河流是改变陆地地形的最主要的地质作用之一。河流不断地对岩石进行破坏，并将破坏后的物质搬运到海洋或陆地的低洼地区堆积起来。河流的地质作用主要决定于河水的流速和流量。由于流速、流量的变化，河流表现出侵蚀、搬运和沉积3种性质不同但又相互关联的地质作用。

（1）河流的侵蚀作用

侵蚀作用（erosion）是指河水冲刷河床，使岩石发生破坏的作用。破坏的方式有：水流冲击岩石，使岩石破碎（冲蚀washout）；河水所夹带的泥沙、砾石等在运动的过程中摩擦破坏河床（磨蚀ablation）；河水在流动的过程中溶解岩石（溶蚀solution）。

河流的侵蚀作用依照侵蚀作用的方向又可分为垂直侵蚀和侧方侵蚀两种：

1）垂直侵蚀

在坡度较陡、流速较大的情况下，河流向下切割能使河床底部逐渐加深，这种侵蚀在河流上游地区表现得很显著。在向下切割的同时，河流并向河源方向发展，缩小和破坏分水岭，这种作用称为向源侵蚀。

垂直侵蚀不能无止境地发展下去，它有一定的侵蚀界限，垂直侵蚀的界限面称为侵蚀基准面，如图3.6所示。它是河流所流入的水体的水面。地球上大多数河流流入海洋，它们的侵蚀基准面是海平面。河流仅河口部分能达到侵蚀基准面，其余部分只能侵蚀成高出海平面的平滑和缓的曲线，因为河床达到一定的坡度后，水流的能力仅能维持搬运的物质而无力再向下切割。

图3.6　侵蚀基准面示意图

河流的垂直侵蚀使河床加深，能使桥台或桥墩基础遭到破坏。

2）侧方侵蚀

在流水速度较小或河道弯曲时，流水冲刷两岸，则形成侧方侵蚀。这种侵蚀能使河床逐渐加宽。河水在运动过程中横向环流的作用，是促使河流产生侧蚀的经常性因素。此外，如河水受支流或支沟排泄的洪积物以及其他重力堆积物的障碍顶托，致使主流流向发生改变，引起对岸产生局部冲刷，这也是一种在特殊条件下产生的河流侧蚀现象。在天然河道上能形成横向环流的地方很多，但在河湾部分最为显著，如图3.7（a）所示。当运动的河水进入河湾后，由于受离心力的作用，表层流束以很大的流速冲向凹岸，产生强烈冲刷，使凹岸岸壁不断坍塌后退，并将冲刷下来的碎屑物质由底层流束带向凸岸堆积下来，如图3.7（b）所示。由于横向环流的作用，使凹岸不断受到强烈冲刷，凸岸不断发生堆积，结果使河湾的曲率增大，并受纵向流的影响，使河湾逐渐向下游移动，因而导致河床发生平面摆动。这样天长日久，整个河床就被河水的侧蚀作用逐渐地拓宽。通常侧方侵蚀是和垂直侵蚀同时进行的，但在垂直侵蚀十分强烈的情况下，侧方侵蚀不十分明显。随着垂直侵蚀的减弱，扩展河床的侧方侵蚀就很明显，甚至在垂直侵蚀完全停止的时候侧方侵蚀还仍然在继续。

河水侵蚀常造成下述结果：

河流的流水切入地壳的槽形凹地称为河谷（river valley）。河谷在多数情况下都是由于流水的侵蚀作用形成的。大多数的河谷都有河漫滩及河岸阶地等地貌单元，如图3.8所示。

图3.7　横向环流示意图

图3.8　平原河谷横断面图

1—砾卵石；2—中粗沙；3—粉细沙；4—粉质黏土；5—粉土；6—黄土；7—淤泥

河谷的形态由于侵蚀作用的强弱变化以及两岸岩石的性质和地质构造的不同，在上游、中游和下游地区是不一样的。在上游地区，由于坡度陡，流速大，垂直侵蚀作用强，河谷多成深狭的“V”字形，即所谓的峡谷。在“V”字形断面的情况下，水位容易高涨，因而有破坏性的急流。在这种地区，宜于修建水电站，利用水能来发电。在中游地区，一般两岸受侧方侵蚀作用的冲刷较强，因而河谷斜坡的形状比较开展，谷底比较宽阔，成“U”字形河谷。卵石、砾石多分布在此宽谷地区，该区适宜于修建水库。在下游地区，冲刷作用弱而沉积作用强，河谷开展，成宽广的平谷。泥沙类的沉积物多，成广大平原，洪水容易泛滥，应注意防洪。

河谷的形状除宽狭之外，尚有两岸谷坡大致相等的对称河谷和两岸谷坡不等的不对称河谷，以及阶梯状的河谷。若按照成因、地质构造进行分类时，还有其他种种名称，可参阅有关专业书籍，本书从略。

（2）河流的蛇曲和改道

当河流的垂直侵蚀减弱时，侧方侵蚀就明显表现出来。

天然河道本身就有弯曲。在河道弯曲处，河水最大流速的水流就直接指向河的凹岸，使凹岸冲刷破坏，同时河水又将凹岸冲刷下来的物质搬运到凸岸处堆积起来。这样凹岸被侵蚀，不断向后退，凸岸被堆积，不断向前发展，河道的弯曲就逐渐增大，在前一个弯曲刚刚结束的地方，又能产生另一个弯曲，最后河流就变成弯弯曲曲的蛇曲形状，如图3.9所示。

河流的发展有时使两个河弯比较接近，洪水时河水的强烈冲刷终于使两个河弯连通，河流便裁弯取直，改道而行。河流改道后，老河床由于冲积物的逐渐填塞以及植物的生长，形成弯月形的湖泊，称为牛轭湖（ox-bow lake）。牛轭湖干涸后便成为沼泽（marsh），如图3.10所示。

（3）河流的搬运作用

河流的搬运作用（transportation）是河水将冲刷下来的物质搬运到其他的地方。例如，将冲刷下来的物质从上游搬运到中游或下游，从陆地搬运到海洋。通常流水搬运力和搬运量的大小，决定于流速及流量的大小。由水力学可知，流水的搬运力与流速的六次方成正比，即流速如果增加一倍，搬运力就增加64倍。因此，流水搬运物质的颗粒大小和质量将随流速的变化而急剧变化，所搬运物质的颗粒一般是上游颗粒较粗，越向下游，颗粒越细。这就是河流的分选作用，即在一定河段内流水搬运物质的大小具有一定的范围。在搬运的过程中，被搬运的物质与河床摩擦，或相互之间碰撞，带棱角的颗粒就变成了圆形或亚圆形的颗粒。例如，石块变成了卵石、圆砾。

图3.9　凹岸侵蚀凸岸沉积及水流图（细点范围为沉积物）

图3.10　河曲的发展及河流的改道

（4）河流的沉积作用

河流在河床坡降平缓的地带及河口附近，河水的流速变缓，水流所搬运的物质便沉积下来，这种沉积过程称为河流的沉积作用，所沉积的物质称为冲积土（alluvial soil）或河流沉积物。

河流沉积的物质有粗碎屑的漂石、块石、卵石、砾石，以及细碎屑的沙、黏性土、淤泥等。

冲积土的特征：物质有明显的分选现象。上游及中游沉积的物质多为大块石、卵石、砾石及粗沙等，下游沉积的物质多为中、细沙、黏性土等；颗粒的磨圆度较好；多具层理，并有尖灭、透镜体等产状。

河流冲积土在地表分布很广，可分为：平原河谷冲积物、山区河谷冲积物、山前平原冲积物、三角洲及溺谷沉积物等类型。

平原河谷通常深度不大，宽度很大，谷坡平缓，河床坡降小，而山区河谷的特点是：深度大，谷坡陡，河床坡降大。因此，平原地区与山区的河流具有显著差别，河流的沉积物也有所不同。

1）平原河谷冲积物

平原河谷上游，河谷成“V”字形，不能形成固定的冲积层。所沉积的沙砾物质，在洪水期时多被流水带到中下游。在河谷下游出现河曲，在凹岸处侵蚀，在凸岸处沉积沙砾、卵石层。

平原河谷冲积层包括河床冲积物、河漫滩冲积物、牛轭湖沉积物、湖积物等。河床冲积物有卵石、砾石、沙、黏性土、淤泥等。河漫滩冲积物是洪水期河水溢出河床两侧时形成的泛滥沉积物，主要是沉积一些较细的物质，如细沙、黏性土。其主要特征是：上部的细沙和黏性土与下部的河床沉积的粗粒土组成二元结构，具斜层理与交错层理。牛轭湖沉积物主要是有机沉积物，如淤泥、泥炭等。

一般河床冲积物是构成河谷谷底的最重要的沉积物，它分布在整个河谷谷底范围内，厚度较大。在河床冲积物上覆盖着厚度较小的河漫滩冲积物，而牛轭湖沉积物则以透镜体的产状分布在河床冲积物和河漫滩冲积物中。

在工程地质特征上，卵石、砾石及密实沙层的承载力较高，作为建筑物地基是比较稳定的。细沙具有不太大的压缩性，饱和时边坡不稳定。至于淤泥、泥炭和松软的黏性土，如作为地基时，建筑物会发生较大的沉降，而且沉降的完成需要很长的时间。总的来说，牛轭湖及河漫滩地带因含松软的淤泥及黏性土，工程性质差。但河漫滩上升为阶地后，因干燥脱水，则工程性质能够改善，一般越老的阶地，则工程性质越好。

2）山区河谷冲积土

山区河谷的冲积物大多由含纯沙的卵石、砾石等组成。分选性较平原河谷冲积物差，大小不同的砾石互相交替，成为水平排列的透镜体或不规则的袋状。由于山区河流流速大而河床的深度不大，故冲积物的厚度也不大（多不超过10～15 m）。一段山区河谷谷地是由单一的河床砾石组成，不像平原河谷冲积物那样复杂。山区冲积物透水性很大，抗剪强度高，实际上是不可压缩的，是建筑物的良好地基。当山区河谷宽广时，也会有河漫滩洪积物出现，主要为含泥的砾石，并具有交错层理。此外，山区河谷中还可能有泥石流沉积物。

3）山前平原冲积洪积物

常沿山麓分布，厚度有时能达数百米。这种沉积物有分带性，近山处为冲积和部分洪积成因的粗碎屑物质组成，向平原低地逐渐变为沙砾、沙以至黏性土。因此，山前平原的工程地质条件也随分带岩性的不同而变化。越往平原低处，工程地质条件越差。

4）三角洲及溺谷沉积物

三角洲（dalta）沉积物是河流所搬运的大量物质在河口（河流入海或湖处）沉积而成。三角洲沉积物的厚度很大，能达几百米或几千米，面积也很大。三角洲沉积物可分为水上部分及水下部分。水上部分主要是河床及河漫滩冲积物——沙、黏性土及淤泥，产状一般为层状或透镜体。水下部分则由河流冲积物和海或湖的堆积物混合组成，呈倾斜沉积层，如图3.11所示。

(www.daowen.com)

图3.11　三角洲沉积层

a—顶积层；b—前积层；c—底积层

三角洲沉积物的颗粒较细，含水量大，呈饱和状态，承载力较低。有的还有淤泥分布。在三角洲沉积物的最上层，由于经过长期的干燥和压实形成所谓“硬壳”，承载力较下面的为高，在工程建设中应该很好地利用这一层。另外，在三角洲上建筑时还应查明暗浜或暗沟的分布情况。

溺谷（drowned valley）是被海水淹没的河谷。溺谷沉积物中大多含有有机混合物的淤泥物质，具有高的孔隙比及接近流动状态，压缩性高，抗剪强度低，不宜作为重型建筑物的地基。

由于河流沉积作用的影响，其结果能形成下列几种常见的冲积物地形：

①冲积扇（alluvial fan）　由冲积物形成的扇形碎屑堆积，若为冲积洪积物堆积则称为冲积洪积扇。

②三角洲（delta）　在河流入海处形成的堆积，如珠江三角洲、长江三角洲。

③冲积平原（alluvial plain）　由冲积物所形成的平原，如华北平原、江汉平原。

④沙洲（bar）　沙洲是在河身宽阔处，水流流速减小，由泥、沙、砾石等碎屑物沉积而成，如南京附近的江心洲。沙洲沉积多不稳定。

图3.12　河岸阶地的形成过程

1—为原来河谷的标高；2—当地壳下降时，河流坡度减小，形成厚的冲积物；3—由于地壳上升，河流冲刷增大，便在河谷中冲刷出一条较狭的河床，在新河床的两侧便形成一级阶地

⑤河岸阶地（river terrace）　河谷两岸由流水作用所形成的狭长而平坦的阶梯状的平台，称为河岸阶地。它是在流水的侵蚀、沉积以及地壳的升降等作用相互配合的情况下形成的。图3.12为河岸阶地的形成方式之一，如此多次变化，就能形成多级的河岸阶地。阶地主要有两种类型：一种是侵蚀阶地（图3.13），它的特点是阶面平缓基岩出露，阶地上沉积物很薄甚至没有；另一种是沉积阶地（图3.14），它的特点是沉积物较厚，基岩不出露。阶地顺河流方向分布在河谷的两侧，地形比较平坦，常被选作建筑场地。

图3.13　侵蚀阶地

1—冲积层；2—沙岩；3—页岩；4—石灰岩

图3.14　沉积阶地

1—河漫滩冲积层；2—第一阶地冲积层；3—第二阶地冲积层；4—基岩

（5）河岸地区进行建筑应注意的工程地质问题

①必须事先了解河流的最高洪水位，避免在洪水淹没区进行建筑。

②应注意河岸的稳定性，不在有崩塌、滑坡等不稳定的地区建筑。如必须建筑，要对崩塌、滑坡进行处理。

③河床上是不宜建厂的，如需要建设船台、码头以及取水构筑物时，应考虑由于进行建设而改变河床断面后的最高洪水位、冲刷深度、含泥量，同时也要考虑河水对岸边及构筑物的冲刷。

④河流的凹岸受冲刷，容易形成河岸的崩塌、滑坡，特别是松散沉积物构成的河岸更易被侵蚀后退，选择建筑场地时，建筑物距阶地边缘应留有适当的安全距离，必要时应采取保护河岸的措施。为阻止水流冲刷可用丁坝、导流堤等，加固河岸可用石笼、抛石块及挡墙护岸等。河流凸岸是沉积区，一般多可建筑，但可能存在淤积的问题。因此，建筑场地选在河岸平直的地段较好。

⑤应注意冲积物的产状。冲积物中埋藏有黏性土的透镜体或尖灭层时，能使建筑物产生不均匀沉降。

⑥阶地上有古老河床的沉积物和牛轭湖沉积物时，应注意它们的分布、厚度及工程地质性质。

⑦冲积层中常有丰富的地下水，可作为供水水源。但在故河床地区，地下水多且水位较高，施工时排水较为困难。另外，地下水可造成河岸阶地边缘的潜蚀现象，影响阶地的稳定性。

（6）河流侵蚀、淤积作用的治理

1）不同类型河床主流线与崩岸位置

河流的主流线靠近河岸时，河岸土层会发生崩塌。由于河床类型不同，主流线靠岸的位置不相同，崩岸的位置也不相同。在弯曲河床的上半段，主流线靠近凸岸上方，然后流入凹岸顶点；在弯曲河床的下半段，主流线靠向凹岸。因此，在弯曲河床的凸岸边滩的上方、凹岸顶点的下方，常常都是崩岸部位（图3.15（a））。在顺直河床上，深槽与边摊往往成犬牙交错地分布；在深槽处，主流线常常是靠近河岸的，成为顺直河床的崩岸部位（图3.15（b）），随着深槽的下移，崩岸的部位一般不固定。游荡河床，主流线也随着江心洲的变化在河床中动荡不定，崩塌部位也是不固定的。分叉河床，江心洲洲头常常处在主流顶冲的部位（图3.15（c）），常常都是护岸工程重点守护的地段。

图3.15　不同类型河床主流线与崩岸位置

2）防护措施

全球悬河化现象在发展，治河问题研究有重要意义。对于河流侧向侵蚀及因河道局部冲刷而造成的坍岸等灾害，一般采用护岸工程或使主流线偏离被冲刷地段等防治措施。

①护岸工程

a.直接加固岸坡常在岸坡或浅滩地段植树、种草。

b.护岸有抛石护岸和砌石护岸两种，即在岸坡砌筑石块（或抛石），以消减水流能量，保护岸坡不受水流直接冲刷。石块的大小，应以不致被河水冲走为原则，可按下式确定：

d≥v2/25

式中　d——石块平均直径，cm；

v——抛石体附近平均流速，m/s。

抛石体的水下边坡一般不宜超过1∶1，当流速较大时，可放缓至1∶3。石块应选择未风化、耐磨、遇水不崩解的岩石。抛石层下应有垫层，如图3.16所示。

图3.16　砌石护岸和抛石护岸

②约束水流

a.顺坝和丁坝：顺坝又称导流坝，丁坝又称半堤横坝。常将丁坝和顺坝布置在凹岸以约束水流，使主流线偏离受冲刷的凹岸。丁坝常斜向下游，夹角为60°～70°，它可使水流冲刷强度降低10%～15%，如图3.17所示。

图3.17　丁坝

b.约束水流，防止淤积：束窄河道、封闭支流、截直河道、减少河流的输沙率等均可起到防止淤积的作用。也常采用顺坝、丁坝或二者组合使河道增加比降和冲刷力，达到防止淤积的目的。