河道演變規(guī)律課件

河道演變規(guī)律河道演變規(guī)律河道演變規(guī)律河床演變的基本原理河流動力學河道演變規(guī)律河道演變規(guī)律河道演變規(guī)律河床演變的基本原理河流動1河床演變的基本原理河流動力學河床演變的基本原理河流動力學2河流動力學河流動力學3河床演變是輸沙不平衡的直接后果如果進入這一區(qū)域的沙量大于該區(qū)域水流所能輸送的沙量，河床將淤積拾高；相反，如果進入這一區(qū)域的沙量小于該區(qū)域水流所能輸送的沙量時，河床將沖刷降低若進一步追溯輸沙不平衡的根本原因，可區(qū)分為兩種不同的情況，起因于動床水沙兩相流的內(nèi)在矛盾外部條件的不恒定性造成河流動力學河床演變是輸沙不平衡的直接后果河流動力學4當外部條件，即進口水沙條件、出口侵蝕基點條件和河床周界條件保持恒定，且整個河段處于輸沙平衡狀態(tài)時，河段的各個部分仍可能處于輸沙不平衡狀態(tài)這是由于推移質(zhì)運動往往采取沙被運動形式，而在天然河流上還往往采取成型堆積體運動形式造成的。沙波和成型堆積體的存在將原來均勻一致的水流改造成為在近底部分的收縮段和擴張段，也就是加速區(qū)和減速區(qū)交替出現(xiàn)的非均勻水流，泥沙在水流加速區(qū)發(fā)生沖刷，而在水流減速區(qū)發(fā)生淤積，其結(jié)果使得整體上仍處于輸沙平衡狀態(tài)的河床，在局部上己處于輸沙不平衡狀態(tài)，同一瞬間河床高程沿流程呈波狀變化；同一空間點河床高程沿時程呈波狀變化。值得注意的是，水沙兩相流動床的平直狀態(tài)是不穩(wěn)定的，施加一個小的擾動波之后就會轉(zhuǎn)變成為波動狀態(tài)，并在相當大的范圍內(nèi)，有能力將這種波動狀態(tài)保持下去，這是由水沙兩相流的內(nèi)在矛盾決定的，它反映了輸沙不平衡的絕對性，從而也反映了河床演變的絕對性河流動力學當外部條件，即進口水沙條件、出口侵蝕基點條件和河床周界條件保5使河流經(jīng)常處于輸沙不平衡狀態(tài)的另一重要原因是，河流的進出口條件經(jīng)常處于發(fā)展變化過程之中進口水沙條件幾乎總在變化這主要是由氣候因素，特別是降水因素在數(shù)量及地區(qū)分布上的不穩(wěn)定性造成的，由此產(chǎn)生的水沙量的因時變化比較顯著其它因素，如地形、土壤、植被等也存在一些緩慢的變化，對進口水沙條件的變化也有一定的影響出口條件如果著眼點是前面提到的侵蝕基面，其變化是很緩慢的；如果著眼點是水流條件的變化，如干支流的相互頂托，潮汐破對洪水波的影響等，仍可能產(chǎn)生很大的變化河流動力學使河流經(jīng)常處于輸沙不平衡狀態(tài)的另一重要原因是，河流的進出口條6河床周界條件通常是比較穩(wěn)定的，但當局界發(fā)生急劇變形之后，如周界的形態(tài)和地質(zhì)組成出現(xiàn)急變，也可能激發(fā)新的輸沙不平衡河流動力學河床周界條件河流動力學7河床演變的分析方法河流動力學河床演變的分析方法河流動力學8分類按時間特征：長期變形和短期變形；按空間特征：大范圍變形和局部變形；按形式特征：縱深向變形和橫寬向變形；按方向性特征：單向變形(單向沖刷或淤積)和復歸性變形(沖刷淤積交替進行)；按是否受人類活動干擾：自然變形和受人為干擾變形河流動力學分類按時間特征：長期變形和短期變形；河流動力學9影響河床演變的主要因素可概括為河段上游來水量及其變化過程河段上游來沙量、來沙組成及其變化過程河段出口處的侵蝕基點高程及河床周界條件等目前常用的幾種演變分析方法天然河道實測資料分析運用泥沙運動基本規(guī)律及河床演變基本原理、對河床變形進行理論計算運用河流模擬的基本理論，對河床演變進行預測對條件相類似的河段進行類比分析（在所研究的河段資料不完備的條件下采用）河流動力學影響河床演變的主要因素可概括為河流動力學10天然河道實測資料分析河段來水來沙資料分析根據(jù)多年平均流量、多年平均輸沙量資料，確定要分折的年份屬什么類型的典型年，若為豐水枯沙年．則有利于河道沖刷；若為枯水豐沙年，則有利于淤積；若為中水中沙年，河道可能會處于沖淤平衡狀態(tài)。進一步劃分又可分為豐水豐沙年、豐水中沙年、中水豐沙年：、中水枯沙年、枯水枯沙年等。不同的水沙典型，河道演變的方向、演變的幅度會有明顯著異若需要進一步分析河床演變的細節(jié)，則需仔細分析水沙過程的年內(nèi)變化情況，特別是研究淺灘河段年內(nèi)沖淤變化規(guī)律時，漲水和退水時間的長短、沙峰和洪峰孰先孰后、洪峰與沙峰的峰型及峰量等，往往關系到淺灘河段年內(nèi)沖淤變化及礙航情況河流動力學天然河道實測資料分析河段來水來沙資料分析河流動力學11對水道地形觀測資料的整理分析河道平面變化河流動力學對水道地形觀測資料的整理分析河流動力學12對水道地形觀測資料的整理分析河道縱向演變及沖淤量估算河段歷年實測的深泓線(或河床平均高程線)繪制在同一幅圖上，通過分析對照，即可看出該河段沿深泓線(或沿幾何軸線)的縱向沖淤變化點繪水位~流量關系圖，可以間接判斷河床的沖淤情況，并據(jù)此分析河段沖淤發(fā)展趨勢根據(jù)歷年水位、流量實測資料，可繪制同流量下的水位過程線，用于分析河段年際沖淤變化當河道上設有多處水文站，并有歷年實測懸移質(zhì)輸沙率資料時，可以根據(jù)輸沙平衡原理，計算某時段內(nèi)上、下水文站輸沙量之差，據(jù)此可判斷該時段內(nèi)河床的沖淤變化及其沖淤量河流動力學對水道地形觀測資料的整理分析河流動力學13河流動力學河流動力學14當河段內(nèi)有若干次實測大斷面成果時，則可進行河道斷面的沖淤計算，具體做法是：每個斷面選擇一個定常的比較高的控制高程作為斷面沖淤計算的基準面；分別計算各斷面歷次實測控制基準面以下的斷面面積；計算各斷面相鄰兩個側(cè)次的斷面面積之差，并根據(jù)上、下相鄰兩個斷面的間距，計算其間的沖淤量；根據(jù)計算所得沖淤量，繪制沿程沖淤變化圖河流動力學當河段內(nèi)有若干次實測大斷面成果時，則可進行河道斷面的沖淤計算15河流動力學河流動力學16對河床地質(zhì)資料的整理分析河床地質(zhì)條件是影響河床演變的重要團素之一當河床由易沖刷的松散沙質(zhì)組成時，河床的變化將較急劇，河床將不穩(wěn)定當河床由不易沖刷的土質(zhì)組成時，河床演變的過程將較緩慢，河床將比較穩(wěn)定如果河床的地質(zhì)組成極為復雜，則河床演變的過程也將很復雜河流動力學對河床地質(zhì)資料的整理分析河流動力學17河流動力學河流動力學18河相關系河流動力學河相關系河流動力學19定義能夠自由發(fā)展的沖積平原河流的河床，在水流的長期作用下，有可能形成與所在河段具體條件相適應的某種均衡的河床形態(tài)，亦這種均衡和表達來水來沙條件(如流量、含沙量、泥沙粒徑等)及河床地質(zhì)條件(在沖積平原河流中其本身的部分甚至整體往往又是來水來沙條件的函數(shù)）的特征物理量之間，常存在某種函數(shù)關系，這種函數(shù)關系稱為河相關系或均衡關系由于河床形態(tài)常處在發(fā)展變化的過程之中，所謂均衡形態(tài)并不意味著一成不變，而只是就空間和時間的平均情況而言河流動力學定義能夠自由發(fā)展的沖積平原河流的河床，在水流的長期作用下，有20存在兩種河相關系，相應于某一特征流量，如造床流量的河相關系，利用這樣的河相關系，對于某一斷面，只能確定惟一的河寬、水深及比降。這樣的河相關系，適用于一個河段的不同斷面，同一河流的不同河段，甚至不同河流。它只涉及斷面的宏觀形態(tài)，而不涉及其細節(jié)。在文獻中有時稱之為沿程河相關系同一斷面相應于不同流量的河相關系，它能確定斷面形態(tài)隨流量變化的細節(jié)，在文獻中有時稱之為斷面河相關系。通常所說的河相關系，常指沿程河相關系，在用沿程河相關系確定斷面的總體輪廓之后，再用斷面河相關系確定其變化細節(jié)沖積河流水力計算和河道整治的依據(jù)河流動力學存在兩種河相關系，河流動力學21造床流量無論是河床的穩(wěn)定系數(shù)，還是河相關系，都要使用單一的所謂造床流量作為特征流量。而實際上影響河床形態(tài)及其演變特性的流量是變化不定的，因此，這個單一的造床流量應該是其造床作用與多年流量過程的綜合造床作用相當?shù)哪骋环N流量。這種流量對塑造河床形態(tài)所起的作用最大，但它不等于最大洪水流量，因為盡管最大洪水流量的造床作用劇烈，但時間過短，所起的造床作用并不是很大；它也不等于枯水流量，因為盡管枯水流量作用時間甚長，但流量過小，所起的造床作用也不可能很大。因此，造床流量應該是一個較大但又并非最大的洪水流量河流動力學造床流量無論是河床的穩(wěn)定系數(shù)，還是河相關系，都要使用單一的所22確定造床流量方法馬卡維也夫法某個流量造床作用的大小，既與該流量的輸沙能力有關，同時也與該流量所持續(xù)的時間有關。前者可認為與流量Q的m次方及比降J的乘積成正比，后者可用該流量出現(xiàn)的頻率P來表示。因此，當QmJP的乘積力最大時，其所對應的流量的造床作用也最大，這個流量便是所要求的造床流量計算的具體步驟如下將河段某斷面歷年(或選典型年)的流量過程分成相等的流量級確定各級流量出現(xiàn)的頻率P繪制該河段的流量~比降關系曲線，以確定特級流量相應的比降算出相應于每一級流量的QmJP值，其中Q為該流量級的平均值；m為指數(shù)，可由實測資料確定，即在雙對數(shù)紙上作Gs~Q關系曲線(Gs為與Q相應的實測斷面的輸沙率)，曲線斜率即為m值，對平原河流來說，一般可取m＝2繪制Q~QmJP關系曲線從圖中查出QmJP的最大值，相應于此最大值的流量Q即為所求的造床流量河流動力學確定造床流量方法河流動力學23實際資料分析表明，平原河流的QmJP值通常都出現(xiàn)兩個較大的峰值(見右圖)。相應最大峰值的流量值約相當于多年平均最大洪水流量，其水位約與河漫灘齊平，一般稱此流量為第一造床流量。相應次大峰值的流量值略大于多年平均流量，其水位約與邊灘高程相當，一般稱此流量為第二造床流量決定中水河槽的流量應為第一造床流量，第二造床流量僅對塑造枯水河床有一定的作用，通常所說的造床流量系指第一造床流量河流動力學實際資料分析表明，平原河流的QmJP值通常都出現(xiàn)兩個較大的峰24平灘水位法用漫灘水位確定造床流量，是由于按前述方法計算的造床流量水位大致與河漫灘齊平，同時，也只有當水位平灘時，造床作用才最大，因為當水位再升高漫灘時，水流分散，造床作用降低，水位低于河漫攤時，流速較小，造床作用也不強。這一方法亦稱漫灘流量法。使用這一方法的困難之處在于河漫灘高程不易準確確定。為了避免用一個斷面時河漫灘高程難以確定及代表性不強的缺點，可以在河段內(nèi)取若干個有代表性的斷面，取其平灘水位時的平均流量值作為造床流量此法概念清楚，簡便易行，實際工作中應用較廣泛造床流量的保證率法河流動力學平灘水位法河流動力學25河相關系早期的河相關系早期的河相關系基本上是經(jīng)驗性質(zhì)的具體做法是，選取比較穩(wěn)定或沖淤幅度不大，年內(nèi)輸沙接近平衡的可以自由發(fā)展的人工渠道和天然河道進行觀測，在形態(tài)因素與水力泥沙因素之間建立經(jīng)驗關系祈成果，如格魯什科夫提出的如下寬深關系式其中河寬B及平均水深h是相應于平攤流量而言的、單位為米，ξ通稱河相系數(shù)，山區(qū)河段為1.4，細沙河段為5.5上反映了天然河流隨著河道尺度或流量的增大，河寬增加遠較水深增加為快的般性規(guī)律。進一步的研究表明。ξ與河型密切相關河流動力學河相關系早期的河相關系河流動力學26近代河相關系量綱分析法謝鑒衡方法最小活動性假說能耗最小假說河流動力學近代河相關系河流動力學27縱向穩(wěn)定系數(shù)河床在縱深方向的穩(wěn)定性主要決定于泥沙抗拒運動的摩阻力與水流作用于泥沙的拖曳力的對比這個比值愈大，泥沙運動強度愈弱，河床因沙坡、成型堆積體運動及與之相應的水流變化產(chǎn)生的變形愈小，因而愈穩(wěn)定；相反、比值愈小，泥沙運動強度愈大，河床產(chǎn)生的變形愈大，因而愈不穩(wěn)定河床穩(wěn)定性河流動力學縱向穩(wěn)定系數(shù)河床穩(wěn)定性河流動力學28河床穩(wěn)定性（續(xù)）橫向穩(wěn)定系數(shù)橫向穩(wěn)定與河岸穩(wěn)定密切相關。從問題的物理實質(zhì)來看，決定河岸穩(wěn)定的因素主要是主流的頂沖地點及其走向和河岸土壤的抗沖能力。主流頂沖河岸，而河岸土壤的抗沖能力愈弱，則河岸愈不穩(wěn)定。灘槽高差對河岸的抗沖能力也有一定的影響。灘槽高差愈小，則沖刷同樣寬度帶走的土方量愈少，因而需要的時間愈短，河岸也愈不穩(wěn)定，但灘槽高差較小，也可看成河岸抗沖能力甚弱的直接后果河流動力學河床穩(wěn)定性（續(xù)）橫向穩(wěn)定系數(shù)河流動力學29平灘流量橫向穩(wěn)定系數(shù)枯水流量橫向穩(wěn)定系數(shù)綜合穩(wěn)定系數(shù)由于河流是否穩(wěn)定，既決定于河床的縱向穩(wěn)定，也決定于河床的橫向穩(wěn)定，很自然地會聯(lián)想到將這兩個穩(wěn)定系數(shù)聯(lián)系在一起，構成一個綜合的穩(wěn)定系數(shù)河流動力學平灘流量橫向穩(wěn)定系數(shù)河流動力學30蜿蜒型河道的演變規(guī)律河流動力學蜿蜒型河道的演變規(guī)律河流動力學31定義蜿蜒河流(meander)一詞起源于土耳其西南部的梅安德(Meander)河，因該河很清楚地呈現(xiàn)出的扭曲折的流路，后來即以該何名代表蜿蜒型河流蜿蜒型河段是沖積平原河流最常見的一種河型，在流域條件變化十分廣泛的范圍內(nèi)，都存在這種河型從土壤地質(zhì)看，絕大多數(shù)河岸是粘性土壤和中細沙或沙礫組成的二元相結(jié)構，河谷都比較開闊在我國這種河型分市得十分廣泛河流動力學定義蜿蜒河流(meander)一詞起源于土耳其西南部的梅安德32下荊江彎曲河道河流動力學下荊江彎曲河道河流動力學33形態(tài)特征從平面上看，蜿蜒型河段是由一系列正反相間的彎道和介乎其間的過渡段銜接而成的在較長的蜿蜒型河道上，自上游過波段中點起沿河道中心線至最后一個過渡段中點止的曲線長度L0與起點至終點的直線長度L1之比，稱為曲折系數(shù)下荊江的曲折系數(shù)原為2.84，幾經(jīng)裁彎取直后，降為1.89，南運河的曲折系數(shù)為1.96河流動力學形態(tài)特征從平面上看，蜿蜒型河段是由一系列正反相間的彎道和介乎34單個河彎而言，上下兩個過渡段的中點之間的曲線長度Lc與直線長度Ll之比為該河彎的曲折系數(shù)相鄰兩彎頂?shù)臋M向距離Bm稱為擺幅單個彎道的彎曲程度是沿程變化的。但在一定的范圍內(nèi)常近似為圓弧形，因而可用圓弧半徑只來表示其彎曲程度，稱為曲率半徑R的大小與河流尺度和動量有關河流動力學單個河彎而言，上下兩個過渡段的中點之間的曲線長度Lc與直線35在曲率半徑為尺的單個彎段內(nèi)，上游起點和下游終點輻射線所構成的夾角稱為中心角θ凹向水流的河岸為凹岸，凸向水流的稱為凸岸二者在平面上都是左右相對的。兩反向彎道之間的直線段稱為過渡段河流動力學在曲率半徑為尺的單個彎段內(nèi)，上游起點和下游終點輻射線所構成的36從橫斷面看，彎道段呈不對稱三角形，凹岸一例坡陡水深，凸岸一側(cè)坡緩水淺。過波段基本是呈對稱的拋物線形或梯形。由彎道段至過波段斷面形態(tài)沿程是逐漸變化的從縱剖面看，其深泓線是沿程起伏相間的，彎道段高程較低，而過渡段則較高河流動力學從橫斷面看，彎道段呈不對稱三角形，凹岸一例坡陡水深，凸岸一側(cè)37水流特性蜿蜒型河段的水流運動受重力和離心慣性力的雙重作用，其等壓面與重力和離心慣性力的合力相垂直，因而水位沿橫向呈曲線變化，凹岸一現(xiàn)象決定了彎道水流結(jié)構的特點這些特點主要反映在水面橫比降J，凹岸和凸岸的縱比降、橫向環(huán)流、縱向垂線平均流速和水流動力軸線的變化上河流動力學水流特性蜿蜒型河段的水流運動受重力和離心慣性力的雙重作用，其38菲德曼實測的彎道水位等高線河流動力學菲德曼實測的彎道水位等高線河流動力學39橫比降的存在，使得水流縱比降沿凹岸和凸岸不同河流動力學橫比降的存在，使得水流縱比降沿凹岸和凸岸不同河流動力學40橫比降的水體受力特點，必然會形成橫向環(huán)流，環(huán)流的方向，其上部恒指向凹岸，下部橫指向凸岸凡是水流彎曲的部位都存在環(huán)流邊灘的存在促使水流彎曲，故順直型河段也存在環(huán)流。在汊道的分流區(qū)和匯流區(qū)同樣存在環(huán)流河流動力學橫比降的水體受力特點，必然會形成橫向環(huán)流，環(huán)流的方向，其上部41輸沙特性河段泥沙的縱向輸移，從長時段看基本上是平衡的。除某些特殊情況(例如壩下游的長距離沖刷)外，一般不存在顯著的單向淤積或沖刷。但由上述水力泥沙因素變化所引起的汛期槽沖灘淤，枯水期槽淤灘沖，則很有規(guī)律性河流動力學輸沙特性河段泥沙的縱向輸移，從長時段看基本上是平衡的。除某些42演變規(guī)律一般演變平面變化蜿蜒型河段的平面變化是，蜿蜒曲折的程度不斷加劇，河長增加，曲折系數(shù)也隨之增大原因：主要是凹岸的不斷崩退和凸岸的相應淤長，使河彎在平面上不斷發(fā)生位移，并且隨彎頂向下游蠕動而不斷改變其平面形狀平面變形雖然比較大但仍有一定的限度平面變形時河彎固然不斷變化，但各河彎之間過渡段的中間部位則基本不變，只是過渡段長短不等而已。即，蜿蜒型河段的平面變形，基本上是圍繞由這些中間部位聯(lián)成的擺軸進行的河流動力學演變規(guī)律一般演變河流動力學43下荊江近400年變化河流動力學下荊江近400年變化河流動力學44一般演變（續(xù)）橫向變化橫斷面變形主要表現(xiàn)為凹岸崩退和凸岸相應淤長在變化過程中不僅斷面形態(tài)相似，且沖淤的橫斷面面積也接近相等可根據(jù)前后兩次實測斷面資料，對斷面的進一步發(fā)展趨勢作出判斷如果崩退的面積大于淤長的面積，則凸岸會繼續(xù)淤長如果凸岸淤長的面積大于崩退的面積，則凹岸會繼續(xù)崩退如果崩淤面積接近相等，則表明斷面已接近平衡狀態(tài)橫斷面變形最本質(zhì)的原因是橫向輸沙不平衡過渡段兩岸也會發(fā)生一定的沖淤變化，但強度較弱。兩岸沖淤面積接近相等，斷面形態(tài)保持不變河流動力學一般演變（續(xù)）河流動力學45來家鋪彎頂沖淤變化河流動力學來家鋪彎頂沖淤變化河流動力學46一般演變（續(xù)）縱向變化即彎道段洪水期沖刷而枯水期淤積，過渡段則相反年內(nèi)沖淤變化雖不能完全達到平稠，但就較長時期的平均情況而言，基本上是平衡的河流動力學一般演變（續(xù)）河流動力學47突變自然裁彎蜿蜒型河段的發(fā)展由于某些原因（例如河岸土壤抗沖能力較差)，使同一岸兩個彎道的彎頂崩退，形成急劇河環(huán)和狹頸。狹頸的起止點相距很近，而水位差較大，如遇水流漫灘，在比降陡流速大的情況下便可將狹頸沖開，分泄一部分水流而形成新河。這一現(xiàn)象稱為自然裁彎河流動力學突變河流動力學48自然裁彎河流動力學自然裁彎河流動力學49突變撇彎當河彎發(fā)展成曲率半徑很小的急彎后，遲到較大的洪水，水流彎曲半徑遠大于河彎曲率半徑，這時在主流帶與凹岸急彎之間產(chǎn)生回流。使原凹岸急彎淤積。這種突變稱為撇彎撇彎時凹岸是淤積的，有異于彎道演變的一般規(guī)律切灘河彎曲率半徑適中，而凸岸邊灘延展較寬且較低時，遇到較大的洪水，水流彎曲半徑大于河岸的曲率半徑較多，這時凸岸邊灘被水流切割而形成串溝，分泄一部分流量，這種突變稱為切灘產(chǎn)生這一現(xiàn)象的主要原因，是凸岸邊灘較低，抗沖能力較差河流動力學突變河流動力學50撇彎和切灘河流動力學撇彎和切灘河流動力學51自然裁彎與切灘雖然有一些共同點，但實際上是兩個不同的概念自然裁彎是在兩個河彎之間的狹頸上進行的，而切灘發(fā)生在同一河彎的凸岸切灘所形成的串溝，雖然也可以成為新河，但原河彎不會被淤積成牛軛湖，而是形成兩條水道并存的分汊河段兩者對河勢的影響，自然裁彎比切灘要大很多河流動力學自然裁彎與切灘雖然有一些共同點，但實際上是兩個不同的概念河流52分汊型河道的演變規(guī)律河流動力學分汊型河道的演變規(guī)律河流動力學53分汊型河段是沖積平原河流中常見的一種河型，西方國家稱之為辮狀河型。我國各流域內(nèi)都存在這種河型分汊型河段由于水流和泥沙分股輸移，這樣的水、沙狀況往往是難于穩(wěn)定的，容易引起汊道的變化河流動力學分汊型河段是沖積平原河流中常見的一種河型，西方國家稱之為辮狀54形態(tài)特性分汊型河段的幾何形態(tài)三維性特別強，分別就平面、橫斷面和縱剖面形態(tài)加以敘述平面特性單個的分汊河段，其平面形態(tài)是上端放寬、下端收縮而中間最寬。中間段可能是兩汊，也可以是多汊，各汊之間為江心洲。自分流點至江心洲頭為分流區(qū)，洲后至匯流點為匯流區(qū)，中間則為分汊段長江中下游按平面形態(tài)的不同，可分為順直型分汊、微彎型分汊和鵝頭型分汊三類從較長的河段看．其問常出現(xiàn)幾個分汊段，呈單一段與分汊段相間的平面形態(tài)。因單一段較窄，分汊段較寬。故常形象地稱其具有藕節(jié)狀外形河流動力學形態(tài)特性分汊型河段的幾何形態(tài)三維性特別強，分別就平面、橫斷面55汊道類型河流動力學汊道類型河流動力學56橫斷面特性分汊型河段的橫斷面，在分流區(qū)和匯流區(qū)均呈中間部位凸起的馬鞍形，分汊段則為江心洲分隔的復式斷面縱剖面特性分汊型河段的縱剖面，從宏觀看，呈兩端低中間高的上凸形態(tài)，而幾個連續(xù)相間的單一段和分汊段，則呈起伏相間的形態(tài)，與蜿蜒型河段的過渡段和彎道段的縱剖面有相似之處河流動力學橫斷面特性河流動力學57從局部看，分流區(qū)至汊道入口，自分流點開始，兩側(cè)深泓線先為逆披而后轉(zhuǎn)為順坡，呈馬鞍狀。二汊一高一低，高的為支汊，低的為主汊，支汊的逆被恒陡于主汊的，二者最高點的差值，在長江中下游有的可達二三十米汊道出口至匯流區(qū)，兩側(cè)的深泓線呈順披下降，支汊一側(cè)的縱按常陡于主汊一側(cè)的。就支汊一例進、出口兩個陡坡而言，出口的順披更陡于進口的逆坡河流動力學從局部看，分流區(qū)至汊道入口，自分流點開始，兩側(cè)深泓線先為逆披58各股汊道的總長與主汊長度之比，稱為分汊系數(shù)汊道段的最大寬度(包括江心洲)與汊道上游單一段寬度之比，稱為汊道的放寬率汊道段的長度與汊道段最大寬度之比，稱為分汊段長寬比江心洲長度與其最大寬度之比，稱為江心洲長寬比河流動力學各股汊道的總長與主汊長度之比，稱為分汊系數(shù)河流動力學59水流特性分汊型河段水流運動最顯著的特征是具有分流區(qū)和匯流區(qū)分流區(qū)分流區(qū)的分流點是變化的，一般是高水下移，低水上提，類似于彎道頂沖部位的變化，這是由水流動量的大小所決定的自分流點起水流分為左右兩支，而流線的彎曲方向往往相反，且表層流線比較順直，而底層流線由于受地形的影響，則比較彎曲河流動力學水流特性分汊型河段水流運動最顯著的特征是具有分流區(qū)和匯流區(qū)河60分流區(qū)（續(xù)）分流區(qū)的水位，支汊一側(cè)總高于主汊一側(cè)水位沿橫向的變化呈中部高兩側(cè)低的馬鞍形，并與橫斷面相對應。水位沿縱向的變化，由于水下沙脊的沿程升高和阻水作用，表現(xiàn)為沿程略有升高分流區(qū)的縱比降，支汊一側(cè)小于主汊一側(cè)。分流區(qū)因兩側(cè)存在水位差而形成橫比降，其大小視流量而定，一般高水時小些，低水時則大些，均沿流程逐漸增大，至洲頭附近達最大值河流動力學分流區(qū)（續(xù)）河流動力學61分流區(qū)（續(xù)）在分流區(qū)內(nèi)，水流分汊，恒出現(xiàn)兩股或多股水流，其中居主導地位的則進入主汊分流區(qū)的斷面平均流速沿流程呈減小趨勢，流向主汊一側(cè)和支汊一側(cè)的水流垂線平均流速也是沿程逐漸減小的，且流向支汊一例的要減小得多一些分流區(qū)內(nèi)斷面上的等速線有兩個高速區(qū)，靠主汊一側(cè)的流速最大，靠支汊一側(cè)的流速次之，而中間則為低速區(qū)。這樣的分布規(guī)律是與橫斷面內(nèi)主流部位相對應的河流動力學分流區(qū)（續(xù)）河流動力學62分流區(qū)（續(xù)）分流區(qū)恒存在環(huán)流其變化和分布具有多樣性產(chǎn)生環(huán)流的原因是多方面的，最主要的是水流由單一轉(zhuǎn)為分流時流線發(fā)生彎曲所致匯流區(qū)匯流區(qū)的水位，支汊一例的高于主汊一側(cè)水位沿流程降低，主汊一側(cè)比支汊一側(cè)降低得更快些，因而其縱比降是主汊一側(cè)大于支汊一側(cè)由于兩岸存在水位差，故匯流區(qū)同樣存在橫比降河流動力學分流區(qū)（續(xù)）河流動力學63匯流區(qū)（續(xù)）匯流區(qū)的斷面平均流速沿程增大，來自主汊一側(cè)和支汊一側(cè)的垂線平均流速也如此。但前者大于后者，這樣的變化與縱比降的變化是相應的匯流區(qū)內(nèi)斷面上的等速線同樣存在兩個高速區(qū)和中間低速區(qū)，且與橫斷面內(nèi)主流部位相對應匯流區(qū)也有環(huán)流，其變化和分布與分流區(qū)的類似河流動力學匯流區(qū)（續(xù)）河流動力學64輸沙特性分流區(qū)左右兩側(cè)含沙量都較大，而中間較低，這樣的分布特點是與等速線相對應的匯流區(qū)的情況相反，左右兩側(cè)含沙量較小而中間較大，且底部的含沙量更大，這樣的分布特點可能與匯流后兩股水流在交界面處摻混作用加強有關河流動力學輸沙特性分流區(qū)左右兩側(cè)含沙量都較大，而中間較低，這樣的分布特65輸沙特性（續(xù)）河流動力學輸沙特性（續(xù)）河流動力學66分流區(qū)床沙的組成變化特點是：汛期高水位時大幅度變細、枯季低水位時大幅度變粗，這與汊道汛期淤積枯季沖刷的變化規(guī)律有關從部位看，支汊一側(cè)的較細，主汊一例的較租，這與主、支汊的水流強弱一致，是主汊沖刷，支汊淤積的必然結(jié)果河流動力學分流區(qū)床沙的組成變化特點是：河流動力學67演變規(guī)律分汊型河段演變最主要的特點是主汊、支汊的易位演變的結(jié)果體現(xiàn)在汊道幾何形態(tài)的變化上平面的位移主要取決于河岸的抗沖能力。河段分汊后，如果一岸的抗沖能力較強，另一岸較弱，隨著河岸的坍塌后退，則一汊會單向位移，江心洲相應展寬。如果河岸在坍塌后退的同時，也向下游發(fā)展，則汊道表現(xiàn)為橫向擺動與下移的平面變形洲頭的淤長與沖退主要取決于分流區(qū)河岸的展寬與否。如果河岸居寬，則流速進一步減少，為泥沙落淤創(chuàng)造了條件，于是洲頭向上游淤長且洲頭比較乎緩。如果河岸相對穩(wěn)定，上游河段主流也比較穩(wěn)定，則洲頭常年受到水流的沖刷，長時間內(nèi)則表現(xiàn)為沖退，洲頭也比較陡峻河流動力學演變規(guī)律分汊型河段演變最主要的特點是主汊、支汊的易位河流動力68汊道平面變化河流動力學汊道平面變化河流動力學69洲尾的沖淤主要取決于主汊、支汊匯流角的大小，如交角較大，則發(fā)生沖刷，洲尾向上游退縮．且尾部較陡。如交角較小，在匯流過程中，泥沙在匯流區(qū)間落淤，使洲尾向下游淤長汊道的縱向沖淤，對于相對穩(wěn)定的汊道，一般表現(xiàn)為汛期淤積枯季沖刷，總的沖淤幅度不大河流動力學洲尾的沖淤主要取決于主汊、支汊匯流角的大小，如交角較大，則發(fā)70主、支汊易位是汊道演變最顯著的特點在易位過程中，原主汊表現(xiàn)為單向淤積，河床始高，斷面尺度縮?。辉с鈩t表現(xiàn)為單向沖刷，河床下切，斷面尺度擴大發(fā)生主、支汊易位的原因最主要的是上游水流動力軸線的擺動，從而引起分流分沙的變化，導致主、支汊易位主、支汊的易位在長江是比較常見的，但周期較長，一般是數(shù)十年，甚至上百年河流動力學主、支汊易位是汊道演變最顯著的特點河流動力學71游蕩型河道的演變規(guī)律河流動力學游蕩型河道的演變規(guī)律河流動力學72形態(tài)特性從平面形態(tài)看，游蕩型河段的特性是：河身比較順直、曲折系數(shù)一般不大于1.3。在較長的范圍內(nèi)，往往寬窄相間，類似藕節(jié)狀。河段內(nèi)河床寬淺，洲灘密布，汊道交織游蕩型河段的縱比降比蜿蜒型河段大河流動力學形態(tài)特性從平面形態(tài)看，游蕩型河段的特性是：河身比較順直、曲折73河流動力學河流動力學74游蕩型河段的橫斷面寬淺，其河相ζ系數(shù)相當大我國北方一些游蕩型河段不僅斷面寬淺，而且由于泥沙的不斷淤積，河床常高出兩岸地面而成為“懸河”河流動力學游蕩型河段的橫斷面寬淺，其河相ζ系數(shù)相當大河流動力學75水流特性游蕩型河段因河床寬淺，平均水深很小，流速大游蕩型河段的水文特性主要表現(xiàn)為洪水的暴漲暴落，年內(nèi)流量變幅大河流動力學水流特性游蕩型河段因河床寬淺，平均水深很小，流速大河流動力學76輸沙特性游蕩型河段的含沙量往往很大黃河花園口站多年平均含沙量為27.1kg/m3，永定河三家店站為44.2kg/m3同流量下的含沙量變化很大，流量與含沙量的關系極不明顯。也就是說，同流量下的輸沙率變化很大，不但全沙輸沙率是如此，床沙質(zhì)輸沙率也是如此游蕩型河段由于比降大，床沙組成細，其河床縱向穩(wěn)定系數(shù)

很小黃河下游為0.30~0.47，河流動力學輸沙特性游蕩型河段的含沙量往往很大河流動力學77河流動力學河流動力學78演變規(guī)律多年平均河床逐步抬高下表為黃河下游游蕩型河段各水文站歷年同流量下的水位變化情況，表中除1960~1964年為三門峽水庫薔水運用和防洪排沙期間，因下泄沙量較少，河床發(fā)生沖刷引起水位下降外，其余各時段河床均發(fā)生淤積，導致水位抬高?；▓@口至高村河段，在1950~1972年的20多年內(nèi)河床平均抬高速度為5.9~9.7cm／a河流動力學演變規(guī)律多年平均河床逐步抬高河流動力學79年內(nèi)沖淤變化規(guī)律游蕩型河段年內(nèi)的沖淤變化，一般是汛期主槽沖刷，灘地淤積，而非汛期則主槽淤積，灘地崩塌從一個水文年看，主槽雖有沖有淤，但在長時期內(nèi)，仍表現(xiàn)為淤積抬高；而灘地則主要表現(xiàn)為持續(xù)抬高。一部分灘地雖然坍塌后退，但一部分灘地又會淤長，長時期內(nèi)變化不大河流動力學年內(nèi)沖淤變化規(guī)律河流動力學80游蕩型河段年內(nèi)的沖淤變化，一般是汛期主槽沖刷，灘地淤積，而非汛期則主槽淤積，灘地崩壩。這一規(guī)律與河段的水力、泥沙因素及河道形態(tài)有關例如黃河下游游蕩型河段，床沙較細且含沙量大，主槽糙率甚小，一般為0.01左右，而灘地糙率受植物覆蓋影響，約為0.04，這樣就使灘槽的水流挾沙能力相差很大，為汛期大幅度沖槽淤灘提供了條件。同時由于河道平面形態(tài)寬窄相間，自窄段進入寬段時，含沙量甚大的水流自主槽漫入灘地，在灘地大量落淤，而自寬段進入下一個窄段。由于泥沙在上一段灘地落淤后，水流含沙量有所降低，這時從灘地回歸主槽的水流含沙量較小，促使主槽沖刷。在上述兩種因素的共同影響下，黃河下游游蕩型河段在汛期的灘淤槽沖往往能延伸較長的距離在非汛期，因為流量減小，水流歸槽，主槽挾沙能力大幅度降低，而來沙量除上游挾帶來的外，因主流擺動，灘地受到?jīng)_刷而坍塌后退、更增加了來自灘地的泥沙，其結(jié)果是主槽淤積。至于灘地，則主要表現(xiàn)為橫向坍塌后退，灘面看不到面蝕現(xiàn)象，因而每經(jīng)過一個水文年，灘面都有所抬高。洪水漫灘的次數(shù)愈多，漫灘范圍愈廣，含沙量愈高，灘地落淤量愈大，灘面抬高得愈多河流動力學游蕩型河段年內(nèi)的沖淤變化，一般是汛期主槽沖刷，灘地淤積，而非81平面變化規(guī)律在平面變化上，表現(xiàn)為主流擺動不定，主槽位置也相應擺動，且擺幅相當大，導致河勢變化劇烈黃河游蕩型河段的主槽擺動更為劇烈，據(jù)秦廠~柳園口河段的實測資料，在一次洪峰漲落過程中，河槽深泓線的擺動寬度每天竟達130m圖3-45(b)為柳園口河段多年河勢變化由圖可知，1951~1972年主流線沿著4條基本流路多次發(fā)生變化，最嚴重的一次為1954年8月下旬．在一次洪峰過程中，柳園口附近主流一晝夜內(nèi)南北擺動竟達6km以上河流動力學平面變化規(guī)律河流動力學82河流動力學河流動力學83游蕩型河段主流擺動如此劇烈的原因，根據(jù)實測資料，大致可歸納為下面幾點：河床淤積抬高，主流襲奪新道。在沙灘羅列、汊溝縱橫交錯的河槽中．主流原來所經(jīng)河汊的河床較低，但由于泥沙淤積，河床和水位逐漸抬高，迫使水流轉(zhuǎn)向河床較低和較為順直的溝汊，經(jīng)過一次大水后，主流發(fā)生擺動，原來的主汊則逐漸淤塞洪水漫灘拉槽，主流改道。當洪水漫攤后，灘地對水流的控制作用減弱，水流因慣性作用而取直，于是在河灘上沖出一條新的河汊。并逐漸發(fā)展成為主流，這種情況在灘位較低的河段上更為多見上游河勢的改變也是常見的原因。由各種原因引起的上游主流方向的變化都會導致下游主流流路改變，引起主槽擺動河流動力學游蕩型河段主流擺動如此劇烈的原因，根據(jù)實測資料，大致可歸納為84河流動力學河流動力學85謝謝觀賞謝謝觀賞86河道演變規(guī)律河道演變規(guī)律河道演變規(guī)律河床演變的基本原理河流動力學河道演變規(guī)律河道演變規(guī)律河道演變規(guī)律河床演變的基本原理河流動87河床演變的基本原理河流動力學河床演變的基本原理河流動力學88河流動力學河流動力學89河床演變是輸沙不平衡的直接后果如果進入這一區(qū)域的沙量大于該區(qū)域水流所能輸送的沙量，河床將淤積拾高；相反，如果進入這一區(qū)域的沙量小于該區(qū)域水流所能輸送的沙量時，河床將沖刷降低若進一步追溯輸沙不平衡的根本原因，可區(qū)分為兩種不同的情況，起因于動床水沙兩相流的內(nèi)在矛盾外部條件的不恒定性造成河流動力學河床演變是輸沙不平衡的直接后果河流動力學90當外部條件，即進口水沙條件、出口侵蝕基點條件和河床周界條件保持恒定，且整個河段處于輸沙平衡狀態(tài)時，河段的各個部分仍可能處于輸沙不平衡狀態(tài)這是由于推移質(zhì)運動往往采取沙被運動形式，而在天然河流上還往往采取成型堆積體運動形式造成的。沙波和成型堆積體的存在將原來均勻一致的水流改造成為在近底部分的收縮段和擴張段，也就是加速區(qū)和減速區(qū)交替出現(xiàn)的非均勻水流，泥沙在水流加速區(qū)發(fā)生沖刷，而在水流減速區(qū)發(fā)生淤積，其結(jié)果使得整體上仍處于輸沙平衡狀態(tài)的河床，在局部上己處于輸沙不平衡狀態(tài)，同一瞬間河床高程沿流程呈波狀變化；同一空間點河床高程沿時程呈波狀變化。值得注意的是，水沙兩相流動床的平直狀態(tài)是不穩(wěn)定的，施加一個小的擾動波之后就會轉(zhuǎn)變成為波動狀態(tài)，并在相當大的范圍內(nèi)，有能力將這種波動狀態(tài)保持下去，這是由水沙兩相流的內(nèi)在矛盾決定的，它反映了輸沙不平衡的絕對性，從而也反映了河床演變的絕對性河流動力學當外部條件，即進口水沙條件、出口侵蝕基點條件和河床周界條件保91使河流經(jīng)常處于輸沙不平衡狀態(tài)的另一重要原因是，河流的進出口條件經(jīng)常處于發(fā)展變化過程之中進口水沙條件幾乎總在變化這主要是由氣候因素，特別是降水因素在數(shù)量及地區(qū)分布上的不穩(wěn)定性造成的，由此產(chǎn)生的水沙量的因時變化比較顯著其它因素，如地形、土壤、植被等也存在一些緩慢的變化，對進口水沙條件的變化也有一定的影響出口條件如果著眼點是前面提到的侵蝕基面，其變化是很緩慢的；如果著眼點是水流條件的變化，如干支流的相互頂托，潮汐破對洪水波的影響等，仍可能產(chǎn)生很大的變化河流動力學使河流經(jīng)常處于輸沙不平衡狀態(tài)的另一重要原因是，河流的進出口條92河床周界條件通常是比較穩(wěn)定的，但當局界發(fā)生急劇變形之后，如周界的形態(tài)和地質(zhì)組成出現(xiàn)急變，也可能激發(fā)新的輸沙不平衡河流動力學河床周界條件河流動力學93河床演變的分析方法河流動力學河床演變的分析方法河流動力學94分類按時間特征：長期變形和短期變形；按空間特征：大范圍變形和局部變形；按形式特征：縱深向變形和橫寬向變形；按方向性特征：單向變形(單向沖刷或淤積)和復歸性變形(沖刷淤積交替進行)；按是否受人類活動干擾：自然變形和受人為干擾變形河流動力學分類按時間特征：長期變形和短期變形；河流動力學95影響河床演變的主要因素可概括為河段上游來水量及其變化過程河段上游來沙量、來沙組成及其變化過程河段出口處的侵蝕基點高程及河床周界條件等目前常用的幾種演變分析方法天然河道實測資料分析運用泥沙運動基本規(guī)律及河床演變基本原理、對河床變形進行理論計算運用河流模擬的基本理論，對河床演變進行預測對條件相類似的河段進行類比分析（在所研究的河段資料不完備的條件下采用）河流動力學影響河床演變的主要因素可概括為河流動力學96天然河道實測資料分析河段來水來沙資料分析根據(jù)多年平均流量、多年平均輸沙量資料，確定要分折的年份屬什么類型的典型年，若為豐水枯沙年．則有利于河道沖刷；若為枯水豐沙年，則有利于淤積；若為中水中沙年，河道可能會處于沖淤平衡狀態(tài)。進一步劃分又可分為豐水豐沙年、豐水中沙年、中水豐沙年：、中水枯沙年、枯水枯沙年等。不同的水沙典型，河道演變的方向、演變的幅度會有明顯著異若需要進一步分析河床演變的細節(jié)，則需仔細分析水沙過程的年內(nèi)變化情況，特別是研究淺灘河段年內(nèi)沖淤變化規(guī)律時，漲水和退水時間的長短、沙峰和洪峰孰先孰后、洪峰與沙峰的峰型及峰量等，往往關系到淺灘河段年內(nèi)沖淤變化及礙航情況河流動力學天然河道實測資料分析河段來水來沙資料分析河流動力學97對水道地形觀測資料的整理分析河道平面變化河流動力學對水道地形觀測資料的整理分析河流動力學98對水道地形觀測資料的整理分析河道縱向演變及沖淤量估算河段歷年實測的深泓線(或河床平均高程線)繪制在同一幅圖上，通過分析對照，即可看出該河段沿深泓線(或沿幾何軸線)的縱向沖淤變化點繪水位~流量關系圖，可以間接判斷河床的沖淤情況，并據(jù)此分析河段沖淤發(fā)展趨勢根據(jù)歷年水位、流量實測資料，可繪制同流量下的水位過程線，用于分析河段年際沖淤變化當河道上設有多處水文站，并有歷年實測懸移質(zhì)輸沙率資料時，可以根據(jù)輸沙平衡原理，計算某時段內(nèi)上、下水文站輸沙量之差，據(jù)此可判斷該時段內(nèi)河床的沖淤變化及其沖淤量河流動力學對水道地形觀測資料的整理分析河流動力學99河流動力學河流動力學100當河段內(nèi)有若干次實測大斷面成果時，則可進行河道斷面的沖淤計算，具體做法是：每個斷面選擇一個定常的比較高的控制高程作為斷面沖淤計算的基準面；分別計算各斷面歷次實測控制基準面以下的斷面面積；計算各斷面相鄰兩個側(cè)次的斷面面積之差，并根據(jù)上、下相鄰兩個斷面的間距，計算其間的沖淤量；根據(jù)計算所得沖淤量，繪制沿程沖淤變化圖河流動力學當河段內(nèi)有若干次實測大斷面成果時，則可進行河道斷面的沖淤計算101河流動力學河流動力學102對河床地質(zhì)資料的整理分析河床地質(zhì)條件是影響河床演變的重要團素之一當河床由易沖刷的松散沙質(zhì)組成時，河床的變化將較急劇，河床將不穩(wěn)定當河床由不易沖刷的土質(zhì)組成時，河床演變的過程將較緩慢，河床將比較穩(wěn)定如果河床的地質(zhì)組成極為復雜，則河床演變的過程也將很復雜河流動力學對河床地質(zhì)資料的整理分析河流動力學103河流動力學河流動力學104河相關系河流動力學河相關系河流動力學105定義能夠自由發(fā)展的沖積平原河流的河床，在水流的長期作用下，有可能形成與所在河段具體條件相適應的某種均衡的河床形態(tài)，亦這種均衡和表達來水來沙條件(如流量、含沙量、泥沙粒徑等)及河床地質(zhì)條件(在沖積平原河流中其本身的部分甚至整體往往又是來水來沙條件的函數(shù)）的特征物理量之間，常存在某種函數(shù)關系，這種函數(shù)關系稱為河相關系或均衡關系由于河床形態(tài)常處在發(fā)展變化的過程之中，所謂均衡形態(tài)并不意味著一成不變，而只是就空間和時間的平均情況而言河流動力學定義能夠自由發(fā)展的沖積平原河流的河床，在水流的長期作用下，有106存在兩種河相關系，相應于某一特征流量，如造床流量的河相關系，利用這樣的河相關系，對于某一斷面，只能確定惟一的河寬、水深及比降。這樣的河相關系，適用于一個河段的不同斷面，同一河流的不同河段，甚至不同河流。它只涉及斷面的宏觀形態(tài)，而不涉及其細節(jié)。在文獻中有時稱之為沿程河相關系同一斷面相應于不同流量的河相關系，它能確定斷面形態(tài)隨流量變化的細節(jié)，在文獻中有時稱之為斷面河相關系。通常所說的河相關系，常指沿程河相關系，在用沿程河相關系確定斷面的總體輪廓之后，再用斷面河相關系確定其變化細節(jié)沖積河流水力計算和河道整治的依據(jù)河流動力學存在兩種河相關系，河流動力學107造床流量無論是河床的穩(wěn)定系數(shù)，還是河相關系，都要使用單一的所謂造床流量作為特征流量。而實際上影響河床形態(tài)及其演變特性的流量是變化不定的，因此，這個單一的造床流量應該是其造床作用與多年流量過程的綜合造床作用相當?shù)哪骋环N流量。這種流量對塑造河床形態(tài)所起的作用最大，但它不等于最大洪水流量，因為盡管最大洪水流量的造床作用劇烈，但時間過短，所起的造床作用并不是很大；它也不等于枯水流量，因為盡管枯水流量作用時間甚長，但流量過小，所起的造床作用也不可能很大。因此，造床流量應該是一個較大但又并非最大的洪水流量河流動力學造床流量無論是河床的穩(wěn)定系數(shù)，還是河相關系，都要使用單一的所108確定造床流量方法馬卡維也夫法某個流量造床作用的大小，既與該流量的輸沙能力有關，同時也與該流量所持續(xù)的時間有關。前者可認為與流量Q的m次方及比降J的乘積成正比，后者可用該流量出現(xiàn)的頻率P來表示。因此，當QmJP的乘積力最大時，其所對應的流量的造床作用也最大，這個流量便是所要求的造床流量計算的具體步驟如下將河段某斷面歷年(或選典型年)的流量過程分成相等的流量級確定各級流量出現(xiàn)的頻率P繪制該河段的流量~比降關系曲線，以確定特級流量相應的比降算出相應于每一級流量的QmJP值，其中Q為該流量級的平均值；m為指數(shù)，可由實測資料確定，即在雙對數(shù)紙上作Gs~Q關系曲線(Gs為與Q相應的實測斷面的輸沙率)，曲線斜率即為m值，對平原河流來說，一般可取m＝2繪制Q~QmJP關系曲線從圖中查出QmJP的最大值，相應于此最大值的流量Q即為所求的造床流量河流動力學確定造床流量方法河流動力學109實際資料分析表明，平原河流的QmJP值通常都出現(xiàn)兩個較大的峰值(見右圖)。相應最大峰值的流量值約相當于多年平均最大洪水流量，其水位約與河漫灘齊平，一般稱此流量為第一造床流量。相應次大峰值的流量值略大于多年平均流量，其水位約與邊灘高程相當，一般稱此流量為第二造床流量決定中水河槽的流量應為第一造床流量，第二造床流量僅對塑造枯水河床有一定的作用，通常所說的造床流量系指第一造床流量河流動力學實際資料分析表明，平原河流的QmJP值通常都出現(xiàn)兩個較大的峰110平灘水位法用漫灘水位確定造床流量，是由于按前述方法計算的造床流量水位大致與河漫灘齊平，同時，也只有當水位平灘時，造床作用才最大，因為當水位再升高漫灘時，水流分散，造床作用降低，水位低于河漫攤時，流速較小，造床作用也不強。這一方法亦稱漫灘流量法。使用這一方法的困難之處在于河漫灘高程不易準確確定。為了避免用一個斷面時河漫灘高程難以確定及代表性不強的缺點，可以在河段內(nèi)取若干個有代表性的斷面，取其平灘水位時的平均流量值作為造床流量此法概念清楚，簡便易行，實際工作中應用較廣泛造床流量的保證率法河流動力學平灘水位法河流動力學111河相關系早期的河相關系早期的河相關系基本上是經(jīng)驗性質(zhì)的具體做法是，選取比較穩(wěn)定或沖淤幅度不大，年內(nèi)輸沙接近平衡的可以自由發(fā)展的人工渠道和天然河道進行觀測，在形態(tài)因素與水力泥沙因素之間建立經(jīng)驗關系祈成果，如格魯什科夫提出的如下寬深關系式其中河寬B及平均水深h是相應于平攤流量而言的、單位為米，ξ通稱河相系數(shù)，山區(qū)河段為1.4，細沙河段為5.5上反映了天然河流隨著河道尺度或流量的增大，河寬增加遠較水深增加為快的般性規(guī)律。進一步的研究表明。ξ與河型密切相關河流動力學河相關系早期的河相關系河流動力學112近代河相關系量綱分析法謝鑒衡方法最小活動性假說能耗最小假說河流動力學近代河相關系河流動力學113縱向穩(wěn)定系數(shù)河床在縱深方向的穩(wěn)定性主要決定于泥沙抗拒運動的摩阻力與水流作用于泥沙的拖曳力的對比這個比值愈大，泥沙運動強度愈弱，河床因沙坡、成型堆積體運動及與之相應的水流變化產(chǎn)生的變形愈小，因而愈穩(wěn)定；相反、比值愈小，泥沙運動強度愈大，河床產(chǎn)生的變形愈大，因而愈不穩(wěn)定河床穩(wěn)定性河流動力學縱向穩(wěn)定系數(shù)河床穩(wěn)定性河流動力學114河床穩(wěn)定性（續(xù)）橫向穩(wěn)定系數(shù)橫向穩(wěn)定與河岸穩(wěn)定密切相關。從問題的物理實質(zhì)來看，決定河岸穩(wěn)定的因素主要是主流的頂沖地點及其走向和河岸土壤的抗沖能力。主流頂沖河岸，而河岸土壤的抗沖能力愈弱，則河岸愈不穩(wěn)定。灘槽高差對河岸的抗沖能力也有一定的影響。灘槽高差愈小，則沖刷同樣寬度帶走的土方量愈少，因而需要的時間愈短，河岸也愈不穩(wěn)定，但灘槽高差較小，也可看成河岸抗沖能力甚弱的直接后果河流動力學河床穩(wěn)定性（續(xù)）橫向穩(wěn)定系數(shù)河流動力學115平灘流量橫向穩(wěn)定系數(shù)枯水流量橫向穩(wěn)定系數(shù)綜合穩(wěn)定系數(shù)由于河流是否穩(wěn)定，既決定于河床的縱向穩(wěn)定，也決定于河床的橫向穩(wěn)定，很自然地會聯(lián)想到將這兩個穩(wěn)定系數(shù)聯(lián)系在一起，構成一個綜合的穩(wěn)定系數(shù)河流動力學平灘流量橫向穩(wěn)定系數(shù)河流動力學116蜿蜒型河道的演變規(guī)律河流動力學蜿蜒型河道的演變規(guī)律河流動力學117定義蜿蜒河流(meander)一詞起源于土耳其西南部的梅安德(Meander)河，因該河很清楚地呈現(xiàn)出的扭曲折的流路，后來即以該何名代表蜿蜒型河流蜿蜒型河段是沖積平原河流最常見的一種河型，在流域條件變化十分廣泛的范圍內(nèi)，都存在這種河型從土壤地質(zhì)看，絕大多數(shù)河岸是粘性土壤和中細沙或沙礫組成的二元相結(jié)構，河谷都比較開闊在我國這種河型分市得十分廣泛河流動力學定義蜿蜒河流(meander)一詞起源于土耳其西南部的梅安德118下荊江彎曲河道河流動力學下荊江彎曲河道河流動力學119形態(tài)特征從平面上看，蜿蜒型河段是由一系列正反相間的彎道和介乎其間的過渡段銜接而成的在較長的蜿蜒型河道上，自上游過波段中點起沿河道中心線至最后一個過渡段中點止的曲線長度L0與起點至終點的直線長度L1之比，稱為曲折系數(shù)下荊江的曲折系數(shù)原為2.84，幾經(jīng)裁彎取直后，降為1.89，南運河的曲折系數(shù)為1.96河流動力學形態(tài)特征從平面上看，蜿蜒型河段是由一系列正反相間的彎道和介乎120單個河彎而言，上下兩個過渡段的中點之間的曲線長度Lc與直線長度Ll之比為該河彎的曲折系數(shù)相鄰兩彎頂?shù)臋M向距離Bm稱為擺幅單個彎道的彎曲程度是沿程變化的。但在一定的范圍內(nèi)常近似為圓弧形，因而可用圓弧半徑只來表示其彎曲程度，稱為曲率半徑R的大小與河流尺度和動量有關河流動力學單個河彎而言，上下兩個過渡段的中點之間的曲線長度Lc與直線121在曲率半徑為尺的單個彎段內(nèi)，上游起點和下游終點輻射線所構成的夾角稱為中心角θ凹向水流的河岸為凹岸，凸向水流的稱為凸岸二者在平面上都是左右相對的。兩反向彎道之間的直線段稱為過渡段河流動力學在曲率半徑為尺的單個彎段內(nèi)，上游起點和下游終點輻射線所構成的122從橫斷面看，彎道段呈不對稱三角形，凹岸一例坡陡水深，凸岸一側(cè)坡緩水淺。過波段基本是呈對稱的拋物線形或梯形。由彎道段至過波段斷面形態(tài)沿程是逐漸變化的從縱剖面看，其深泓線是沿程起伏相間的，彎道段高程較低，而過渡段則較高河流動力學從橫斷面看，彎道段呈不對稱三角形，凹岸一例坡陡水深，凸岸一側(cè)123水流特性蜿蜒型河段的水流運動受重力和離心慣性力的雙重作用，其等壓面與重力和離心慣性力的合力相垂直，因而水位沿橫向呈曲線變化，凹岸一現(xiàn)象決定了彎道水流結(jié)構的特點這些特點主要反映在水面橫比降J，凹岸和凸岸的縱比降、橫向環(huán)流、縱向垂線平均流速和水流動力軸線的變化上河流動力學水流特性蜿蜒型河段的水流運動受重力和離心慣性力的雙重作用，其124菲德曼實測的彎道水位等高線河流動力學菲德曼實測的彎道水位等高線河流動力學125橫比降的存在，使得水流縱比降沿凹岸和凸岸不同河流動力學橫比降的存在，使得水流縱比降沿凹岸和凸岸不同河流動力學126橫比降的水體受力特點，必然會形成橫向環(huán)流，環(huán)流的方向，其上部恒指向凹岸，下部橫指向凸岸凡是水流彎曲的部位都存在環(huán)流邊灘的存在促使水流彎曲，故順直型河段也存在環(huán)流。在汊道的分流區(qū)和匯流區(qū)同樣存在環(huán)流河流動力學橫比降的水體受力特點，必然會形成橫向環(huán)流，環(huán)流的方向，其上部127輸沙特性河段泥沙的縱向輸移，從長時段看基本上是平衡的。除某些特殊情況(例如壩下游的長距離沖刷)外，一般不存在顯著的單向淤積或沖刷。但由上述水力泥沙因素變化所引起的汛期槽沖灘淤，枯水期槽淤灘沖，則很有規(guī)律性河流動力學輸沙特性河段泥沙的縱向輸移，從長時段看基本上是平衡的。除某些128演變規(guī)律一般演變平面變化蜿蜒型河段的平面變化是，蜿蜒曲折的程度不斷加劇，河長增加，曲折系數(shù)也隨之增大原因：主要是凹岸的不斷崩退和凸岸的相應淤長，使河彎在平面上不斷發(fā)生位移，并且隨彎頂向下游蠕動而不斷改變其平面形狀平面變形雖然比較大但仍有一定的限度平面變形時河彎固然不斷變化，但各河彎之間過渡段的中間部位則基本不變，只是過渡段長短不等而已。即，蜿蜒型河段的平面變形，基本上是圍繞由這些中間部位聯(lián)成的擺軸進行的河流動力學演變規(guī)律一般演變河流動力學129下荊江近400年變化河流動力學下荊江近400年變化河流動力學130一般演變（續(xù)）橫向變化橫斷面變形主要表現(xiàn)為凹岸崩退和凸岸相應淤長在變化過程中不僅斷面形態(tài)相似，且沖淤的橫斷面面積也接近相等可根據(jù)前后兩次實測斷面資料，對斷面的進一步發(fā)展趨勢作出判斷如果崩退的面積大于淤長的面積，則凸岸會繼續(xù)淤長如果凸岸淤長的面積大于崩退的面積，則凹岸會繼續(xù)崩退如果崩淤面積接近相等，則表明斷面已接近平衡狀態(tài)橫斷面變形最本質(zhì)的原因是橫向輸沙不平衡過渡段兩岸也會發(fā)生一定的沖淤變化，但強度較弱。兩岸沖淤面積接近相等，斷面形態(tài)保持不變河流動力學一般演變（續(xù)）河流動力學131來家鋪彎頂沖淤變化河流動力學來家鋪彎頂沖淤變化河流動力學132一般演變（續(xù)）縱向變化即彎道段洪水期沖刷而枯水期淤積，過渡段則相反年內(nèi)沖淤變化雖不能完全達到平稠，但就較長時期的平均情況而言，基本上是平衡的河流動力學一般演變（續(xù)）河流動力學133突變自然裁彎蜿蜒型河段的發(fā)展由于某些原因（例如河岸土壤抗沖能力較差)，使同一岸兩個彎道的彎頂崩退，形成急劇河環(huán)和狹頸。狹頸的起止點相距很近，而水位差較大，如遇水流漫灘，在比降陡流速大的情況下便可將狹頸沖開，分泄一部分水流而形成新河。這一現(xiàn)象稱為自然裁彎河流動力學突變河流動力學134自然裁彎河流動力學自然裁彎河流動力學135突變撇彎當河彎發(fā)展成曲率半徑很小的急彎后，遲到較大的洪水，水流彎曲半徑遠大于河彎曲率半徑，這時在主流帶與凹岸急彎之間產(chǎn)生回流。使原凹岸急彎淤積。這種突變稱為撇彎撇彎時凹岸是淤積的，有異于彎道演變的一般規(guī)律切灘河彎曲率半徑適中，而凸岸邊灘延展較寬且較低時，遇到較大的洪水，水流彎曲半徑大于河岸的曲率半徑較多，這時凸岸邊灘被水流切割而形成串溝，分泄一部分流量，這種突變稱為切灘產(chǎn)生這一現(xiàn)象的主要原因，是凸岸邊灘較低，抗沖能力較差河流動力學突變河流動力學136撇彎和切灘河流動力學撇彎和切灘河流動力學137自然裁彎與切灘雖然有一些共同點，但實際上是兩個不同的概念自然裁彎是在兩個河彎之間的狹頸上進行的，而切灘發(fā)生在同一河彎的凸岸切灘所形成的串溝，雖然也可以成為新河，但原河彎不會被淤積成牛軛湖，而是形成兩條水道并存的分汊河段兩者對河勢的影響，自然裁彎比切灘要大很多河流動力學自然裁彎與切灘雖然有一些共同點，但實際上是兩個不同的概念河流138分汊型河道的演變規(guī)律河流動力學分汊型河道的演變規(guī)律河流動力學139分汊型河段是沖積平原河流中常見的一種河型，西方國家稱之為辮狀河型。我國各流域內(nèi)都存在這種河型分汊型河段由于水流和泥沙分股輸移，這樣的水、沙狀況往往是難于穩(wěn)定的，容易引起汊道的變化河流動力學分汊型河段是沖積平原河流中常見的一種河型，西方國家稱之為辮狀140形態(tài)特性分汊型河段的幾何形態(tài)三維性特別強，分別就平面、橫斷面和縱剖面形態(tài)加以敘述平面特性單個的分汊河段，其平面形態(tài)是上端放寬、下端收縮而中間最寬。中間段可能是兩汊，也可以是多汊，各汊之間為江心洲。自分流點至江心洲頭為分流區(qū)，洲后至匯流點為匯流區(qū)，中間則為分汊段長江中下游按平面形態(tài)的不同，可分為順直型分汊、微彎型分汊和鵝頭型分汊三類從較長的河段看．其問常出現(xiàn)幾個分汊段，呈單一段與分汊段相間的平面形態(tài)。因單一段較窄，分汊段較寬。故常形象地稱其具有藕節(jié)狀外形河流動力學形態(tài)特性分汊型河段的幾何形態(tài)三維性特別強，分別就平面、橫斷面141汊道類型河流動力學汊道類型河流動力學142橫斷面特性分汊型河段的橫斷面，在分流區(qū)和匯流區(qū)均呈中間部位凸起的馬鞍形，分汊段則為江心洲分隔的復式斷面縱剖面特性分汊型河段的縱剖面，從宏觀看，呈兩端低中間高的上凸形態(tài)，而幾個連續(xù)相間的單一段和分汊段，則呈起伏相間的形態(tài)，與蜿蜒型河段的過渡段和彎道段的縱剖面有相似之處河流動力學橫斷面特性河流動力學143從局部看，分流區(qū)至汊道入口，自分流點開始，兩側(cè)深泓線先為逆披而后轉(zhuǎn)為順坡，呈馬鞍狀。二汊一高一低，高的為支汊，低的為主汊，支汊的逆被恒陡于主汊的，二者最高點的差值，在長江中下游有的可達二三十米汊道出口至匯流區(qū)，兩側(cè)的深泓線呈順披下降，支汊一側(cè)的縱按常陡于主汊一側(cè)的。就支汊一例進、出口兩個陡坡而言，出口的順披更陡于進口的逆坡河流動力學從局部看，分流區(qū)至汊道入口，自分流點開始，兩側(cè)深泓線先為逆披144各股汊道的總長與主汊長度之比，稱為分汊系數(shù)汊道段的最大寬度(包括江心洲)與汊道上游單一段寬度之比，稱為汊道的放寬率汊道段的長度與汊道段最大寬度之比，稱為分汊段長寬比江心洲長度與其最大寬度之比，稱為江心洲長寬比河流動力學各股汊道的總長與主汊長度之比，稱為分汊系數(shù)河流動力學145水流特性分汊型河段水流運動最顯著的特征是具有分流區(qū)和匯流區(qū)分流區(qū)分流區(qū)的分流點是變化的，一般是高水下移，低水上提，類似于彎道頂沖部位的變化，這是由水流動量的大小所決定的自分流點起水流分為左右兩支，而流線的彎曲方向往往相反，且表層流線比較順直，而底層流線由于受地形的影響，則比較彎曲河流動力學水流特性分汊型河段水流運動最顯著的特征是具有分流區(qū)和匯流區(qū)河146分流區(qū)（續(xù)）分流區(qū)的水位，支汊一側(cè)總高于主汊一側(cè)水位沿橫向的變化呈中部高兩側(cè)低的馬鞍形，并與橫斷面相對應。水位沿縱向的變化，由于水下沙脊的沿程升高和阻水作用，表現(xiàn)為沿程略有升高分流區(qū)的縱比降，支汊一側(cè)小于主汊一側(cè)。分流區(qū)因兩側(cè)存在水位差而形成橫比降，其大小視流量而定，一般高水時小些，低水時則大些，均沿流程逐漸增大，至洲頭附近達最大值河流動力學分流區(qū)（續(xù)）河流動力學147分流區(qū)（續(xù)）在分流區(qū)內(nèi)，水流分汊，恒出現(xiàn)兩股或多股水流，其中居主導地位的則進入主汊分流區(qū)的斷面平均流速沿流程呈減小趨勢，流向主汊一側(cè)和支汊一側(cè)的水流垂線平均流速也是沿程逐漸減小的，且流向支汊一例的要減小得多一些分流區(qū)內(nèi)斷面上的等速線有兩個高速區(qū)，靠主汊一側(cè)的流速最大，靠支汊一側(cè)的流速次之，而中間則為低速區(qū)。這樣的分布規(guī)律是與橫斷面內(nèi)主流部位相對應的河流動力學分流區(qū)（續(xù)）河流動力學148分流區(qū)（續(xù)）分流區(qū)恒存在環(huán)流其變化和分布具有多樣性產(chǎn)生環(huán)流的原因是多方面的，最主要的是水流由單一轉(zhuǎn)為分流時流線發(fā)生彎曲所致匯流區(qū)匯流區(qū)的水位，支汊一例的高于主汊一側(cè)水位沿流程降低，主汊一側(cè)比支汊一側(cè)降低得更快些，因而其縱比降是主汊一側(cè)大于支汊一側(cè)由于兩岸存在水位差，故匯流區(qū)同樣存在橫比降河流動力學分流區(qū)（續(xù)）河流動力學149匯流區(qū)（續(xù)）匯流區(qū)的斷面平均流速沿程增大，來自主汊一側(cè)和支汊一側(cè)的垂線平均流速也如此。但前者大于后者，這樣的變化與縱比降的變化是相應的匯流區(qū)內(nèi)斷面上的等速線同樣存在兩個高速區(qū)和中間低速區(qū)，且與橫斷面內(nèi)主流部位相對應匯流區(qū)也有環(huán)流，其變化和分布與分流區(qū)的類似河流動力學匯流區(qū)（續(xù)）河流動力學150輸沙特性分流區(qū)左右兩側(cè)含沙量都較大，而中間較低，這樣的分布特點是與等速線相對應的匯流區(qū)的情況相反，左右兩側(cè)含沙量較小而中間較大，且底部的含沙量更大，這樣的分布特點可能與匯流后兩股水流在交界面處摻混作用加強有關河流動力學輸沙特性分流區(qū)左右兩側(cè)含沙量都較大，而中間較低，這樣的分布特151輸沙特性（續(xù)）河流動力學輸沙特性（續(xù)）河流動力學152分流區(qū)床沙的組成變化特點是：汛期高水位時大幅度變細、枯季低水位時大幅度變粗，這與汊道汛期淤積枯季沖刷的變化規(guī)律有關從部位看，支汊一側(cè)的較細，主汊一例的較租，這與主、支汊的水流強弱一致，是主汊沖刷，支汊淤積的必然結(jié)果河流動力學分流區(qū)床沙的組成變化特點是：河流動力學153演變規(guī)律分汊型河段演變最主要的特點是主汊、支汊的易位演變的結(jié)果體現(xiàn)在汊道幾何形態(tài)的變化上平面的位移主要取決于河岸的抗沖能力。河段分汊后，如果一岸的抗沖能力較強，另一岸較弱，隨著河岸的坍塌后退，則一汊會單向位移，江心洲相應展寬。如果河岸在坍塌后退的同時，也向下游發(fā)展，則汊道表現(xiàn)為橫向擺動與下移的平面變形洲頭的淤長與沖退主要取決于分流區(qū)河岸的展寬與否。如果河岸居寬，則流速進一步減少，為泥沙落淤創(chuàng)造了條件，于是洲頭向上游淤長且洲頭比較乎緩。如果河岸相對穩(wěn)定，上游河段主流