5.河道平面形態(tài)

河道的平面形態(tài)可以分為三種類型：蜿蜒型（sinuosity/meandering）、微彎順直型(straight- low sinuosity)和分汊型（multichannels）。其中分汊型又可分為辮狀型(braided)、網(wǎng)狀型(anastomosing/anabranching)和游蕩型(wandering)。（Schumm 1977, Church 1992,Brierley 2004）

河段的順直或彎曲可用彎曲率判斷，彎曲率是指沿河流中心線兩點(diǎn)之間的長(zhǎng)度與這兩點(diǎn)間直線距離的比值。如果彎曲率值在1.0～1.05范圍內(nèi),則屬于直線型河道，1.05～1.3屬于微彎型河道，1.3～3.0屬于蜿蜒型河道（圖1-1-5(b)）。微彎型河道多出現(xiàn)在河流的上中游，而在寬闊、平坦的下游地區(qū)多為蜿蜒型河道。

（1）順直微彎型河道

當(dāng)彎曲率為1.0～1.3時(shí)，稱為順直微彎河道。順直微彎河道包括直線型和微彎型河道。在自然界，整條河流呈順直狀是十分罕見的，僅在河流的局部河段呈順直形態(tài)。順直河道常處于變化之中，這是由于主泓線往往偏離河道軸線，折向一側(cè)岸坡。導(dǎo)致偏離的原因有多種，包括兩岸岸坡的土質(zhì)、巖性構(gòu)造以及植被等約束條件的差異；地球偏轉(zhuǎn)力也具有一定影響。一旦主泓偏離，就會(huì)對(duì)一側(cè)岸坡產(chǎn)生侵蝕作用，水流的侵蝕作用反復(fù)擴(kuò)大，導(dǎo)致一側(cè)岸線迅速后退，順直型河道逐漸向彎曲型河道過渡。

（2）蜿蜒型河道

彎曲率在1.3～3.0范圍的河道屬于蜿蜒型河道。蜿蜒型河道是世界上分布最廣的河道形態(tài)。蜿蜒型河道類型有彎曲型、不規(guī)則蜿蜒型、規(guī)則蜿蜒型和曲折蜿蜒型等（圖1-1-5 (b)）。

我國(guó)長(zhǎng)江的上荊江河段彎曲率達(dá)到1.7,下荊江河段達(dá)到2.84,都屬于典型的蜿蜒型河道（圖1-1-6）。

蜿蜒性的河流都有深潭－淺灘交錯(cuò)連續(xù)分布的規(guī)律性特點(diǎn)，這種空間形態(tài)稱為深潭－淺灘序列（pool-riffle sequence）。深潭位于蜿蜒性河流彎曲的頂點(diǎn)，并在河道深泓線彎曲凸部的外側(cè)（或稱凹岸側(cè)）。淺灘是兩個(gè)河灣間的淺河道，位于河流深泓線相鄰兩個(gè)波峰之間，它的起點(diǎn)位于蜿蜒河流的彎段末端，其長(zhǎng)度取決于縱坡降，縱坡降越大，淺灘段越短。深潭的橫剖面為窄深式，一般為幾何非對(duì)稱型；而淺灘的橫剖面屬寬淺式，大體呈對(duì)稱形態(tài)（圖1-1-7）。

蜿蜒性是河流動(dòng)態(tài)演變過程中的一種自然傾向。形成蜿蜒型河道的原因有多種，其中主要原因是水流經(jīng)過微彎河段凸岸時(shí)，在離心力的作用下水流射向凹岸，凹岸一側(cè)的水位提高，形成單向環(huán)流。環(huán)流與順河向的水流結(jié)合起來形成一種螺旋型環(huán)流。單向環(huán)流的表流射向凹岸，然后下降，這股水流流速大，侵蝕力強(qiáng)，導(dǎo)致凹岸岸坡后退，在河床底部形成深槽。環(huán)流從深槽流向凸岸形成上升流，流速慢，造成凸岸一側(cè)淤積，形成邊灘。當(dāng)凹岸不斷后退，凸岸不斷淤積前移的情況下，微彎型河道就演變成蜿蜒型河道。蜿蜒型河道進(jìn)一步發(fā)展，彎曲率不斷增大，就會(huì)演變成曲流河道，又稱蛇曲，河道弧線的平面形狀近于環(huán)形。當(dāng)上下游的河道弧線逐漸靠近，形成狹窄的曲流頸。洪水發(fā)生時(shí)，曲流頸被切割，開辟出新的順直型河道，這就是自然裁彎取直過程。此后，水流流經(jīng)新河道，而舊河道則形成靜水湖泊，稱為牛軛湖。圖1-1-8 是一個(gè)在蜿蜒河流中深潭與急流交錯(cuò)格局發(fā)展示意圖。

深潭－淺灘序列隨水文周期變化也處于周期性變化中。深潭周期性被泥沙充填，特別是當(dāng)上游河岸因侵蝕崩塌形成的大量泥沙輸移到下游時(shí)，泥沙會(huì)把深潭填滿。但是當(dāng)下一場(chǎng)洪水到來時(shí)，泥沙又會(huì)被急流輸移到下游的深潭中，深潭得以恢復(fù)。淺灘段河床在洪水過程后期，被上游沖刷下來的泥沙所充滿。這些多余的泥沙將由下一場(chǎng)洪水輸移到下游的深潭中。在枯水季節(jié)，深潭河床顯露出卵石淺灘及沙洲，而淺灘水流則表現(xiàn)出紊流特征。

河床材料構(gòu)成對(duì)形成淺灘－深潭序列具有重要作用。卵石和礫石河床具有勻稱的深潭－淺灘序列，這種結(jié)構(gòu)在水流能量較高的條件下有利于維持河道的穩(wěn)定性。在這類深潭－淺灘序列中，粗顆粒泥沙分布在淺灘內(nèi)，而細(xì)顆粒泥沙分布在深潭中。許多河流淺灘的河床是由粗糙、密實(shí)的卵石構(gòu)成的，而深潭河床則由松散的砂礫石構(gòu)成。有學(xué)者統(tǒng)計(jì)，深潭－深潭或淺灘－淺灘的間距大約是發(fā)生漫灘流量時(shí)河面寬度的5～7倍（Leopold,1964）。具有沙質(zhì)河床的河道有深潭依次分布，但是并沒有形成真正意義上的淺灘。在淺灘范圍的泥沙粒徑與深潭內(nèi)的泥沙粒徑相差不大。具有較高縱坡降的河流也有深潭依次分布，但是沒有淺灘分布，水體從一個(gè)深潭到下一個(gè)深潭之間靠跌水銜接，即深潭－跌水－深潭系列。

由于蜿蜒型河道的側(cè)向移動(dòng)演變，構(gòu)成了河流復(fù)雜的地貌形態(tài)。這種復(fù)雜的地貌形態(tài)導(dǎo)致水流和泥沙條件的變化，形成了具有地貌多樣化特征的河道－河漫灘系統(tǒng)，為動(dòng)植物群落提供了多樣的微棲息地，支持生物群落多樣性。

圖1-1-9 蜿蜒型河道的側(cè)向運(yùn)動(dòng)形成河漫灘地貌的多樣性

蜿蜒型河道－河漫灘系統(tǒng)包含有多種地貌單元(圖1-1-9) ，它們是：粘土塞（clay plug）指在主河道與牛軛湖之間的淤積體；牛軛湖（oxbow lake），指粘土塞完全形成后，牛軛狀河道從主河道中分離出來形成的水體；蜿蜒河灣（meander scroll），指已經(jīng)淤積的舊河道；自然堤防（nature levee），指由于局部河段流速降低，導(dǎo)致粗沙沿河岸所形成的淤積體；河漫灘沼澤（backswamps），指由于自然堤防的圍隔作用形成的沼澤。

圖1-1-10是航拍的俄國(guó)鄂畢河鳥瞰圖。蜿蜒的鄂畢河流淌在廣袤的西伯利亞平原上，在水流－泥沙－河道－陸地的交互作用下，靠洪水自由漫溢和水流對(duì)河床的長(zhǎng)年塑造，數(shù)十萬年來，鄂畢河經(jīng)歷了復(fù)雜的演變過程，各個(gè)河段也都處于動(dòng)態(tài)演變中。各個(gè)河段的演變由微彎到振幅增大擴(kuò)展；波形向下游平移；波峰向下游旋轉(zhuǎn)；瓶頸或急流部位發(fā)生裁彎取直使河道回到微彎形態(tài)，波峰河道脫離主河道形成牛軛湖（對(duì)照?qǐng)D1-1-5）。由于淤積體的形成，部分阻塞了主河道，又形成了蜿蜒河灣、河漫灘沼澤等多樣地貌景觀（對(duì)照?qǐng)D1-1-9）。我們從照片中可以清晰地看到鄂畢河主流，以及因沒有人類活動(dòng)干擾保留完好的多組疊套狀牛軛湖、分離出的古河道和河漫灘湖泊濕地。在西伯利亞荒原上如長(zhǎng)綢舞動(dòng)的大河圖畫來自于大自然神奇之筆，令人嘆為觀止。