河床纵剖面是从河源到河口的河床最低点的连线。该
纵剖面的发展,受河流
侵蚀基准面的控制。河流的下切面并不是无止境的,往往受某一基面控制,河流下切到接近这一平面后即失去侵蚀能力,不再向下侵蚀,这一平面称为河流侵蚀基准面。
河床纵剖面沿河流
动力轴线所切取的河床剖面。通过河床纵剖面图可看出河床纵坡的变化。一般山区河流或上游河段纵坡较陡,可达1%~5%,致使水流湍急。纵剖面形态极不规则,有一些
转折点,呈台阶状变化,急滩深潭相间,常出现
陡坡、跌水甚至瀑布。平原河流纵坡较小,常在万分之几以下,水流平缓,由于有
浅滩、
深槽相瓦交替,纵剖面形态呈起伏不平的和缓曲线。亦有以河床各
横断面最深处的连线为河床纵剖面的。
在河床自动调整变化过程中,通常
横断面0.内的冲刷和淤积分布不均匀。一般情况下,河床淤积有着自身的变化规律,表现为淤积从低洼处开始,由于它是在近似于水平层上的造床,因而淤积过程较为均匀,而这种过程常伴随着河床宽度增大。另一方面,河床冲刷则常同河床宽度减小联系在一起。这种特性的河道调整对于减小河流功率的沿程变化十分有效,因为河流过程是不断向一种新的平衡发展。根据Howard H·C的研究,假定横断面在各时段内的冲淤分配是有效推移力τ0-τc的
幂函数,即:
式中△Z为河床高程的局部改正量;τ0为局部推移力,由WQS求得;τc为临界推移力;n为指数;Y为水平坐标;B为河宽;Ab为河床横断面面积。当发生淤积时,τc为零。
式中的n值一般介于0和1之间,它对河流的冲淤类型产生影响。如图1所示的横断面,当n值较小时,如n=0.1,就意味着△Z分布相当均匀;如n值较大时,如n=1,△Z的分布不太均匀,并随局部推移力或大致随水深而发生局部变化。
水文情况的改变主要表现为河流中水量的变化。在
季风气候区的河流,雨季时,河水位上涨,称为
洪水期。洪水期的河流在不同河段,水面纵向坡度是不同的,因而对河床的作用也不一样。狭窄河谷段,由于过水断面较小,洪水到来时,水面上涨高度较大,对其上游段形成壅水现象,河床中将发生堆积。从山地到平原的河段,河谷展宽,洪水很容易扩散,水面比降急剧变大,河床中将发生侵蚀。
构造运动可使整个流域发生升降,或者使流域内局部地区发生差异变化。不论是哪种情况,河流纵剖面将发生改变。如果整个流域抬升,其效果等于
侵蚀基准面下降,向源侵蚀将自河口向上游发展。如果流域内局部地区发生差异运动,上升地段,河床坡度将比原先坡度加大,因而发生侵蚀,下沉地段就发生堆积。
岩性对河流纵剖面的影响是由于不同岩石抵御侵蚀能力不一样而造成差别侵蚀,形成岩槛或跌水。岩槛形成后,常不断向上游方向移动,但有时也向下游方向移动,这取决于形成岩槛的
岩层产状。当构成岩槛的坚硬岩层倾向上游方向时,在河流
侵蚀作用下,河床降低,岩槛就会向上游方向移动;反之,岩层向下游方向倾斜,河床下切侵蚀后,新的岩槛比原先岩槛位置向下游方向挪动一段距离。岩槛也可以是由横切河流的断层所致。
气候变迁使自然环境发生改变,从而影响到河流的侵蚀、堆积和基准面的升降等。气候变干,地表径流减少,地面植被也减少,河流中的相对
含沙量增多,河床中发生堆积,形成加积型河床。同时,由于气候变干,侵蚀基准面下降,在河流的下游段可能发生侵蚀。另外,气候冷暖变化也影响到河床纵剖面形态变化。周期性的气候冷暖变化在地球上出现冰期和
间冰期。
冰期时
地表水大都变为冰而停留在陆地上,这时河床中水量大大减少,侵蚀基准面也降低,冰冻作用增强,河床中碎屑物增多。因此,冰期时河流上游段因风化碎屑增多呈加积型河床,下游段由于
侵蚀基准面下降形成侵蚀型河床。间冰期时,将出现相反的情况,陆地表面的冰融化成水而流入大海,由于水量增多,相对而言侵蚀基准面上升。在河流中上游段将在冰期加积的河床中出现
下切侵蚀,在河流下游段因侵蚀基准面上升而堆积。