河流弯道环流与曲流形成

1.2　河型成因

1.2.1　顺直河型

天然河流中，顺直河流（河长超过河宽10倍以上）非常罕见。在许多河型分类体系中，顺直河流都被当作一种典型的河流，也有人认为顺直河流是河型转化过程中暂时的过渡形态^［10］。

Schumm在其地貌界限假说中对顺直河流进行了讨论，该假说把顺直河流的成因归结为河道比降小于某一临界比降，并通过试验塑造了顺直河流^［11］。这一观点因未注意河道边界条件、来水来沙条件等因素的影响而具有很大的局限性；而Schumm关于顺直河流的试验也因为试验时间过短而被广泛地质疑。

Einstein^［12］研究了顺直河道的环流，认为其由弯道环流和次生环流两个环流构成。Parker^{［13，14］}曾对河岸处于冲淤平衡条件下的砂粉砂质河床和砾质河床可动性及其自然形成的顺直河流的特性进行了研究。倪晋仁^{［15，16］}通过试验研究认为：顺直河流是冲积河流在一定条件下或一定发展过程中暂时存在的形态，是一种难以长期稳定存在的形态；在可动边界条件下，顺直河流是不稳定的。

1.2.2　弯曲河型

弯曲河流在世界上分布很广，也得到了较为普遍的研究。早在1908年，O.Fargue根据在法国加隆河上长期的观察结果，提出了河湾的五大基本定律，长期以来一直为从事航道整治的人奉为指南。

1945年，美国学者Friedkin J.F.^［17］开始比较系统地在试验室内塑造弯曲河道，但Friedkin的结果被普遍认为是深泓弯曲而非真正的弯曲河流。1963年唐日长利用在边滩上植草^［18］，1965年尹学良利用在水中加黏土的方法^［19］，都成功地塑造了弯曲型河道。他们的试验建立在一系列调查统计的基础上，认为曲流形成的重要条件是河床组成为二元结构。1971年Schumm^［20］以类似尹学良的方法，通过改变河道比降，获得了顺直—弯曲—游荡河型的转变，并进而提出了地貌界限假说。

洪笑天^［21］通过试验研究，进一步指出曲流形成的内在条件和外在条件：后者包括原始河谷形态、流量变幅和频率的变化、河床中泥沙运动特性及侵蚀基准面的变化等。金德生^［22］建立了一个过程响应模型，认为河床的边界条件，特别是河漫滩的物质结构和组成对曲流的发育有极大的影响。Smith^［23］采用了高岭土、玉米粉、岩粉等物质混合构成不同的试验沙体，在较小的试验水槽中塑造了弯曲度很大的曲流。陈立^［24］通过试验研究，认为入流角是曲流形成的一个诱因。(www.xing528.com)

1.2.3　游荡河型

游荡河型，国外常归为辫状河型（braided river），也是自然界较为多见的一种河型。我国黄河下游就属于典型的游荡河型，在多年来研究以黄河为代表的游荡河流中，众多学者取得引人瞩目的成就。钱宁曾对以黄河下游为代表的游荡河流进行了细致的研究，提出以游荡指标来反映游荡河型河流的摆动强度，以区别游荡型与非游荡型河流^［25］。

在研究河型的水槽模型试验中，游荡河型远较弯曲河型容易塑造，Schumm^［26］认为游荡（辫状）河流形成是由于比降偏大（J＞J₀），倪晋仁^［15］认为水沙条件能影响游荡河型和弯曲河型的形成，洪笑天^［21］认为在松散沙体中，只能形成游荡河型。

Schumm^［26］和Ferguson^［27］认为与弯曲、顺直河流相比，辫状河型的形成与更陡的比降、更多的来沙、更大的推移质输沙率和无黏性的河床组成有关。Ashmore^{［28，29］}通过试验研究和实测数据分析，认为辫状河流的形态与河流变化的推移质输沙量有关；并通过试验数据，建立了推移质产量和水力因子之间关系的泥沙输移经验公式。Warburton^［30］在研究辫状河流的动力学过程中也得到类似的结论。

1.2.4　分汊河型

国外普遍不认为分汊河型是一个独立的河型，而更多地将其归结为辫状河型中的一种。鉴于我国长江中下游河段的特殊性及其演变规律的特殊，我国学者更多地将分汊河流从辫状河流中分离出来研究。

尤联元^［31］、罗海超^［32］认为分汊河道的形成与普遍存在局部特殊边界（节点）有关，在研究长江中下游的分汊河道时，余文畴^［33］认为由来水来沙条件决定的河道水力和输移特性是该河段汊道形成的内部原因，倪晋仁^［15］通过试验分析，认为对于边界组成均匀的模型小河，不可能塑造出稳定的分汊河道；比较弯曲和江心洲河段水流条件、河床形态等方面的相似性，认为江心洲河型可看作弯曲河型的一个亚类，两者主要不同体现在江心洲型河段对水沙条件变幅的要求较小、更易受局部边界影响。