河流侵蝕和淤積的工程地質研究概述整理課件

1Ch6河流侵蝕和淤積的工程地質研究§1概述§2河流的動力學特征§3巖土的臨界流速及河床的穩(wěn)定性§4山區(qū)和平原河流侵淤作用的某些特征§5與河流侵淤作用有關的工程地質問題§6河流的開發(fā)與整治1Ch6河流侵蝕和淤積的工程地質研究§1概述2§1概述1.河流作用河流的侵蝕和淤積是改變地表形態(tài)最重要的地質作用之一。侵蝕與淤積作用的相互消長，促使河床不斷演化。當侵蝕與淤積作用處于暫時平衡狀態(tài)時，河流的地質作用以搬運為主。天然河流總是處在不斷的發(fā)展和變化中。2§1概述1.河流作用平原地區(qū)的彎曲性河流，凹岸不斷沖刷，凸岸不斷淤積，曲率半徑不斷減少，凹線不斷扭曲，最后產生自然截彎。以后又重復以上演變過程。如：長江河道的變遷，黃河九曲現象當在河流上興建了各種工程建筑或進行疏浚、整治后，河床的演變和發(fā)展將更加劇烈和迅速。如：河流上游興建大型水庫后，水庫回水將產生泥沙的淤積，水庫下游將引起河床的沖刷。平原地區(qū)的彎曲性河流，凹岸不斷沖刷，凸岸不斷淤積，曲率半徑不42.河流的變化與發(fā)展水流特征要素：水位流量流速水流結構含沙量河床特征要素：河床平面和斷面的幾何形態(tài)縱橫坡降組成床底及床岸的物質（包括各種巖土或泛指泥沙）42.河流的變化與發(fā)展水流特征要素：水流作用于河床，引起河床變形，而變化了的河床又反作用于水流，使水流速度和流態(tài)發(fā)生變化，兩者既相互依存，又相互制約，從而推動著河流不斷地變化和發(fā)展

水流與河床的相互作用通過兩者間的泥沙交換來實現的。通過泥沙的淤積作用使河床升高通過泥沙的沖刷作用使河床降低例如對某一河段來說，當水流中的泥沙落于河床的總量小于河床中的泥沙進入水流中的總量時，則該段河床產生侵蝕；相反，則產生淤積。可以認為：河流的侵淤作用以及由此而引起的河床演變規(guī)律，是水流與河床的動平衡不斷發(fā)展變化的結果。水流作用于河床，引起河床變形，而變化了的河床又反作用于水流，63.研究河流地質作用的工程地質意義研究河流地質作用具有重要的工程地質意義，因為河流作用直接或間接地對工程建筑物產生不利的影響。河流的現代地質作用直接影響著建筑物的安全、經濟和正常使用。63.研究河流地質作用的工程地質意義研究河流地質作用具有重要7（1）侵蝕作用直接威脅著河流工程的穩(wěn)定性如：橋墩、堤壩7（1）侵蝕作用直接威脅著河流工程的穩(wěn)定性8（2）淤積作用可使河川和河岸建筑物降低效能如：港口淤塞，水庫淤塞8（2）淤積作用可使河川和河岸建筑物降低效能9水工建筑物對河流的影響在河流上游修建水工建筑物，由于改變了河流的侵蝕、搬運、淤積規(guī)律及其它環(huán)境因素，會產生不同程度的環(huán)境工程地質問題，對工程的適宜性和生態(tài)環(huán)境起著極其重要的作用。我國江河縱橫，流域面積在100Km2以上的河流有5000多條，為了合理開發(fā)和智力河流，切實做到興利除害，研究和掌握河流的侵淤規(guī)律很有必要。9水工建筑物對河流的影響在河流上游修建水工建筑物，由于改變了10§2河流的動力學特征一、河流的紊流特征

1.層流和紊流(1)層流：水質點作井然有條、互不混雜的運動(2)紊流：水質點作不規(guī)則的相互混雜的運動

河道水流一般都是紊流，基本的特征：即便在流量不變的情況下，流場中任一點的流速和壓力隨著時間呈不規(guī)則的脈動。過水斷面上某一點瞬時流速的大小和方向均隨時間呈不規(guī)則的變化，它是促使河床土石侵蝕搬運的根本因素。10§2河流的動力學特征一、河流的紊流特征112.時間平均流速定義：在某一足夠長的時間間隔內，任一點瞬時流速的平均值稱為時間平均流速

特征：在河流過水斷面上各點的時間平均流速不同規(guī)律：在河流斷面的中上部最大，下部及兩側最小，其余部分介于兩者之間112.時間平均流速定義：在某一足夠長的時間間隔內，任一點瞬(a)河道縱向流速剖面(b)橫斷面等速線圖

(a)河道縱向流速剖面(b)橫斷面等速線圖133.泥沙運動的動力水流是泥沙運動的動力，水流挾帶的泥沙靠著水流中紊動旋渦的支持，維持其懸浮狀態(tài)。在天然河流中，河床表面高低不平，在突出床面的泥沙顆粒后面，水流會發(fā)生程度不同的分離，在分離面上卷起旋渦。河床周界都是產生紊動旋渦的場所。在河床周圍附近一旦產生旋渦后，在頂部旋轉分速Vr與當地水流流速方向一致；而底部則相反。133.泥沙運動的動力水流是泥沙運動的動力，水流挾帶的泥沙靠143.泥沙運動的動力由此形成的流速水頭差產生了向上的壓差，使旋渦離開河床上升。與此同時，旋渦還被水流帶向下游。來自河底的旋渦逐漸擴散遍布全部水流，使整個水流都具有紊動的特征。旋渦在河床周屆剛產生時，尺度受到空間的限制，在上升過程中，直徑逐漸擴大。大尺度旋渦是挾帶泥沙離開河床進入主流區(qū)，使泥沙懸浮的主要動力。143.泥沙運動的動力由此形成的流速水頭差產生了向上的壓差，15二.主流和副流1.主流水流沿著河槽總方向的流動一般在重力作用下產生，在流動過程中，水流的流線基本平行，水流的速度向量互相平行，且平行于河槽的軸線15二.主流和副流1.主流16二.主流和副流2.副流在水流內部產生的一種大規(guī)模的水流旋轉運動。在這種流動中，流線大多呈封閉曲線，副流有時在主流的邊緣上流動，有時與主流疊加在一起，使整個水流呈螺旋式的前進運動副流由重力引起，也可以由其它作用力（內、外力）所引起，它是引起泥沙橫向輸移的主要動力，是形成河槽形狀多樣化的重要原因。16二.主流和副流2.副流17三.橫向環(huán)流

根據水流所圍繞的旋轉軸方向不同，可以分為縱軸、橫軸、斜軸及豎軸副流四類?？v軸副流的意義最大，其旋轉軸與河流總方向一致，這種副流又稱橫向環(huán)流。造成橫向環(huán)流的原因很多，諸如地球自轉引起的科氏力、河道水位漲落、離心力的作用等。彎道河流水流離心力作用是最主要的原因。

17三.橫向環(huán)流根據水流所圍繞的旋轉軸方向不同，可以分為縱18慣性離心力F在彎曲河道中的水流是作曲線運動的，因此，它受到慣性離心力F的作用，這種力的方向指向水流流線的外法線，其值為：m為水的質量；v為水質點的縱向流速；r為水質點運動跡線的曲率半徑

18慣性離心力F在彎曲河道中的水流是作曲線運動的，因此，它受19單位質量水體的離心力fc

單位質量水體的離心力fc

：19單位質量水體的離心力fc單位質量水體的離心力fc：20橫向水面比降Jy由于離心力的存在，自由水面的平衡狀態(tài)遭到破壞，因而水面將作相應的調整，凹岸水位升高，凸岸水位降低，從而形成橫向水面比降

由水體的橫向動力平衡條件來推導

20橫向水面比降Jy由于離心力的存在，自由水面的平衡狀態(tài)遭到河流侵蝕和淤積的工程地質研究概述整理課件取厚度為1，寬度為dy的一個微小水柱，分析其橫向動力平衡情況。當二維恒定環(huán)流時，水柱橫向所受的力有：離心力F；水柱兩側壓力差P（指向凸岸）；水柱底部摩隙力T，因T值很小，可以略去不計。水柱橫向動力平衡方程為F–P=0（12-3）水面橫向比降Jy為：U為水深H上的斷面平均流速；α0為流速分布不均勻系數

取厚度為1，寬度為dy的一個微小水柱，分析其橫向動力平衡情況因α0一般接近于1.0，故上式可近似寫成

因α0一般接近于1.0，故上式可近似寫成河流橫比降形成及水體橫向動力平衡圖

河流橫比降形成及水體橫向動力平衡圖離心力fc和壓力差P沿水深H的變化是不同的。離心力與水流縱向流速平方（v2）成正比；而v沿水深分布不均勻，自河底向水面增大，故離心力亦自河底向水面增大；壓力差與水面橫向比降成正比或與U的平方成正比，U與v不同，它是v在水深H上的平均值，即在一定條件下不隨水深而變，故壓力差沿水深不變。兩者合成的結果，上層水體所受的合力指向凹岸，因此發(fā)生向凹岸流動；下層水體所受的合力指向凸岸，因此發(fā)生向凸岸的流動。結果在彎曲河道上形成了橫向環(huán)流。這種環(huán)流疊加在主流上，使水流呈螺旋式前進運動。當凹岸在河流右側時，環(huán)流呈順時針方向；在左側時則為逆時針方向。

離心力fc和壓力差P沿水深H的變化是不同的。26水流規(guī)律橫向環(huán)流的形成使得水流的流速在同一橫斷面上表現出具有一定規(guī)律的變化。在凹岸表流下沉轉為底流的部位，由于重力作用，水流流速遞增，易將泥沙帶走，形成侵蝕深潭，同時使凹岸不斷向外側后退在底流上升為表流部位，則要克服重力，水流流速遞減，易于造成凸岸淤積，形成淺灘，同時使凸岸不斷向河床推進。26水流規(guī)律橫向環(huán)流的形成使得水流的流速在同一橫斷面上表現出27水流規(guī)律水流流速的上述變化規(guī)律是河流在同一斷面上既有侵蝕又有淤積的一個極為重要的原因。橫向環(huán)流作用的結果,使河曲發(fā)育的平原河流中深槽和淺檻交替出現。27水流規(guī)律水流流速的上述變化規(guī)律是河流在同一斷面上既有侵蝕28橫向環(huán)流營力橫向環(huán)流還可由地球自轉所產生的科里奧利(Coriolis)力作用所形成。地球自轉時，不同緯度上各點轉動的線速度不同。對河流產生的慣性力(即科氏力)在赤道處最大。在北半球，無論是南北向河流，還是東西向河流，都是指向右岸的，從而形成傾向左岸的橫比降，右岸沖刷，左岸堆積。南半球則相反。28橫向環(huán)流營力橫向環(huán)流還可由地球自轉所產生的科里奧利(Co29§3巖土的臨界流速及河床的穩(wěn)定性一、臨界流速

從動力學觀點看，水流作用于河床巖土上的推移力及上托力大于巖土的強度（如巖土的摩阻力和內聚力）時，將發(fā)生侵蝕和搬運作用。否則，河床不會遭受侵蝕而形成淤積。組成河床的物質抵抗水流作用的能力與組成河床的巖土類型、巖土物理力學性質、土的顆粒組成、土顆粒大小和形狀等有關。

29§3巖土的臨界流速及河床的穩(wěn)定性一、臨界流速30一、臨界流速1.侵蝕臨界速度Ucr(1)水動壓力P(2)剪應力τ

(3)侵蝕臨界流速Ucr

30一、臨界流速1.侵蝕臨界速度Ucr31α0是水流的不均勻系數，可實測；ρω為水的密度

(1)水動壓力P假設凸出于河床中的巖體高度為h，寬為b，長為l，水流速度為U，其流向與hl面垂直，則巖體所受水動壓力P為：31α0是水流的不均勻系數，可實測；ρω為水的密度(1)水流對凸出于河床中的巖體侵蝕示意圖

水流對凸出于河床中的巖體侵蝕示意圖33在P作用下引起的可能滑動面（bl面）上的剪應力τ為

若巖體抗剪斷強度S為

S=C+σtgC為巖體內聚力；σ為作用于剪斷面上的正應力，主要與被剪斷巖體的質量有關；為巖體的內摩擦角

(2)剪應力τ33在P作用下引起的可能滑動面（bl面）上的剪應力τ為若巖34當τ＝s時的水流速度，稱為侵蝕臨界流速Ucr

對于堅硬完整的巖體來說，其內聚力C很大，故當b≈h時侵蝕臨界流速很大，約為50-150rn/s。天然河流的流速很少大于10m/s，因而堅硬完整的巖體不可能遭受水流的侵蝕。但強度低或裂隙發(fā)育的巖體，將會遭受侵蝕作用。

(3)侵蝕臨界流速Ucr34當τ＝s時的水流速度，稱為侵蝕臨界流速Ucr對于堅硬完35一、臨界流速2.推移臨界流速Ucr‘(1)水動壓力P(2)滾動摩阻力T

(3)推移臨界流速Ucr‘(4)實測臨界流速Ucr‘(5)搬運顆粒分類(6)流態(tài)與流速關系35一、臨界流速2.推移臨界流速Ucr‘36(1)水動壓力P無粘結的卵、礫和砂粒，在水流作用下其起動條件是不同的。假設直徑為d的球狀顆粒，所受的水動壓力P為：36(1)水動壓力P無粘結的卵、礫和砂粒，在水流作用下其起動37(2)顆粒滾動摩阻力T

f為滾動摩擦系數；m為顆粒質量；為顆粒密度

37(2)顆粒滾動摩阻力Tf為滾動摩擦系數；m為顆粒質38(3)推移臨界流速Ucr‘當P=T時，顆粒處于極限平衡狀態(tài)，此時的水流速度稱為推移臨界流速

Ucr‘38(3)推移臨界流速Ucr‘當P=T時，顆粒處于極限平39(4)實測臨界流速Ucr‘當d<400mm，以m/s為單位，d以mm為單位時，根據實測可得：39(4)實測臨界流速Ucr‘當d<400mm，以m/s為單40(5)搬運顆粒分類a.當水流流速U>臨界推移流速Ucr‘，顆粒將沿河床滾動或滑動，這時被搬運的顆粒叫做推移質b.當水流流速U<臨界推移流速Ucr‘，顆粒停留于原地，形成淤積c.當水流速度較大時，可使沿河床移動的顆粒離開河床，懸浮于水流中，這時被搬運的顆粒叫做懸移質

40(5)搬運顆粒分類a.當水流流速U>臨界推移流速Ucr‘41(6)流態(tài)與流速關系據研究，土顆粒的懸移與水流縱向流速的鉛直分量有關。河流中紊流的平均流速U與其鉛直分速，大體上是成正比的。據實驗所得

41(6)流態(tài)與流速關系據研究，土顆粒的懸移與水流縱向流速的42由此可知，直徑為d的顆粒的懸移臨界流速Ucr‘‘為其推移臨界流速Ucr‘

的12-20倍

Ucr‘‘=（12-20）Ucr‘

理論與實踐都表明，水流流速的微小變化就會引起其沖刷能力的顯著改變。由于紊流流速具脈動特征，因而不同粒徑的土粒在水流中的狀態(tài)與水流流速之間的關系可用圖表示(6)流態(tài)與流速關系42由此可知，直徑為d的顆粒的懸移臨界流速Ucr‘‘為其土粒直徑與其臨界流速的關系土粒直徑與其臨界流速的關系44二、河床的穩(wěn)定性目前，還沒有理想的表征河床演變規(guī)律的理論公式。大多數研究者是根據實際觀測和試驗所總結的經驗公式，分析水流要素與河床要素之間良經驗關系，從宏觀上對河床的穩(wěn)定性作出概略的評價。1.縱向穩(wěn)定指標k12.橫向穩(wěn)定指標k244二、河床的穩(wěn)定性目前，還沒有理想的表征河床演變規(guī)律的理論451.縱向穩(wěn)定指標k1由于水流流速與河床縱坡降有關，一般常用河床泥沙的粒徑與河床坡降之比來表示河床的縱向穩(wěn)定性

K1為河床穩(wěn)定性指數；d50為無粘性土的平均粒徑（mm）；J為河床坡降（mm/m）

451.縱向穩(wěn)定指標k1由于水流流速與河床縱坡降有關，一般常461.縱向穩(wěn)定指標k1K1越大，則河床越不易被侵蝕沖刷。實際資料表明，當K1≥15-20時，河床基本穩(wěn)定，僅在洪水期可以有一些泥沙移動當K1<5時，河床泥沙在平水期也有移動當K1≤l時，河床極不穩(wěn)定如黃河下游秦廠至柳河口一帶，K1約為0.4，該段屬游蕩型河段；長江中游荊江段的K1約為5，顯然比黃河下游穩(wěn)定得多

461.縱向穩(wěn)定指標k1K1越大，則河床越不易被侵蝕沖刷。472.橫向穩(wěn)定指標k2由于影響河床橫向變形的因素比較復雜，大多數研究者不從直接影響因素出發(fā)，而根據河床橫向變形結果來分析其穩(wěn)定性。472.橫向穩(wěn)定指標k2由于影響河床橫向變形的因素比較復雜，482.橫向穩(wěn)定指標k2阿爾杜寧（C.T.AIITyHиH）公式

K2為橫向穩(wěn)定指標；Q為造床流量，是對河床形成作用最大的流量，實際應用中常以平灘流量（水位達河漫灘或邊灘灘緣高度時的相應流量）表示；B為與造床流量相應的河寬；J為造床流量時水面坡降

482.橫向穩(wěn)定指標k2阿爾杜寧（C.T.AIITyHиH）492.橫向穩(wěn)定指標k2K2值越大越不穩(wěn)定黃河下游秦廠至高村一帶為極不穩(wěn)定的游蕩型河段，K2=2.07–5.41長江荊江彎曲型河段比前者穩(wěn)定得多K2=0.64–1.15492.橫向穩(wěn)定指標k2K2值越大越不穩(wěn)定50§4河流侵淤作用的某些規(guī)律

水流與河床的相互作用決定河流侵淤作用的規(guī)律不同地區(qū)的河流，水流及河床特征不同，河流的侵淤作用以及由此引起的河床演變規(guī)律亦各異據此大致可將河流分為山區(qū)河流、平原區(qū)河流和潮汐河流三類50§4河流侵淤作用的某些規(guī)律水流與河床的相互作用決定河流51山區(qū)河流與平原河流河流的上游地區(qū)一般多位于山區(qū)

河流的下游及河口地區(qū)一般多為平原

51山區(qū)河流與平原河流河流的上游地區(qū)一般多位于山區(qū)52一、河床演變的規(guī)律性河床演變是指河床在自然條件下或在人工干擾時所產生的變化，主要包括河床在垂直和水平方向的位移、河床的形狀和尺寸的改變等。河床演變是水流與河床相互作用的反應，這種相互作用通過它們之間的泥沙交換來實現。河底是泥沙交換的場所52一、河床演變的規(guī)律性河床演變是指河床在自然條件下或在人工53一、河床演變的規(guī)律性若沖刷掀起的顆粒平均數等于沉積到河底的數量，則泥沙交換是平衡的，不會產生單向的河床變形如果交換不平衡，產生單向的河床變形，或沖刷或淤積。河床演變過程是水流與河床之間自動調整的過程。這種調整是通過輸沙能力來實現的。53一、河床演變的規(guī)律性若沖刷掀起的顆粒平均數等于沉積到河底54水流的輸沙能力指在一定條件下水流所能輸送泥沙的數量，取決于水流的特性和水流中挾帶的禮尚往來顆粒的性質54水流的輸沙能力指在一定條件下水流所能輸送泥沙的數量，取決55水流的輸沙能力ρ0～水流的輸沙能力,即飽和含沙量(kg/m3)v～水流斷面平均流速(m/s)R～過水斷面水力半徑(m)ω～懸移質泥沙平均沉速(m/s)k‘～實測系數(kg/m3)55水流的輸沙能力ρ0～水流的輸沙能力,即飽和含沙量(kg/56一、河床演變的規(guī)律性水流的輸沙能力與流速的立方成正比。任何一個河段，在一定的水流和泥沙條件下，水流具有一定的輸沙能力如果上游來沙量與這一輸沙能力相適應，則水流處于輸沙平衡狀態(tài)，水流與河床之間的泥沙交換達到平衡，河床不沖刷，不淤積。56一、河床演變的規(guī)律性水流的輸沙能力與流速的立方成正比。任57二、山區(qū)河流的侵淤特征1.山區(qū)地理特征坡面陡峻巖石裸露徑流系數大匯流時間短

結果河流洪水暴漲暴落流量變幅很大57二、山區(qū)河流的侵淤特征1.山區(qū)地理特征58二、山區(qū)河流的侵淤特征

2.山區(qū)河流特點河谷斷面狹窄對水流調蓄能力低河水的水位和流量變幅很大，洪枯水位差可達數米或數十米不等洪水期雖歷時短，但水流速度及能量很大，對河床的沖刷能力強，河床的演變在洪水期最為顯著。58二、山區(qū)河流的侵淤特征2.山區(qū)河流特點59一、山區(qū)河流的侵淤特征3.山區(qū)河流的侵淤特征(1)河流在平面和剖面上的特征平面上呈寬窄相間、順直與急彎相間、侵淤作用不同的河段橫剖面上呈現形態(tài)各異的河谷陡坡，有時形成V型或U型谷，限制了河流發(fā)育過程中的過大擺動縱剖面上呈縱坡較陡的下凹曲線型，有時存在許多折點

59一、山區(qū)河流的侵淤特征3.山區(qū)河流的侵淤特征60一、山區(qū)河流的侵淤特征3.山區(qū)河流的侵淤特征(2)水流特征同一時期內既有流速小于1m/s的河段，也有流速高達7-8m/s以上的急流河段

水流的流態(tài)十分復雜，常有回流、漩渦、跌水、橫流等流態(tài)出現，流象極為險惡

60一、山區(qū)河流的侵淤特征3.山區(qū)河流的侵淤特征61一、山區(qū)河流的侵淤特征2.山區(qū)河流的侵淤特征(3)山區(qū)河流的侵淤特征山區(qū)河流以侵蝕作用為主，僅在寬緩河段及彎曲河段發(fā)生局部淤積

?61一、山區(qū)河流的侵淤特征2.山區(qū)河流的侵淤特征62原因

山區(qū)河流流速大，輸沙能力強，必然引起河床以深切為主小于2mm的顆粒一般多呈懸移質大于2mm的顆粒多呈推移質堆積物顆粒粗大，有卵、礫及漂石淤積山區(qū)河流的河床多為基巖、漂石、卵石等抗沖刷能力較強的物質組成62原因山區(qū)河流流速大，輸沙能力強，必然引起河床以深63三、平原河流的侵淤特征1.平原區(qū)地理特征坡度平緩土壤疏松降水后徑流系數小匯流時間長結果河流流量和水位變幅小63三、平原河流的侵淤特征1.平原區(qū)地理特征64三、平原河流的侵淤特征

2.平原河流特點河流水面坡降較小，多在1％以下水流速度較慢，流態(tài)平穩(wěn)懸移質多小于0.1mm，推移質以中、細砂為主，在主流線附近有粗砂和礫石64三、平原河流的侵淤特征2.平原河流特點65三、平原河流的侵淤特征3.平原河流的侵淤特征以淤積作用為主，其顆粒較小，分選性較好，厚度較大，可達數十至百余米。？河流彎曲不斷加大，直至截彎取直侵淤位置不固定，河床橫剖面形態(tài)變化復雜

65三、平原河流的侵淤特征3.平原河流的侵淤特征66三、平原河流的侵淤特征4.地上懸河

(1)定義平原河流的一種特殊類型，指河床高于其兩岸地面的河流。66三、平原河流的侵淤特征4.地上懸河67三、平原河流的侵淤特征4.地上懸河

(2)形成條件①河水中攜帶著大量的敏感土粒，其粒徑為0.25-0.01mm②河水中有相當大部分為敏感水流，時間平均流速小于0.7m/s③河流具有足夠廣闊可能被泛濫的面積

治理措施？67三、平原河流的侵淤特征4.地上懸河68§5河流工程地質問題分析在河流上興建的各種工程建筑，由于河流地質作用的危害及河流地質環(huán)境的制約，必然會產生各種工程地質問題。研究河流地質作用的工程目的：從工程要求、經濟效益和環(huán)境質量角度綜合分析工程建筑的合理性，作出工程建筑的可行性結論，并為工程的處理，河流的整治提供有效的措施。68§5河流工程地質問題分析在河流上興建的各種工程建筑，由于69一.水庫淤積在河流上筑壩抬高水位，庫區(qū)形成壅水，使得原來河流的侵蝕基準面抬升水流入庫過程中，水深和過水斷面沿流程增大，流速降低來自上游的泥沙在庫區(qū)大量落淤，直接影響水庫的效益和使用壽命

ex：青銅峽水庫、三門峽水庫69一.水庫淤積在河流上筑壩抬高水位，庫區(qū)形成壅水，使得原來701.壅水淤積

攜帶泥沙的河流進入水庫壅水段后，泥沙擴散到全斷面，隨著水流挾沙能力沿流程降低，泥沙沉積于庫底，并形成上游粗、下游細有規(guī)律分布的三角洲

701.壅水淤積攜帶泥沙的河流進入水庫壅水段后，泥沙擴散到71水庫壅水淤積三角洲示意圖

71水庫壅水淤積三角洲示意圖72控制措施(1)控制庫水位(2)利用上游水庫瀉放清水沖刷下游水庫的末端72控制措施(1)控制庫水位732.異重流淤積

多發(fā)生于多細粒泥沙河流中當入庫水流含沙量高，并有足夠的流速時，渾水進入壅水段后不與清水混淆擴散而潛入清水下面，沿庫底向下游繼續(xù)運動，可一直運行到壩前

在回流作用下使水庫變渾，細土粒緩緩落于庫底

732.異重流淤積多發(fā)生于多細粒泥沙河流中74水庫異重流示意圖

74水庫異重流示意圖75控制措施排沙孔排沙75控制措施排沙孔排沙76二.壩下游河床再造水庫修建后，改變了下游河道的水動力條件，破壞了河床的原有平衡狀態(tài)，導致下游河床的再造，建立新的平衡河道水庫蓄水攔沙后，壩后所泄水流為泥沙含量很少的清水，使下游河床發(fā)生沖刷包括縱向下切和橫向展寬兩個方面沖刷所及的范圍可以達到很長的距離76二.壩下游河床再造水庫修建后，改變了下游河道的水動力條件77二.壩下游河床再造丹江口水庫自1968年蓄水后至1972年間沖刷已發(fā)展到距壩465km的仙桃市美國科羅拉多河的派克壩，建成后的第二年，沖刷段就達到距壩140km處77二.壩下游河床再造丹江口水庫自1968年蓄水后至197278沖刷效應促使河流游蕩程度的改變，甚至發(fā)生河流形式的改變當下切起主導作用時，河床向穩(wěn)定方向發(fā)展當展寬起主導作用時，河床向不穩(wěn)定方向發(fā)展三門峽水庫修建后，下游河床下切作用加強，游蕩型河段向彎曲型河流發(fā)展78沖刷效應促使河流游蕩程度的改變，甚至發(fā)生河流形式的改變79三.河流地質作用與工程建筑的關系1.侵蝕作用2.淤積作用79三.河流地質作用與工程建筑的關系1.侵蝕作用801.侵蝕作用不僅威脅河岸建筑物的安全，遠離河岸的建筑物也會因河流改道而遭到突然的沖刷作用801.侵蝕作用不僅威脅河岸建筑物的安全，遠離河岸的建筑物也81(1)河底沖刷威脅跨河建筑物，如橋梁、堤壩地基穩(wěn)定性81(1)河底沖刷威脅跨河建筑物，如橋梁、堤壩地基穩(wěn)定性82(3)壩后沖刷危及大壩安全ex:湖南肖水雙牌水電站壩址82(3)壩后沖刷危及大壩安全832.淤積作用(1)使碼頭、取水建筑物降低使用功能(2)降低水庫效能(3)形成地上懸河，在洪水季節(jié)造成河流決口甚至改道832.淤積作用(1)使碼頭、取水建筑物降低使用功能84四.河流環(huán)境工程地質問題在河流上興建建筑物時，由于改變了一定范圍的地質環(huán)境，從而產生環(huán)境工程地質問題。水工建筑物的特點決定了對地質環(huán)境的影響比其它工程建筑在空間和時間上大得多，有時涉及整個大河流域。84四.河流環(huán)境工程地質問題在河流上興建建筑物時，由于改變了851.埃及阿斯旺高壩1971年建成，壩高111m，壩頂長3830m，水庫長480km，庫容1.57e1011m3效益：電力、灌溉、抗旱851.埃及阿斯旺高壩1971年建成，壩高111m，壩頂長386環(huán)境地質問題1.1981年11月5.3級水庫誘發(fā)地震，微震頻繁2.水庫位于酷熱的沙漠上，年蒸發(fā)量109m3，使庫水含鹽量增加，加重了尼羅河下游沿岸耕地的鹽堿化3.由于下游地下水位降低，土地沙化加劇過去尼羅河每年的洪水可以挾帶2e107t淤泥堆積在下游沿岸的綠洲，并從土地中濾掉鹽分現在天然的再生和凈化系統沒有了，土地比以前貧瘠多了86環(huán)境地質問題1.1981年11月5.3級水庫誘發(fā)地震，微87環(huán)境地質問題(4)由于河水含沙量大幅度下降，泥沙的雨季不能彌補海水的沖刷，使尼羅河三角洲海岸不斷遭受海水侵蝕，海岸線后退。(5)沙丁魚幾乎滅絕(6)下游居民血吸蟲病發(fā)病率明顯增高87環(huán)境地質問題(4)由于河水含沙量大幅度下降，泥沙的雨季不882.三門峽水庫1960年簡稱，壩高106m，壩長713.2m，設計正常水位360m，庫容6.47e1010m3，總裝機容量1.1e106kW水蓄水最高水位332.58m，暴露的環(huán)境地質問題882.三門峽水庫1960年簡稱，壩高106m，壩長713.89環(huán)境工程地質問題(1)泥沙淤積庫容迅速損失，年平均損失庫容109m3(2)淤積范圍外延威脅關中地區(qū)的工農業(yè)基地89環(huán)境工程地質問題(1)泥沙淤積90環(huán)境工程地質問題(3)庫周地下水位普遍上升造成黃土濕陷、裂縫、滑坡、房屋和水井倒塌，地下水質惡化、土地沼澤化和鹽漬化(4)踏岸侵占有效庫容，破壞農田，威脅村莊和人畜安全90環(huán)境工程地質問題(3)庫周地下水位普遍上升913.黃龍水庫湖北省水庫水庫庫岸再造預測工作忽略，移民二次搬遷，越搬越窮913.黃龍水庫湖北省水庫924.莫力廟水庫沙漠水庫干涸，一顆水也沒有，隨處可見蚌殼，漁船的殘骸924.莫力廟水庫沙漠水庫93原因對河流工程的環(huán)境地質問題在工程上馬時未能作出充分的估計后面只能進行改建和治理93原因對河流工程的環(huán)境地質問題在工程上馬時未能作出充分的估94教訓對河流工程所產生的環(huán)境工程地質問題的評價，應在工程地質調查的基礎上，評價環(huán)境地質要素，包括：工程地質條件自然地理地球化學特征已有自然地質和環(huán)境地質問題的評價區(qū)域資源開發(fā)利用對環(huán)境的影響94教訓對河流工程所產生的環(huán)境工程地質問題的評價，應在工程地95教訓地區(qū)社會、經濟文化發(fā)展及可能采用的發(fā)展方案預測可能產生環(huán)境地質問題的類型、規(guī)模和分布最終目的正確估價環(huán)境地質質量為河流的開發(fā)、工程建筑的興建提供依據95教訓地區(qū)社會、經濟文化發(fā)展及可能采用的發(fā)展方案96

§6河流的開發(fā)與整治不同部門對河流的開發(fā)和整治的目的和要求不同水利、電力、農業(yè)、城鎮(zhèn)工礦企業(yè)需要調節(jié)河水流量，以防洪、灌溉、供水和發(fā)展電力水運部門要求疏浚河道以利航運96

§6河流的開發(fā)與整治不同部門對河流的開發(fā)和整治的目的97§6河流的開發(fā)與整治交通部門要求防止河流沖刷，以保證交通安全等這就要求不同部門共同規(guī)劃和協調，才能達到預期的效果按照沿河的規(guī)模和效果，可分為全面開發(fā)治理和局部整治兩大類97§6河流的開發(fā)與整治交通部門要求防止河流沖刷，以保證交通98一、河流的全面開發(fā)治理對某一河流全面開發(fā)治理，需在政府有關部門主持下，由工程地質人員會同各產業(yè)部門的有關人員，對全流域進行綜合查勘，然后制訂出綜合開發(fā)治理的方案

98一、河流的全面開發(fā)治理對某一河流全面開發(fā)治理，需在政府有99一、河流的全面開發(fā)治理河流全面開發(fā)治理要求：(1)考慮各部門的要求(2)考慮流域的氣象、水文、地質、水利和水害情況不同，治河原則不相同99一、河流的全面開發(fā)治理河流全面開發(fā)治理要求：100治河原則實例黃河、淮河和海河流域年降水量集中，冬春季節(jié)降水稀少，雨季雨量很集中致使河水暴漲，下游洪水災害很嚴重全面治理的原則應以防洪為主，兼顧其他。由于三條河流情況不同，治河原則不同100治河原則實例黃河、淮河和海河流域101淮河和海河的治理原則主要是在上游修建水庫，攔蓄洪水；在下游疏浚河道，宣泄洪水

101淮河和海河的治理原則主要是在上游修建水庫，攔蓄洪水；在102淮河治理措施上游修建梅山、佛子嶺、響洪甸、薄山等大、中型水庫下游疏浚主干河道，修建入洪澤湖的瀉洪閘102淮河治理措施上游修建梅山、佛子嶺、響洪甸、薄山等大、中103海河治理上游修建官廳、密云、崗南、黃壁莊、朱莊、漳河水庫下游疏通狹窄的原海河河道，開挖新河道，宣瀉洪水103海河治理上游修建官廳、密云、崗南、黃壁莊、朱莊、漳河水104黃河治理黃河是世界上罕有的多泥沙河流，其中游地區(qū)分布有50多萬平方公里的黃土類土，極易遭受侵蝕，產生大量泥沙，使黃河年均含沙量37kg/m3，年輸沙量1.6×109t，至下游淤積成為地上懸河，極易發(fā)生改道，泛濫成災

104黃河治理黃河是世界上罕有的多泥沙河流，其中游地區(qū)分布有105原則

上游修建水庫為主，調節(jié)水量；中游做好水土保持，防止侵蝕，同時修建水庫，調洪攔沙；下游調整水流速度，沖沙排淤。105原則上游修建水庫為主，調節(jié)水量；106原則以中游地區(qū)治理為主植樹種草，不讓水土流失，減少泥沙產量；改造地形，變坡地為梯田打壩淤地，重新安排局部侵蝕基準面修建泥沙庫，不讓或盡力減少泥沙流向下游。106原則以中游地區(qū)治理為主107二、河流的局部整治1.河流侵蝕作用的防治2.河流淤積作用的防治

107二、河流的局部整治1.河流侵蝕作用的防治1081.河流侵蝕作用的防治對河流侵蝕作用的防治措施分為兩種(1)加固河岸(2)改變沖刷地段的水流方向和速度1081.河流侵蝕作用的防治對河流侵蝕作用的防治措施分為兩種109(1)加固河段拋石、草皮護坡、護岸墻適用于松軟土岸坡

河流侵蝕和淤積的工程地質研究概述(PPT116頁)河流侵蝕和淤積的工程地質研究概述(PPT116頁)109(1)加固河段拋石、草皮護坡、護岸墻河流侵蝕和淤積的工110(2)改變沖刷地段的水流方向和速度導流堤、丁壩等導流建筑物采取爆破清除巖嘴，以擴大河床斷面減小流速用導流筏斜向浮于沖刷岸之前，隨著河水位漲落，促使水流改變方向。河流侵蝕和淤積的工程地質研究概述(PPT116頁)河流侵蝕和淤積的工程地質研究概述(PPT116頁)110(2)改變沖刷地段的水流方向和速度導流堤、丁壩等導流建111河流侵蝕和淤積的工程地質研究概述(PPT116頁)河流侵蝕和淤積的工程地質研究概述(PPT116頁)111河流侵蝕和淤積的工程地質研究概述(PPT116頁)河流112河流侵蝕和淤積的工程地質研究概述(PPT116頁)河流侵蝕和淤積的工程地質研究概述(PPT116頁)112河流侵蝕和淤積的工程地質研究概述(PPT116頁)河流113都江堰

巧妙地利用河流橫向環(huán)流的侵淤特征整治推移質含量極高河流的典型實例

河流侵蝕和淤積的工程地質研究概述(PPT116頁)河流侵蝕和淤積的工程地質研究概述(PPT116頁)113都江堰巧妙地利用河流橫向環(huán)流的侵淤特征整治推移質含量1142．河流淤積作用的防治

這種防治可分為人工挖掘和改變水流速度和方向兩種措施。我國古代歷史記載中關于治理黃河下游河段的主張，如順著水性、因勢疏導、約束水流、增大流速、加強沖刷、借水改沙等，即是運用河流動力學原理的范例

河流侵蝕和淤積的工程地質研究概述(PPT116頁)河流侵蝕和淤積的工程地質研究概述(PPT116頁)1142．河流淤積作用的防治這種防治可分為人工挖掘和改變水河流侵蝕和淤積的工程地質研究概述(PPT116頁)河流侵蝕和淤積的工程地質研究概述(PPT116頁)河流侵蝕和淤積的工程地質研究概述(PPT116頁)河流侵蝕和116都江堰治水工程工程的首部為一加固的江心洲洲頭（魚嘴），它將岷江分為內外二江，造成彎曲分流，使攜帶泥沙的底流隨主流排向外江，澄清的表流進入內江，進入內江的水流又因玉壘山突向內部的凹型節(jié)點挑流而增強環(huán)流的作用，底流將泥沙推向飛沙堰排向外江，表流進入寶瓶口。寶瓶口是一兩岸順直的節(jié)點，它造成內江輕微壅水，有利于澄清水流，并使出口水流流向穩(wěn)定，防止下游兩岸遭受急流的直接沖刷。河流侵蝕和淤積的工程地質研究概述(PPT116頁)河流侵蝕和淤積的工程地質研究概述(PPT116頁)116都江堰治水工程工程的首部為一加固的江心洲洲頭（魚嘴），1.選項與題干的關系選項與題干構成完整語句，避免沒有思維含量的選項。題干一般是由不完全的陳述句組成，所以選項應能夠直接回答問題或者將不完全陳述句補充完整，構成完整語句。2.運用排除法，如果正確答案不能一眼看出，應首先排除明顯是荒誕、拙劣或不正確的答案。盡可能多排除一些選擇項，就可以提高選對答案而得分的概率。3.一是根據題目要求，從合適的角度進行分類；二是要注意與題干進行對比，通過對比尋找出錯誤的選項，以縮小選擇范圍。4.選擇題正是由于其選項可以檢測考生的認知水平，所以在測量中被廣泛應用。5.在選項設計時，選項之間要避免同義項的出現，同時還應做到干擾項能反映出考生的典型錯誤，包括知識、能力與價值觀等。6.獲取和解讀地理信息是高考四項基本能力之一，也是基礎能力要求。近幾年的高考地理試題材料閱讀量有所增加，表明對學生獲取和解讀地理信息能力要求提高，準確答題需要全面獲取材料中的信息，理解問題情境，進而全面把握設問實質。7.高考地理選擇題常以社會熱點、科研成果為材料設置試題情境，材料和問題中常出現很多地理概念，很多學生對某些地理概念的內涵和外延理解不深入，相似的地理概念混淆，做選擇題時，受錯誤選項干擾極大，導致錯誤率很高。1.選項與題干的關系選項與題干構成完整語句，避免沒有思維含1.對于整個市場而言，生產要素的供給與一般產品的供給曲線一樣，也是一條向右上方傾斜的曲線2.但是由于不同生產要素各具特點，所以并非所有要素的供給曲線都是正斜率曲線。3.如果有人以推銷員、修理工等身份要求開門，可以說明家中不需要這些服務，請其離開；如果有人以家長同事、朋友或者遠方親戚的身份要求開門，也不能輕信，可以請其待家長回家后再來。4.要經常收聽收看天氣預報，密切注視天氣變化，了解掌握災情預測預報，做好防洪自護。要認真學習有關汛期防災抗災的知識，提高自我保護能力5.避免將一般細節(jié)性的討論過程發(fā)送給領導。領導更關注結果，而不是反反復復地溝通過程，可以將階段性成果發(fā)送給領導。如果是重要事件，領導需要直接參與或了解過程，則必須發(fā)送或抄送。6.態(tài)度是最根本的問題，態(tài)度在某些時候起著決定性的作用，態(tài)度是行動的前提，態(tài)度受價值觀的指導，態(tài)度是為人處世的基本原則。凡事態(tài)度積極，就已經成功了一半！7.客戶才是企業(yè)真正的老板，如果企業(yè)喪失了客戶，就失去了生存的基礎，所以給客戶提供卓越而周到的服務是企業(yè)發(fā)展的重要策略，企業(yè)必須重視客戶服務。8.增加服務意識，不僅對企業(yè)有利，更能提高員工自身的服務技能，對個人的成長和發(fā)展都有著緊密的聯系，可以豐富職業(yè)生涯，使自己成為專業(yè)型服務人才。1.對于整個市場而言，生產要素的供給與一般產品的供給曲線一樣119Ch6河流侵蝕和淤積的工程地質研究§1概述§2河流的動力學特征§3巖土的臨界流速及河床的穩(wěn)定性§4山區(qū)和平原河流侵淤作用的某些特征§5與河流侵淤作用有關的工程地質問題§6河流的開發(fā)與整治1Ch6河流侵蝕和淤積的工程地質研究§1概述120§1概述1.河流作用河流的侵蝕和淤積是改變地表形態(tài)最重要的地質作用之一。侵蝕與淤積作用的相互消長，促使河床不斷演化。當侵蝕與淤積作用處于暫時平衡狀態(tài)時，河流的地質作用以搬運為主。天然河流總是處在不斷的發(fā)展和變化中。2§1概述1.河流作用平原地區(qū)的彎曲性河流，凹岸不斷沖刷，凸岸不斷淤積，曲率半徑不斷減少，凹線不斷扭曲，最后產生自然截彎。以后又重復以上演變過程。如：長江河道的變遷，黃河九曲現象當在河流上興建了各種工程建筑或進行疏浚、整治后，河床的演變和發(fā)展將更加劇烈和迅速。如：河流上游興建大型水庫后，水庫回水將產生泥沙的淤積，水庫下游將引起河床的沖刷。平原地區(qū)的彎曲性河流，凹岸不斷沖刷，凸岸不斷淤積，曲率半徑不1222.河流的變化與發(fā)展水流特征要素：水位流量流速水流結構含沙量河床特征要素：河床平面和斷面的幾何形態(tài)縱橫坡降組成床底及床岸的物質（包括各種巖土或泛指泥沙）42.河流的變化與發(fā)展水流特征要素：水流作用于河床，引起河床變形，而變化了的河床又反作用于水流，使水流速度和流態(tài)發(fā)生變化，兩者既相互依存，又相互制約，從而推動著河流不斷地變化和發(fā)展

水流與河床的相互作用通過兩者間的泥沙交換來實現的。通過泥沙的淤積作用使河床升高通過泥沙的沖刷作用使河床降低例如對某一河段來說，當水流中的泥沙落于河床的總量小于河床中的泥沙進入水流中的總量時，則該段河床產生侵蝕；相反，則產生淤積?？梢哉J為：河流的侵淤作用以及由此而引起的河床演變規(guī)律，是水流與河床的動平衡不斷發(fā)展變化的結果。水流作用于河床，引起河床變形，而變化了的河床又反作用于水流，1243.研究河流地質作用的工程地質意義研究河流地質作用具有重要的工程地質意義，因為河流作用直接或間接地對工程建筑物產生不利的影響。河流的現代地質作用直接影響著建筑物的安全、經濟和正常使用。63.研究河流地質作用的工程地質意義研究河流地質作用具有重要125（1）侵蝕作用直接威脅著河流工程的穩(wěn)定性如：橋墩、堤壩7（1）侵蝕作用直接威脅著河流工程的穩(wěn)定性126（2）淤積作用可使河川和河岸建筑物降低效能如：港口淤塞，水庫淤塞8（2）淤積作用可使河川和河岸建筑物降低效能127水工建筑物對河流的影響在河流上游修建水工建筑物，由于改變了河流的侵蝕、搬運、淤積規(guī)律及其它環(huán)境因素，會產生不同程度的環(huán)境工程地質問題，對工程的適宜性和生態(tài)環(huán)境起著極其重要的作用。我國江河縱橫，流域面積在100Km2以上的河流有5000多條，為了合理開發(fā)和智力河流，切實做到興利除害，研究和掌握河流的侵淤規(guī)律很有必要。9水工建筑物對河流的影響在河流上游修建水工建筑物，由于改變了128§2河流的動力學特征一、河流的紊流特征

1.層流和紊流(1)層流：水質點作井然有條、互不混雜的運動(2)紊流：水質點作不規(guī)則的相互混雜的運動

河道水流一般都是紊流，基本的特征：即便在流量不變的情況下，流場中任一點的流速和壓力隨著時間呈不規(guī)則的脈動。過水斷面上某一點瞬時流速的大小和方向均隨時間呈不規(guī)則的變化，它是促使河床土石侵蝕搬運的根本因素。10§2河流的動力學特征一、河流的紊流特征1292.時間平均流速定義：在某一足夠長的時間間隔內，任一點瞬時流速的平均值稱為時間平均流速

特征：在河流過水斷面上各點的時間平均流速不同規(guī)律：在河流斷面的中上部最大，下部及兩側最小，其余部分介于兩者之間112.時間平均流速定義：在某一足夠長的時間間隔內，任一點瞬(a)河道縱向流速剖面(b)橫斷面等速線圖

(a)河道縱向流速剖面(b)橫斷面等速線圖1313.泥沙運動的動力水流是泥沙運動的動力，水流挾帶的泥沙靠著水流中紊動旋渦的支持，維持其懸浮狀態(tài)。在天然河流中，河床表面高低不平，在突出床面的泥沙顆粒后面，水流會發(fā)生程度不同的分離，在分離面上卷起旋渦。河床周界都是產生紊動旋渦的場所。在河床周圍附近一旦產生旋渦后，在頂部旋轉分速Vr與當地水流流速方向一致；而底部則相反。133.泥沙運動的動力水流是泥沙運動的動力，水流挾帶的泥沙靠1323.泥沙運動的動力由此形成的流速水頭差產生了向上的壓差，使旋渦離開河床上升。與此同時，旋渦還被水流帶向下游。來自河底的旋渦逐漸擴散遍布全部水流，使整個水流都具有紊動的特征。旋渦在河床周屆剛產生時，尺度受到空間的限制，在上升過程中，直徑逐漸擴大。大尺度旋渦是挾帶泥沙離開河床進入主流區(qū)，使泥沙懸浮的主要動力。143.泥沙運動的動力由此形成的流速水頭差產生了向上的壓差，133二.主流和副流1.主流水流沿著河槽總方向的流動一般在重力作用下產生，在流動過程中，水流的流線基本平行，水流的速度向量互相平行，且平行于河槽的軸線15二.主流和副流1.主流134二.主流和副流2.副流在水流內部產生的一種大規(guī)模的水流旋轉運動。在這種流動中，流線大多呈封閉曲線，副流有時在主流的邊緣上流動，有時與主流疊加在一起，使整個水流呈螺旋式的前進運動副流由重力引起，也可以由其它作用力（內、外力）所引起，它是引起泥沙橫向輸移的主要動力，是形成河槽形狀多樣化的重要原因。16二.主流和副流2.副流135三.橫向環(huán)流

根據水流所圍繞的旋轉軸方向不同，可以分為縱軸、橫軸、斜軸及豎軸副流四類?？v軸副流的意義最大，其旋轉軸與河流總方向一致，這種副流又稱橫向環(huán)流。造成橫向環(huán)流的原因很多，諸如地球自轉引起的科氏力、河道水位漲落、離心力的作用等。彎道河流水流離心力作用是最主要的原因。

17三.橫向環(huán)流根據水流所圍繞的旋轉軸方向不同，可以分為縱136慣性離心力F在彎曲河道中的水流是作曲線運動的，因此，它受到慣性離心力F的作用，這種力的方向指向水流流線的外法線，其值為：m為水的質量；v為水質點的縱向流速；r為水質點運動跡線的曲率半徑

18慣性離心力F在彎曲河道中的水流是作曲線運動的，因此，它受137單位質量水體的離心力fc

單位質量水體的離心力fc

：19單位質量水體的離心力fc單位質量水體的離心力fc：138橫向水面比降Jy由于離心力的存在，自由水面的平衡狀態(tài)遭到破壞，因而水面將作相應的調整，凹岸水位升高，凸岸水位降低，從而形成橫向水面比降

由水體的橫向動力平衡條件來推導

20橫向水面比降Jy由于離心力的存在，自由水面的平衡狀態(tài)遭到河流侵蝕和淤積的工程地質研究概述整理課件取厚度為1，寬度為dy的一個微小水柱，分析其橫向動力平衡情況。當二維恒定環(huán)流時，水柱橫向所受的力有：離心力F；水柱兩側壓力差P（指向凸岸）；水柱底部摩隙力T，因T值很小，可以略去不計。水柱橫向動力平衡方程為F–P=0（12-3）水面橫向比降Jy為：U為水深H上的斷面平均流速；α0為流速分布不均勻系數

取厚度為1，寬度為dy的一個微小水柱，分析其橫向動力平衡情況因α0一般接近于1.0，故上式可近似寫成

因α0一般接近于1.0，故上式可近似寫成河流橫比降形成及水體橫向動力平衡圖

河流橫比降形成及水體橫向動力平衡圖離心力fc和壓力差P沿水深H的變化是不同的。離心力與水流縱向流速平方（v2）成正比；而v沿水深分布不均勻，自河底向水面增大，故離心力亦自河底向水面增大；壓力差與水面橫向比降成正比或與U的平方成正比，U與v不同，它是v在水深H上的平均值，即在一定條件下不隨水深而變，故壓力差沿水深不變。兩者合成的結果，上層水體所受的合力指向凹岸，因此發(fā)生向凹岸流動；下層水體所受的合力指向凸岸，因此發(fā)生向凸岸的流動。結果在彎曲河道上形成了橫向環(huán)流。這種環(huán)流疊加在主流上，使水流呈螺旋式前進運動。當凹岸在河流右側時，環(huán)流呈順時針方向；在左側時則為逆時針方向。

離心力fc和壓力差P沿水深H的變化是不同的。144水流規(guī)律橫向環(huán)流的形成使得水流的流速在同一橫斷面上表現出具有一定規(guī)律的變化。在凹岸表流下沉轉為底流的部位，由于重力作用，水流流速遞增，易將泥沙帶走，形成侵蝕深潭，同時使凹岸不斷向外側后退在底流上升為表流部位，則要克服重力，水流流速遞減，易于造成凸岸淤積，形成淺灘，同時使凸岸不斷向河床推進。26水流規(guī)律橫向環(huán)流的形成使得水流的流速在同一橫斷面上表現出145水流規(guī)律水流流速的上述變化規(guī)律是河流在同一斷面上既有侵蝕又有淤積的一個極為重要的原因。橫向環(huán)流作用的結果,使河曲發(fā)育的平原河流中深槽和淺檻交替出現。27水流規(guī)律水流流速的上述變化規(guī)律是河流在同一斷面上既有侵蝕146橫向環(huán)流營力橫向環(huán)流還可由地球自轉所產生的科里奧利(Coriolis)力作用所形成。地球自轉時，不同緯度上各點轉動的線速度不同。對河流產生的慣性力(即科氏力)在赤道處最大。在北半球，無論是南北向河流，還是東西向河流，都是指向右岸的，從而形成傾向左岸的橫比降，右岸沖刷，左岸堆積。南半球則相反。28橫向環(huán)流營力橫向環(huán)流還可由地球自轉所產生的科里奧利(Co147§3巖土的臨界流速及河床的穩(wěn)定性一、臨界流速

從動力學觀點看，水流作用于河床巖土上的推移力及上托力大于巖土的強度（如巖土的摩阻力和內聚力）時，將發(fā)生侵蝕和搬運作用。否則，河床不會遭受侵蝕而形成淤積。組成河床的物質抵抗水流作用的能力與組成河床的巖土類型、巖土物理力學性質、土的顆粒組成、土顆粒大小和形狀等有關。

29§3巖土的臨界流速及河床的穩(wěn)定性一、臨界流速148一、臨界流速1.侵蝕臨界速度Ucr(1)水動壓力P(2)剪應力τ

(3)侵蝕臨界流速Ucr

30一、臨界流速1.侵蝕臨界速度Ucr149α0是水流的不均勻系數，可實測；ρω為水的密度

(1)水動壓力P假設凸出于河床中的巖體高度為h，寬為b，長為l，水流速度為U，其流向與hl面垂直，則巖體所受水動壓力P為：31α0是水流的不均勻系數，可實測；ρω為水的密度(1)水流對凸出于河床中的巖體侵蝕示意圖

水流對凸出于河床中的巖體侵蝕示意圖151在P作用下引起的可能滑動面（bl面）上的剪應力τ為

若巖體抗剪斷強度S為

S=C+σtgC為巖體內聚力；σ為作用于剪斷面上的正應力，主要與被剪斷巖體的質量有關；為巖體的內摩擦角

(2)剪應力τ33在P作用下引起的可能滑動面（bl面）上的剪應力τ為若巖152當τ＝s時的水流速度，稱為侵蝕臨界流速Ucr

對于堅硬完整的巖體來說，其內聚力C很大，故當b≈h時侵蝕臨界流速很大，約為50-150rn/s。天然河流的流速很少大于10m/s，因而堅硬完整的巖體不可能遭受水流的侵蝕。但強度低或裂隙發(fā)育的巖體，將會遭受侵蝕作用。

(3)侵蝕臨界流速Ucr34當τ＝s時的水流速度，稱為侵蝕臨界流速Ucr對于堅硬完153一、臨界流速2.推移臨界流速Ucr‘(1)水動壓力P(2)滾動摩阻力T

(3)推移臨界流速Ucr‘(4)實測臨界流速Ucr‘(5)搬運顆粒分類(6)流態(tài)與流速關系35一、臨界流速2.推移臨界流速Ucr‘154(1)水動壓力P無粘結的卵、礫和砂粒，在水流作用下其起動條件是不同的。假設直徑為d的球狀顆粒，所受的水動壓力P為：36(1)水動壓力P無粘結的卵、礫和砂粒，在水流作用下其起動155(2)顆粒滾動摩阻力T

f為滾動摩擦系數；m為顆粒質量；為顆粒密度

37(2)顆粒滾動摩阻力Tf為滾動摩擦系數；m為顆粒質156(3)推移臨界流速Ucr‘當P=T時，顆粒處于極限平衡狀態(tài)，此時的水流速度稱為推移臨界流速

Ucr‘38(3)推移臨界流速Ucr‘當P=T時，顆粒處于極限平157(4)實測臨界流速Ucr‘當d<400mm，以m/s為單位，d以mm為單位時，根據實測可得：39(4)實測臨界流速Ucr‘當d<400mm，以m/s為單158(5)搬運顆粒分類a.當水流流速U>臨界推移流速Ucr‘，顆粒將沿河床滾動或滑動，這時被搬運的顆粒叫做推移質b.當水流流速U<臨界推移流速Ucr‘，顆粒停留于原地，形成淤積c.當水流速度較大時，可使沿河床移動的顆粒離開河床，懸浮于水流中，這時被搬運的顆粒叫做懸移質

40(5)搬運顆粒分類a.當水流流速U>臨界推移流速Ucr‘159(6)流態(tài)與流速關系據研究，土顆粒的懸移與水流縱向流速的鉛直分量有關。河流中紊流的平均流速U與其鉛直分速，大體上是成正比的。據實驗所得

41(6)流態(tài)與流速關系據研究，土顆粒的懸移與水流縱向流速的160由此可知，直徑為d的顆粒的懸移臨界流速Ucr‘‘為其推移臨界流速Ucr‘

的12-20倍

Ucr‘‘=（12-20）Ucr‘

理論與實踐都表明，水流流速的微小變化就會引起其沖刷能力的顯著改變。由于紊流流速具脈動特征，因而不同粒徑的土粒在水流中的狀態(tài)與水流流速之間的關系可用圖表示(6)流態(tài)與流速關系42由此可知，直徑為d的顆粒的懸移臨界流速Ucr‘‘為其土粒直徑與其臨界流速的關系土粒直徑與其臨界流速的關系162二、河床的穩(wěn)定性目前，還沒有理想的表征河床演變規(guī)律的理論公式。大多數研究者是根據實際觀測和試驗所總結的經驗公式，分析水流要素與河床要素之間良經驗關系，從宏觀上對河床的穩(wěn)定性作出概略的評價。1.縱向穩(wěn)定指標k12.橫向穩(wěn)定指標k244二、河床的穩(wěn)定性目前，還沒有理想的表征河床演變規(guī)律的理論1631.縱向穩(wěn)定指標k1由于水流流速與河床縱坡降有關，一般常用河床泥沙的粒徑與河床坡降之比來表示河床的縱向穩(wěn)定性

K1為河床穩(wěn)定性指數；d50為無粘性土的平均粒徑（mm）；J為河床坡降（mm/m）

451.縱向穩(wěn)定指標k1由于水流流速與河床縱坡降有關，一般常1641.縱向穩(wěn)定指標k1K1越大，則河床越不易被侵蝕沖刷。實際資料表明，當K1≥15-20時，河床基本穩(wěn)定，僅在洪水期可以有一些泥沙移動當K1<5時，河床泥沙在平水期也有移動當K1≤l時，河床極不穩(wěn)定如黃河下游秦廠至柳河口一帶，K1約為0.4，該段屬游蕩型河段；長江中游荊江段的K1約為5，顯然比黃河下游穩(wěn)定得多

461.縱向穩(wěn)定指標k1K1越大，則河床越不易被侵蝕沖刷。1652.橫向穩(wěn)定指標k2由于影響河床橫向變形的因素比較復雜，大多數研究者不從直接影響因素出發(fā)，而根據河床橫向變形結果來分析其穩(wěn)定性。472.橫向穩(wěn)定指標k2由于影響河床橫向變形的因素比較復雜，1662.橫向穩(wěn)定指標k2阿爾杜寧（C.T.AIITyHиH）公式

K2為橫向穩(wěn)定指標；Q為造床流量，是對河床形成作用最大的流量，實際應用中常以平灘流量（水位達河漫灘或邊灘灘緣高度時的相應流量）表示；B為與造床流量相應的河寬；J為造床流量時水面坡降

482.橫向穩(wěn)定指標k2阿爾杜寧（C.T.AIITyHиH）1672.橫向穩(wěn)定指標k2K2值越大越不穩(wěn)定黃河下游秦廠至高村一帶為極不穩(wěn)定的游蕩型河段，K2=2.07–5.41長江荊江彎曲型河段比前者穩(wěn)定得多K2=0.64–1.15492.橫向穩(wěn)定指標k2K2值越大越不穩(wěn)定168§4河流侵淤作用的某些規(guī)律

水流與河床的相互作用決定河流侵淤作用的規(guī)律不同地區(qū)的河流，水流及河床特征不同，河流的侵淤作用以及由此引起的河床演變規(guī)律亦各異據此大致可將河流分為山區(qū)河流、平原區(qū)河流和潮汐河流三類50§4河流侵淤作用的某些規(guī)律水流與河床的相互作用決定河流169山區(qū)河流與平原河流河流的上游地區(qū)一般多位于山區(qū)

河流的下游及河口地區(qū)一般多為平原

51山區(qū)河流與平原河流河流的上游地區(qū)一般多位于山區(qū)170一、河床演變的規(guī)律性河床演變是指河床在自然條件下或在人工干擾時所產生的變化，主要包括河床在垂直和水平方向的位移、河床的形狀和尺寸的改變等。河床演變是水流與河床相互作用的反應，這種相互作用通過它們之間的泥沙交換來實現。河底是泥沙交換的場所52一、河床演變的規(guī)律性河床演變是指河床在自然條件下或在人工171一、河床演變的規(guī)律性若沖刷掀起的顆粒平均數等于沉積到河底的數量，則泥沙交換是平衡的，不會產生單向的河床變形如果交換不平衡，產生單向的河床變形，或沖刷或淤積。河床演變過程是水流與河床之間自動調整的過程。這種調整是通過輸沙能力來實現的。53一、河床演變的規(guī)律性若沖刷掀起的顆粒平均數等于沉積到河底172水流的輸沙能力指在一定條件下水流所能輸送泥沙的數量，取決于水流的特性和水流中挾帶的禮尚往來顆粒的性質54水流的輸沙能力指在一定條件下水流所能輸送泥沙的數量，取決173水流的輸沙能力ρ0～水流的輸沙能力,即飽和含沙量(kg/m3)v～水流斷面平均流速(m/s)R～過水斷面水力半徑(m)ω～懸移質泥沙平均沉速(m/s)k‘～實測系數(kg/m3)55水流的輸沙能力ρ0～水流的輸沙能力,即飽和含沙量(kg/174一、河床演變的規(guī)律性水流的輸沙能力與流速的立方成正比。任何一個河段，在一定的水流和泥沙條件下，水流具有一定的輸沙能力如果上游來沙量與這一輸沙能力相適應，則水流處于輸沙平衡狀態(tài)，水流與河床之間的泥沙交換達到平衡，河床不沖刷，不淤積。56一、河床演變的規(guī)律性水流的輸沙能力與流速的立方成正比。任175二、山區(qū)河流的侵淤特征1.山區(qū)地理特征坡面陡峻巖石裸露徑流系數大匯流時間短

結果河流洪水暴漲暴落流量變幅很大57二、山區(qū)河流的侵淤特征1.山區(qū)地理特征176二、山區(qū)河流的侵淤特征

2.山區(qū)河流特點河谷斷面狹窄對水流調蓄能力低河水的水位和流量變幅很大，洪枯水位差可達數米或數十米不等洪水期雖歷時短，但水流速度及能量很大，對河床的沖刷能力強，河床的演變在洪水期最為顯著。58二、山區(qū)河流的侵淤特征2.山區(qū)河流特點177一、山區(qū)河流的侵淤特征3.山區(qū)河流的侵淤特征(1)河流在平面和剖面上的特征平面上呈寬窄相間、順直與急彎相間、侵淤作用不同的河段橫剖面上呈現形態(tài)各異的河谷陡坡，有時形成V型或U型谷，限制了河流發(fā)育過程中的過大擺動縱剖面上呈縱坡較陡的下凹曲線型，有時存在許多折點

59一、山區(qū)河流的侵淤特征3.山區(qū)河流的侵淤特征178一、山區(qū)河流的侵淤特征3.山區(qū)河流的侵淤特征(2)水流特征同一時期內既有流速小于1m/s的河段，也有流速高達7-8m/s以上的急流河段

水流的流態(tài)十分復雜，常有回流、漩渦、跌水、橫流等流態(tài)出現，流象極為險惡

60一、山區(qū)河流的侵淤特征3.山區(qū)河流的侵淤特征179一、山區(qū)河流的侵淤特征2.山區(qū)河流的侵淤特征(3)山區(qū)河流的侵淤特征山區(qū)河流以侵蝕作用為主，僅在寬緩河段及彎曲河段發(fā)生局部淤積

?61一、山區(qū)河流的侵淤特征2.山區(qū)河流的侵淤特征180原因

山區(qū)河流流速大，輸沙能力強，必然引起河床以深切為主小于2mm的顆粒一般多呈懸移質大于2mm的顆粒多呈推移質堆積物顆粒粗大，有卵、礫及漂石淤積山區(qū)河流的河床多為基巖、漂石、卵石等抗沖刷能力較強的物質組成62原因山區(qū)河流流速大，輸沙能力強，必然引起河床以深181三、平原河流的侵淤特征1.平原區(qū)地理特征坡度平緩土壤疏松降水后徑流系數小匯流時間長結果河流流量和水位變幅小63三、平原河流的侵淤特征1.平原區(qū)地理特征182三、平原河流的侵淤特征

2.平原河流特點河流水面坡降較小，多在1％以下水流速度較慢，流態(tài)平穩(wěn)懸移質多小于0.1mm，推移質以中、細砂為主，在主流線附近有粗砂和礫石64三、平原河流的侵淤特征2.平原河流特點183三、平原河流的侵淤特征3.平原河流的侵淤特征以淤積作用為主，其顆粒較小，分選性較好，厚度較大，可達數十至百余米。？河流彎曲不斷加大，直至截彎取直侵淤位置不固定，河床橫剖面形態(tài)變化復雜

65三、平原河流的侵淤特征3.平原河流的侵淤特征184三、平原河流的侵淤特征4.地上懸河

(1)定義平原河流的一種特殊類型，指河床高于其兩岸地面的河流。66三、平原河流的侵淤特征4.地上懸河185三、平原河流的侵淤特征4.地上懸河

(2)形成條件①河水中攜帶著大量的敏感土粒，其粒徑為0.25-0.01mm②河水中有相當大部分為敏感水流，時間平均流速小于0.7m/s③河流具有足夠廣闊可能被泛濫的面積

治理措施？67三、平原河流的侵淤特征4.地上懸河186§5河流工程地質問題分析在河流上興建的各種工程建筑，由于河流地質作用的危害及河流地質環(huán)境的制約，必然會產生各種工程地質問題。研究河流地質作用的工程目的：從工程要求、經濟效益和環(huán)境質量角度綜合分析工程建筑的合理性，作出工程建筑的可行性結論，并為工程的處理，河流的整治提供有效的措施。68§5河流工程地質問題分析在河流上興建的各種工程建筑，由于187一.水庫淤積在河流上筑壩抬高水位，庫區(qū)形成壅水，使得原來河流的侵蝕基準面抬升水流入庫過程中，水深和過水斷面沿流程增大，流速降低來自上游的泥沙在庫區(qū)大量落淤，直接影響水庫的效益和使用壽命

ex：青銅峽水庫、三門峽水庫69一.水庫淤積在河流上筑壩抬高水位，庫區(qū)形成壅水，使得原來1881.壅水淤積

攜帶泥沙的河流進入水庫壅水段后，泥沙擴散到全斷面，隨著水流挾沙能力沿流程降低，泥沙沉積于庫底，并形成上游粗、下游細有規(guī)律分布的三角洲

701.壅水淤積攜帶泥沙的河流進入水庫壅水段后，泥沙擴散到189水庫壅水淤積三角洲示意圖

71水庫壅水淤積三角洲示意圖190控制措施(1)控制庫水位(2)利用上游水庫瀉放清水沖刷下游水庫的末端72控制措施(1)控制庫水位1912.異重流淤積

多發(fā)生于多細粒泥沙河流中當入庫水流含沙量高，并有足夠的流速時，渾水進入壅水段后不與清水混淆擴散而潛入清水下面，沿庫底向下游繼續(xù)運動，可一直運行到壩前

在回流作用下使水庫變渾，細土粒緩緩落于庫底

732.異重流淤積多發(fā)生于多細粒泥沙河流中192水庫異重流示意圖

74水庫異重流示意圖193控制措施排沙孔排沙75控制措施排沙孔排沙194二.壩下游河床再造水庫修建后，改變了下游河道的水動力條件，破壞了河床的原有平衡狀態(tài)，導致下游河床的再造，建立新的平衡河道水庫蓄水攔沙后，壩后所泄水流為泥沙含量很少的清水，使下游河床發(fā)生沖刷包括縱向下切和橫向展寬兩個方面沖刷所及的范圍可以達到很長的距離76二.壩下游河床再造水庫修建后，改變了下游河道的水動力條件195二.壩下游河床再造丹江口水庫自1968年蓄水后至1972年間沖刷已發(fā)展到距壩465km的仙桃市美國科羅拉多河的派克壩，建成后的第二年，沖刷段就達到距壩140km處77二.壩下游河床再造丹江口水庫自1968年蓄水后至1972196沖刷效應促使河流游蕩程度的改變，甚至發(fā)生河流形式的改變當下切起主導作用時，河床向穩(wěn)定方向發(fā)展當展寬起主導作用時，河床向不穩(wěn)定方向發(fā)展三門峽水庫修建后，下游河床下切作用加強，游蕩型河段向彎曲型河流發(fā)展78沖刷效應促使河流游蕩程度的改變，甚至發(fā)生河流形式的改變197三.河流地質作用與工程建筑的關系1.侵蝕作用2.淤積作用79三.河流地質作用與工程建筑的關系1.侵蝕作用1981.侵蝕作用不僅威脅河岸建筑物的安全，遠離河岸的建筑物也會因河流改道而遭到突然的沖刷作用801.侵蝕作用不僅威脅河岸建筑物的安全，遠離河岸的建筑物也199(1)河底沖刷威脅跨河建筑物，如橋梁、堤壩地基穩(wěn)定性81(1)河底沖刷威脅跨河建筑物，如橋梁、堤壩地基穩(wěn)定性200(3)壩后沖刷危及大壩安全ex:湖南肖水雙牌水電站壩址82(3)壩后沖刷危及大壩安全2012.淤積作用(1)使碼頭、取水建筑物降低使用功能(2)降低水庫效能(3)形成地上懸河，在洪水季節(jié)造成河流決口甚至改道832.淤積作用(1)使碼頭、取水建筑物降低使用功能202四.河流環(huán)境工程地質問題在河流上興建建筑物時，由于改變了一定范圍的地質環(huán)境，從而產生環(huán)境工程地質問題。水工建筑物的特點決定了對地質環(huán)境的影響比其它工程建筑在空間和時間上大得多，有時涉及整個大河流域。84四.河流環(huán)境工程地質問題在河流上興建建筑物時，由于改變了2031.埃及阿斯旺高壩1971年建成，壩高111m，壩頂長3830m，水庫長480km，庫容1.57e1011m3效益：電力、灌溉、抗旱851.埃及阿斯旺高壩1971年建成，壩高111m，壩頂長3204環(huán)境地質問題1.1981年11月5.3級水庫誘發(fā)地震，微震頻繁2.水庫位于酷熱的沙漠上，年蒸發(fā)量109m3，使庫水含鹽量增加，加重了尼羅河下游沿岸耕地的鹽堿化3.由于下游地下水位降低，土地沙化加劇過去尼羅河每年的洪水可以挾帶2e107t淤泥堆積在下游沿岸的綠洲，并從土地中濾掉鹽分現在天然的再生和凈化系統沒有了，土地比以前貧瘠多了86環(huán)境地質問題1.1981年11月5