是指河道从河源至河口、河谷各个部分的形成和发展；另一是指近代冲积河道的变化和发展。

简介

冲淤作用导致流程方向上河床高程的变化称纵向变形，与水流垂直的水平方向的变形，则称横向变形。这两种变形，在一般情况下，都是交织在一起的。按河床演变发展进程，分为在相当长时期内河床单一地朝某一方向发展的单向变形，如有些河流多年来河床一直不断淤积抬高；河床周期性往复发展的复归性变形，如浅滩在枯水期冲刷，在洪水期淤积，如此周期重复演变。此外，还有一些局部变形。河道输沙不平衡是河床演变的根本原因。当上游来沙量大于本河段的水流挟沙力时，水流没有能力把上游来沙全部带走，产生淤积，河床升高。当上游来沙量小于本河段的水流的挟沙力时，便产生冲刷，河床下降。在一定条件下，河床发生淤积时，淤积速度逐渐减少，直至淤积停止，河床发生冲刷时，冲刷速度逐渐减低，直至冲刷停止。这种现象称为河床和水流的自动调整作用。

分类

河床在自然情况下,或受人为干扰后,发生的冲淤变化。河床演变就其表现形式而言，有纵向变形和横向变形。纵向变形是河床纵剖面和横断面的冲淤变化。横向变形是河流在平面上的摆动。河床演变就发展方向而言，有单向变形和往复变形。单向变形是河床在较长时期内向冲刷或淤积方向的发展。往复变形是河床在一定时期内的冲淤交替变化。河床演变就影响范围而言，有长河段的普遍变形和局部变形。各种形式的河床变形往往是错综复杂地交织在一起的。

形成过程

河床演变是水流与河床不断相互作用的过程，在这一过程中，泥沙运动是纽带。任一河段在特定水流条件下有一定挟沙能力。当上游来沙量与水流挟沙能力互相适应时,水流处于输沙平衡状态,河床保持相对稳定；如上游来沙量与水流挟沙能力不适应,水流输沙不平衡,河床就产生相应冲淤变化。河床变化反过来又会改变水流条件，从而引起水流挟沙能力的变化，变化的趋势是尽量使上游来沙量与水流挟沙能力相适应，使河床保持相对平衡，这一过程称为河流的自动调整作用。

根据河流的形态和演变特点，常将河流分为顺直、弯曲和分汊三种河型。在分汊河型中又常分出一种新类别叫做游荡型(见图)。①顺直型河道：平面外形顺直或略弯曲，两岸有交错边滩，纵剖面滩槽相间,其演变特点是浅滩和深槽周期性冲淤变化,边滩不断顺流下移，深槽、浅滩和深泓线不断转换位置。②弯曲型河道：又称蜿蜒型河道。其平面外形弯曲，两个弯道间以直段相连,纵剖面滩槽交替,弯道凹岸为深槽，过渡段为浅滩。其演变特点是弯道凹岸不断崩退，凸岸边滩不断淤涨,曲率越来越大,当发展到一定程度时，可发生撇弯甚至自然裁弯取直，老河淤死形成牛轭湖，新河又继续向弯曲发展。③分汊型河道：平面外形比较顺直、宽浅，江心有一个或多个沙洲，水流分成两股以上汊道，其演变特点是洲滩不断变化，汊道兴衰交替。在这类河型中，洲汊较多，稳定性较弱，冲淤变化迅速的河段常称为游荡型河道。在上述各种河型之间，还有各种过渡型态。

冲积性河流在长期发展过程中形成了相对平衡或准平衡状态，其河床形态与流域来水来沙和河床边界条件间存在着一定的关系，称为河相关系。这种关系，可用来预报来水来沙和边界条件改变后河床的冲淤临界状态，并可作为治河工程规划的参考性依据。

在河流上兴建水库或其他工程设施都将改变天然河流的来水来沙或河床边界条件，从而破坏了河流的平衡状态，引起河床的冲淤变化。这种变化对于水利工程建设和许多国民经济部门产生程度不同的影响，常常需要预先作出估计，并拟订相应工程措施以防止其不利影响。为预测河床冲淤变化过程，可以采用物理模型试验和数学模型计算，或二者相结合的方法。

影响河床演变的因素

河流河床演变的根本原因是输沙不平衡。若上游来沙量与本河段的输沙能力不相适应，本河段河床就要发生变形。上游来沙量大于本河段输沙能力时，水流不能将上游来沙全部输送走，部分泥沙就将在本河段发生淤积；上游来沙量小于本河段输沙能力时，来沙量不能满足本河段输沙能力的要求，从而将使河床发生冲刷。河床纵向变形是由纵向输沙不平衡所引起，横向变形是由横向输沙不平衡所引起，局部变形是由局部输沙不平衡所引起。河床冲淤使水流和泥沙条件发生了变化，从而又会引起水流输沙能力的变化。河床淤高使本河段断面减小，比降增大、流速增大，床沙变细，因而水流输沙能力逐渐增大，上游河段由于受本河段淤积的影响而产生壅水，水深增大，比降和流速都将减小，水流的输沙能力也相应减小。结果将出现上游来沙量逐渐减少，而本河段的水流输沙能力则逐渐增大，因而淤积将逐渐停止。反之，河床冲刷使得本河段断面增大，比降减小; 而上游河段断面减小，比降增大。结果使得上游来沙量增大，本河段输沙能力减小，终至达到输沙平衡，使冲刷停止。这就是河床和水流的 “自动调整作用”，即在冲刷和淤积的发展过程中，河床和水流进行调整，通过改变河宽、水深、比降和床沙组成等使本河段的输沙能力与上游来沙条件相适应，从而促使冲淤向其停止方向发展。由于输沙不平衡所引起的河床变形是绝对的，而输沙平衡使河床处于稳定状态则是相对的。这一方面是上游的来沙情况总是不停的变化着，将引起输沙平衡的破坏，而河床上的大小沙体运动是始终存在的，从而使河床经常处于不断变化之中。影响河床演变的因素非常复杂，主要的影响因素可概括为：由于气候及流域等条件造成的来水量及其变化过程; 来沙量、来沙组成及其变化过程; 河床形态和地质条件以及人类活动等。

河床演变的研究方法

对天然河道的实测资料进行分析，分析河道的历史演变过程；从河道形态、水流和泥沙特征，推断出今后一个时期的发展趋势。应用泥沙运动的基本理论和河床演变的基本原理，对未来的河床变形进行理论计算。通过模型试验，对河床演变进行预测。

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