河道演變規(guī)律課件

河道演變規(guī)律河道演變規(guī)律1河床演變的基本原理河流動(dòng)力學(xué)河床演變的基本原理河流動(dòng)力學(xué)2河流動(dòng)力學(xué)河流動(dòng)力學(xué)3河床演變是輸沙不平衡的直接后果如果進(jìn)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(jìn)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(shí)，河床將沖刷降低若進(jìn)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(dòng)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(dòng)力學(xué)河床演變是輸沙不平衡的直接后果河流動(dòng)力學(xué)4當(dāng)外部條件，即進(jìn)口水沙條件、出口侵蝕基點(diǎn)條件和河床周界條件保持恒定，且整個(gè)河段處于輸沙平衡狀態(tài)時(shí)，河段的各個(gè)部分仍可能處于輸沙不平衡狀態(tài)這是由于推移質(zhì)運(yùn)動(dòng)往往采取沙被運(yùn)動(dòng)形式，而在天然河流上還往往采取成型堆積體運(yùn)動(dòng)形式造成的。沙波和成型堆積體的存在將原來(lái)均勻一致的水流改造成為在近底部分的收縮段和擴(kuò)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(diǎn)河床高程沿時(shí)程呈波狀變化。值得注意的是，水沙兩相流動(dòng)床的平直狀態(tài)是不穩(wěn)定的，施加一個(gè)小的擾動(dòng)波之后就會(huì)轉(zhuǎn)變成為波動(dòng)狀態(tài)，并在相當(dāng)大的范圍內(nèi)，有能力將這種波動(dòng)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(duì)性，從而也反映了河床演變的絕對(duì)性河流動(dòng)力學(xué)當(dāng)外部條件，即進(jìn)口水沙條件、出口侵蝕基點(diǎn)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(jìn)出口條件經(jīng)常處于發(fā)展變化過(guò)程之中進(jìn)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(shí)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(duì)進(jìn)口水沙條件的變化也有一定的影響出口條件如果著眼點(diǎn)是前面提到的侵蝕基面，其變化是很緩慢的；如果著眼點(diǎn)是水流條件的變化，如干支流的相互頂托，潮汐破對(duì)洪水波的影響等，仍可能產(chǎn)生很大的變化河流動(dòng)力學(xué)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(jìn)出口條6河床周界條件通常是比較穩(wěn)定的，但當(dāng)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(dòng)力學(xué)河床周界條件河流動(dòng)力學(xué)7河床演變的分析方法河流動(dòng)力學(xué)河床演變的分析方法河流動(dòng)力學(xué)8分類按時(shí)間特征：長(zhǎng)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：?jiǎn)蜗蜃冃?單向沖刷或淤積)和復(fù)歸性變形(沖刷淤積交替進(jìn)行)；按是否受人類活動(dòng)干擾：自然變形和受人為干擾變形河流動(dòng)力學(xué)分類按時(shí)間特征：長(zhǎng)期變形和短期變形；河流動(dòng)力學(xué)9影響河床演變的主要因素可概括為河段上游來(lái)水量及其變化過(guò)程河段上游來(lái)沙量、來(lái)沙組成及其變化過(guò)程河段出口處的侵蝕基點(diǎn)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(shí)測(cè)資料分析運(yùn)用泥沙運(yùn)動(dòng)基本規(guī)律及河床演變基本原理、對(duì)河床變形進(jìn)行理論計(jì)算運(yùn)用河流模擬的基本理論，對(duì)河床演變進(jìn)行預(yù)測(cè)對(duì)條件相類似的河段進(jìn)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(dòng)力學(xué)影響河床演變的主要因素可概括為河流動(dòng)力學(xué)10天然河道實(shí)測(cè)資料分析河段來(lái)水來(lái)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(huì)處于沖淤平衡狀態(tài)。進(jìn)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(huì)有明顯著異若需要進(jìn)一步分析河床演變的細(xì)節(jié)，則需仔細(xì)分析水沙過(guò)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(shí)，漲水和退水時(shí)間的長(zhǎng)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(guān)系到淺灘河段年內(nèi)沖淤變化及礙航情況河流動(dòng)力學(xué)天然河道實(shí)測(cè)資料分析河段來(lái)水來(lái)沙資料分析河流動(dòng)力學(xué)11對(duì)水道地形觀測(cè)資料的整理分析河道平面變化河流動(dòng)力學(xué)對(duì)水道地形觀測(cè)資料的整理分析河流動(dòng)力學(xué)12對(duì)水道地形觀測(cè)資料的整理分析河道縱向演變及沖淤量估算河段歷年實(shí)測(cè)的深泓線(或河床平均高程線)繪制在同一幅圖上，通過(guò)分析對(duì)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(diǎn)繪水位~流量關(guān)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(shì)根據(jù)歷年水位、流量實(shí)測(cè)資料，可繪制同流量下的水位過(guò)程線，用于分析河段年際沖淤變化當(dāng)河道上設(shè)有多處水文站，并有歷年實(shí)測(cè)懸移質(zhì)輸沙率資料時(shí)，可以根據(jù)輸沙平衡原理，計(jì)算某時(shí)段內(nèi)上、下水文站輸沙量之差，據(jù)此可判斷該時(shí)段內(nèi)河床的沖淤變化及其沖淤量河流動(dòng)力學(xué)對(duì)水道地形觀測(cè)資料的整理分析河流動(dòng)力學(xué)13河流動(dòng)力學(xué)河流動(dòng)力學(xué)14當(dāng)河段內(nèi)有若干次實(shí)測(cè)大斷面成果時(shí)，則可進(jìn)行河道斷面的沖淤計(jì)算，具體做法是：每個(gè)斷面選擇一個(gè)定常的比較高的控制高程作為斷面沖淤計(jì)算的基準(zhǔn)面；分別計(jì)算各斷面歷次實(shí)測(cè)控制基準(zhǔn)面以下的斷面面積；計(jì)算各斷面相鄰兩個(gè)側(cè)次的斷面面積之差，并根據(jù)上、下相鄰兩個(gè)斷面的間距，計(jì)算其間的沖淤量；根據(jù)計(jì)算所得沖淤量，繪制沿程沖淤變化圖河流動(dòng)力學(xué)當(dāng)河段內(nèi)有若干次實(shí)測(cè)大斷面成果時(shí)，則可進(jìn)行河道斷面的沖淤計(jì)算15河流動(dòng)力學(xué)河流動(dòng)力學(xué)16對(duì)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(tuán)素之一當(dāng)河床由易沖刷的松散沙質(zhì)組成時(shí)，河床的變化將較急劇，河床將不穩(wěn)定當(dāng)河床由不易沖刷的土質(zhì)組成時(shí)，河床演變的過(guò)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(fù)雜，則河床演變的過(guò)程也將很復(fù)雜河流動(dòng)力學(xué)對(duì)河床地質(zhì)資料的整理分析河流動(dòng)力學(xué)17河流動(dòng)力學(xué)河流動(dòng)力學(xué)18河相關(guān)系河流動(dòng)力學(xué)河相關(guān)系河流動(dòng)力學(xué)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(zhǎng)期作用下，有可能形成與所在河段具體條件相適應(yīng)的某種均衡的河床形態(tài)，亦這種均衡和表達(dá)來(lái)水來(lái)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(lái)水來(lái)沙條件的函數(shù)）的特征物理量之間，常存在某種函數(shù)關(guān)系，這種函數(shù)關(guān)系稱為河相關(guān)系或均衡關(guān)系由于河床形態(tài)常處在發(fā)展變化的過(guò)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(shí)間的平均情況而言河流動(dòng)力學(xué)定義能夠自由發(fā)展的沖積平原河流的河床，在水流的長(zhǎng)期作用下，有20存在兩種河相關(guān)系，相應(yīng)于某一特征流量，如造床流量的河相關(guān)系，利用這樣的河相關(guān)系，對(duì)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(guān)系，適用于一個(gè)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(xì)節(jié)。在文獻(xiàn)中有時(shí)稱之為沿程河相關(guān)系同一斷面相應(yīng)于不同流量的河相關(guān)系，它能確定斷面形態(tài)隨流量變化的細(xì)節(jié)，在文獻(xiàn)中有時(shí)稱之為斷面河相關(guān)系。通常所說(shuō)的河相關(guān)系，常指沿程河相關(guān)系，在用沿程河相關(guān)系確定斷面的總體輪廓之后，再用斷面河相關(guān)系確定其變化細(xì)節(jié)沖積河流水力計(jì)算和河道整治的依據(jù)河流動(dòng)力學(xué)存在兩種河相關(guān)系，河流動(dòng)力學(xué)21造床流量無(wú)論是河床的穩(wěn)定系數(shù)，還是河相關(guān)系，都要使用單一的所謂造床流量作為特征流量。而實(shí)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(gè)單一的造床流量應(yīng)該是其造床作用與多年流量過(guò)程的綜合造床作用相當(dāng)?shù)哪骋环N流量。這種流量對(duì)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?yàn)楸M管最大洪水流量的造床作用劇烈，但時(shí)間過(guò)短，所起的造床作用并不是很大；它也不等于枯水流量，因?yàn)楸M管枯水流量作用時(shí)間甚長(zhǎng)，但流量過(guò)小，所起的造床作用也不可能很大。因此，造床流量應(yīng)該是一個(gè)較大但又并非最大的洪水流量河流動(dòng)力學(xué)造床流量無(wú)論是河床的穩(wěn)定系數(shù)，還是河相關(guān)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(gè)流量造床作用的大小，既與該流量的輸沙能力有關(guān)，同時(shí)也與該流量所持續(xù)的時(shí)間有關(guān)。前者可認(rèn)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(lái)表示。因此，當(dāng)QmJP的乘積力最大時(shí)，其所對(duì)應(yīng)的流量的造床作用也最大，這個(gè)流量便是所要求的造床流量計(jì)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(guò)程分成相等的流量級(jí)確定各級(jí)流量出現(xiàn)的頻率P繪制該河段的流量~比降關(guān)系曲線，以確定特級(jí)流量相應(yīng)的比降算出相應(yīng)于每一級(jí)流量的QmJP值，其中Q為該流量級(jí)的平均值；m為指數(shù)，可由實(shí)測(cè)資料確定，即在雙對(duì)數(shù)紙上作Gs~Q關(guān)系曲線(Gs為與Q相應(yīng)的實(shí)測(cè)斷面的輸沙率)，曲線斜率即為m值，對(duì)平原河流來(lái)說(shuō)，一般可取m＝2繪制Q~QmJP關(guān)系曲線從圖中查出QmJP的最大值，相應(yīng)于此最大值的流量Q即為所求的造床流量河流動(dòng)力學(xué)確定造床流量方法河流動(dòng)力學(xué)23實(shí)際資料分析表明，平原河流的QmJP值通常都出現(xiàn)兩個(gè)較大的峰值(見(jiàn)右圖)。相應(yīng)最大峰值的流量值約相當(dāng)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(yīng)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(dāng)，一般稱此流量為第二造床流量決定中水河槽的流量應(yīng)為第一造床流量，第二造床流量?jī)H對(duì)塑造枯水河床有一定的作用，通常所說(shuō)的造床流量系指第一造床流量河流動(dòng)力學(xué)實(shí)際資料分析表明，平原河流的QmJP值通常都出現(xiàn)兩個(gè)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(jì)算的造床流量水位大致與河漫灘齊平，同時(shí)，也只有當(dāng)水位平灘時(shí)，造床作用才最大，因?yàn)楫?dāng)水位再升高漫灘時(shí)，水流分散，造床作用降低，水位低于河漫攤時(shí)，流速較小，造床作用也不強(qiáng)。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(zhǔn)確確定。為了避免用一個(gè)斷面時(shí)河漫灘高程難以確定及代表性不強(qiáng)的缺點(diǎn)，可以在河段內(nèi)取若干個(gè)有代表性的斷面，取其平灘水位時(shí)的平均流量值作為造床流量此法概念清楚，簡(jiǎn)便易行，實(shí)際工作中應(yīng)用較廣泛造床流量的保證率法河流動(dòng)力學(xué)平灘水位法河流動(dòng)力學(xué)25河相關(guān)系早期的河相關(guān)系早期的河相關(guān)系基本上是經(jīng)驗(yàn)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(jìn)行觀測(cè)，在形態(tài)因素與水力泥沙因素之間建立經(jīng)驗(yàn)關(guān)系祈成果，如格魯什科夫提出的如下寬深關(guān)系式其中河寬B及平均水深h是相應(yīng)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(xì)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(yuǎn)較水深增加為快的般性規(guī)律。進(jìn)一步的研究表明。ξ與河型密切相關(guān)河流動(dòng)力學(xué)河相關(guān)系早期的河相關(guān)系河流動(dòng)力學(xué)26近代河相關(guān)系量綱分析法謝鑒衡方法最小活動(dòng)性假說(shuō)能耗最小假說(shuō)河流動(dòng)力學(xué)近代河相關(guān)系河流動(dòng)力學(xué)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(yùn)動(dòng)的摩阻力與水流作用于泥沙的拖曳力的對(duì)比這個(gè)比值愈大，泥沙運(yùn)動(dòng)強(qiáng)度愈弱，河床因沙坡、成型堆積體運(yùn)動(dòng)及與之相應(yīng)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(yùn)動(dòng)強(qiáng)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(dòng)力學(xué)縱向穩(wěn)定系數(shù)河床穩(wěn)定性河流動(dòng)力學(xué)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(guān)。從問(wèn)題的物理實(shí)質(zhì)來(lái)看，決定河岸穩(wěn)定的因素主要是主流的頂沖地點(diǎn)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(duì)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(shí)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(dòng)力學(xué)河床穩(wěn)定性（續(xù)）橫向穩(wěn)定系數(shù)河流動(dòng)力學(xué)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(huì)聯(lián)想到將這兩個(gè)穩(wěn)定系數(shù)聯(lián)系在一起，構(gòu)成一個(gè)綜合的穩(wěn)定系數(shù)河流動(dòng)力學(xué)平灘流量橫向穩(wěn)定系數(shù)河流動(dòng)力學(xué)30蜿蜒型河道的演變規(guī)律河流動(dòng)力學(xué)蜿蜒型河道的演變規(guī)律河流動(dòng)力學(xué)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(lái)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(jiàn)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(xì)沙或沙礫組成的二元相結(jié)構(gòu)，河谷都比較開(kāi)闊在我國(guó)這種河型分市得十分廣泛河流動(dòng)力學(xué)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(dòng)力學(xué)下荊江彎曲河道河流動(dòng)力學(xué)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(guò)渡段銜接而成的在較長(zhǎng)的蜿蜒型河道上，自上游過(guò)波段中點(diǎn)起沿河道中心線至最后一個(gè)過(guò)渡段中點(diǎn)止的曲線長(zhǎng)度L0與起點(diǎn)至終點(diǎn)的直線長(zhǎng)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(yùn)河的曲折系數(shù)為1.96河流動(dòng)力學(xué)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(gè)河彎而言，上下兩個(gè)過(guò)渡段的中點(diǎn)之間的曲線長(zhǎng)度Lc與直線長(zhǎng)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(gè)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(lái)表示其彎曲程度，稱為曲率半徑R的大小與河流尺度和動(dòng)量有關(guān)河流動(dòng)力學(xué)單個(gè)河彎而言，上下兩個(gè)過(guò)渡段的中點(diǎn)之間的曲線長(zhǎng)度Lc與直線35在曲率半徑為尺的單個(gè)彎段內(nèi)，上游起點(diǎn)和下游終點(diǎn)輻射線所構(gòu)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(duì)的。兩反向彎道之間的直線段稱為過(guò)渡段河流動(dòng)力學(xué)在曲率半徑為尺的單個(gè)彎段內(nèi)，上游起點(diǎn)和下游終點(diǎn)輻射線所構(gòu)成的36從橫斷面看，彎道段呈不對(duì)稱三角形，凹岸一例坡陡水深，凸岸一側(cè)坡緩水淺。過(guò)波段基本是呈對(duì)稱的拋物線形或梯形。由彎道段至過(guò)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(guò)渡段則較高河流動(dòng)力學(xué)從橫斷面看，彎道段呈不對(duì)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(yùn)動(dòng)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(gòu)的特點(diǎn)這些特點(diǎn)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(dòng)力軸線的變化上河流動(dòng)力學(xué)水流特性蜿蜒型河段的水流運(yùn)動(dòng)受重力和離心慣性力的雙重作用，其38菲德曼實(shí)測(cè)的彎道水位等高線河流動(dòng)力學(xué)菲德曼實(shí)測(cè)的彎道水位等高線河流動(dòng)力學(xué)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(dòng)力學(xué)橫比降的存在，使得水流縱比降沿凹岸和凸岸不同河流動(dòng)力學(xué)40橫比降的水體受力特點(diǎn)，必然會(huì)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(dòng)力學(xué)橫比降的水體受力特點(diǎn)，必然會(huì)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(zhǎng)時(shí)段看基本上是平衡的。除某些特殊情況(例如壩下游的長(zhǎng)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(dòng)力學(xué)輸沙特性河段泥沙的縱向輸移，從長(zhǎng)時(shí)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(zhǎng)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(yīng)淤長(zhǎng)，使河彎在平面上不斷發(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平面變形雖然比較大但仍有一定的限度平面變形時(shí)河彎固然不斷變化，但各河彎之間過(guò)渡段的中間部位則基本不變，只是過(guò)渡段長(zhǎng)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(jìn)行的河流動(dòng)力學(xué)演變規(guī)律一般演變河流動(dòng)力學(xué)43下荊江近400年變化河流動(dòng)力學(xué)下荊江近400年變化河流動(dòng)力學(xué)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(yīng)淤長(zhǎng)在變化過(guò)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(shí)測(cè)斷面資料，對(duì)斷面的進(jìn)一步發(fā)展趨勢(shì)作出判斷如果崩退的面積大于淤長(zhǎng)的面積，則凸岸會(huì)繼續(xù)淤長(zhǎng)如果凸岸淤長(zhǎng)的面積大于崩退的面積，則凹岸會(huì)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(guò)渡段兩岸也會(huì)發(fā)生一定的沖淤變化，但強(qiáng)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(dòng)力學(xué)一般演變（續(xù)）河流動(dòng)力學(xué)45來(lái)家鋪彎頂沖淤變化河流動(dòng)力學(xué)來(lái)家鋪彎頂沖淤變化河流動(dòng)力學(xué)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(guò)渡段則相反年內(nèi)沖淤變化雖不能完全達(dá)到平稠，但就較長(zhǎng)時(shí)期的平均情況而言，基本上是平衡的河流動(dòng)力學(xué)一般演變（續(xù)）河流動(dòng)力學(xué)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(gè)彎道的彎頂崩退，形成急劇河環(huán)和狹頸。狹頸的起止點(diǎn)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(kāi)，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(dòng)力學(xué)突變河流動(dòng)力學(xué)48自然裁彎河流動(dòng)力學(xué)自然裁彎河流動(dòng)力學(xué)49突變撇彎當(dāng)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(yuǎn)大于河彎曲率半徑，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。這種突變稱為撇彎撇彎時(shí)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(shí)，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(shí)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(dòng)力學(xué)突變河流動(dòng)力學(xué)50撇彎和切灘河流動(dòng)力學(xué)撇彎和切灘河流動(dòng)力學(xué)51自然裁彎與切灘雖然有一些共同點(diǎn)，但實(shí)際上是兩個(gè)不同的概念自然裁彎是在兩個(gè)河彎之間的狹頸上進(jìn)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(huì)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(duì)河勢(shì)的影響，自然裁彎比切灘要大很多河流動(dòng)力學(xué)自然裁彎與切灘雖然有一些共同點(diǎn)，但實(shí)際上是兩個(gè)不同的概念河流52分汊型河道的演變規(guī)律河流動(dòng)力學(xué)分汊型河道的演變規(guī)律河流動(dòng)力學(xué)53分汊型河段是沖積平原河流中常見(jiàn)的一種河型，西方國(guó)家稱之為辮狀河型。我國(guó)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(dòng)力學(xué)分汊型河段是沖積平原河流中常見(jiàn)的一種河型，西方國(guó)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(qiáng)，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(gè)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(diǎn)至江心洲頭為分流區(qū)，洲后至匯流點(diǎn)為匯流區(qū)，中間則為分汊段長(zhǎng)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(zhǎng)的河段看．其問(wèn)常出現(xiàn)幾個(gè)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(dòng)力學(xué)形態(tài)特性分汊型河段的幾何形態(tài)三維性特別強(qiáng)，分別就平面、橫斷面55汊道類型河流動(dòng)力學(xué)汊道類型河流動(dòng)力學(xué)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(fù)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(gè)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(guò)渡段和彎道段的縱剖面有相似之處河流動(dòng)力學(xué)橫斷面特性河流動(dòng)力學(xué)57從局部看，分流區(qū)至汊道入口，自分流點(diǎn)開(kāi)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(diǎn)的差值，在長(zhǎng)江中下游有的可達(dá)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(jìn)、出口兩個(gè)陡坡而言，出口的順披更陡于進(jìn)口的逆坡河流動(dòng)力學(xué)從局部看，分流區(qū)至汊道入口，自分流點(diǎn)開(kāi)始，兩側(cè)深泓線先為逆披58各股汊道的總長(zhǎng)與主汊長(zhǎng)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(zhǎng)度與汊道段最大寬度之比，稱為分汊段長(zhǎng)寬比江心洲長(zhǎng)度與其最大寬度之比，稱為江心洲長(zhǎng)寬比河流動(dòng)力學(xué)各股汊道的總長(zhǎng)與主汊長(zhǎng)度之比，稱為分汊系數(shù)河流動(dòng)力學(xué)59水流特性分汊型河段水流運(yùn)動(dòng)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(diǎn)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(dòng)量的大小所決定的自分流點(diǎn)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(dòng)力學(xué)水流特性分汊型河段水流運(yùn)動(dòng)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(duì)應(yīng)。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(shí)小些，低水時(shí)則大些，均沿流程逐漸增大，至洲頭附近達(dá)最大值河流動(dòng)力學(xué)分流區(qū)（續(xù)）河流動(dòng)力學(xué)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(dǎo)地位的則進(jìn)入主汊分流區(qū)的斷面平均流速沿流程呈減小趨勢(shì)，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(gè)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(duì)應(yīng)的河流動(dòng)力學(xué)分流區(qū)（續(xù)）河流動(dòng)力學(xué)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(shí)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(dòng)力學(xué)分流區(qū)（續(xù)）河流動(dòng)力學(xué)63匯流區(qū)（續(xù)）匯流區(qū)的斷面平均流速沿程增大，來(lái)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(yīng)的匯流區(qū)內(nèi)斷面上的等速線同樣存在兩個(gè)高速區(qū)和中間低速區(qū)，且與橫斷面內(nèi)主流部位相對(duì)應(yīng)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(dòng)力學(xué)匯流區(qū)（續(xù)）河流動(dòng)力學(xué)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(diǎn)是與等速線相對(duì)應(yīng)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(diǎn)可能與匯流后兩股水流在交界面處摻混作用加強(qiáng)有關(guān)河流動(dòng)力學(xué)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(dòng)力學(xué)輸沙特性（續(xù)）河流動(dòng)力學(xué)66分流區(qū)床沙的組成變化特點(diǎn)是：汛期高水位時(shí)大幅度變細(xì)、枯季低水位時(shí)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(guān)從部位看，支汊一側(cè)的較細(xì)，主汊一例的較租，這與主、支汊的水流強(qiáng)弱一致，是主汊沖刷，支汊淤積的必然結(jié)果河流動(dòng)力學(xué)分流區(qū)床沙的組成變化特點(diǎn)是：河流動(dòng)力學(xué)67演變規(guī)律分汊型河段演變最主要的特點(diǎn)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(qiáng)，另一岸較弱，隨著河岸的坍塌后退，則一汊會(huì)單向位移，江心洲相應(yīng)展寬。如果河岸在坍塌后退的同時(shí)，也向下游發(fā)展，則汊道表現(xiàn)為橫向擺動(dòng)與下移的平面變形洲頭的淤長(zhǎng)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(jìn)一步減少，為泥沙落淤創(chuàng)造了條件，于是洲頭向上游淤長(zhǎng)且洲頭比較乎緩。如果河岸相對(duì)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(zhǎng)時(shí)間內(nèi)則表現(xiàn)為沖退，洲頭也比較陡峻河流動(dòng)力學(xué)演變規(guī)律分汊型河段演變最主要的特點(diǎn)是主汊、支汊的易位河流動(dòng)力68汊道平面變化河流動(dòng)力學(xué)汊道平面變化河流動(dòng)力學(xué)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(guò)程中，泥沙在匯流區(qū)間落淤，使洲尾向下游淤長(zhǎng)汊道的縱向沖淤，對(duì)于相對(duì)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(dòng)力學(xué)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(diǎn)在易位過(guò)程中，原主汊表現(xiàn)為單向淤積，河床始高，斷面尺度縮小；原支汊則表現(xiàn)為單向沖刷，河床下切，斷面尺度擴(kuò)大發(fā)生主、支汊易位的原因最主要的是上游水流動(dòng)力軸線的擺動(dòng)，從而引起分流分沙的變化，導(dǎo)致主、支汊易位主、支汊的易位在長(zhǎng)江是比較常見(jiàn)的，但周期較長(zhǎng)，一般是數(shù)十年，甚至上百年河流動(dòng)力學(xué)主、支汊易位是汊道演變最顯著的特點(diǎn)河流動(dòng)力學(xué)71游蕩型河道的演變規(guī)律河流動(dòng)力學(xué)游蕩型河道的演變規(guī)律河流動(dòng)力學(xué)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(zhǎng)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(dòng)力學(xué)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(dòng)力學(xué)河流動(dòng)力學(xué)74游蕩型河段的橫斷面寬淺，其河相ζ系數(shù)相當(dāng)大我國(guó)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(dòng)力學(xué)游蕩型河段的橫斷面寬淺，其河相ζ系數(shù)相當(dāng)大河流動(dòng)力學(xué)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(dòng)力學(xué)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(dòng)力學(xué)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(guān)系極不明顯。也就是說(shuō)，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(xì)，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(dòng)力學(xué)輸沙特性游蕩型河段的含沙量往往很大河流動(dòng)力學(xué)77河流動(dòng)力學(xué)河流動(dòng)力學(xué)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(kù)薔水運(yùn)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(shí)段河床均發(fā)生淤積，導(dǎo)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(dòng)力學(xué)演變規(guī)律多年平均河床逐步