第6章河道演變規(guī)律

1、.河流動(dòng)力學(xué)河流動(dòng)力學(xué).河床演變的基本原理及分析方法河床演變的基本原理及分析方法河相關(guān)系及其理論河相關(guān)系及其理論蜿蜒型河道的演變規(guī)律蜿蜒型河道的演變規(guī)律分汊型河道的演變規(guī)律分汊型河道的演變規(guī)律游蕩型河道的演變規(guī)律游蕩型河道的演變規(guī)律第六章 河道演變規(guī)律.一、河道演變的概念一、河道演變的概念 河道演變河道演變 （fluvial processing)fluvial processing)：自然條件及人類(lèi)活自然條件及人類(lèi)活動(dòng)影響下河床所發(fā)生的變化過(guò)程。動(dòng)影響下河床所發(fā)生的變化過(guò)程。 廣義上廣義上: :從河源到河口流經(jīng)河谷的形成及發(fā)展的整從河源到河口流經(jīng)河谷的形成及發(fā)展的整個(gè)歷史過(guò)程。個(gè)歷史過(guò)程。

2、狹義上：狹義上：近代沖積河床的變化。近代沖積河床的變化。河床演變是水流、泥沙、河床相互作用的結(jié)果，以河床演變是水流、泥沙、河床相互作用的結(jié)果，以泥沙運(yùn)動(dòng)作為紐帶。泥沙運(yùn)動(dòng)作為紐帶。河床演變河床演變實(shí)質(zhì)：實(shí)質(zhì)： 泥沙的沖刷、搬運(yùn)、沉積。泥沙的沖刷、搬運(yùn)、沉積。根本原因根本原因：輸沙不平衡輸沙不平衡 第六章 河道演變規(guī)律6-1 河道演變的基本原理 演變基本概念.1 1、輸沙不平衡是產(chǎn)生河床演變的根本原因、輸沙不平衡是產(chǎn)生河床演變的根本原因；l 動(dòng)床水沙兩相流的內(nèi)在矛盾動(dòng)床水沙兩相流的內(nèi)在矛盾外部條件恒定、整個(gè)河道輸沙平衡，局部河段仍可能處于外部條件恒定、整個(gè)河道輸沙平衡，局部河段仍可能處于輸沙不平

3、衡狀態(tài)輸沙不平衡狀態(tài)沙波的存在，動(dòng)床平直狀態(tài)的不穩(wěn)定性沙波的存在，動(dòng)床平直狀態(tài)的不穩(wěn)定性輸沙不平衡的絕對(duì)性，河床演變的絕對(duì)性輸沙不平衡的絕對(duì)性，河床演變的絕對(duì)性l 外部條件的不恒定性外部條件的不恒定性產(chǎn)生不平衡的原因可能有：進(jìn)口水沙條件；出口侵蝕基點(diǎn)產(chǎn)生不平衡的原因可能有：進(jìn)口水沙條件；出口侵蝕基點(diǎn)（包括侵蝕基面和水流條件如潮汐）；河床周界條件如沙（包括侵蝕基面和水流條件如潮汐）；河床周界條件如沙波運(yùn)動(dòng)。波運(yùn)動(dòng)。2 2、河床具有自動(dòng)調(diào)整作用、河床具有自動(dòng)調(diào)整作用。調(diào)整方向是從輸沙不平衡向平衡的方向發(fā)展，通過(guò)改變河調(diào)整方向是從輸沙不平衡向平衡的方向發(fā)展，通過(guò)改變河寬、水深、比降、床沙組成使挾沙力

4、與來(lái)沙相適應(yīng)。寬、水深、比降、床沙組成使挾沙力與來(lái)沙相適應(yīng)。第六章 河道演變規(guī)律6-1 河道演變的基本原理和分析方法 演變基本概念.如上所述，河流內(nèi)部矛盾的發(fā)展和外部條件的變化如上所述，河流內(nèi)部矛盾的發(fā)展和外部條件的變化都可能使輸沙平衡遭到破壞，從而使河床變形。同都可能使輸沙平衡遭到破壞，從而使河床變形。同時(shí)河床又具有向平衡狀態(tài)進(jìn)行自我調(diào)整的能力，使時(shí)河床又具有向平衡狀態(tài)進(jìn)行自我調(diào)整的能力，使得河床演變得以持續(xù)進(jìn)行。這就是河床演變的基本得河床演變得以持續(xù)進(jìn)行。這就是河床演變的基本原理。原理。第六章 河道演變規(guī)律6-1 河道演變的基本原理 演變基本原理.第六章 河道演變規(guī)律6-1 河道演變的基本

5、原理 演變基本原理.流域中對(duì)河流過(guò)程中最重要的是影響因素就是氣候?qū)?shí)際工程有重要影響的泥沙輸運(yùn)問(wèn)題一般其時(shí)間尺度都限于百年以?xún)?nèi)。從而流域內(nèi)的氣候、地形、植被、巖性可視為確定的自變量，河流沿程地質(zhì)構(gòu)造的升降運(yùn)動(dòng)可以忽略，侵蝕基準(zhǔn)面（內(nèi)陸湖泊水面，海平面）也可視為是穩(wěn)定的，河道形態(tài)（包括：流量、輸沙率、泥沙粒徑、河谷比降、岸壁阻力等）是因變量，它是由其它自變量決定的。第六章 河道演變規(guī)律6-1 河道演變的基本原理 演變基本原理.來(lái)水量及其變化過(guò)程來(lái)水量及其變化過(guò)程來(lái)沙量、來(lái)沙組成及其變化過(guò)程；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，即河段的比降；河段出口處的侵蝕基點(diǎn)高程，即河段的比

6、降；河床周界條件，即河段所在區(qū)域的地貌條件。河床周界條件，即河段所在區(qū)域的地貌條件。第六章 河道演變規(guī)律6-1 河道演變的基本原理 演變基本原理.1、實(shí)測(cè)資料分析；河演分析實(shí)測(cè)資料分析；河演分析2 2、理論分析：運(yùn)用泥沙運(yùn)動(dòng)基本理論及河床演變、理論分析：運(yùn)用泥沙運(yùn)動(dòng)基本理論及河床演變基本原理；基本原理；3 3、模型試驗(yàn)研究；河工模型或物理模型、模型試驗(yàn)研究；河工模型或物理模型4 4、類(lèi)比分析；、類(lèi)比分析；5 5、數(shù)學(xué)模型計(jì)算；、數(shù)學(xué)模型計(jì)算；6 6、新技術(shù)的運(yùn)用；、新技術(shù)的運(yùn)用；第六章 河道演變規(guī)律6-2 河道演變的分析方法 .1 1、來(lái)水來(lái)沙資料分析；、來(lái)水來(lái)沙資料分析；來(lái)水來(lái)沙條件是影響河

7、床演變的主要因素。來(lái)水來(lái)沙的數(shù)量、過(guò)程及水沙組合，直接關(guān)系到河床演變的結(jié)果。因此，確定水、沙典型年往往是探求河床演變?cè)虻闹匾緩街饕ǎ褐饕ǎ簂來(lái)水來(lái)沙量及其過(guò)程，來(lái)沙級(jí)配。來(lái)水來(lái)沙量及其過(guò)程，來(lái)沙級(jí)配。l年內(nèi)變化、多年周期性變化、典型水文年確定。年內(nèi)變化、多年周期性變化、典型水文年確定。第六章 河道演變規(guī)律6-2 河道演變的分析方法 實(shí)測(cè)資料分析.第六章 河道演變規(guī)律6-2 河道演變的分析方法 實(shí)測(cè)資料分析.根據(jù)歷年水位、流量實(shí)測(cè)資料，可繪制同流量下根據(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，分析河段年際沖淤變化。的水位過(guò)程線，分析河段年際沖淤變化。第六章 河道演變規(guī)律6

8、-2 河道演變的分析方法 實(shí)測(cè)資料分析.當(dāng)河道上設(shè)有多處水文站并有歷年實(shí)測(cè)輸沙量資料時(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)此判斷該時(shí)段內(nèi)河床的沖淤變化及其沖淤量。第六章 河道演變規(guī)律6-2 河道演變的分析方法 實(shí)測(cè)資料分析.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： 1）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； 2）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； 3）計(jì)算各斷面相鄰兩個(gè)測(cè)次的斷面面積之差，再根據(jù)上下相鄰兩個(gè)斷面的間距，計(jì)算其間的沖淤量； 4）根據(jù)計(jì)算所得沖淤量，繪制沿程沖淤變化圖。第六章 河道演變規(guī)律6-2

9、 河道演變的分析方法 實(shí)測(cè)資料分析.第六章 河道演變規(guī)律6-2 河道演變的分析方法 實(shí)測(cè)資料分析.1 1、來(lái)水來(lái)沙資料分析；、來(lái)水來(lái)沙資料分析；來(lái)水來(lái)沙量及其過(guò)程，來(lái)沙級(jí)配。年內(nèi)變化、多年周期性來(lái)水來(lái)沙量及其過(guò)程，來(lái)沙級(jí)配。年內(nèi)變化、多年周期性變化、典型水文年確定。變化、典型水文年確定。2 2、對(duì)水道地形觀測(cè)資料的整理分析、對(duì)水道地形觀測(cè)資料的整理分析河道平面變化；岸線變化，斷面變化，主流變化；通過(guò)收河道平面變化；岸線變化，斷面變化，主流變化；通過(guò)收集歷年河道地形及有關(guān)河道變遷資料，對(duì)地形圖集歷年河道地形及有關(guān)河道變遷資料，對(duì)地形圖套繪套繪。河道縱向變化及沖淤量估算：深泓線、動(dòng)力軸線、河段沖河

10、道縱向變化及沖淤量估算：深泓線、動(dòng)力軸線、河段沖淤量淤量利用水道地形圖可以分析河段的歷史演變、近期演變、預(yù)利用水道地形圖可以分析河段的歷史演變、近期演變、預(yù)估其發(fā)展趨勢(shì)。估其發(fā)展趨勢(shì)。3 3、對(duì)河床地質(zhì)資料的整理分析、對(duì)河床地質(zhì)資料的整理分析河床邊界條件：地質(zhì)資料、地貌資料等。河床邊界條件：地質(zhì)資料、地貌資料等。第六章 河道演變規(guī)律6-2 河道演變的分析方法 實(shí)測(cè)資料分析.一、均衡關(guān)系一、均衡關(guān)系能夠自由發(fā)展的沖積平原河流的河床，在水流的長(zhǎng)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)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)，在

11、這種的某種均衡的河床形態(tài)，在這種均衡狀態(tài)均衡狀態(tài)的有關(guān)因的有關(guān)因子（如水深、河寬、比降等）和表達(dá)子（如水深、河寬、比降等）和表達(dá)來(lái)水來(lái)沙條件來(lái)水來(lái)沙條件（如流量、含沙量、泥沙粒徑等）及（如流量、含沙量、泥沙粒徑等）及河床地質(zhì)條件河床地質(zhì)條件的特征物理量之間，常存在某種的特征物理量之間，常存在某種函數(shù)關(guān)系函數(shù)關(guān)系，這種函，這種函數(shù)關(guān)系數(shù)關(guān)系稱(chēng)為河相關(guān)系或均衡關(guān)系稱(chēng)為河相關(guān)系或均衡關(guān)系。 第六章 河道演變規(guī)律6-3 河相關(guān)系與造床流量.什么是沖積河道演變中的均衡狀態(tài)（相對(duì)穩(wěn)定狀態(tài)）（1）在數(shù)百年內(nèi)（準(zhǔn)衡時(shí)段）河道的主要幾何尺寸基本不變。（2）存在一各自動(dòng)調(diào)整的負(fù)反饋機(jī)制，能夠消除對(duì)平衡狀態(tài)的偏離。

12、（3）萊茵（Lane）的完整性圖解：輸沙率Qs、來(lái)沙中值粒徑D50、流量Q和河道比降J 互動(dòng)調(diào)整趨向于達(dá)到如下平衡：第六章 河道演變規(guī)律6-3 河相關(guān)系與造床流量 一、均衡狀態(tài).1 1) )、以河道形態(tài)隨時(shí)間的變化為依據(jù)以河道形態(tài)隨時(shí)間的變化為依據(jù) 在一定時(shí)間段內(nèi)，如果流域來(lái)水來(lái)沙條件和邊岸抗沖性是穩(wěn)定不變的，則河流會(huì)在自動(dòng)調(diào)整自身的空間形態(tài)，其寬度、比降和彎道形態(tài)在平均意義上維持一個(gè)相對(duì)穩(wěn)定的值。 第六章 河道演變規(guī)律6-3 河相關(guān)系與造床流量 一、均衡狀態(tài).縱向穩(wěn)定系數(shù)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)幼的摩阻力與水流作用于泥沙的拖曳力的對(duì)比。這個(gè)比值可用希爾茲數(shù)的倒數(shù)

13、 來(lái)表達(dá)，比值越大，河床越穩(wěn)定。橫向穩(wěn)定系數(shù)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。第六章 河道演變規(guī)律6-3 河相關(guān)系與造床流量 一、均衡狀態(tài).綜合穩(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)。 缺點(diǎn)：需要長(zhǎng)期觀測(cè)，可能不易識(shí)別缺點(diǎn)：需要長(zhǎng)期觀測(cè)，可能不易識(shí)別第六章 河道演變規(guī)律6-3 河相關(guān)系與造床流量 一、均衡狀態(tài)22 . 05 . 02)()(11BJQhJDbh .2 2）、）、以河道內(nèi)

14、泥沙的輸運(yùn)過(guò)程為依據(jù)以河道內(nèi)泥沙的輸運(yùn)過(guò)程為依據(jù) 河道形態(tài)達(dá)到均衡的根本原因是水沙輸運(yùn)過(guò)程達(dá)到了動(dòng)態(tài)平衡。上游來(lái)水來(lái)沙恰好不沖不淤。 麥金(Mackin)(1948)提出的定義：“一條均衡河流是在經(jīng)過(guò)一定的年月以后，坡降經(jīng)過(guò)精致的調(diào)整，在特定的流量和斷面特征條件下，所達(dá)到的流速恰好使來(lái)自流域的泥沙能夠輸移下泄。均衡河流是一個(gè)處于平衡狀態(tài)的系統(tǒng)； 它的主要特點(diǎn)是控制變量中任一個(gè)變量的改變都會(huì)帶來(lái)平衡的位移，其移動(dòng)的方向能夠吸收這種改變所造成的影響?！?不足不足：僅把河道比降作為關(guān)鍵變量，沒(méi)有考慮斷面型態(tài)（比如河寬）的調(diào)整。第六章 河道演變規(guī)律6-3 河相關(guān)系與造床流量 一、均衡狀態(tài).3 3）、）

15、、以河道的輸沙耗能效率為判據(jù)以河道的輸沙耗能效率為判據(jù) 對(duì)于恒定流量和恒定含沙量的情況，河道的最優(yōu)運(yùn)行效率表現(xiàn)為在可能的范圍內(nèi)使輸運(yùn)這一來(lái)沙量所消耗的水流機(jī)械能最小，也就是通過(guò)自我調(diào)整、最后得到允許范圍內(nèi)的最小河道比降。 不足不足：水流的機(jī)械能的消耗并不都用于輸運(yùn)所挾帶的泥沙。第六章 河道演變規(guī)律6-3 河相關(guān)系與造床流量 一、均衡狀態(tài).上述各種均衡河流的定義中都存在一些不確定之上述各種均衡河流的定義中都存在一些不確定之處。實(shí)際中應(yīng)用這些定義來(lái)檢驗(yàn)一條河流是否處于處。實(shí)際中應(yīng)用這些定義來(lái)檢驗(yàn)一條河流是否處于平衡狀態(tài)時(shí)還有一定困難。平衡狀態(tài)時(shí)還有一定困難。由于河道形態(tài)不斷在斷面、平面、縱向上進(jìn)行

16、三由于河道形態(tài)不斷在斷面、平面、縱向上進(jìn)行三維的調(diào)整，來(lái)水來(lái)沙條件又逐日、逐月、逐年變化，維的調(diào)整，來(lái)水來(lái)沙條件又逐日、逐月、逐年變化，所以所以河流的均衡不可能是完善的、瞬時(shí)意義上的，河流的均衡不可能是完善的、瞬時(shí)意義上的，一般是只能在準(zhǔn)衡時(shí)段內(nèi)、在平均意義上實(shí)現(xiàn)一般是只能在準(zhǔn)衡時(shí)段內(nèi)、在平均意義上實(shí)現(xiàn)。第六章 河道演變規(guī)律6-3 河相關(guān)系與造床流量 一、均衡狀態(tài).盡管天然河流的均衡河道形態(tài)，是由隨機(jī)變化盡管天然河流的均衡河道形態(tài)，是由隨機(jī)變化的流量過(guò)程所塑造出的，但是從理論上說(shuō)，還是的流量過(guò)程所塑造出的，但是從理論上說(shuō)，還是可以可以通過(guò)在河道中恒定施放某個(gè)中等流量和相應(yīng)通過(guò)在河道中恒定施放某

17、個(gè)中等流量和相應(yīng)含沙量而塑造完全相同的均衡河道型態(tài)。含沙量而塑造完全相同的均衡河道型態(tài)。第六章 河道演變規(guī)律6-3 河相關(guān)系與造床流量 二、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使用單一的所謂造床流量造床流量作為特征流量。作為特征流量。造床流量造床流量造床作用與多年流量過(guò)程的綜合作用造床作用與多年流量過(guò)程的綜合作用相當(dāng)?shù)哪骋环N流量。相當(dāng)?shù)哪骋环N流量。l不等于最大洪水流量，（流量大，但歷時(shí)短）l不等于枯水流量，（歷時(shí)長(zhǎng)，但流量?。﹍造床流量應(yīng)該是一個(gè)較大但又并非最大的洪水流量。 工程中常常依據(jù)造床流量來(lái)設(shè)計(jì)常年河流（有時(shí)也包括間

18、歇河流）的斷面和平面形態(tài)，如河寬、水深、彎道形態(tài)等。為此，需要對(duì)造床流量的大小進(jìn)行定量計(jì)算。第六章 河道演變規(guī)律6-3 河相關(guān)系與造床流量 二、造床流量.確定造床流量，目前理論上還不夠成熟，在實(shí)際工作中，一般多采用下述方法。（1 1）馬卡維也夫法）馬卡維也夫法（2 2）平灘水位法）平灘水位法（3 3）采用某一頻率或重現(xiàn)期的流量作為造床流量）采用某一頻率或重現(xiàn)期的流量作為造床流量（4 4）有效輸沙流量法）有效輸沙流量法第六章 河道演變規(guī)律6-3 河相關(guān)系與造床流量 二、造床流量.計(jì)算思路：計(jì)算思路： 造床能力不僅與流量有關(guān)，還與輸沙能力有關(guān)，造床能力不僅與流量有關(guān)，還與輸沙能力有關(guān)，同時(shí)與該流量

19、所經(jīng)歷的時(shí)間長(zhǎng)短有關(guān)同時(shí)與該流量所經(jīng)歷的時(shí)間長(zhǎng)短有關(guān)。 前者可認(rèn)為與流量前者可認(rèn)為與流量Q Q的的m m次方及比降次方及比降J J的乘積成正的乘積成正比，后者可用該流量出現(xiàn)的頻率比，后者可用該流量出現(xiàn)的頻率P P來(lái)表示。因此，來(lái)表示。因此，當(dāng)當(dāng)Q Qm mJPJP的乘積為最大時(shí)，其所對(duì)應(yīng)的流量的造床作的乘積為最大時(shí)，其所對(duì)應(yīng)的流量的造床作用也最大，這個(gè)流量就是所要求的造床流量。用也最大，這個(gè)流量就是所要求的造床流量。 第六章 河道演變規(guī)律6-3 河相關(guān)系與造床流量 二、造床流量.計(jì)算過(guò)程：計(jì)算過(guò)程： (1) 將歷年或典型年的將歷年或典型年的流量分級(jí)；流量分級(jí)； （2）確定各級(jí)流量出現(xiàn)）確定各級(jí)

20、流量出現(xiàn)的頻率；的頻率； （3）繪制河段的）繪制河段的QJ關(guān)關(guān)系；系； （4）計(jì)算每級(jí)流量的）計(jì)算每級(jí)流量的QmJP （5）繪制）繪制Q QmJP關(guān)系；關(guān)系； （6）從圖中查出）從圖中查出QmJP最大值的最大值的Q。第一造床流量第一造床流量第二造床流量第二造床流量.平灘水位（bankfull stage)和平灘流量(bankfull discharge)平灘水位指淹沒(méi)穩(wěn)定主槽、到達(dá)新生河漫灘表面的水位。平灘流量指水位達(dá)到平灘水位時(shí)的流量。第六章 河道演變規(guī)律6-3 河相關(guān)系與造床流量 二、造床流量.為什么選擇平灘流量作為造床流量？ 平灘前：水流只塑造主槽平灘前：水流只塑造主槽漫灘前，水流在主槽

21、中集中流動(dòng)，流速大，挾沙力較強(qiáng)。第六章 河道演變規(guī)律6-3 河相關(guān)系與造床流量 二、造床流量.平灘后：灘地也受到塑造。平灘后：灘地也受到塑造。漫灘后，灘面上水深小、阻力大，流速降低十分顯著，泥沙大量落淤在灘地上，其中靠近主槽的部位淤積較厚、淤積顆粒較粗，形成沿主槽的自然堤自然堤。第六章 河道演變規(guī)律6-3 河相關(guān)系與造床流量 二、造床流量.平灘流量標(biāo)志一個(gè)轉(zhuǎn)折點(diǎn)平灘流量標(biāo)志一個(gè)轉(zhuǎn)折點(diǎn)河道形態(tài)的演變并不是對(duì)所有的流量級(jí)都作出同樣的反應(yīng)，只有當(dāng)流量達(dá)到某一個(gè)特征值時(shí)才會(huì)有明顯的形態(tài)變化，而平灘流量正好用了來(lái)作為這樣一個(gè)特征流量。第六章 河道演變規(guī)律6-3 河相關(guān)系與造床流量 二、造床流量.如果河流

22、具有比較規(guī)則的河槽斷面形狀，其平灘水位一般可以從水位-寬深比(B/H)關(guān)系曲線的最低點(diǎn)(或dB/dH的最大值)判斷得到，并進(jìn)一步從水位-流量曲線求出平灘流量。第六章 河道演變規(guī)律6-3 河相關(guān)系與造床流量 二、造床流量.優(yōu)點(diǎn)：比較易于應(yīng)用缺點(diǎn)：沒(méi)有一個(gè)普遍適用的方法來(lái)確定其準(zhǔn)確值，需要綜合考慮造床過(guò)程和具體河段的形態(tài)特征進(jìn)行判斷。不適用于沒(méi)有明顯中水河槽或主槽變動(dòng)頻繁的河流。第六章 河道演變規(guī)律6-3 河相關(guān)系與造床流量 二、造床流量.一些分析表明，上述方法在不同河流上得到的平灘流量，其重現(xiàn)期大致相同（為1.2至1.5年），由于流量重現(xiàn)期的計(jì)算比較簡(jiǎn)單可行，所以可以用某一頻率或重現(xiàn)期的流量代替

23、造床流量。缺點(diǎn)：平灘流量，其重現(xiàn)期具有較大的變化范圍（1年至50年），只有大約60%的實(shí)例中平灘流量重現(xiàn)期在1至2年之間。第六章 河道演變規(guī)律6-3 河相關(guān)系與造床流量 二、造床流量. 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)，在這種均衡形態(tài)的有關(guān)因子(如水深、河寬、比降等)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(chēng)為河相關(guān)系或均衡關(guān)系。（簡(jiǎn)化定義）在河道均衡狀態(tài)下，在河道均衡狀態(tài)下，河道型

24、態(tài)河道型態(tài)（水（水深、河寬、比降等）與深、河寬、比降等）與來(lái)水來(lái)沙條件來(lái)水來(lái)沙條件（流量、含泥量、（流量、含泥量、泥沙粒徑）之間泥沙粒徑）之間某種定量因果關(guān)系某種定量因果關(guān)系，稱(chēng)為河相關(guān)系。，稱(chēng)為河相關(guān)系。第六章 河道演變規(guī)律6-3 河相關(guān)系與造床流量 三、河相關(guān)系.1 1）沿程河相關(guān)系）沿程河相關(guān)系相應(yīng)于某一特征流量（如相應(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)造床流量）的河相關(guān)系。利用這樣的河相關(guān)系，對(duì)某一斷面，只能確定唯一的河寬、水深及比降某一斷面，只能確定唯一的河寬、水深及比降。 適用于一個(gè)河段的不同斷面，同一河流的不同河適用于一個(gè)河段的不同斷面，同一河流的不同

25、河段，甚至不同河流。它只涉及斷面的宏現(xiàn)形態(tài)，而段，甚至不同河流。它只涉及斷面的宏現(xiàn)形態(tài)，而不涉及其細(xì)節(jié)不涉及其細(xì)節(jié)2 2）斷面河相關(guān)系）斷面河相關(guān)系同一斷面相應(yīng)于不同流量同一斷面相應(yīng)于不同流量的斷面形態(tài)的斷面形態(tài)。它能確定斷面形態(tài)隨流量變化的細(xì)節(jié)它能確定斷面形態(tài)隨流量變化的細(xì)節(jié)通常所說(shuō)的河相關(guān)系常指沿程河相關(guān)系通常所說(shuō)的河相關(guān)系常指沿程河相關(guān)系。第六章 河道演變規(guī)律6-3 河相關(guān)系與造床流量 三、河相關(guān)系.第六章 河道演變規(guī)律6-3 河相關(guān)系與造床流量 三、河相關(guān)系.1 1）均衡理論）均衡理論 早期的河相關(guān)系基本上是經(jīng)驗(yàn)性質(zhì)的。一般是通過(guò)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)

26、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。 最早的這種經(jīng)驗(yàn)關(guān)系式是由肯尼迪(R.G. Kennedy)在1895年提出的。他通過(guò)整理印度大量不沖不淤渠道資料，建立了平均流速U與平均水探h的經(jīng)驗(yàn)公式。開(kāi)拓了河床通過(guò)自動(dòng)調(diào)整能在形態(tài)因素與水力泥沙因素之間建立經(jīng)驗(yàn)關(guān)系的新途徑。 其后，沿著這一途徑進(jìn)行探索，拉索（G.lacey）等人總結(jié)了一系列經(jīng)驗(yàn)關(guān)系式，用以根據(jù)渠內(nèi)各種設(shè)計(jì)流量和泥沙粒徑確定沖淤平衡渠道應(yīng)有的斷面尺寸和比降。這些關(guān)系式后來(lái)統(tǒng)稱(chēng)為“均衡理論”(regime theory).第六章 河道演變規(guī)律6-3 河相關(guān)系與造床流量 三、河相關(guān)系.第六章 河道演變規(guī)

27、律6-3 河相關(guān)系與造床流量 三、河相關(guān)系.第六章 河道演變規(guī)律6-3 河相關(guān)系與造床流量 三、河相關(guān)系.第六章 河道演變規(guī)律6-3 河相關(guān)系與造床流量 三、河相關(guān)系.第六章 河道演變規(guī)律6-3 河相關(guān)系與造床流量 三、河相關(guān)系.2 2）量綱分析法）量綱分析法 從河流形態(tài)依賴(lài)于河流所在地區(qū)的氣象、地形及地質(zhì)構(gòu)造的最一般的表達(dá)形式出發(fā)，（維利坎諾夫）經(jīng)過(guò)簡(jiǎn)化的物理量造床流量Q，由河谷比降引起的沿水流方向的重力分量gJ，及參與河床變形的泥沙粒徑D50。依次分別代表上述三個(gè)因素、運(yùn)用量綱分析法，得到河寬及水深的表達(dá)式： 第六章 河道演變規(guī)律6-3 河相關(guān)系與造床流量 三、河相關(guān)系.（2 2）量綱分析

28、法）量綱分析法 hDBmm1 hBD第六章 河道演變規(guī)律6-3 河相關(guān)系與造床流量 三、河相關(guān)系.3 3）河寬經(jīng)驗(yàn)公式法）河寬經(jīng)驗(yàn)公式法 第六章 河道演變規(guī)律6-3 河相關(guān)系與造床流量 三、河相關(guān)系.3 3）河寬經(jīng)驗(yàn)公式法）河寬經(jīng)驗(yàn)公式法 第六章 河道演變規(guī)律6-3 河相關(guān)系與造床流量 三、河相關(guān)系.3 3）河寬經(jīng)驗(yàn)公式法）河寬經(jīng)驗(yàn)公式法 第六章 河道演變規(guī)律6-3 河相關(guān)系與造床流量 三、河相關(guān)系.3 3）河寬經(jīng)驗(yàn)公式法）河寬經(jīng)驗(yàn)公式法 第六章 河道演變規(guī)律6-3 河相關(guān)系與造床流量 三、河相關(guān)系.3 3）河寬經(jīng)驗(yàn)公式法）河寬經(jīng)驗(yàn)公式法 第六章 河道演變規(guī)律6-3 河相關(guān)系與造床流量 三、河

29、相關(guān)系.4 4）其它理論方法）其它理論方法l臨界起動(dòng)假說(shuō) 這一假說(shuō)的出發(fā)點(diǎn)是認(rèn)為河道橫斷面濕周上各點(diǎn)的泥沙均處于臨界起動(dòng)狀態(tài)，即邊界剪切力處處等于各處邊界組成物質(zhì)的臨界起動(dòng)剪切力，從而推導(dǎo)出關(guān)于B、h、J、U的河相關(guān)系式。 Parker河相關(guān)系給出的B、H、J變化規(guī)律與以往經(jīng)驗(yàn)河相關(guān)系有所不同：在同一流量下，推移質(zhì)輸運(yùn)量的增大，將使坡降加陡，斷面變得更為寬淺。 第六章 河道演變規(guī)律6-3 河相關(guān)系與造床流量 三、河相關(guān)系.4 4）其它理論方法）其它理論方法l最小活動(dòng)性假說(shuō) 由竇國(guó)仁提出，這一假說(shuō)認(rèn)為，在給定的來(lái)水來(lái)沙和河床邊界條件下，不同的河床斷面具有不同的穩(wěn)定性或活動(dòng)性，而河床在沖淤變化過(guò)程

30、中力求建立活動(dòng)性最小的斷面形態(tài)。河床的這種變化趨勢(shì)，即稱(chēng)為河床最小活動(dòng)性假說(shuō)。 考慮了來(lái)水條件(Q)、來(lái)沙條件(S)及河床邊界條件，比較全面地概括了流域因素對(duì)河床形態(tài)塑造的影響。但需要進(jìn)一步從理論上闡明所作的假定，并用實(shí)測(cè)資料進(jìn)行驗(yàn)證。 第六章 河道演變規(guī)律6-3 河相關(guān)系與造床流量 三、河相關(guān)系.4 4）其它理論方法）其它理論方法 第六章 河道演變規(guī)律6-3 河相關(guān)系與造床流量 三、河相關(guān)系.一、河流的類(lèi)型一、河流的類(lèi)型根據(jù)河流所處地區(qū)、來(lái)水來(lái)沙、邊界條件等，將河流分為山區(qū)河流、平原河流和潮汐河流。1、山區(qū)河流一般特性1）、山區(qū)河流的水文泥沙特征山區(qū)河流所流經(jīng)的地區(qū)坡度大，徑流模數(shù)大，匯流時(shí)

31、間短。洪水猛漲陡落；流量水位變幅大，中水歷時(shí)短。2）、河流形態(tài)特征 平面上構(gòu)造運(yùn)動(dòng)對(duì)水系格局及河流走向有重要影響，構(gòu)造和巖性的沿程變化 造成河道平面寬窄相間，河中有河漫灘、心灘等泥沙堆積體，河道出口有沖積扇。第六章 河道演變規(guī)律6-4 沖積河流的河型.縱剖面：形態(tài)不規(guī)則，存在一系列的折點(diǎn)，比降陡峻，起伏變化大。橫斷面多呈V或U字型。山區(qū)河流一般呈緩慢下切，兩岸存在階地。山區(qū)河道水流流態(tài)十分紊亂險(xiǎn)惡，常有回流、泡水、漩渦、水躍、剪刀水、橫流。3）、山區(qū)河流河床演變（1）卵石運(yùn)動(dòng)：卵石為主的邊灘、心灘在汛期淤積、枯期沖刷，年內(nèi)基本平衡。（2）山區(qū)河流沿程有溪溝匯入，在溝口發(fā)育形成沖積扇。第六章 河

32、道演變規(guī)律6-4 沖積河流的河型.2、平原河流的河床演變平原河流的河床演變1）、水文特性 集水面積大，坡度緩，徑流系數(shù)小，因而匯流時(shí)間長(zhǎng)，洪水持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)，流量、水位變幅小。 流態(tài)相對(duì)平順，沒(méi)有明顯的跌水、泡水、急漩、橫流等險(xiǎn)惡流態(tài)。 懸沙以沙、粉沙和粘土為主。推移質(zhì)為中細(xì)沙，細(xì)顆粒為沖瀉質(zhì)。懸沙為主，推移質(zhì)輸沙量小。第六章 河道演變規(guī)律6-4 沖積河流的河型.2）、河流形態(tài)（1）橫斷面形態(tài)隨不同類(lèi)型的河段而異。有拋物型、三角形、馬鞍型和不規(guī)則型。（2）河床縱坡平緩，水面比降小，由于水流的堆積作用，河谷形成深厚的沖積層。（3）有廣闊的河漫灘，洪水演沒(méi)，中水出露，灘槽水流存在交換。（4）有些平原河

33、流沿程廣泛分布有節(jié)點(diǎn)。 節(jié)點(diǎn)是抗沖性強(qiáng)，對(duì)河勢(shì)起控制作用的特殊邊界條件。如磯頭，山體等。 第六章 河道演變規(guī)律6-4 沖積河流的河型.平原河流根據(jù)其形態(tài)和演變特性可分為順直微平原河流根據(jù)其形態(tài)和演變特性可分為順直微彎型、蜿蜒（彎曲）型、分汊型、游蕩型等。彎型、蜿蜒（彎曲）型、分汊型、游蕩型等。河型河型形態(tài)形態(tài)演變演變穩(wěn)定穩(wěn)定邊界特征邊界特征實(shí)例實(shí)例順直順直順直順直犬牙交錯(cuò)的變?yōu)?，犬牙交錯(cuò)的變?yōu)?，緩慢向下游移?dòng)緩慢向下游移動(dòng)不穩(wěn)定不穩(wěn)定河岸物質(zhì)河岸物質(zhì)細(xì)細(xì)彎曲彎曲彎曲彎曲自由彎曲，蜿蜒自由彎曲，蜿蜒強(qiáng)制性彎曲，平移強(qiáng)制性彎曲，平移穩(wěn)定穩(wěn)定河岸有一河岸有一定的抗沖定的抗沖荊江下游、渭荊江下游、渭河

34、下游等河下游等分汊分汊分汊分汊各汊相互發(fā)展消長(zhǎng)各汊相互發(fā)展消長(zhǎng)介與彎介與彎曲游蕩曲游蕩河岸有一河岸有一定的抗沖定的抗沖長(zhǎng)江中下游、長(zhǎng)江中下游、珠江、贛江等珠江、贛江等游蕩游蕩散亂多散亂多汊汊游蕩游蕩極不穩(wěn)極不穩(wěn)定定河岸組成河岸組成細(xì)，不抗細(xì)，不抗沖沖黃河下游、永黃河下游、永定河下游等定河下游等3 3 平原河流河型的劃分平原河流河型的劃分第六章 河道演變規(guī)律6-4 沖積河流的河型.從河道水流的流路數(shù)目上可以將河道的平面形態(tài)分為兩大類(lèi)：?jiǎn)瘟髀泛拥?和 多流路河道第六章 河道演變規(guī)律6-4 沖積河流的河型.河道每個(gè)斷面上各處的沖淤變形，最終將匯總形成河道平面形態(tài)的復(fù)雜變化和縱剖面的抬升、下切。經(jīng)過(guò)數(shù)

35、十年、上百年的自我調(diào)整過(guò)程，河流能達(dá)到與流域來(lái)水來(lái)沙相適應(yīng)的均衡狀態(tài)，此時(shí)形成有一定演變規(guī)律的河道平面形態(tài)（河型）。.河型的成因：來(lái)水來(lái)沙與自我調(diào)整河型的成因：來(lái)水來(lái)沙與自我調(diào)整自我調(diào)整：自我調(diào)整：在一定的流域來(lái)水來(lái)沙下，河流的比降、在一定的流域來(lái)水來(lái)沙下，河流的比降、斷面形態(tài)、河床物質(zhì)組成和河型隨水沙的運(yùn)動(dòng)而調(diào)斷面形態(tài)、河床物質(zhì)組成和河型隨水沙的運(yùn)動(dòng)而調(diào)整，其趨勢(shì)是要使來(lái)自上游的水流和泥沙能通過(guò)河整，其趨勢(shì)是要使來(lái)自上游的水流和泥沙能通過(guò)河段下泄，盡可能保持河道的相對(duì)平衡。段下泄，盡可能保持河道的相對(duì)平衡。例如，床沙質(zhì)來(lái)量例如，床沙質(zhì)來(lái)量較多較多的河流，常常的河流，常常堆積堆積形成游蕩形成游

36、蕩分汊型河道，而且其流路大多較順直，因?yàn)閺澢确帚庑秃拥溃移淞髀反蠖噍^順直，因?yàn)閺澢却蟮牧髀繁M管也曾出現(xiàn)、但因其水力比降和挾沙能大的流路盡管也曾出現(xiàn)、但因其水力比降和挾沙能力都較小，必然會(huì)被淤死。游蕩分汊型河道的形成力都較小，必然會(huì)被淤死。游蕩分汊型河道的形成雖然還有其他條件，但其中最關(guān)鍵的條件是床沙質(zhì)雖然還有其他條件，但其中最關(guān)鍵的條件是床沙質(zhì)來(lái)量來(lái)量較多較多。第六章 河道演變規(guī)律6-4 沖積河流的河型 河型成因.與此對(duì)應(yīng)的是，床沙來(lái)量與此對(duì)應(yīng)的是，床沙來(lái)量較少較少的河流，常常的河流，常常下切下切向向彎曲型河流發(fā)展。床沙質(zhì)的相對(duì)來(lái)量小，而輸沙能彎曲型河流發(fā)展。床沙質(zhì)的相對(duì)來(lái)量小，而輸沙

37、能力大，使輸走的沙量大于來(lái)沙量，即河道發(fā)生沖刷。力大，使輸走的沙量大于來(lái)沙量，即河道發(fā)生沖刷。由于河道水流的特性，沖刷常常是側(cè)向的，對(duì)邊岸由于河道水流的特性，沖刷常常是側(cè)向的，對(duì)邊岸的蝕退，使得河流彎曲度增大，水力坡降變小，從的蝕退，使得河流彎曲度增大，水力坡降變小，從而減低了挾沙能力和沖刷能力，這樣河道越彎曲就而減低了挾沙能力和沖刷能力，這樣河道越彎曲就越穩(wěn)定，能夠維持較長(zhǎng)時(shí)間。形成彎曲河道的最關(guān)越穩(wěn)定，能夠維持較長(zhǎng)時(shí)間。形成彎曲河道的最關(guān)鍵的條件是床沙質(zhì)來(lái)量鍵的條件是床沙質(zhì)來(lái)量較少較少。第六章 河道演變規(guī)律6-4 沖積河流的河型 河型成因.河流的上、下河段出現(xiàn)不同河型的原因也可以從輸沙平衡

38、角度加以解釋。河流沿程一般都有支流來(lái)匯，如果假定支流的含沙量和干流相差不大，則在支流匯口的下游，干流的含沙量并沒(méi)有變化，水量卻加含沙量并沒(méi)有變化，水量卻加大了大了。從挾沙能力的角度考慮，每有支流注入，入?yún)R口以下的挾沙能力將增加，而含沙量相對(duì)不變，或者說(shuō)，愈到下游，隨著支流的入?yún)R和水量的增加，床沙質(zhì)的相對(duì)來(lái)量就變得愈來(lái)愈小，而輸沙能力越來(lái)越大，可能會(huì)使輸走的沙量大于來(lái)沙量（即，河道發(fā)生沖沖刷側(cè)蝕、下切刷側(cè)蝕、下切）。第六章 河道演變規(guī)律6-4 沖積河流的河型 河型成因.為了達(dá)到河段的平衡，下游河道需要不斷調(diào)平比降。這種比降的調(diào)整有一部分是通過(guò)河身彎曲，流路加通過(guò)河身彎曲，流路加長(zhǎng)長(zhǎng)來(lái)實(shí)現(xiàn)的。水量

39、的不斷增加使洪水漫灘的機(jī)會(huì)增多，比降的調(diào)平又使漫灘水流的流速減小，洪水中挾帶的細(xì)顆粒泥沙有可能在灘地上淤積下來(lái)，形成淤積泥覆蓋在沙卵石上的“二元結(jié)構(gòu)”，使灘岸具有一定的抗沖性、彎曲的流路得以維持，最終發(fā)展形成彎曲型河流。第六章 河道演變規(guī)律6-4 沖積河流的河型 河型成因.第六章 河道演變規(guī)律6-5 蜿蜒型河道的演變規(guī)律 .（1）、水流特性洪水流路順直，邊灘被淹沒(méi)；枯水流路彎曲，產(chǎn)生離心力，存在環(huán)流。（2）、河床演變 邊灘和深槽緩慢向下游移動(dòng)；枯水期：淺灘沖刷，深槽淤積洪水期：淺灘淤積，深槽沖刷。屬于不穩(wěn)定河道。（3）、整治原則 固定邊灘：如修建丁壩。第六章 河道演變規(guī)律6-5 蜿蜒型河道的演

40、變規(guī)律 .1、 河段特性：平面彎曲；橫斷面呈不對(duì)稱(chēng)2、彎道水流運(yùn)動(dòng)特點(diǎn)（1）水位沿橫向呈曲線變化，凹岸一側(cè)的水位恒高于凸岸一側(cè)，水面橫比降 Jz=U2/(gR)（2）水流縱比降Jx在凹岸側(cè)和凸岸側(cè)不同（3）表層水流向凹岸，底層水流向凸岸，橫向上形成環(huán)流；（4）縱向垂線平均流速在凹岸一側(cè)遠(yuǎn)大于凸岸一側(cè)，其最大值不在最大水深處，而是偏向凸岸；第六章 河道演變規(guī)律6-5 蜿蜒型河道的演變規(guī)律 .第六章 河道演變規(guī)律6-5 蜿蜒型河道的演變規(guī)律流 .（5）在彎道進(jìn)口段或在彎道上游的過(guò)渡段，主流常偏靠凸岸一側(cè)；進(jìn)入彎道后，主流逐漸向凹岸轉(zhuǎn)移，至彎頂稍上部位，主流才偏靠凹岸；主流逼近凹岸的位置叫頂沖點(diǎn)，自

41、頂沖點(diǎn)以下相當(dāng)長(zhǎng)的距離內(nèi)，主流緊貼凹岸。主流線的另一特點(diǎn)是低水傍岸，高水居中，俗稱(chēng)低水走彎，高水走灘；相應(yīng)的，主流對(duì)凹岸的頂沖部位，則出現(xiàn)低水上提，高水下挫，低水時(shí)頂沖部位在彎頂附近或彎頂稍上，高水時(shí)頂沖部位在彎頂以下。亦稱(chēng)水流動(dòng)力軸線，是指沿程各斷面垂線平均流速最大亦稱(chēng)水流動(dòng)力軸線，是指沿程各斷面垂線平均流速最大點(diǎn)的連線點(diǎn)的連線第六章 河道演變規(guī)律6-5 蜿蜒型河道的演變規(guī)律 .第六章 河道演變規(guī)律6-5 蜿蜒型河道的演變規(guī)律 .小流量時(shí)水流動(dòng)量小，在河床邊界的約束作用下，易于改變流向，水流的彎曲系數(shù)大。流量較小時(shí)，沖刷發(fā)生在凹岸彎道頂點(diǎn)或略偏下游。這種沖刷的結(jié)果使凹岸后退、凸岸前進(jìn)，令彎道

42、發(fā)生橫向擺動(dòng)，彎曲程度加大。河道中心河道中心線線第六章 河道演變規(guī)律6-5 蜿蜒型河道的演變規(guī)律 .流量增大后，水流的慣性力加大，邊界對(duì)水流的作用能力相對(duì)減弱，不易改變流向，與小水時(shí)相比，主流趨中，水流的彎曲系數(shù)變小。在急彎上或流量較大時(shí)，主流的慣性使其在經(jīng)過(guò)上一個(gè)彎道后難以迅速改變方向，因而在下一個(gè)彎道的凸岸頂點(diǎn)上游處發(fā)生沖刷。這種沖刷的結(jié)果，使得彎道凸岸上游處和凹岸下游處發(fā)生沖刷，結(jié)果使得彎道發(fā)生縱向平移。第六章 河道演變規(guī)律6-5 蜿蜒型河道的演變規(guī)律 .泥沙運(yùn)動(dòng)特性l橫向輸沙：由于存在橫向環(huán)流，環(huán)流上部指向凹岸，下部指向凸岸，含沙量上小下大，橫向輸沙不平衡，形成凹岸沖、凸岸淤積。l縱向輸沙：汛期沖槽淤灘，枯期沖灘淤槽，縱向基本平衡。l同岸輸沙，異岸輸沙第六章 河道演變規(guī)律6-5 蜿蜒型河道的演變規(guī)律 .演變規(guī)律1）一般演變：l平面變化：蜿蜒曲折的程度不斷加劇，河長(zhǎng)增加，曲折系數(shù)加大。l橫向變化：表現(xiàn)為凹岸崩退，凸岸淤長(zhǎng)。l縱向變化：彎道段洪水期沖刷而枯水期淤積，過(guò)渡段則相反。2）突變：包括自然裁彎，撇彎和切灘等類(lèi)型。第六章 河道演變規(guī)律6-5 蜿