河道生态影响因素：径流与河床的关系

径流与河道相互发生作用，形成了各种各样的河床地貌。河床特性与径流特性密切联系。

2.2.1.1 径流与河床的定性关系

（1）山区与平原河流特点。由于径流与河床特性的差异，河流一般可以分为山区河流和平原河流两大类型。

山区河流的径流特点是洪水的猛涨猛落、径流年内变化大和水流速度大。山区地形和径流的特性，造就了山区河床的特点。其河床比降大，流速大，径流河床不断侵蚀，在纵向上下切并在横向上拓宽，河床多由原生基岩、乱石或卵石组成。

平原河流的径流特点是洪水过程平缓、径流年内变化小和水流速度小。河床特点为比降小，以淤积为主，为沙质河床。

（2）河床演变。由于径流的多变性，导致了河床演变。

河床演变的具体原因尽管千差万别，但根本原因归结为输沙不平衡。上游来水含沙量小于本河段含沙量时，本河段将发生冲刷。上游来水含沙量大于本河段含沙量时，本河段将产生淤积。由输沙不平衡引起的河床变形，在一定条件下往往向恢复输沙平衡的方向发展。

尽管河床变形通过河床的自动调整作用，朝着使变形停止的方向发展，即从输沙不平衡朝输沙平衡的方向发展。但是，这种平衡只是暂时的，相对的，河床自动调整作用并不能消除河床变形的绝对性。其基本原因是：一方面上游径流条件总是不断发生变化的；另一方面，即使上游径流条件不变，河床的沙波运动总是处于输沙不平衡状态。因此，所谓输沙平衡只是对较长时间内的平均情况而言，或者是对较长河段内的平均情况而言，只具有相对意义。由于输沙率与流量的2～3次方成正比，汛期大流量时的输沙强度远大于枯季小流量时的输沙强度，因此，河床变形主要集中在汛期。在天然河流上，水流条件的变化是比较快的，而河床要通过冲淤变化达到与水流条件相适应，必须经过一段比较长的时间，而这样的长时间并不总是有条件得到的。因此，河床形态的变化总是落后于水流条件的变化。

影响河床变形的主要因素：①河段进口的径流，即径流条件，包括来水量、来沙量及其组成。②反映下游侵蚀基面影响的河段出口水位流量关系。③河段所在河道的地质地貌条件，包括河道宽度、比降、河漫滩组成等。上述第①个因素综合反映了流域对河流的影响，是一个决定性的因素。

2.2.1.2 径流与河床的定量关系

径流与河床的关系是水流、悬移质泥沙、推移质泥沙与河床相互作用的关系。描述径流与河床关系的数学方程包括水流连续方程和水流动量方程、悬移质泥沙的紊动扩散方程、河床变形方程。

水流连续方程：

水流动量方程：(www.xing528.com)

式中：H为垂线水深；h为水位；u、v分别为x方向（沿水流）、y方向（沿河宽）的垂线平均流速；g为重力加速度；c为阻力系数；vt为紊动粘性系数。

悬移质泥沙紊动扩散方程为：

式中：α为泥沙恢复饱和系数；ω为泥沙的沉速；S及S*分别为含沙量及水流挟沙力。

在受悬移质和推移质共同作用下的河床变形方程：

式中：Zb为河床高程；为泥沙淤积物干容重；gbx、gby分别为x方向和y方向上的单宽推移质输沙率。

水流挟沙力公式：

式中：W为合成流速。

推移质单宽输沙率公式：

式中：gb为推移质单宽输沙率。

式（2.1）～式（2.5）为径流与河床关系的控制方程，式（2.6）～式（2.8）为辅助方程[48]。

求解上述控制方程，可以得到径流与河床的定量关系。然而，由于资料等条件的限制，求解往往存在困难。