博導(dǎo)第6講 蜿蜒型河道的演變規(guī)律

第六章蜿蜒型河段的演變及整治(meander/wanderingreach)“九曲回腸”的長(zhǎng)江下荊江河段渭河下游，滹沱河下游（1）曲折系數(shù)K曲線(xiàn)長(zhǎng)度和直線(xiàn)長(zhǎng)度的比值K=Lc/LlLc

為幾何坐標(biāo)長(zhǎng)度Ll

為連接河段兩個(gè)端點(diǎn)中心的直線(xiàn)長(zhǎng)度1、河型判別（2）不同河段的曲折系數(shù)K長(zhǎng)江上荊江曲折系數(shù)平均值1.31下荊江曲折系數(shù)平均值1.89.黃河下游過(guò)渡段曲折系數(shù)平均值1.33受到整治工程限制的蜿蜒段曲折系數(shù)平均值1.21（3）用曲折系數(shù)區(qū)分順直與彎曲19世紀(jì)50年代,張瑞瑾提出曲折系數(shù)大于1.2為蜿蜒型河段

后來(lái)根據(jù)實(shí)測(cè)資料當(dāng)K>1.25,河型為蜿蜒型河段當(dāng)K<1.15,河型為順直型河段（4）河型判別標(biāo)準(zhǔn)江心灘、洲是分汊河型的標(biāo)志曲折系數(shù)是順直、彎曲的區(qū)分標(biāo)志游蕩河型很寬，但是沒(méi)有穩(wěn)定的江心洲灘，順直而且寬淺---游蕩指標(biāo)IncisedmeandersdevelopedintheGoosenecksoftheColoradoPlateau典型蜿蜒河段荊江下游河段本章主要內(nèi)容第一節(jié)河段的特性第二節(jié)演變規(guī)律第三節(jié)整治措施第四節(jié)裁彎工程第一節(jié)河段的特性一、形態(tài)特性平面形態(tài)過(guò)渡段彎道曲折系數(shù)K

：由一系列正反相間的彎道和介乎其間的過(guò)渡段銜接而成。彎距L：擺幅Bm：曲率半徑R：幾個(gè)彎道?幾個(gè)概念相鄰的三個(gè)彎道的首尾彎道的彎頂直線(xiàn)距離相鄰兩彎頂?shù)臋M向距離；表征河段擺幅范圍單個(gè)彎道彎曲程度沿程變化，在一定范圍內(nèi)常近似為圓弧形，用其半徑表示彎曲程度。曲率半徑R：于軍歐陽(yáng)屢泰Q,J

為平灘水位時(shí)的流量和比降，

Qmax

為年均最大流量，

φ=?

為中心角。大水出大彎，小河出小彎曲率半徑R的大小與河流尺度和動(dòng)量有關(guān)。凹岸：凹向水流的河岸。中心角θ：在半徑R的單個(gè)彎道內(nèi)，上游起點(diǎn)和下游終點(diǎn)輻射線(xiàn)所構(gòu)成的夾角。凸岸：凸向水流的河岸。過(guò)渡段：兩反向彎道之間的直線(xiàn)段。橫斷面形態(tài)呈對(duì)稱(chēng)的拋物線(xiàn)形或梯形。過(guò)渡段：呈不對(duì)稱(chēng)三角形，凹岸一側(cè)坡陡水深，凸岸一側(cè)坡緩水淺。彎道段：由彎道段至過(guò)渡段斷面形態(tài)沿程是逐漸變化的。深泓線(xiàn)沿程起伏相間?？v斷面形態(tài)縱向比降主泓線(xiàn)在彎道段較深主泓線(xiàn)在過(guò)渡段較淺二、水流特性受重力及離心慣性力雙重作用；等壓面與二力合力垂直水面橫比降Jz凹岸和凸岸的縱比降Jx橫向環(huán)流縱向垂線(xiàn)平均流速U水流動(dòng)力軸線(xiàn)蜿蜒型河段水流運(yùn)動(dòng)水位沿橫向呈曲線(xiàn)變化凹岸水位高于凸岸水位彎道水流特點(diǎn)

彎道水流凹岸水位高于凸岸水位，存在水面橫比降，最大值一般在彎道頂點(diǎn)附近。橫比降的水體受力特點(diǎn)，會(huì)形成橫向環(huán)流，環(huán)流方向在上部恒指向凹岸，下部恒指向凸岸。

橫比降的存在使得水流縱比降JZ沿凹岸和凸岸不同。表層水流結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：彎道存在橫比降凹岸水位恒高于凸岸縱向出現(xiàn)負(fù)比降凹岸縱比降：上游到中部---負(fù)比降中部到下游---正比降凸岸縱比降：上游到中部---正比降中部到下游---負(fù)比降注意：①并不是只有彎道才能形成環(huán)流；②凡是水流彎曲的部位都存在環(huán)流；③不能以河段的彎曲與否，而應(yīng)以水流的彎曲與否來(lái)判斷是否產(chǎn)生環(huán)流；④在彎道內(nèi)產(chǎn)生的環(huán)流稱(chēng)為彎道環(huán)流。水流動(dòng)力軸線(xiàn)（主流線(xiàn)）概念:縱向水流各斷面最大垂線(xiàn)平均流速處的連線(xiàn)位置:彎道入口段或者上游的過(guò)渡段，主流偏靠凸岸一側(cè)至彎頂稍上部位，主流才偏靠凹岸（頂沖點(diǎn)）頂沖點(diǎn)以下相當(dāng)長(zhǎng)的距離，主流緊貼凹岸水流動(dòng)力軸線(xiàn)隨著流量的變化而變化:低水傍岸/低水走彎高水居中/高水走灘（頂沖點(diǎn)）低水上提（頂沖點(diǎn)）高水下挫河灣形態(tài)的影響

主流線(xiàn)：（水動(dòng)力軸線(xiàn)）(a)(b)螺旋流：縱向環(huán)流與橫向環(huán)流結(jié)合起來(lái)就形成了螺旋流。受重力及離心慣性力雙重作用；等壓面與二力合力垂直水面橫比降Jz凹岸和凸岸的縱比降Jx橫向環(huán)流縱向垂線(xiàn)平均流速U水流動(dòng)力軸線(xiàn)蜿蜒型河段水流運(yùn)動(dòng)水位沿橫向呈曲線(xiàn)變化凹岸水位高于凸岸水位彎道水流特點(diǎn)橫向輸沙：橫向環(huán)流決定了泥沙運(yùn)動(dòng)的特點(diǎn)。橫向環(huán)流引起橫向輸沙問(wèn)題。三、輸沙特性由圖中可知：①環(huán)流下部的輸沙率恒大于上部；且隨z值增大，下部的愈大與上部；②造成①的原因是與含沙量沿垂線(xiàn)分布有關(guān)；③橫向輸沙總是不平衡的；凈輸移量朝向環(huán)流下部所指方向（凸岸）縱向輸沙：長(zhǎng)時(shí)段基本處于平衡洪水期：枯水期：泥沙輸沙特點(diǎn)：①泥沙的異岸輸移和同岸輸移；②泥沙沿程的聚散現(xiàn)象。

由彎道凹岸沖刷下來(lái)的泥沙，一部分被較強(qiáng)的環(huán)流帶到本彎道凸岸淤積，其余的被帶到過(guò)渡段或下一個(gè)彎道的凸岸淤積下來(lái)，只有很小一部分淤積在更下游的過(guò)渡段和彎道凸岸。彎道段大于過(guò)渡段彎道段小于過(guò)渡段彎道和過(guò)渡段泥沙輸移能力第二節(jié)演變規(guī)律二、一般演變一般演變突變按照緩急程度河床演變一、演變分類(lèi)水沙運(yùn)動(dòng)平面變化橫向變化蜿蜒型河段作為一整體處于不斷演變過(guò)程中。主要從縱向變化闡述其演變規(guī)律表現(xiàn)為：蜿蜒曲折程度不斷加劇，河長(zhǎng)增加，曲折系數(shù)K也隨之增大。1、平面變化

平面形態(tài)發(fā)生變化的原因是：凹岸的不斷崩退和凸岸的相應(yīng)淤長(zhǎng)，使河灣在平面上不斷發(fā)生位移，并且隨彎頂向下游蠕動(dòng)而不斷改變其平面形狀。且變化尺度相當(dāng)大。

注意：平面變化過(guò)程中，各河灣之間過(guò)渡段的中間部位基本不變，只是其長(zhǎng)短不等。即蜿蜒形河段的平面變形，基本是圍繞由這些中間部位聯(lián)成的擺軸進(jìn)行的。

平面變形雖然比較大但有一點(diǎn)的限度。表現(xiàn)為：凹岸崩退和凸岸相應(yīng)淤長(zhǎng)，彎道相應(yīng)移動(dòng)。2、橫向變化特點(diǎn)：凹沖凸淤，斷面形態(tài)相似，沖淤橫斷面面積接近相等。崩退面積等于淤長(zhǎng)面積面積時(shí)，橫斷面變形平衡。

一般的，凹岸抗沖能力較弱，必然導(dǎo)致河岸崩塌，過(guò)水面積增大，引起橫向輸沙的不平衡，從而導(dǎo)致凸岸相應(yīng)總是趨于淤長(zhǎng)的。結(jié)論：橫斷面變形最本質(zhì)的原因是橫向輸沙不平衡。

另外，過(guò)渡段兩岸沖淤變化強(qiáng)度較弱，沖淤面積接近相等，斷面形態(tài)保持不變。3、縱向變化彎道:洪水期沖刷，枯水期淤積；過(guò)渡段:洪水期淤積，枯水期沖刷；在一年內(nèi)或者一個(gè)長(zhǎng)時(shí)期內(nèi)保持平衡。三、突變自然裁彎撇彎2、自然裁彎切灘1、分類(lèi)自然裁彎凹岸沖刷、凸岸淤積導(dǎo)致彎道的移動(dòng)，這種橫向移動(dòng)導(dǎo)致彎道的曲率半徑減小，彎道上下游的狹頸變窄，直到在洪水期發(fā)生自然裁彎。新河道常發(fā)展較快，2～3年即可發(fā)展完整。例如：下荊江自1860~1949年的近90年中，在太公湖、西湖、古長(zhǎng)堤、尺八口及碾子彎等多處自然裁彎。又如：渭河下游自1958~1975年，發(fā)生了西畢家、西李家及金灘等8處自然裁彎。自然裁彎3、撇彎定義：當(dāng)河彎發(fā)展成曲率半徑很小的急彎后，遇到較大洪水，水流彎曲半徑遠(yuǎn)大于河灣曲率半徑，這時(shí)在主流帶與凹岸急彎之間產(chǎn)生回流，使原凹岸急彎淤積。注意：撇彎時(shí)凹岸淤積。4、切灘定義：河彎曲率半徑適中，而凸岸邊灘延展較寬且較低時(shí)，遇到較大洪水，水流彎曲半徑大于河灣曲率半徑較多，這時(shí)凸岸邊灘被水流切割形成串溝，分泄一部分流量。切灘原因：凸岸邊灘較低，抗沖能力較差。監(jiān)利河灣切灘5、自然裁彎與切灘的異同自然裁彎是在兩個(gè)河彎之間的狹頸上進(jìn)行的；切灘是發(fā)生在同一河灣的凸岸。自然裁彎使得原河彎淤積成牛軛湖；而切灘不會(huì)，它形成串溝，從而演變?yōu)榉帚夂佣?。自然裁彎?duì)河勢(shì)的影響要比切灘大的多。切灘第四節(jié)裁彎工程

蜿蜒型河段發(fā)展到一定程度，常發(fā)生自然裁彎。自然裁彎可能產(chǎn)生不利影響。因此，為了使其朝有利方向發(fā)展，充分掌握主動(dòng)權(quán)，可以運(yùn)用河道發(fā)展自然規(guī)律，進(jìn)行人工裁彎。

人工裁彎是一項(xiàng)根本改變河道現(xiàn)狀的工程措施，一旦決策失誤，必會(huì)適得其反。因此，事先進(jìn)行裁彎勘測(cè)規(guī)劃設(shè)計(jì)，對(duì)裁彎后的河床演變作出預(yù)報(bào)，并提出相應(yīng)對(duì)策，然后付諸實(shí)施。裁彎規(guī)劃設(shè)計(jì)引河規(guī)劃設(shè)計(jì)護(hù)岸工程規(guī)劃設(shè)計(jì)引河線(xiàn)路引河平均形式一、裁彎規(guī)劃設(shè)計(jì)

人工裁彎取直是一種強(qiáng)制性整治措施，應(yīng)遵循因勢(shì)利導(dǎo)的治河原則，使裁彎新河與其上下游河道平順銜接，形成順乎自然發(fā)展的河勢(shì)。

“引河法”是1933年由福格森提出，即在選定的引河線(xiàn)路上，先開(kāi)挖出一條斷面較小的引河，利用水流自身能量，塑造成可通過(guò)全河流量的新河。裁彎內(nèi)裁外裁引河與老河主流線(xiàn)夾角θ不>300

引河長(zhǎng)度以裁彎比作