第一节　河流的形成与演变

一、河流的形成和发育

雨水、泉水、雪山溶水等沿自然斜坡均匀流动，呈网状细流，形成暂时性片流。经过片流长时间的冲刷剥蚀，山体上形成一些沟槽，片流顺沟槽流动，形成线状流水，称为洪流。洪流继续冲刷剥蚀沟槽，形成冲沟。随着冲沟的不断发育，沟底下切到潜水面以下，冲沟水流得到地下水的持续补给，则由暂时性的流水转变为常流水，冲沟演变成河谷，从而发展成为河流。

一条完整的河流水系的形成需要经历漫长的时间。一般来说，河流的发育过程可以分为三个阶段：幼年期、壮年期和老年期。处于幼年期的河流，通常河道较直，坡降较大，河谷深切呈V字形，河槽多为基岩或砾石，没有或者仅有零星河滩地，具有高山深谷地貌。山区型河流多处于幼年期，我国长江上游金沙江是典型的处于幼年期的河流。处于壮年期的河流，河谷加宽，河谷坡度变缓，河谷呈U字形，河槽多为粗砂，河滩地发育，汇入的支流增多。平原型河流多处于壮年期，美国的密西西比河、英国的泰晤士河是典型的处于壮年期的河流。处于老年期的河流，河道不再平直，河曲发育。河谷进一步加宽，河谷坡度平缓，河槽多细砂或淤泥，拥有十分宽阔的河漫滩，大部分地区被较薄的松散沉积物覆盖。老年期河流多呈网状分叉，有多个分流水道和入海口门，非洲的尼罗河和印度的恒河是典型的处于老年期的河流。

准确来讲，河流发育的三个阶段不是时间的概念，而是代表三种具有不同特征的地貌现象。一条发育历史较长、规模较大的河流，它的上游往往具有幼年期的特征，中游具有壮年期的特征，下游则具有老年期的特征。河流发育的过程，本质上就是河谷不断加宽、坡降不断平缓、周边地貌不断平原化的过程，即老年期、中年期河段不断上移，幼年期河段不断后退的过程。

二、河流发育的动力因素

从河流形成的过程来看，其动力因素有地壳的构造作用、水流作用、冰川作用和风化作用等四种，其中最主要的因素是水流作用。而水流作用又可分侵蚀、搬运和沉积三类。

（一）侵蚀

侵蚀是河床发育的原动力，是搬运的前提。侵蚀按照作用方向的不同可以分为下蚀、侧蚀和溯源侵蚀。下蚀即河水向下侵蚀、淘挖河床，使河谷加深。侧蚀即河水冲刷河床两侧以及谷坡，使河床左右迁徙，谷坡后退，河床及谷底加宽。溯源侵蚀即使河流向源头方向加长的侵蚀作用，主要发生在河谷沟头。溯源侵蚀使河流由小到大，由短变长。它使许多互相分隔、规模较小的流水相互联结起来。将主流与支流以及二级支流等联结成为统一的系统，形成水系。

（二）搬运

河流水流在流动过程中以推移、跃移、悬移和溶液运移等方式移动泥沙和砾石的作用称为搬运作用。其中对河流发育影响较大的是对不溶于水物质的机械搬运。在河流的发育过程中，上游往往水流湍急，以推移、跃移方式为主，可搬运的泥沙颗粒较大，但因为水流量小，搬运总量并不大。在中下游河段，水流速度放缓，主要是跃移和悬移，搬运的物质主要为颗粒较小的泥沙和黏土，搬运总量可以很大。

（三）沉积

当河流由上游山区进入中下游平原，流速放缓，水流中搬运的一部分碎屑物质发生沉积，这就是河流的沉积作用。泥沙沉积是河漫滩和河口三角洲形成的原因。

在河流的发育演化过程中，侵蚀、搬运和沉积是同时存在的。在河流上游，主要是侵蚀作用和搬运作用，侵蚀又以下蚀和溯源侵蚀为主；在中游，主要为下蚀和侧蚀，与上游相比，搬运作用减弱，沉积作用加强；在下游，沉积作用明显大于搬运作用，侵蚀作用主要是侧蚀，当侵蚀基准面因某种原因下降时，从河口段向上游方向也能发生显著的溯源侵蚀。

三、河流的类型

对河流进行分类能够帮助我们更好地认识河流形成、发育、演变、发展的规律，是开展河流水系的保护、治理及修复工作的理论基础。河流的分类方法很多，不同的学者根据不同的划分原则有不同的分类。例如按照河流的归宿分为外流河和内流河，按照流经地区分为山区河流和平原河流，按照河流是否受到人为干扰分为天然河流和非天然河流，根据河流平面形态分为顺直型、弯曲型、游荡型和分汊型等。

顺直型河流即是平面形态较顺直的单一性河流。长度较短，弯曲系数一般小于1.2。顺直型河流多出现于分布有抗冲性很强的岩体，或受构造控制的地段。其主流流路仍是弯曲的，两岸出现犬牙交错的边滩，在纵向上表现为深槽与浅滩互相交替，即在主流的弯顶处出现深槽，两个深槽间的过渡段出现浅滩。

弯曲型河流是由正反相间弯道段和介乎其间的过渡段连接而成的河流，弯曲系数一般为1.2～5，是冲积平原河流常见的河型，如我国的荆江、渭河、汉江和海河等。弯曲型河道断面形态上多有凸岸浅滩和凹岸弯顶处附近冲刷型深槽，河道一般窄而深，河宽比较稳定，常有弯道横向环流出现。

游荡型河流是指河道内江心洲滩多、平面上水流散乱呈辫状，心滩密布，水流主流线迁徙不定的河流，如我国的黄河下游段、永定河下游段等。游荡型河流整体形态较顺直，河床宽浅，水流散乱，主槽摆动幅度和摆动速度均很大，河势变化剧烈。游荡型河流在黄土和干旱地貌区较为常见，在岩溶地貌区少有分布。

分汊型河流是指河流因江心洲滩的分布，将水流分割成两支或多支水流，多支水流绕过江心洲滩后仍汇合成一支主流的河段，分汊型河段是冲积平原河流中常见的一种河型，例如珠江流域的北江、东江，长江流域的湘江、赣江、汊江等。就单个的分汊河段来说，其平面形态是上端放宽，下端收缩而中间最宽。中间段可能是两汊，也可能是多汊，各分汊之间为江心洲。自分流点到江心洲头为分流区，洲尾到汇流点为汇流区，中间则为分汊段。

四、河流的演变特征

在自然条件下，河流总是处在不断变化的过程中，这种变化主要体现在河床上，如河湾的发展、汊道的兴衰、浅滩的移动等，因此狭义的河流演变即河床演变。王昌杰等[47]给出河床演变的定义是：河床演变是指河床在自然条件下或受人工建筑物影响而发生的变化。这种变化是水流、泥沙与河床相互作用的反映。

因为河流形式多变，水流特性较为复杂，目前研究者在河流演变领域仍然无法达成一致，但河流的演变规律对指导河流整治又是非常重要的。历史上黄河曾经发生多次改道，洪水给两岸的人民带来了深重的灾难，只有掌握了河流的演变规律，才能科学地对河道进行人为的干预和改造，比如在多沙的河道上修建水利枢纽，人为调节河流的水流和输沙特性；沿河修筑堤坝，植树造林，减少水流对河岸的冲刷作用等，使河流更好地为人类服务。

河床演变特性与河型紧密相关，不同的河型具有不同的演变规律。本节根据王昌杰等[47]、张小峰等[48]、张瑞瑾等[49]、倪晋仁等[50]、陆仁安等[51]的研究成果，总结了不同河流的演变规律。

（一）山区型河流的演变

山区型河流的演变过程主要体现为水流在由构造运动所造成的原始地形上不断切削的过程。水流的切削作用，亦即侵蚀作用，表现在两个方面：一个是水流对组成河床的岩石的动力磨损作用；另一个是水流对岩石的化蚀作用。山区河流中的水流堆积作用或者完全不存在，或者极为微弱，除了部分由于地壳的上升或下降，海平面的上升，或由气候变化造成的河床径流量的巨大缩减等，能在河段的一小部分形成少量的卵石堆积层外，一般不存在近代的堆积层。由于河底主要由岩石组成，侵蚀作用进行缓慢，除因两岸乱石坠落，或河底卵石堆移以及泥沙的临时性落淤使局部河床略有变化外，河道基本上是稳定的。

（二）平原冲积型河流的演变

1.顺直型河流的演变

顺直型河流河床两岸常有犬牙交错的边滩，主流轻微左右弯曲，河床深泓线呈波浪状起伏，浅滩与深槽相间。顺直型河流的演变特征一般表现为边滩下移和河床展宽与束窄交替出现等。

浅滩和深槽在枯水期和丰水期交替发生冲淤。枯水期浅滩发生冲刷，冲刷下来的泥沙淤积在下游的深槽中；洪水期深槽发生冲刷，冲刷下来的泥沙推移到下游的浅滩上淤积。随着时间的累积，这种泥沙冲淤特性使顺直型河道相互交错的边滩向下游移动，与此相应，深槽和浅滩也同步向下游移动。

顺直型河流的演变除体现在边滩下移外，还可能呈现出周期性的宽窄变化。当边滩向下游移动时，两岸可冲刷的河岸被边滩所掩护而停止冲刷。与此相应，前期受边滩掩护的河岸则重新被水流所冲刷。这样经过一段时间后，河床遂逐渐展宽。当展宽到一定程度后，边滩受水流切割作用而成为江心洲或江心滩。以后随着某一汊的淤塞，江心洲又与河岸相连，岸线向河心推进，河道再一次束窄。此后，展宽与束窄交替出现。

2.弯曲型河流的演变

弯道水流不同于直道水流，弯道上的水流作曲线流动，由于离心力的作用使水面产生横比降，同时表层水流流向凹岸，而底层水流流向凸岸，形成封闭的环状水流，这种环状水流与纵向水流相结合形成螺旋流。弯曲型河流的演变一般表现为凹岸的崩退和凹岸的淤长，河湾发展和河线蠕动，裁弯取直及撇弯和切滩等。

由于水流表层含沙量小，底层含沙量大，在弯道环流的作用下，表层水流在到达凹岸并折向河底的过程中，将从凹岸及其附近的河底携卷泥沙，底层水流由凹岸流向凸岸并折向水面的过程中，将在凸岸附近释放泥沙，由此导致河湾凹岸的崩退和凸岸的淤长。

凹岸崩退和凸岸淤长使得河湾在平面上产生不均匀的横向位移，在弯道下半部，水流动力轴线经常靠近和顶冲凹岸，环流强度较大，崩岸严重。致使河湾曲率半径变小，中心角增大，河身加长；与之相应，两弯顶之间的河线还会产生一定旋转运动，同时整个河湾出现向下游蠕动的趋势，蜿蜒曲折的程度不断加剧，曲折系数也随之增大。

弯道的发展使河道愈来愈弯，在一定条件下将形成很长的河环。此时，河湾的起点和终点相距很近，形成狭颈。当洪水漫滩时，在比降陡、流速大的情况下便可将狭颈冲开，分泄一部分水流形成新河，而老河淤死，形成牛轭湖，这种现象称为自然裁弯。

当河段发展成曲率半径很小的急弯后，遇到大的洪水水流弯曲半径远大于河弯曲率半径，这时在主流带与凹岸急弯之间产生回流，使原凹岸急弯淤积。这种现象称为撇弯。河弯曲率半径适中，而凸岸边滩延展较宽且较低时，由于凸岸边滩较低且抗冲能力较差，遇到大的洪水，水流弯曲半径大于河弯曲率半径较多，这时凸岸边滩被水流切割而形成串沟，分泄一部分流量，这种现象称为切滩。

3.分汊型河流的演变

分汊型河流的演变极为复杂，一般来说，其演变主要表现为沙洲的移动和分合、河岸的崩塌和弯曲、汊道的交替兴衰等。

洪水期水流漫过江心洲，由于水流速度降低，一部分泥沙在洲上落淤，使得江心洲不断增高，当江心洲的高度达到一定或者洲上修筑堤防后不再受洪水淹没，江心洲的高度不再增高。江心洲的头部由于受到水流的冲击和环流的作用，通常会不断坍塌后退。而江心洲尾部在螺旋流的作用下，不断淤积延伸，使得江心洲有向下移动的趋势。江心洲在移动的过程中，可能与其他江心洲合并，体积增大。随着汊道的发展，大的江心洲也可能被水流冲开，分成小的江心洲，靠向岸边随着汊道的衰落转化为河漫滩。

河道分汊后，如果一岸的抗冲能力较强，另一岸较弱，随着河岸的坍塌后退，则一汊会单向移动。如果河流在坍塌后退的同时，也向下游发展，则汊道表现为横向摆动与下游的平面变形。

汊道的交替兴衰是汊道演变的特点之一，多发生在顺直型分汊河段。由于上游水流动力轴线的摆动，引起分汊河道入口分流分沙的变化，导致主、支汊河道易位。对于弯曲型汊道和鹅头型汊道，主汊的凹岸侧不断冲刷后退，凸岸侧相应淤长，由于主汊的位置不断变动，河道中间的江心洲位置和大小也跟着变化。当主汊道从凹岸侧摆动到凸岸侧，水流切割河道凸岸边滩形成新的汊道，这个新的汊道逐渐发展成主汊时，表示该汊道演变进入一个新的周期。

4.游荡型河流的演变

游荡型河流一般河身宽浅，河中沙滩密布，汊道众多，水流散乱，主流摆动不定。

游荡型河流河床主要以淤积为主，因此往往随着时间的推移河床逐步抬高，导致水位抬高，形成“地上河”。游荡型河段年内的冲淤变化，一般是汛期主槽冲刷，滩地淤积，而非汛期则主槽淤积，滩地崩塌。在一年内总的冲淤幅度不大，但一次冲淤变化可达很大的量级，这一规律与河段的水力、泥沙因素及河道形态有关。游荡性河流在平面变化上表现为主流摆动不定，主槽位置也相应摆动，且摆幅相当大，导致河势变化剧烈。