河流知识

   降雨或者冰雪融水，除少量下渗的部分以外，都要顺坡流动。顺坡流动的水流有大有小，小的可称涓涓细流，大到什么程度可称河流尚无定论。但无论大小，它的作用机制都是一样的。河流是地表或近地表最普遍存在的地形塑造外动力，因此或大或小的河流地形几乎是无所不在的一种地形类型，只有在沙丘和冰川表面才不见它们的踪迹。要明白各种河流地形的特征，必须先了解河流的侵蚀、搬运和堆积作用。   
    一、河流的侵蚀、搬运和堆积作用
    风化作用使岩石变得松散。松散的岩石碎屑在水流的冲击下，就要被掀动，被水流带走。被水流带动的岩屑还可以研磨岩石使其破损。水流对岩屑的掀动，以及水流带动的岩屑对岩石的研磨就是水流的侵蚀作用。水流的流量、流速愈大，侵蚀能力就愈强。岩屑被水流搬运的方式有3种，称为推移、跃移与悬移。推移是水流推动岩屑顺水底滑动。跃移是沙粒或小碎屑从水底弹跳到水中，又落回水底，再跃入水中，如此等等的过程。它可以由水流的紊动引起，也可以由水底沙石受到上游来的沙石的撞击引起。悬移限于粉砂或更细的颗粒，它们在水中悬浮，随水流动。   
　　水流所以能够进行侵蚀和搬运是因为它有动能。然而，水流在进行侵蚀、搬运泥沙和与边界(在河流就是河床与河岸)的磨擦中就要损失能量，以至于没有足够的能量继续搬运，就要把泥沙堆积下来。水流的动能是随地面坡度和流量增减而增减的。后两者在水流运动过程中都有变化，所以沿水流方向侵蚀、搬运和堆积是频繁交替进行的。但是就一条较大的河流而言，一般是上游坡度大，水量虽小，仍以侵蚀为主；中游坡度变缓，且由于支流的汇入，流量加大，以搬运为主；下游没有支流继续汇人，流量不再增加，而且地面坡度很小，则以堆积为主。 
    二、流域、水系、河谷、河床 
    一条河流及其大大小小的支流的集水范围就是该河的流域。一条河流的流域与另一条河流的流域由分水岭隔开。随着河流大小不同，分水岭有高有低。严格来说，只有在山地里，河流深切的情况下，才有高大明显的分水岭；在平原区，河流与河流之间的地面高度很小，很不明显，可以只简称为分水。一个流域范围之内，河流有主流与支流，它们合起来组成河网，或称水系。   
　　随着地面的起伏形态与地质构造不同，水系有不同的格局。在比较平整、岩性均一的地面上，主流就像树干，支流就像树枝互相交接在一起，称为树枝状水系。由褶皱地质构造组成的山地中，主流往往沿向斜构造的轴线而流，支流则顺背斜的两翼垂直向主流汇聚，形成矩形格状水系。穹形隆起的地面上常形成放射状水系，且在穹隆的边缘形成环状水流把放射状的支流汇拢起来。相反，盆形洼地上则形成向心水系。地面隔水性强，则水系密集；透水性强，则水系稀疏。所以，从地形图上判读水系也是粗略考查‘地地形、地质构造和岩石性质的一种方法。   
　　河谷是河流深切侵蚀所形成的长条负地形。河谷的最上缘称为谷肩，往下是谷坡，再下是谷底。河流沿谷底流过的地面称为河床。河谷的深浅和宽窄与地区的构造升降历史和组成河谷的岩石性质有关。构造上升迅速且岩性坚硬，则河谷深切、窄狭、陡峻；相反，则河谷宽浅。  
　　三、河道的类型   
　　河道的类型指河流流路在平面上的图形，就像我们从空中看到的一样。河道类型可以分为曲流、辫流、分汊和顺直4种，其中曲流与辫流是主要的。   
　　1.曲流。指比较有规则地弯向一侧，紧接着又弯向另一侧的河道；完美的情况就像正弦曲线似的，两个相邻弯曲互相对称。  
　　水流本性就是要走弯，这从冰川表面融水或者倾斜玻璃板上的水滴的流动都可以看到。至于河床中的水流由于河岸、河底物质都不会是完全均匀的，水流就更趋向于屈曲前进。在河流流量比较稳定，含沙量相对于流量而言不太大，河床比降较小，构成河床的泥沙又较细、较均匀时，曲流河道就会形成。  
　　仔细分析，曲流河道中的水流实际是呈螺旋式前进的。在曲流凹岸一侧，水流有下降的分量；在凸岸一侧，有上升的分量。在螺旋流的作用下，凹岸受侵蚀，凸岸发生堆积。若横切河槽作一剖面的话，可以看到河底是从凸岸向凹岸倾斜的。若顺河作河底剖面的话，会发现在一个河曲向下一个河曲转折的地方水较浅；在河曲凹岸略偏下游方的地方，水深较大。晚近的研究证明，凸岸的堆积物质并非来自正和它相对的凹岸，而是来自它上游方的凹岸。无论如何，在螺旋流的作用下，凹岸将愈益向凹方凹入，凸岸将随之愈益向凹方凸出，使曲流的曲度愈来愈大。这样发展的结果，相向接近的相邻凹岸间的所谓曲流柄将愈缩愈狭，以致一次洪水切穿曲流柄，造成新的槽道，称为曲流的裁弯取直。  
　　河水主要走新生的直道以后，弯道的入口和出口就要渐渐被淤死。在这种情况下，该弯道即转为湖泊。按其形状，它们被称为牛轭湖。   
　　2.辫流。与曲流的单一的、宽深比较小的、较规则弯曲的河道成强烈对照的，是辫流的多分支、宽深比大、弯曲度小、散乱无章、变化迅速的河道。辫流所以有这些特征主要是因为流量不稳定，暴涨暴落，相对于流量而言，含沙量很大，并且不均一。当洪峰到来时，这种河流迅速拓宽它的河床，并沿许多深泓线堆积，形成水下浅滩。洪峰过后，许多浅滩出露水面，成为沙岛；沙岛与沙岛之间是多股的河道，它们忽分忽合，交织如辫。再次洪水来时，有些沙岛不被淹没，有些被淹没的可能被水流斜切而过，其上形成新的槽道。这样，到下一次枯水位时就会看到槽道的分布面目全非，有的槽道作了大幅度的迁移，因此这种河道也称为游荡型河道。   
　　辫状河道形成的最主要条件是流量很不稳定，含沙量大且粒度粗而不均一。后者使河岸易被侵蚀，易于崩塌，更增加了河水的含沙量。这一切都有利于河床的展宽，河水变浅，堆积旺盛，河道迁徙。辫状河流常出现在冰川末端，由冰川融水构成，或出现在水流不稳定，含沙量大的山区与山前河流上。黄河下游虽发育在大平原上却为典型的辫状河，那是因为黄河从黄土高原获得了大量泥沙，并且泥沙粒级主要是粉砂、细砂和粗砂，河岸易蚀而不稳定。黄河易淤易徙易决，自古已然。由于黄河下游河床即使在自然条件下，也是高出两旁地面的，所以从卫星影像图和航空照片上都很容易判读出华北平原上的黄河古河道来。历史时期黄河曾多次大致以郑州为顶点作大规模的摆动，有时摆到山东以北，有时摆到山东以南，这是大家熟知的事实。  
　　3.分汊。与辫状河不同之处在于它的汊河数目较少，流路较为稳定，由长期出露的沙岛隔开。这种河型在长江中、下游普遍出现。所以有人把它列为单独的类型。在长江上，分汊之间的沙岛称为江心洲。江心洲的雏形是水下淤积的浅滩。如果有某个浅滩逐渐稳定和堆高，就有可能在枯水期不被淹没，出露为心滩，将水流分向它的两侧，形成两股汊道。两股汊道逐步被拓宽，变弯，其中的环状流就会进一步将心滩加大加高。经过几次大洪水以后，心滩被堆高到超出乎滩水位，生长植物，进一步稳定，就成为江心洲。有的江心洲上还有人定居开垦。长江上的江心洲不胜枚举，南京北面的八卦洲就是一个好例子。   
　　江心洲多半形成在长江节点的上下游。所谓节点就是两岸有基岩高地夹持、水狭流急的地方。节点上游壅水，下游河道突然放宽，都是容易落淤的地方。江心洲为什么特别出现在长江中下游呢?这与该区段的地质构造和河岸物质组成有关。因为从地质构造上看，这段长江上基岩隆起与凹陷交替出现；从河岸物质看，这段黏土成分不多，所以易受冲蚀而展宽。   
　　4.顺直。这种河道较不常见，出现了也延续不长的距离。这是因为水流中的涡流趋向于使河道向弯曲发展。少数的顺直河道多为决堤洪水开辟而成。洪水退落后，它又慢慢向弯曲发展。所谓大水走直，小水走弯。前面说过的曲流的裁弯取直就是洪水决堤的结果。它取直了，又将逐渐弯曲。有些作者不把顺直河道列为一种单独的河型。它与前3种相比，无论规模和稳定性都远远不如。  
    四、坡积裙、冲积扇、冲积平原、三角洲    
　　1.坡积裙。水流在遇到坡度减小，磨阻加大，或突然分散的情况下，它的动能即不足以搬运所携全部泥沙，而将泥沙堆积下来。坡面水流到了坡麓因坡度突然减小而将所携泥沙碎石沿坡麓堆积下来，其形如裙故称坡积裙。鉴别坡积物的主要标志是其成分都是坡上来的，大小混杂，碎石有棱有角，并且沿坡麓堆积。坡积裙经过几万年的累积可厚达十多米，如果山前地带随山地上升，坡积裙被出山河流切穿，就形成山前坡积台地。    
　　2.冲积扇。山地河流在出山进入平原后，坡度骤降，水流突然分散，所携物质大量堆积，就要形成一个从出山口向外展开的扇形堆积体，称为冲积扇。这是因为一条河道堆高了，水流就要转向侧方，以致在山前逐渐“扫”出一个扇面来。山地河流愈长愈大，水流量愈丰富，则形成的冲积扇规模愈大，坡度愈缓，冲积层分为下部砾石层和上部粉土层的层序愈明显，并且砾石硕大、滚圆。北京所在的永定河冲积扇就是一个好例子。如果山地河流短小陡急，流量不定，则所形成的冲积扇规模小，坡度大，物质组成混杂无序，砾石多不磨圆。这类冲积扇有人特别称之为洪积扇。冲积扇与冲积扇之间以及冲积扇前缘相对低洼的地方往往有地下水溢出。这种地方特别在干旱区最为宝贵，是聚落与耕地集中的地方，它们在荒漠区称为绿洲。   
　　3.冲积平原。是河流反复摆动所造成的规模较大的平原，这在构造沉降区特别发育。世界上人口最为密集，工农业与交通最为发达的多是这种地区。这种平原的沉积结构常常下部是砾石层，上部是粉砂黏土层，称为冲积层的二元结构。对冲积层二元结构的解释是：下部砾石层是河床堆积，上部粉砂黏土层是洪水溢出河槽时在河两旁地面的沉积。所以，冲积平原河槽两旁的地面也称为泛滥平原。由于河道是摆动的，所以上述的具二元结构的冲积层就会平铺在广大地面上，其表层的细土就成为宝贵的农业资源。河流的泛滥在刚出河槽的地方先大量堆积，沿河形成堤状的高地，称为天然堤。冲积平原上的河流如果加积很快的话，它就要高出地面，一旦洪水在一处泛溢，切出一个深的新槽，洪水过后，河水可能继续沿它流去而不再回到原来的河道。这是平原河流改道更常见的方式。    
　　4.三角洲。是河流人海或入湖的堆积体。它的大量堆积是海湖的静水对河流的顶冲引起的。大量的堆积使得河流从一个顶点开始分成许多支岔河道，河岔和它们的沉积物整体呈三角形，故名三角洲。按形态细分，三角洲有扇形、尖头形(箭镞形)和鸟足形三种。三角洲形态的差异与河流和海或湖水的相互作用有关。在比较封闭的海湾里，风浪作用很弱，三角洲上的主支汊河都堆积很快，各自向海延伸，就形成鸟足形三角洲；如只有主河汊堆积特别快，则三角洲呈尖头形 (箭镞形)。沿岸风浪很大，则只形成扇形三角洲。    
　　五、河流地形的演变    
　　在冲积平原上河道可以在短期内发生变动，这在前面已经谈过。然而，某些长大的河流还有过更大规模的变动，需要漫长的时间才能完成。这类过程不是人类直接的经验所能觉察的，只能根据地质学和地貌学的理论和方法予以重构。   
　　世界上常见一些长大的河流沟通盆地、平原和山地，长江通过三峡把四川盆地和江汉平原连接起来就是很好的例子。面对这种现象，人们很容易忽发奇想，认为远古时期三峡那块高地突然产生一条大裂缝，于是四川盆地的水就沿着它流到江汉平原上来。这种想法在地质学中称为“灾变说”，也曾流行过一时。然而，许多山地河谷里常有一级级的河流阶地，也就是河谷侧坡上的一级级平台。典型的河流阶地上面还覆盖着有二元结构的冲积物，特别是有磨圆的卵石，使人不得不认为河流曾依次在各级阶地的高度上流过。从上述现象可以凭演绎推理认为，山地河谷是河流随着山地的逐渐上升，而逐渐下切形成的。这种看法在地质学中称为“均变说”；对许多地质现象，包括地貌现象的解释，都以均变说较为合理。   
　　从河谷发育历史可以进一步推演出一个地区的地形发育历史来。根据现代地质测年技术可以知道，河谷的最高阶地有的形成于约300万年前。在最高的阶地上方是宽谷浅丘的地形。由此可见，一地的地形可以从平缓的状态变成高山峡谷。反之，有许多证据说明高大的山地或高原经过漫长的地壳稳定时期，在以河流作用为主的外动力剥蚀下，也可以变为非常平缓的地形，这在地貌学的术语中称为准平原。    
　　六、人类对河流的利用和改造    
　　人类生活与河流密切相关，人类历史在很大程度上是利用与改造河流的历史。中国古代有许多关于治水的传说。鲧继承共工的方法“壅防百川”，遭到失败。以后，帝尧启用禹“疏川导滞”，取得成功。直到今日，治河仍离不了壅防与疏导两手，但以疏导为主，壅防为辅，而且还必须因地制宜，因时制宜。   
　　1.冲积平原。是河流反复摆动所造成的规模较大的平原，这在构造沉降区特别发育。世界上人口最为密集，工农业与交通最为发达的多是这种地区。这种平原的沉积结构常常下部是砾石层，上部是粉砂黏土层，称为冲积层的二元结构。对冲积层二元结构的解释是：下部砾石层是河床堆积，上部粉砂黏土层是洪水溢出河槽时在河两旁地面的沉积。所以，冲积平原河槽两旁的地面也称为泛滥平原。由于河道是摆动的，所以上述的具二元结构的冲积层就会平铺在广大地面上，其表层的细土就成为宝贵的农业资源。河流的泛滥在刚出河槽的地方先大量堆积，沿河形成堤状的高地，称为天然堤。冲积平原上的河流如果加积很快的话，它就要高出地面，一旦洪水在一处泛溢，切出一个深的新槽，洪水过后，河水可能继续沿它流去而不再回到原来的河道。这是平原河流改道更常见的方式。    
　　2.三角洲。是河流人海或入湖的堆积体。它的大量堆积是海湖的静水对河流的顶冲引起的。大量的堆积使得河流从一个顶点开始分成许多支岔河道，河岔和它们的沉积物整体呈三角形，故名三角洲。按形态细分，三角洲有扇形、尖头形(箭镞形)和鸟足形三种。三角洲形态的差异与河流和海或湖水的相互作用有关。在比较封闭的海湾里，风浪作用很弱，三角洲上的主支汊河都堆积很快，各自向海延伸，就形成鸟足形三角洲；如只有主河汊堆积特别快，则三角洲呈尖头形 (箭镞形)。沿岸风浪很大，则只形成扇形三角洲。   
　　人类利用河流自古就包括饮用、灌溉和航运；到了近代，河流的利用还包括工业用水和发电。无论如何利用都必须服从河流的侵蚀与沉积的自然规律，否则徒劳无益，甚至导致灾难。因势利导地利用河流，则能造福人类。    
　　水利措施首先要考虑的问题是泥沙的淤积。四川成都的秦代都江堰灌溉引水工程是解决泥沙问题的卓越范例。它使成都平原2000多年来“水旱从人，不知饥馑”。这个工程的精华就在于，在岷江刚出山口处的河心垒砌一个分水鱼嘴，使河水分为两路：外江和内江。外江是主河道，大部分流量通过外江下泄，少部分进入内江。内江再通过一条凿穿基岩的隧道把水引向田间。内江在进入这条隧道以前，又通过溢洪道与外江相通，使过量洪水与沙石得以排还外江。分水鱼嘴不但起了外江与内江之间分配流量的作用，并且保证内江处于河流凹岸。这样，更多的泥沙可以排向外江，避免灌渠迅速淤塞。现代水文量测说明当外江、内江分担流量各牛时，外江排泄过半的悬浮泥沙和大部分粗砂卵石。这样，这项水利工程既保证了成都平原的灌溉，又尽可能地避免泥沙淤塞灌渠。这样巧妙的水利工程是在2000多年以前完成的，使人赞叹。    
　　近代科学技术的发展使得大型水库的修筑成为可能。水库可以调节河流流量，因而可以防洪，可以保证工农业用水和航运，甚至还可以发电。但是水库提高了水坝上游的水位，也就加高了侵蚀基准，必然要引起堆积。堆积作用将自库尾向上游又向坝下发展。向上游的称为溯源堆积，在库内的就像人湖、人海的三角洲一样，向前堆积。它的发展使库容日益缩小，如果不开闸冲淤，水库就会很快淤满。考虑水库的经济效益必须同时考虑到修筑成本、它的各种效能和库容的缩减速率。新中国成立初期修建三门峡水库对黄河经黄土高原后的输沙率估计不足，1960～1978年的18年间，库容损失了39％，使蓄洪能力大大降低。长江三峡大坝设计高185米，储水量可达 400亿立方米，万吨轮可达重庆，年发电量可达840亿千瓦小时。这些经济效益是巨大的，但耗资巨大，以千亿计。所以：水库寿命是大家极为关注的问题。如果长江上游的水土保持工作不能跟上，水库加速淤积，那将造成不可弥补的损失。    
　　平原河道的治理最根本的问题也是尽可能地避免淤积。大家熟知黄河下游河道已高悬地面之上，有的地方已超过 10米。这是发洪水时河水极易漫溢河槽和冲决河堤的原因。新中国成立后，在中国共产党的坚强领导下，沿河群众再接再厉，精心培护河堤，黄河始终没有成灾。然而，一味培高大堤，谁都知道不是长远之计，最根本的是在上游有效地防止土壤侵蚀。来沙少了，淤积自然减缓，甚至可能转向侵蚀。近来也有人主张在黄河下游有意识地人工决口放淤，既减少了天然决口的危险，又可以肥田。长江下游河床宽狭交替，河型曲流与汊流交替，治理方法则多种多样。在汊流段，要保持航道畅通，就要经常疏浚淤塞的汊道。在曲流发育的荆江段，人工裁弯取直是维护河道的最简易的办法。长江荆江段位于地体沉降活跃的、广阔的江汉平原上，河床高悬，每遇较大洪水，则泛滥成灾。为避免洪水侵袭重要居民区，人们有意识地开辟泄洪区，届时就开闸放水。