河流过程

河流过程主要是地貌过程与水文过程。河流的地貌作用不仅在于它的下切，更重要的在于它的侧蚀，即横向侵蚀和沉积。自然界中的河流一般都是蜿蜒的，河流由局部的曲流和局部较为顺直的河道组成。水流在河道中以螺旋流的形式运行。由于上层水流含沙量小，流速大、在水流向下运行时具备较大的侵蚀力，形成侧向侵蚀。在水流螺旋向上时，挟沙力降低，泥沙发生沉积。这样河流就向弯顶不断地弯曲，在弯内不断堆积沉积物，最终发育植被并露出水面。由于沉积部位的中心位置相对于弯顶稍偏下，沉积形成的浅滩迫使水流聚集向对岸，使得弯顶下移。河流蜿蜒的结果导致了河道不断地摆动和拓宽，把原始的河谷改造成冲积平原。在河道蜿蜒中，当河弯达到一定程度时，使流水不畅，洪水发生时，很可能造成水流漫过河岸，冲刷出新的水道，达到下游河道。这时旧的河弯就被废弃了，从而发生所谓的裁弯事件。裁弯后的旧弯顶河道形成了所谓的牛轭湖。牛轭湖逐步发育为沼泽并最终淤塞而消失。

在洪水期间，河道水流漫过河堤把细粒的泥沙带上滩面，洪水上滩后，流速降低，发生沉积。河床沉积、漫滩沉积和牛轭湖沉积等共同构成了冲积层，形成冲积平原。

实际的河道形态是复杂的。在河道中心有时会形成心滩，心滩淤积露出水面称为江心洲。河道岸边形成的滩地称作边滩。河道的形态也可划分作多种类型，常见的有顺直型、蜿蜒型、分叉型和游荡型。顺直型的河道较为平直，一般发育在上游山区，河谷较深。蜿蜒型的弯道发育强烈，在平原地区多见，我国下荆江地区发育了典型的蜿蜒河型。在平原地区宽阔的河道中有江心洲发育时，把水流分成两道，这种河型是分叉型。我国的黄河中下游地区，水流含沙量多，心滩很不稳定，水道变幻不定，这就形成了最典形的游荡型河流。

图 4.3. 3 河流水流的蜿蜒及其地貌作用

河流的地貌-沉积过程，形成了冲积平原。在河道底部即河床，沉积的泥沙显然较河漫滩上的沉积物来得粗，尤其是河床底部沉积的泥沙一般含有砾石，而边滩、河漫滩则沉积淤泥。同时在河道中也残留下一些水流侵蚀后不能带起的粗沙、砾石等，最终加入冲积平原，形成河床蚀余堆积。图 4.3.4

是冲积平原沉积结构、沉积环境的图示。在这个模型中，从下而上可以识别出不同的沉积剖面。左侧的典型剖面反映了早期有河流发育，后来河道摆荡形成河漫滩和边滩沉积。在某种特别沉积环境下形成的沉积单元称为相，一个相有特定的沉积标志。河漫滩环境形成漫滩相，边滩环境形成边滩相，河床沉积形成河床相。把整个河流作为整体环境与别的环境如海滩环境相比较时，河流沉积统称作河流相。

图 4.3.5 发育弯曲河道的冲积平原的沉积岩相与层序（据里丁，1986）河流地貌过程的长时间效应就是它的溯源侵蚀作用。溯源侵蚀是一种河

谷向分水岭方向延伸的现象。在河源附近，由于河道坡面凹入地面，流水作用和块体侵蚀都较强烈，这就形成了河源强烈的侵蚀作用。开始河源在坡面上形成浅凹地，形成汇水单元，由于河流引导定向水流，所以平行于河向的流水侵蚀将更为强烈，其结果造成河流的伸长，河谷向分水岭方向延伸。实际上在河源区往往有临时沟谷、断裂带存在，河流的溯源侵蚀是沿这些沟谷或断裂带发展的。溯源侵蚀的结果往往切穿分水岭，使不同的河流连通。当被切断的河流下游较溯源河流高时，会发生水流改道，当被切断的河流较低时，还会发生溯源河流局部段水流倒流入被切河流的现象，二者都引起河流袭夺。图 4.3.6 是河流袭夺的图示。

图 4.3.6 河流袭夺（据 Chorley 等，1984）

由于河流系统的自组织性，当河流的侵蚀基准面变化时，就会引起河流剖面自河口向源头的溯源侵蚀或堆积，以调整剖面。第四纪时期海平面变化引起了河流剖面的普遍调整。当海平面下降时，一般认为发生自河口的溯源侵蚀，实际上由于气候同时变干冷，上游地区风化物增多，在溯源未达到的河段，反而表现了下游溯源上游堆积的倾向，类似地温暖期海平面上升，河口地区发生溯源淤积，在上游区由于气候变湿润，降水增多，河流得到更多的水量，反而会表现出河道侵蚀下切和溯流侵蚀。河道侵蚀下切过程中，河流有阶地发育。可见，阶地不一定是构造运动的标志，气候变化也会产生阶地。

河流系统不仅有其它地貌过程，它的水文过程也是重要的。降水发生后，在产流条件满足时，坡面水流以漫流、股流及壤中流形式流入河道形成河川径流。由于降水是一段时间内发生的，每一次降水必然形成阶段性的自坡面向河道的汇流，这样抬高了河道的水位，增加了河道的流量。由于降水量空间分布不均匀，河网水系密度与分布形状的差异以及水流汇集速度的快慢，使河道接纳的水量沿程不同，水量多的地方较之水量少的地方水位高流量大，使沿程水深分布有变化，形成波体，称作河道洪水波。洪水波的波高远小于波长。在一个固定水位断面上观察洪水波的运动可得到如图 4.3.8 的水文过程线。沿程观察洪水波可以发现洪水波缓慢变形，最终趋于消失。

图 4.3.7 河流阶地类型（曲折线表示切割与沉积历程，据 Horley，1984）洪水过程可以看成是暴雨径流和基流合成的，基流就是由地下水汇入形

成的流量。河道洪水不仅可能因降水引起，在高纬或高寒地区，坡面上的季节性积雪或高山上的冰川融化，产生融雪径流，汇入河道，也能在这些地区形成洪水。洪水过程一方面冲刷河道，另一方面为下游地区尤其是河口地区

带来营养物质。洪水也常常泛滥成灾，洪灾是流域中最主要的灾害。关于洪水波的运动特性，可以用圣维囊方程作数学分析。第二

图 4.3.8 洪水过程特征

每次大的降水，在河道中形成一次洪水，降水是随机现象，洪水也就成为随机现象，多年统计的结果，可以发现某一河段洪水出现的频率（概率）曲线。在实际生活中我们常常听到五十年一遇，一百年一遇的说法，其意义是，从长期的统计看五十年或一百年的一个阶段内可能出现一次这样的洪水流量（但不能肯定于哪一年），并不是指正好隔五十年或一百年发生一次相应规模的洪水。

在河流系统中环境生态过程也是重要的，山溪性河流、平原河流与河口在生态过程中是有差异的。山溪性河流，水流急，一般形成石质河床，形成两种生境，湍急的浅滩和宁静的小水坑。在浅滩环境中，附着生物占优势，它们包括硅藻、蓝绿藻等，大部分是短命的，水流冲刷常将它们带到下游。小水坑则是有机体汇集地，这里水流结构缓慢，足以使部分泥沙沉积，春秋两季还是游离 CO2 产生的地方，并为浅滩生物光合作用提供碳酸氢盐。缓变的平原河流中发生腐性有机物和淤泥的沉积，它们为生物提供了食物和营养成分。底栖生物，有根水生植物甚至浮萍大量出现在江边缘带，沿江边缘的滩地，形成丰富的植物带，生物种类显著地多于急变的山溪性河流。河流还具污染与自净行为，我们第二章中已作了简要地介绍。