山洪灾害调查评价技术与实践
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2.4 山丘区河流河床演变

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挟沙力时,便产生冲刷,河床下切。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;上游来沙量与水流挟沙能力不适应时,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,这一过程就是河流的自动调整作用。冲淤作用导致流程方向上河床高程的变化称为纵向变形,与水流垂直的水平方向变形称为横向变形。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)以及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)。

山丘区河流除基岩裸露的河床外,一般被卵石或砂卵石所覆盖。推移质多为卵石及粗砂。在峡谷河段,洪水期间峡谷流速大,将峡谷内的推移质输送到下游河床宽阔段;中、低水期间峡谷段水流平缓,而宽阔段的滩上流速、比降均较大,将洪水时期淤积的泥沙部分或全部输移到峡谷河段,推移质运动在空间分布上有明显的不连续性。宽阔段的浅滩,由于洪、枯水流路不一致,一般呈洪淤枯冲的周期性变化。山丘区河流两岸多为岩质组成,一般横向变幅不大。

2.4.1 基岩裸露河段的河床演变

一般来说,基岩裸露的峡谷河段,河道水流挟沙能力都较大,河床不易有悬移质沉积,河床在水流长期侵蚀作用下呈缓慢下切的状态,河床变化非常缓慢,河床上的卵石也在较大洪水条件下才有运动。但也要从河势条件具体分析,对于宽窄相间的河段,峡口段在汛期可能壅水严重,在特定的水沙条件下也可以使悬移质参与造床。这种作用虽然只是暂时或周期性的,一般不会产生永久的河床变形,但某些场次洪水条件下仍可以达到很大的冲淤幅度。

2.4.2 弯曲型山丘区河流河床演变

由于山丘区河流两岸受基岩和阶地限制,自由摆动幅度较小,除在特定条件下有可能发展成自由河湾以外,以强制性的河湾居多,加之河床组成较粗,河道深槽一般比较稳定,有时随不同的水沙条件在河谷范围内作平移,或常使深槽贴于一岸行经很长而不脱离。河流淘刷出来的泥沙有时会在下游形成沙洲或心滩。

2.4.3 分汊型山丘区河流河床演变

山丘区河流中有些河段会存在较稳定的江心洲,称为分汊型河段。与平原型河流不同,在山丘区这种河段一般主汊河床高程低而河道开阔,支汊河床高程高而河道较窄。主支汊位置一般常年稳定,枯水期支汊分流比一般很小。因此如不受人类活动影响,主支汊维持汛淤枯冲的年内周期性变化,不会出现周期性地消长,较平原型的分汊河流稳定很多。

2.4.4 泥石流的影响

泥石流是指在山丘区或者其他沟谷深壑、地形险峻的地区,因为暴雨、暴雪或其他自然灾害引发的山体滑坡并携带有大量泥沙以及石块的特殊洪流。它与一般洪水的区别是洪流中含有足够数量的泥沙石等固体碎屑物,其体积含量最少为15%,最高可达80%左右。泥石流具有突然性以及流速快、流量大、物质容量大和破坏力强等特点。

山丘区河谷发生泥石流以后,其所挟带的固体颗粒就地淤积,会形成庞大的堆积扇或堆积锥,造成河道高程迅速抬高,且不能被洪水自然冲刷带向下游。这会迫使河道流路左右摆动,甚至河道完全堵塞。在山丘区特别是小型山丘区,河流资料分析中发现的河道主槽或局部深槽陡然淤积等现象多由泥石流造成。因此,泥石流在引起山丘区河道演变过程中的作用不容忽视。