河流與人類課件

河流與人類

第一章緒論河流的基本概念河流是在一定氣候和地質(zhì)條件下形成的泄水輸沙通道，是河槽與水流（挾沙水流）的總稱。我國(guó)的河流有江、河、水、川、溪等稱謂，長(zhǎng)江、黃河、漢水、四川大金川、湖北香溪等等第一節(jié)

河流第一節(jié)

河流雨水小溪小河江河一方面要研究河流的特性與規(guī)律，發(fā)揮河流的服務(wù)功能，設(shè)法讓河流造福于人類；另一方面也要順其河性，注意善待河流，與河為友，與河長(zhǎng)期和諧共存。人類該如何對(duì)待河流按河流的歸宿不同：外流河和內(nèi)陸河地理位置：南方河流與北方河流含沙量大?。荷偕澈恿髋c多沙河流是否受到人為干擾：天然河流和非天然河流流經(jīng)地區(qū)不同：山區(qū)河流與平原河流河流的分類分為河源、上游、中游、下游和河口五段河源：河流的發(fā)源地。為泉水、溪澗、冰川、或沼澤。上游：緊接著河源，峽谷地形。落差大，坡陡流急，下切強(qiáng)烈，河谷狹，流量小。（V形）中游：坡度漸緩，河床比較穩(wěn)定，下切力量減弱而旁蝕力量增強(qiáng)，河槽逐漸拓寬、曲折、開闊，兩岸常有灘地，沖淤變化不明顯。(U形)下游：河流的最下級(jí)，處于平原區(qū)，河床寬，坡度緩，水流慢，泥沙淤積作用較顯著，沙洲較多。河口：河流的終點(diǎn)。淤積，形成三角洲。河流的分段河流的分段黃河發(fā)源于青藏高原巴顏喀拉山北麓的約古宗列盆地，河源至內(nèi)蒙古自治區(qū)托克托(河口鎮(zhèn))為上游，河長(zhǎng)3472km；從托克托至河南省桃花峪為中游，河長(zhǎng)1207km；桃花峪至黃河河口為下游，全長(zhǎng)768km。河源河流的分段上游河流的分段中游河流的分段下游河流的分段河流的分級(jí)流域水系中各種大小不等的溝道與河流，可用河流的級(jí)別來(lái)表示。河流落差指河流上、下游兩地的高程差。河源與河口的高程差，即為河流的總落差。河流比降，一般是指河流縱比降，即單位河長(zhǎng)的落差，也稱坡度。設(shè)某河段i的比降為Ji，則Ji＝(Zi一Zi-1)／Li式中：Ji—河段i的河底或水面比降，常用以百分率（%）、千分率(‰)表示Zi、Zi-1—分別為河段i的上、下游斷面的水面或河底高程（m）；Li——河段i的長(zhǎng)度（m）。河流的落差與比降深泓線是指河流中沿水流方向各橫斷面最大水深點(diǎn)的連線。在通航河道中，深泓線的位置往往就是航道的所在位置。中泓線是指河流各橫斷面表面最大流速點(diǎn)的連線。河流的深泓線與中泓線中泓線與深泓線位置示意圖從河源到河口的長(zhǎng)度稱為河流長(zhǎng)度。河流長(zhǎng)度可沿河道深泓線或中軸線在河道地形圖上量取。河道中軸線是指在平面上沿河流各斷面中點(diǎn)的平順連接線。河流的長(zhǎng)度與寬度河流寬度指河槽兩岸間的距離，它隨水位變化而變化。水位常有洪、中、枯水之分，因而河槽寬度相應(yīng)有洪水河寬、中水河寬和枯水河寬。河流縱剖面可分為河床縱剖面和水流縱剖面兩類。河床縱剖面是沿河床深泓線切取數(shù)據(jù)繪制的河床剖面，反映的是河床高程的沿程變化。水流縱剖面代表水面高程的沿程變化。河流的縱剖面與橫斷面河流橫斷面是指垂直于水流方向的剖面，可據(jù)實(shí)測(cè)河道地形高程數(shù)據(jù)繪出橫斷面圖。水面與河床之間的區(qū)域?yàn)檫^(guò)水?dāng)嗝?，相?yīng)的面積為過(guò)水?dāng)嗝婷娣e。河流的縱剖面與橫斷面河流侵蝕基準(zhǔn)面的含義是指，河流在沖刷下切過(guò)程中其侵蝕深度并非無(wú)限度，往往受某一基面所控制，河流下切到這一基面后侵蝕下切即停止，此平面稱為河流侵蝕基準(zhǔn)面。它可以是能控制河流出口水面高程的各種水面，如海面、湖面、河面等,也可以是能限制河流向縱深方向發(fā)展的抗沖巖層的相應(yīng)水面。河流侵蝕基準(zhǔn)面與侵蝕基點(diǎn)河流侵蝕基準(zhǔn)面示意圖水系是河流的集合，是地表徑流對(duì)地表土的漫長(zhǎng)侵蝕以后，逐漸從面蝕到溝蝕、槽蝕，以至發(fā)展到由眾多支流和干流所構(gòu)成的復(fù)雜的河流網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。第二節(jié)水系與流域干流(Mainstream)在水系中匯集全流域徑流的河流，例如：黃河、長(zhǎng)江。支流(Tributary)流入一較大河流或湖泊的河流。支流是分級(jí)的：一級(jí)支流(注入干流的支流)；二級(jí)支流(注入一級(jí)支流的支流)；三級(jí)支流(注入一級(jí)支流的支流)；四級(jí)支流(注入一級(jí)支流的支流)水系水系的名稱通常以干流的河名命名水系流域是指河流的集水區(qū)域，凡降落在流域上的雨水都沿著地面斜坡直接流入該河或經(jīng)過(guò)支流注入該河。流域的周界稱為分水線(或分水嶺)。流域分水線通常是流域四周最高點(diǎn)的連線，亦是流域四周山脈的脊線。流域流域的幾何特征包括流域面積和流域形態(tài)兩個(gè)方面。流域面積又稱集水面積，它是河水出口斷面以上流域分水線所包圍的面積。流域形態(tài)指標(biāo)包括流域的長(zhǎng)度、平均寬度、長(zhǎng)寬比、對(duì)稱性和平均坡度等項(xiàng)。流域流域的自然地理特征，主要包括流域的氣候因素和下墊面因素兩個(gè)方面。其中決定流域徑流形成和洪水特性的關(guān)鍵性因素是降水與蒸發(fā)。流域的下墊面因素主要包括：流域的地理位置、地形、植被、土壤及地質(zhì)構(gòu)造、湖泊沼澤等方面。流域我國(guó)河流眾多:河流總長(zhǎng)度達(dá)43萬(wàn)km。流域面積在100km2以上的河流有50000多條，在1000km2以上的河流有1500多條，超過(guò)10000km2的河流有79條。長(zhǎng)度在1000km以上的河流有20多條。其中境內(nèi)主要大河有7條。水量豐富：年徑流總量26600億立方米，僅次于巴西、俄羅斯、加拿大、美國(guó)，居世界第五位。水能蘊(yùn)藏量極大：水力資源蘊(yùn)藏量達(dá)6.8億千瓦，居世界首位。第三節(jié)

我國(guó)的河流概況我國(guó)的河流概況內(nèi)流區(qū)面積占全國(guó)總面積的1/3，河流水量占全國(guó)總水量不到5%外流區(qū)面積占全國(guó)總面積的2/3，河流水量占全國(guó)總水量95%以上。季風(fēng)區(qū)，降水多，河流水量大，流程長(zhǎng)，多外流河非季風(fēng)區(qū)，降水少，河流流量小，河流流程短，多內(nèi)流河內(nèi)流區(qū)外流區(qū)分界線:大興安嶺---陰山---賀蘭山---祁連山(東端)---巴顏喀拉山---岡底斯山注意與季風(fēng)區(qū)和非季風(fēng)區(qū)界線相似內(nèi)流區(qū)中的外流區(qū):外流區(qū)中的內(nèi)流區(qū):額爾齊斯河鄂爾多斯高原松嫩平原注意松嫩平原是因?yàn)榈貏?shì)低洼，地表水不能外泄，成為沼澤地，為內(nèi)流區(qū)。位于黃土高原,海拔地勢(shì)較高,降水稀少,氣候干燥河水被大量蒸發(fā),下滲,加上沿途灌溉用水,使河水量迅速減少所以中途就消失了成了內(nèi)流區(qū)黑龍江遼河海河黃河淮河長(zhǎng)江珠江江怒雅魯藏布江額爾齊斯河太平洋塔里木河瀾滄江外流河分布概況三大水系太平洋水系：黑龍江、海河、黃河、淮河、長(zhǎng)江、珠江、瀾滄江等。印度洋水系：北冰洋水系：邊界河怒江、雅魯藏布江等。額爾齊斯河。中俄界河：中朝界河：中越界河：黑龍江、烏蘇里江等。鴨綠江、圖們江等。北侖河。國(guó)際性河流黑龍江（阿穆爾河）（俄羅斯）額爾齊斯河（鄂畢河）（俄羅斯）怒江（薩爾溫江）（緬甸）雅魯藏布江（布拉馬普特拉河）（印度）瀾滄江（湄公河）（緬、泰、老、柬、越）河流水文特征分析徑流量大?。ㄒ杂晁a(bǔ)給的河流，看降水量的

多少；流域面積大，一般流量大）。水位季節(jié)變化（決定于河流補(bǔ)給類型，以雨水補(bǔ)給的河流，水位變化由降水特點(diǎn)決定；冰川融水補(bǔ)給的河流，水位變化由氣溫特點(diǎn)決定；地下水湖泊補(bǔ)給的河流，徑流季節(jié)變化?。?。含沙量（決定于流域內(nèi)地面植被狀況），結(jié)冰期有無(wú)或長(zhǎng)短(凌汛)（最冷月月0℃）。水能（由流域內(nèi)的地形坡度，河流落差，河流水量大小）。水量豐富；汛期長(zhǎng)（夏秋）；干流年徑流量的變化較大；含沙量少，輸沙量大；無(wú)結(jié)冰期；水能豐富。1、根據(jù)資料，說(shuō)明長(zhǎng)江的水文特征：長(zhǎng)江南北對(duì)稱狀，自西向東注入太平洋。流域面積廣闊。上游地勢(shì)陡峻，河道狹窄，水流速度快；下游地勢(shì)低平，河道寬廣。泥沙淤積河床較淺，河流曲折。中下游河網(wǎng)密度大。形態(tài)流向流域面積河道流速河網(wǎng)密度2、根據(jù)地圖，說(shuō)明長(zhǎng)江的水系特征：ABCD討論河流的水文特征分布地區(qū)代表河流河流補(bǔ)給水文特征流量水位變化含沙量有無(wú)結(jié)冰期外流河內(nèi)流河雨水、季節(jié)性積雪融水雨水為主雨水為主高山冰雪融水和山地降水豐富（流經(jīng)濕潤(rùn)、半濕潤(rùn)地區(qū)）較?。鹘?jīng)半濕潤(rùn)、半干旱地區(qū)）豐富（流經(jīng)濕潤(rùn)地區(qū)）小有春汛、夏汛兩個(gè)汛期汛期短（雨季較短）汛期長(zhǎng)（雨季長(zhǎng)）夏季水量豐富其他季節(jié)水量較少，甚至斷流（多為季節(jié)性河流）?。ㄉ置埽┐螅ㄖ脖黄茐膰?yán)重）較?。饔騼?nèi)植被覆蓋較好）結(jié)冰期長(zhǎng)結(jié)冰期短無(wú)結(jié)冰期有結(jié)冰期★內(nèi)流河流程不長(zhǎng)原因：蒸發(fā)、下滲、灌溉用水多黑龍江松花江遼河海河黃河長(zhǎng)江珠江塔里木河?xùn)|北秦嶺—淮河以北秦嶺—淮河以南西北內(nèi)陸較大外流河和內(nèi)流河的水文特征第一節(jié)自然界的水循環(huán)及水量平衡第一節(jié)自然界的水循環(huán)及水量平衡1.1自然界的水循環(huán)以雨、雪、雹、霰等形式下降于大陸或海洋，統(tǒng)稱為降水

江、河、湖、海及大陸上的液態(tài)水或固態(tài)水，可因太陽(yáng)的熱力作用而成汽態(tài)水升入天空，此稱為蒸發(fā)地表水在重力作用下，進(jìn)入土壤或巖層稱為入滲沿地表及地下流動(dòng)的水流，統(tǒng)稱為徑流

第一節(jié)自然界的水循環(huán)及水量平衡其中沿地表流動(dòng)的水流稱為地表徑流在地下土壤或巖石裂縫中流動(dòng)的水流，稱為地下徑流或基流，它是長(zhǎng)久無(wú)雨時(shí)期河水的補(bǔ)給源沿河川流動(dòng)的水流，稱為河川徑流降水、蒸發(fā)、徑流、入滲等現(xiàn)象，統(tǒng)稱為水文現(xiàn)象降水、徑流、蒸發(fā)及入滲等周而復(fù)始的變化過(guò)程，稱為自然界的水循環(huán)第一節(jié)自然界的水循環(huán)及水量平衡其中發(fā)生在海洋上或陸地上的水循環(huán)，稱為小循環(huán)發(fā)生在海洋與大陸間的水循環(huán)，稱為大循環(huán)太陽(yáng)是循環(huán)的總能源，而太陽(yáng)輻射和地心引力則是水循環(huán)的動(dòng)力，循環(huán)的源和匯都是海洋第一節(jié)自然界的水循環(huán)及水量平衡就我國(guó)來(lái)說(shuō)，水汽主要來(lái)自東南方向(太平洋)，其次是南方（印度洋）和西南方向（大西洋）。進(jìn)入我國(guó)上空的水汽，大部分不參加水循環(huán)。只有12％的輸入水汽形成了徑流，其余則經(jīng)我國(guó)的上空逸出。我國(guó)水汽的輸出口主要是東部上空和沿海諸河，水汽形成的徑流，大部分經(jīng)河川注入太平洋，小部分流入印度洋，極小部分流入北冰洋。第一節(jié)自然界的水循環(huán)及水量平衡1.2水量平衡

水量平衡是水循環(huán)的數(shù)量表示。降水量、蒸發(fā)量及徑流量是水量平衡的三個(gè)重要因素。因此，全球水量平衡方程式可寫為：XC+XO=ZC+ZOXC、ZC分別為大陸年均降水量及年均蒸發(fā)量；XO、ZO分別為海洋年均降水量及年均蒸發(fā)量。上式表明，全球年均降水量等于全球年均蒸發(fā)量。

第一節(jié)自然界的水循環(huán)及水量平衡海洋上的多余水汽隨大氣運(yùn)行進(jìn)入內(nèi)陸；而陸面上的多余水分則以河流徑流形式回歸大海。第二節(jié)河流徑流的形成過(guò)程沿著河槽流動(dòng)的水流，稱為河流徑流。由降水開始到水流流經(jīng)流域出口斷面的全部過(guò)程，稱為河流徑流形成過(guò)程。大致可分為四個(gè)階段：降水過(guò)程流域蓄滲過(guò)程（產(chǎn)流過(guò)程）坡面漫流過(guò)程河槽集流過(guò)程（匯流過(guò)程）第二節(jié)河流徑流的形成過(guò)程一、降水過(guò)程降水是降雨、降雪、降雹的統(tǒng)稱。水過(guò)程的特征，主要由降水量、降水強(qiáng)度、降水歷時(shí)、暴雨中心位置和暴雨移動(dòng)路徑等物理量描述。降水三要素：降水量、降水強(qiáng)度、降水歷時(shí)第二節(jié)河流徑流的形成過(guò)程二、流域蓄滲過(guò)程雨水首先被流域地表生長(zhǎng)的樹木、雜草及農(nóng)作物的莖葉截留一部分，稱植物截留。落到地面上的部分雨水，滲入土壤，稱為入滲。若降雨強(qiáng)度大于入滲強(qiáng)度，超過(guò)入滲強(qiáng)度的雨，稱超滲雨，它將產(chǎn)生地面徑流隨著降雨量的不斷增加，土壤中的含水量逐漸趨于飽和，入滲強(qiáng)度減小，達(dá)到某個(gè)穩(wěn)定值時(shí)，稱為穩(wěn)定入滲第二節(jié)河流徑流的形成過(guò)程還有一部分雨水被蓄留在坡面的坑洼里，稱為填洼

植物截留、入滲和填洼的整個(gè)過(guò)程，稱為流域蓄滲過(guò)程。這部分雨水不產(chǎn)生地面徑流而稱為損失，扣除損失后剩余的雨量，稱為凈雨

產(chǎn)流過(guò)程=降雨-損失=凈雨第二節(jié)河流徑流的形成過(guò)程三、坡面漫流過(guò)程除去流域蓄滲過(guò)程的雨水損失以后，剩余雨水沿著坡面流動(dòng)，稱為坡面漫流

流域內(nèi)各處坡面漫流的起始時(shí)間并非同步，而往往是先從局部區(qū)域開始坡面漫流的過(guò)程也伴隨著入滲、降雨和蒸發(fā)的過(guò)程，因而坡面漫流過(guò)程是一個(gè)復(fù)雜的過(guò)程。第二節(jié)河流徑流的形成過(guò)程三、坡面漫流過(guò)程除去流域蓄滲過(guò)程的雨水損失以后，剩余雨水沿著坡面流動(dòng)，稱為坡面漫流

流域內(nèi)各處坡面漫流的起始時(shí)間并非同步，而往往是先從局部區(qū)域開始坡面漫流的過(guò)程也伴隨著入滲、降雨和蒸發(fā)的過(guò)程，因而坡面漫流過(guò)程是一個(gè)復(fù)雜的過(guò)程。第二節(jié)河流徑流的形成過(guò)程四、河槽匯流過(guò)程坡面漫流的雨水匯入溝道，順著溝道流入支流，由支流到干流，最后達(dá)到流域出口斷面的過(guò)程，稱為河槽匯流過(guò)程

對(duì)于較大的流域，河槽匯流時(shí)間較長(zhǎng)，河槽調(diào)蓄能力較大，在降雨和坡面漫流停止后，所產(chǎn)生的徑流還會(huì)延長(zhǎng)很長(zhǎng)的時(shí)間。匯流過(guò)程，就是凈雨經(jīng)坡面、地下流動(dòng)和河槽調(diào)蓄的再分配過(guò)程。第三節(jié)河流徑流的度量方法(1)流量Q：?jiǎn)挝粫r(shí)間內(nèi)流經(jīng)河流某一水?dāng)嗝娴乃?。m3/s(2)徑流總量W：一段時(shí)間內(nèi)通過(guò)河流過(guò)水?dāng)嗝娴目偹?，m3

(3)徑流模數(shù)M：?jiǎn)挝涣饔蛎娣e上平均產(chǎn)生的流量，L/s?km2(4)徑流深度R：它是徑流總量W折算成全流域的平均水深，常用來(lái)與降水量作比較(5)徑流系數(shù)α：徑流深度R與降水量X之比，有F第四節(jié)河道水流的基本特性天然河道水流但與清水明渠流相比，在基本特性上有很大的差異。其主要表現(xiàn)在以下方面：1.兩相性2.三維性3.不恒定性4.非均勻性5.不平衡性6.紊動(dòng)性7.阻力復(fù)雜性8.流速分布不均勻性9.流態(tài)特異性第四節(jié)河道水流的基本特性水力學(xué)中，把具有自由水面的水流稱為明渠水流。天然河道和人工渠道等都屬于明渠。明渠流是一種無(wú)壓流，即其水面上各點(diǎn)的相對(duì)壓強(qiáng)為零，主要作用力是重力。明渠水流按其運(yùn)動(dòng)要素是否隨時(shí)間變化常分為恒定流和非恒定流。對(duì)于恒定流，若明渠過(guò)水?dāng)嗝娴钠骄魉?、水深等因素沿程不變，則稱為明渠均勻流，否則稱為明渠非均勻流。第四節(jié)河道水流的基本特性1.兩相性清水明渠流屬于單相流(或一相流)而天然河道中的水流，總不可避免地要挾帶一定數(shù)量的固體顆粒（泥沙）此外，在沖積平原河道的河床演變中，泥沙運(yùn)動(dòng)在水流與河床之間的相互關(guān)系中起著紐帶作用第四節(jié)河道水流的基本特性2.三維性根據(jù)流場(chǎng)中流體質(zhì)點(diǎn)的流速狀況與空間坐標(biāo)的關(guān)系，可將水流劃分為一維流、二維流和三維流三類情況。一維流是水流的流速向量在空間坐標(biāo)中只和一個(gè)空間變量（流程坐標(biāo)s）有關(guān)，即u=u(s)或u＝u(s,t)，在一維流場(chǎng)中，同一過(guò)水?dāng)嗝嫔细鼽c(diǎn)的流速是相等的。如果流場(chǎng)中任一點(diǎn)的流速與三個(gè)空間坐標(biāo)變量有關(guān)，即u＝u(x，y，z)，或u＝u(x，y，z，t)，則稱這種水流為三維流。天然河道的河槽形態(tài)很不規(guī)則，山區(qū)河流更為如此。因此，嚴(yán)格說(shuō)來(lái)，天然河道水流大多數(shù)為三維流，至少也屬二維流，嚴(yán)格意義的一維流幾乎不存在。第四節(jié)河道水流的基本特性3.不恒定性在流場(chǎng)中，根據(jù)液體質(zhì)點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)要素是否隨時(shí)間變化分為恒定流與非恒定流。如果在各空間點(diǎn)上液體質(zhì)點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)要素都不隨時(shí)間而變化，這種流動(dòng)稱為恒定流；如果在任—空間點(diǎn)上有任何質(zhì)點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)要素隨時(shí)間而變化，則這種流動(dòng)就稱為非恒定流。天然河道水流嚴(yán)格說(shuō)來(lái)屬于非恒定流。其主要表現(xiàn)在兩個(gè)方面：一是來(lái)水來(lái)沙情況隨時(shí)間的變化而變異；二是河床經(jīng)常處于沖淤演變之中。這兩個(gè)方面的變化彼此關(guān)聯(lián)。第四節(jié)河道水流的基本特性4.非均勻性水力學(xué)中的均勻流，其前提條件是恒定流。因此，河道水流的非恒定性決定了其非均勻性，或者說(shuō)，天然河道的水流，嚴(yán)格說(shuō)來(lái)屬于非均勻流。然而，在解決天然河道實(shí)際問題時(shí)，對(duì)于比較順直的河段，如果來(lái)水來(lái)沙基本穩(wěn)定，河床基本處于不沖不淤的相對(duì)平衡狀態(tài)，過(guò)水?dāng)嗝婕傲魉傺爻套兓淮?，水面坡度、床面坡度與水力坡度（能坡）基本平直而相互平行，則可基本視為均勻流。第四節(jié)河道水流的基本特性5.不平衡性如果水相與沙相高度和諧，在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中盡管水流中的泥沙與河床上的泥沙彼此交換，但若來(lái)水來(lái)沙(數(shù)量與質(zhì)量)保持恒定，河床基本保持不沖不淤狀態(tài)，床面沒有粗化或細(xì)化傾向發(fā)生，這種運(yùn)動(dòng)過(guò)程則可稱之為河道水流的水沙平衡狀態(tài)，或簡(jiǎn)稱為平衡狀態(tài)。然而，天然河流中的水沙運(yùn)動(dòng)，經(jīng)常遇到的是不平衡狀態(tài)或稱“相對(duì)平衡”狀態(tài)。第四節(jié)河道水流的基本特性6.紊動(dòng)性當(dāng)流速較小時(shí)，各流層的液體質(zhì)點(diǎn)有條不紊的運(yùn)動(dòng)，互不摻混，這種型態(tài)的運(yùn)動(dòng)叫做層流；當(dāng)流速較大時(shí)，各流層的液體質(zhì)點(diǎn)形成渦體，在流動(dòng)過(guò)程中，互相摻混，雜亂無(wú)章，這種型態(tài)的運(yùn)動(dòng)叫做紊流。判定層流與紊流的指標(biāo)叫雷諾數(shù)，用Re表示，Re=UR/ν。其中U為水流平均流速，R為水力半徑，ν為水流運(yùn)動(dòng)粘滯性系數(shù)。雷諾數(shù)Re的意義代表水流的慣性力與粘滯力之比。第四節(jié)河道水流的基本特性試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，存在某個(gè)臨界雷諾數(shù)Rec并將其作為劃分界限，當(dāng)實(shí)際雷諾數(shù)大于臨界雷諾數(shù)時(shí)就認(rèn)定為紊流，當(dāng)實(shí)際雷諾數(shù)小于臨界雷諾數(shù)時(shí)則為層流。Rec=500大量遇到的天然河道水流，都屬于紊流，并且?guī)缀醵紝儆谖蓜?dòng)強(qiáng)度較大的阻力平方區(qū)（粗糙區(qū)）的紊流。第四節(jié)河道水流的基本特性7.阻力復(fù)雜性運(yùn)動(dòng)水流所受的力主要有重力、慣性力與阻力。其中阻力問題，在河道水流中，遠(yuǎn)比普通水力學(xué)中的清水流動(dòng)性質(zhì)要復(fù)雜。河道水流阻力損失的大小，不僅關(guān)系到河道的泄流能力，而且影響其輸沙能力和河床變形。因此，研究河道水流阻力損失是河流動(dòng)力學(xué)的基本問題之一第四節(jié)河道水流的基本特性在水力學(xué)中，明渠恒定均勻流的沿程阻力，一般用阻力系數(shù)λ表示，或用謝才系數(shù)C、糙率系數(shù)n表示。λ與C和n三者之間的關(guān)系為：其中R為水力半徑。在上述三個(gè)系數(shù)中，λ為無(wú)量綱數(shù)，n和C帶有量綱。在實(shí)用中，λ可根據(jù)糙率系數(shù)n確定，而n則可根據(jù)明渠邊壁材料性質(zhì)查表得知。第四節(jié)河道水流的基本特性對(duì)于比較簡(jiǎn)單情形的明渠均勻流來(lái)說(shuō)，只要在積累較多的經(jīng)驗(yàn)和資料的基礎(chǔ)上，可以合理準(zhǔn)確地選定糙率系數(shù)n對(duì)于天然河道水流，其紊動(dòng)尺度和紊源異常復(fù)雜。天然河道除了普通意義的粗糙邊壁外，還包括河勢(shì)、各種成型淤積體，以及河底或河岸的大凸大凹等，這些紊源的尺度是邊壁粗糙完全不能比擬的。因此，河道水流的“糙率系數(shù)”n的內(nèi)涵是極為復(fù)雜的。第四節(jié)河道水流的基本特性8.流速分布不均勻性河道水流流速（這里指縱向流速）沿水深的分布并非各處

均勻相等，而是自水面向河底逐漸減小，河底為零，水面最大第四節(jié)河道水流的基本特性在二維均勻流情況下，表達(dá)時(shí)均流速（縱向）沿水深分布規(guī)律的公式很多，其中最為常用的是指數(shù)分布和對(duì)數(shù)分布公式。指數(shù)流速分布公式為：式中，u為距河底為y處的流速；為水面(y=h)流速；h為水深；m為指數(shù)，清水一般取1/6。第四節(jié)河道水流的基本特性對(duì)數(shù)流速分布公式以卡曼-普蘭特爾公式運(yùn)用最為廣泛，其形式為：式中，U*為摩阻流速，，g為重力加速度，J為水力坡度；k為卡曼常數(shù)第四節(jié)河道水流的基本特性9.流態(tài)特異性河道水流的流態(tài)，遠(yuǎn)較棱柱體明渠流為復(fù)雜，特別是山區(qū)河流。山區(qū)河流因河床形態(tài)極不規(guī)則，常有回流、泡水、漩渦、跌水、水躍、剪刀水、橫流等各種險(xiǎn)惡奇異流態(tài)出現(xiàn)。在河道水流中，常見伴隨主流而存在有各種副流(又稱次生流)。副流是在水流內(nèi)部產(chǎn)生的一種大規(guī)模的水流旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。所謂的環(huán)流便是其中的一種。第四節(jié)河道水流的基本特性最為常見的河道環(huán)流是彎道環(huán)流。水流在彎道段流動(dòng)時(shí)，由于離心慣性力的作用，沿外法線的方向水面增高，因而形成橫向水面坡度。由于表層水流的流速及其所受到的離心力遠(yuǎn)大于底部水流，故而出現(xiàn)表面水流從凸岸流向凹岸，而底部水流則從凹岸流向凸岸的橫斷面上的“封閉式”環(huán)形流動(dòng)隨河水運(yùn)動(dòng)和組成河床的松散固體顆粒，叫做泥沙對(duì)于河流的水情及河流的變遷有重大影響。給防洪、航運(yùn)、灌溉等提出課題。主要來(lái)源于兩個(gè)方面：一是流域地表侵蝕，二是上游河槽沖刷。流域地表的侵蝕程度，與氣候、土壤、植被、地形地貌及人類活動(dòng)等因素有關(guān)。河流泥沙的來(lái)源舟曲泥石流2010.8.8舟曲泥石流2010.8.8舟曲泥石流2010.8.8河流泥沙常用含沙量、輸沙率、輸沙量和輸沙量模數(shù)（侵蝕模數(shù)）等度量單位表示。含沙量：?jiǎn)挝惑w積河水中的泥沙質(zhì)量，（kg/m3），常用s表示；輸沙率：?jiǎn)挝粫r(shí)間內(nèi)通過(guò)河流某斷面的泥沙質(zhì)量，（t/s），常用Gs表示；輸沙量：一定時(shí)段內(nèi)通過(guò)河流某斷面的泥沙質(zhì)量，（t），常用Ws表示；輸沙量模數(shù)（侵蝕模數(shù)）：每平方公里地面每年沖蝕的泥沙質(zhì)量(t／(km2·a))，通常用M表示。輸沙量模數(shù)的大小，可用來(lái)反映流域地表的侵蝕程度。河流泥沙的來(lái)源我國(guó)的輸沙量模數(shù)分布是，北方地區(qū)的地表侵蝕的嚴(yán)重程度甚于南方。其中最嚴(yán)重的地區(qū)是，黃河中游黃土高原地區(qū)的支流流域，其輸沙量模數(shù)M一般大于1000t／(km2·a)，如陜北的皇甫川、窟野河、無(wú)定河、延河流域，輸沙量模數(shù)達(dá)10000～20000t／(km2·a)，相當(dāng)于地面每年普遍沖刷6～12mm的厚度。河流泥沙的來(lái)源按泥沙粒徑大小河流泥沙的分類泥沙分類粘粒粉沙沙粒礫石卵石漂石粒徑(mm)<0.0040.004-0.0620.062-2.02.0-16.016.0-250.0>250.0河流泥沙的分類河流泥沙又可以分為泥、沙、石三大類，其中粘粒、粉沙屬泥類；沙粒屬沙類；礫石、卵石、漂石屬石類。按泥沙粒徑大小按泥沙的運(yùn)動(dòng)態(tài)式天然河流中的泥沙，按其是否運(yùn)動(dòng)可分為靜止和運(yùn)動(dòng)兩大類。組成河床靜止不動(dòng)的泥沙稱為床沙。運(yùn)動(dòng)的泥沙又分為推移質(zhì)和懸移質(zhì)兩類，兩者共同構(gòu)成河流輸沙的總體。河流泥沙的分類推移質(zhì)是指沿河床附近滾動(dòng)、滑動(dòng)或跳躍運(yùn)動(dòng)的泥沙。推移質(zhì)泥沙的運(yùn)動(dòng)特征是：走走停停，時(shí)快時(shí)慢，運(yùn)動(dòng)速度遠(yuǎn)慢于水流；顆粒愈大，停的時(shí)間愈長(zhǎng)，走的時(shí)間愈短，運(yùn)動(dòng)的速度愈慢。推移質(zhì)的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)完全取決于當(dāng)?shù)氐乃鳁l件。更進(jìn)一步地，推移質(zhì)又可劃分為沙質(zhì)推移質(zhì)和卵石推移質(zhì)兩類。河流泥沙的分類河流泥沙的分類泥沙的起動(dòng)、揚(yáng)動(dòng)和止動(dòng)起動(dòng)流速:當(dāng)接近河底的水流流速增加到一定數(shù)值時(shí)，作用于泥沙顆粒的力開始失去平衡，泥沙開始起動(dòng)的臨界流速。揚(yáng)動(dòng)流速：當(dāng)流速增大到一定程度后，泥沙懸浮在水中，隨水流一起運(yùn)動(dòng)的速度。止動(dòng)流速：當(dāng)流速減小到某數(shù)值時(shí)，運(yùn)動(dòng)著的泥沙便降落在床面而停止不動(dòng)，此時(shí)的臨界速度為止動(dòng)流速。

起動(dòng)流速>止動(dòng)流速泥沙顆粒越細(xì)，差值越大。一般為1.2-1.4倍。河流泥沙的分類沙波運(yùn)動(dòng)是天然河流中推移質(zhì)集體運(yùn)動(dòng)的一種主要形式。當(dāng)推移質(zhì)運(yùn)動(dòng)達(dá)到一定的規(guī)模時(shí)，河床表面便會(huì)形成波狀起伏并向下游移動(dòng)。這種泥沙顆粒在床面的集體運(yùn)動(dòng)，稱為沙波運(yùn)動(dòng)。懸移質(zhì)是指隨水流浮游前進(jìn)的泥沙。這種泥沙的運(yùn)動(dòng)，有賴于水流中的紊動(dòng)渦旋所挾持，在整個(gè)水體空間里自由運(yùn)動(dòng)，時(shí)而上升，時(shí)而下降，其運(yùn)動(dòng)狀態(tài)具有隨機(jī)性質(zhì)，其運(yùn)動(dòng)速度與水流基本相同。河流泥沙的分類幾何特性泥沙的幾何特性指泥沙顆粒的形狀、粒徑及其組成?？山频匾暈榍蝮w或橢球體泥沙粒徑的求法：對(duì)于較大顆粒的卵石、礫石，可以通過(guò)稱重求其等容粒徑。所謂等容粒徑，就是體積V與泥沙顆粒體積相等的球體的直徑，河流泥沙的基本特性對(duì)于較細(xì)顆粒的泥沙，通常采取篩分析法或沉降分析法求其粒徑。篩析法的作法是，將孔徑不同的公制標(biāo)準(zhǔn)篩，按孔徑上大下小原則疊置在一起，放在振動(dòng)機(jī)上，將沙樣倒在最上一級(jí)篩上，把經(jīng)振動(dòng)后恰通過(guò)的篩孔孔徑作為該顆粒的粒徑，并稱此粒徑為篩徑。采用沉降法求其粒徑并稱為沉降粒徑，其原理是，通過(guò)測(cè)量沙粒在靜水中的沉降速度，按照粒徑與沉速的關(guān)系式反算出粒徑。河流泥沙的基本特性河流泥沙的基本特性據(jù)此粒配曲線，可反映沙樣粒徑的粗細(xì)及其組成的均勻性。Ⅰ、Ⅱ兩組沙樣相比較，沙樣Ⅰ的組成要粗些、均勻些；沙樣Ⅱ的組成要細(xì)些、不均勻些可以中值粒徑d50

作為沙樣的代表粒徑重力特性1．泥沙的容重與密度泥沙顆粒實(shí)有重量與實(shí)有體積的比值，稱為泥沙的容重γS，單位為N／m3。泥沙顆粒實(shí)有質(zhì)量與實(shí)有體積的比值，稱為泥沙的密度ρs

，單位為t／m3或kg／m3。泥沙的容重γS與密度ρs的關(guān)系：γS=ρs.g。這里g為重力加速度。泥沙密度常取ρs

=2.65t/m3=2650kg／m3河流泥沙的基本特性由于河流泥沙處在水中運(yùn)動(dòng)，其實(shí)際容重應(yīng)為（γS-γ），因此在工作中，常采用有效容重系數(shù)a表示其重力特性。

a==其中γ、ρ分別為水的容重和密度。河流泥沙的基本特性2．泥沙的干容重與干密度沙樣經(jīng)100～105℃溫度烘干后，其重量與原狀沙樣整個(gè)體積的比值，稱為泥沙的干容重γ，，單位為N／m3。其質(zhì)量與原狀沙樣整個(gè)體積的比值，稱為泥沙的干密度ρ,

，單位為t／m3或kg／m3。，干密度ρ,與干容重γ，的關(guān)系：ρ=γ，/g。研究泥沙干容重的理論意義在于，在河床沖淤變化分析中，沖淤泥沙的重量G與體積V的關(guān)系，需通過(guò)干容重γ，換算，即G=γ，V河流泥沙的基本特性沉降特性泥沙在水中下沉?xí)r的狀態(tài)及其沉降速度。泥沙沉速的定義為，泥沙在靜止的清水中等速下沉?xí)r的速度。泥沙沉速常用符號(hào)v表示，單位cm/s。式中，Cd為阻力系數(shù)，與沙粒雷諾數(shù)Red有關(guān)，Red=vd/ν，其中

為水的運(yùn)動(dòng)粘滯性系數(shù)，v、d分別為泥沙的沉速和粒徑。Cd由試驗(yàn)確定。河流泥沙的基本特性一、推移質(zhì)運(yùn)動(dòng)1.泥沙的起動(dòng)流速設(shè)想床面為泥沙組成且具有一定厚度，在這種水槽中施放水流，使水流的速度由小到大逐漸增加，直到使床面泥沙(床沙)由靜止轉(zhuǎn)入運(yùn)動(dòng)，這種現(xiàn)象稱為泥沙的起動(dòng)。泥沙顆粒由靜止?fàn)顟B(tài)變?yōu)檫\(yùn)動(dòng)狀態(tài)的臨界水流條件，稱為泥沙的起動(dòng)條件。泥沙的起動(dòng)條件常用起動(dòng)流速Uc表示，它相當(dāng)于床面泥沙開始起動(dòng)時(shí)的水流平均流速U。河流泥沙的運(yùn)動(dòng)一、推移質(zhì)運(yùn)動(dòng)1.泥沙的起動(dòng)流速對(duì)于天然沙，起動(dòng)流速常由沙莫夫公式計(jì)算：Uc

=4.6h為水深。適用范圍：d>0.15~0.2mm。泥沙的起動(dòng)流速是關(guān)系到河床沖刷狀態(tài)的重要判據(jù)。河流泥沙的運(yùn)動(dòng)一、推移質(zhì)運(yùn)動(dòng)1.泥沙的起動(dòng)流速例：已知某水庫(kù)下游河段河床沙質(zhì)組成，河寬B=200m,過(guò)水面積A=500m2，床沙平均粒徑d=5.5mm,問當(dāng)水庫(kù)下泄流量Q=500m3/s時(shí),河床會(huì)否發(fā)生沖刷？可能沖深多少？河流泥沙的運(yùn)動(dòng)解：（1）判斷河床會(huì)否發(fā)生沖刷？

V=Q/A=500/500=1.0m/s

H=500/200=2.5m由沙莫夫公式Vc

=4.6d1/3H1/6

=4.6×（5.5×10-3）1/3×2.51/6=0.946m/s∵V>Vc

，

∴河床會(huì)發(fā)生沖刷。（2）當(dāng)沖刷停止時(shí)，求河床沖深ΔH=？當(dāng)V，=V，c時(shí)，即

Q/BH，=4.6d1/3H，1/6∴

H，

=6/7=6/7=2.62m故知，河床可能沖深：ΔH=H，-H=2.62-2.5=0.12m.河流泥沙的運(yùn)動(dòng)一、推移質(zhì)運(yùn)動(dòng)2.沙波運(yùn)動(dòng)當(dāng)推移質(zhì)泥沙運(yùn)動(dòng)達(dá)到一定程度時(shí)，河床表面就會(huì)出現(xiàn)起伏不平但又看似規(guī)則的波浪狀形態(tài)，稱之為沙波。河流泥沙的運(yùn)動(dòng)沙波縱剖面形態(tài)

一、推移質(zhì)運(yùn)動(dòng)2.沙波運(yùn)動(dòng)當(dāng)推移質(zhì)泥沙運(yùn)動(dòng)達(dá)到一定程度時(shí)，河床表面就會(huì)出現(xiàn)起伏不平但又看似規(guī)則的波浪狀形態(tài)，稱之為沙波。河流泥沙的運(yùn)動(dòng)沙波附近水流泥沙運(yùn)動(dòng)一、推移質(zhì)運(yùn)動(dòng)3.推移質(zhì)輸沙率在一定水力、泥沙條件下，單位時(shí)間內(nèi)通過(guò)過(guò)水?dāng)嗝娴耐埔瀑|(zhì)數(shù)量稱為推移質(zhì)輸沙率，用Gb表示，單位為kg／s或t／s。由于河道沿河寬方向的水流條件變化很大，單位時(shí)間通過(guò)不同部位的推移質(zhì)數(shù)量往往差別懸殊，故在實(shí)踐中常用單寬推移質(zhì)輸沙率gb表示，單位kg／m·s或者t／m·s。河流泥沙的運(yùn)動(dòng)一、推移質(zhì)運(yùn)動(dòng)3.推移質(zhì)輸沙率單寬推移質(zhì)輸沙率的一般計(jì)算公式如下：

gb

為單寬推移質(zhì)輸沙率；

為泥沙密度；d為泥沙粒徑；h為水深；U為垂線平均流速；Uc為泥沙起動(dòng)流速；

為綜合系數(shù)，n、m為待定指數(shù)，可據(jù)實(shí)測(cè)資料反求。公式單位為kg、m、s。河流泥沙的運(yùn)動(dòng)二、懸移質(zhì)運(yùn)動(dòng)懸移質(zhì)在水流中的運(yùn)動(dòng)，跟隨著水流中的紊動(dòng)渦體，時(shí)升時(shí)降，時(shí)快時(shí)慢，時(shí)而接近水面，時(shí)而觸及河床，具有隨機(jī)性質(zhì)，運(yùn)動(dòng)跡線連續(xù)而不規(guī)則。天然河流中的懸移質(zhì)的泥沙組成，往往很細(xì)、很不均勻。與山區(qū)河流相比較，平原河流的懸移質(zhì)泥沙更細(xì)、更不均勻。一般說(shuō)來(lái)，河流愈往下游，懸移質(zhì)的泥沙組成愈細(xì)、愈不均勻。河流泥沙的運(yùn)動(dòng)二、懸移質(zhì)運(yùn)動(dòng)河水挾帶懸移質(zhì)泥沙的多少，通常用含沙量表示。它是指單位體積渾水中的泥沙所占質(zhì)量，常用符號(hào)S表示，單位kg/m3。天然河流的含沙量，不同的河流不同，同一河流不同的河段不同，同一河流、同一河段不同的時(shí)間不同，比如汛期的含沙量就比枯水季節(jié)的要大。懸移質(zhì)含沙量沿垂線的分布特征是“上小下大”或“上稀下濃”。也就是說(shuō)，河流含沙量沿垂線自水面向河底逐漸增大，愈接近河底，含沙量愈大。河流泥沙的運(yùn)動(dòng)三、懸移質(zhì)水流挾沙力當(dāng)上游來(lái)沙量大于當(dāng)?shù)厮鲯渡沉r(shí)，這種情況稱之為挾沙過(guò)飽和或超飽和，反之，則稱之為次飽和或欠飽和。若水流挾沙超飽和，河床將發(fā)生淤積，河床淤積抬高之后，過(guò)水?dāng)嗝鏈p小，流速增大，水流挾沙能力隨之提高，當(dāng)水流挾沙力提高到與來(lái)沙量相當(dāng)時(shí)，水流輸沙達(dá)到平衡或飽和狀態(tài)，河床淤積停止。反之亦然。這就是沖積河流中河床與水流的“自動(dòng)調(diào)整作用”的基本概念。河流泥沙的運(yùn)動(dòng)受地形氣候影響，我國(guó)不同地理位置河流的徑流、泥沙特征差異很大。一般來(lái)說(shuō)，北方地區(qū)的河流，水少沙多，而南方地區(qū)的河流，則水多沙少。從泥沙方面講，北方河流的含沙量，特別是黃河中游干、支流，年平均含沙量有些高達(dá)300kg/m3以上，汛期最大實(shí)測(cè)含沙量竟達(dá)1500kg/m3以上；而南方的一些河流，年平均含沙量常不足1kg/m3。這種極不均衡的分布狀態(tài)，是與我國(guó)各地區(qū)的水土流失程度緊密相關(guān)的。概況河

流測(cè)

站集水面積(km2)水

量沙

量流量（m3/s）徑流量（10）含沙量(kg/m3)輸沙量（104t）輸沙量模數(shù)［t/(km2.a］松花江哈爾濱39052611903760.16168017.4黃

河陜

縣三門峽花園口利

津687869688421730036751869135012801470137042640446443136.9033.1027.9025.60157000134000129000110000229017701470渭

河華

縣10649827285.849.30423003970淮

河蚌埠1213307882490.4501260104長(zhǎng)

江宜

昌漢

口大

通1005501148803617053831430023400289004510739291101.1800.6100.530514004300046800512289274金沙江屏

山485099460014511.67024000495岷

江高

場(chǎng)13537828408960.5604950366嘉陵江北

碚15614221106662.340157001010湘

江湘潭8163820406440.1801140139漢

江黃家港9521710403290.037121(1060)贛

江外

洲8094820906600.1701110137閩

江竹

歧5450017505530.140740136瀾滄江允景洪13794818105701.2807360528概況中國(guó)主要河流多年平均水沙特征值統(tǒng)計(jì)表1.水少沙多黃河多年平均徑流量580億m3，僅占全國(guó)河川徑流量的2%，約相當(dāng)于長(zhǎng)江的1/17；多年平均輸沙量16億噸，是長(zhǎng)江的3倍；平均含沙量（三門峽水文站）35kg/m3，約是長(zhǎng)江（宜昌水文站）的30倍。與世界其他多泥沙河流相比，其總沙量之多，含沙量之高，也是絕無(wú)僅有的。

黃河泥沙的主要特點(diǎn)2.水沙異源黃河的水量主要來(lái)自上游，而沙量則集中來(lái)自于中游。蘭州以上控制流域面積占花園口以上流域面積的30%，水量占56%，沙量極少。黃河沙量的90%來(lái)

自中游河口鎮(zhèn)至三門峽區(qū)間。其中河口鎮(zhèn)至龍門區(qū)間，年輸沙量占全河總輸沙量的56%。黃河泥沙的主要特點(diǎn)3.水土流失嚴(yán)重黃河流經(jīng)的黃土高原，面積約為64萬(wàn)km2，而水土流失面積達(dá)45.4萬(wàn)km2，占總面積的71％。其中，侵蝕模數(shù)大于8000t／(km2.a)的極強(qiáng)度水蝕面積占全國(guó)同類面積的64％；侵蝕模數(shù)大于15000t／(km2.a)的劇烈水蝕面積約占全國(guó)同類面積的90％。黃河泥沙的主要特點(diǎn)4.年內(nèi)、年際分布不均黃河水沙年內(nèi)、年際分配很不均勻。年內(nèi)85%的泥沙和60%的水量產(chǎn)自汛期。年內(nèi)最大月平均輸沙量一般出現(xiàn)在7、8月份，干流站可占年輸沙量的50%左右，支流站占年輸沙量的70%以上。從輸沙量的年際變化看，干流站最大、最小年輸沙量變幅在5倍以上，而支流站的變幅則更大。黃河泥沙的主要特點(diǎn)5.黃河下游河道淤積抬高黃河下游河道多年來(lái)持續(xù)淤積抬高，目前已成為著名的“地上懸河”。河床灘面一般高出背河地面4～6m，高的地方達(dá)10m以上。這種“地上懸河”形勢(shì)，給黃河下游兩岸防洪帶來(lái)了巨大壓力。黃河泥沙的主要特點(diǎn)6.人類活動(dòng)影響人類活動(dòng)對(duì)黃河水沙影響的表現(xiàn)很多，諸如：修建水庫(kù)，水土保持，引水引沙和調(diào)水調(diào)沙等。自50年代以來(lái)，黃河干流已建和在建水庫(kù)12座，總庫(kù)容已大于黃河天然徑流量，其中尤以龍羊峽、劉家峽、三門峽、小浪底等水庫(kù)對(duì)水沙的調(diào)節(jié)作用顯著。黃河泥沙的主要特點(diǎn)1.含沙量不高，輸沙量大。相對(duì)于多泥沙河流而言，長(zhǎng)江水流含沙量不高，但因其水量豐沛，輸沙量仍然很大。長(zhǎng)江泥沙的主要特點(diǎn)2.沙量主要來(lái)源于上游。由長(zhǎng)江干流主要水文站年均輸沙量沿程變化顯示，宜昌站輸沙量最大。由于沿程部分泥沙淤積于湖泊與河流之中，其下游螺山、漢口、大通等水文站的輸沙量均比宜昌小。長(zhǎng)江泥沙的主要特點(diǎn)3.中下游河勢(shì)相對(duì)穩(wěn)定，沖淤大致平衡，防洪問題突出。長(zhǎng)江中下游河段為沖積性河流，從總體上說(shuō)，河勢(shì)相對(duì)穩(wěn)定，沖淤大致平衡。但部分河段的沖淤變化較大，特別是宜昌～城陵磯～武漢河段。該河段泄洪能力較低，洪水水位高于兩岸地面較多，是長(zhǎng)江防洪的重點(diǎn)河段。

長(zhǎng)江泥沙的主要特點(diǎn)4.江湖相溝通，水沙互影響。長(zhǎng)江中游與洞庭湖、鄱陽(yáng)湖等許多湖泊相溝通，江湖之間的水沙進(jìn)出關(guān)系復(fù)雜，進(jìn)而影響到河道的河床演變以及地區(qū)的防洪安全。長(zhǎng)江泥沙的主要特點(diǎn)5.干支流水庫(kù)影響。長(zhǎng)江流域中上游干、支流修建了大量水庫(kù)，水庫(kù)建成后，勢(shì)必對(duì)下游河道的水沙過(guò)程帶來(lái)一定改變。特別是如三峽水庫(kù)這樣的大型水庫(kù)。長(zhǎng)江泥沙的主要特點(diǎn)水文測(cè)站是進(jìn)行水文觀測(cè)的基層單位。水文站在地區(qū)上的分布網(wǎng)稱水文站網(wǎng)。按測(cè)站的性質(zhì)，水文站可分為基本站、專用站和實(shí)驗(yàn)站三類。基本站是根據(jù)國(guó)民經(jīng)濟(jì)各方面的需要經(jīng)統(tǒng)一規(guī)劃而設(shè)立的。專用站是為某項(xiàng)專門目的或某特定工程的需要而設(shè)立的。實(shí)驗(yàn)站是為了深入研究某種水文現(xiàn)象的變化過(guò)程而設(shè)立的，如徑流實(shí)驗(yàn)站、河床實(shí)驗(yàn)站等。水文站測(cè)驗(yàn)河段應(yīng)河身順直，河床穩(wěn)定，水流集中，便于布設(shè)測(cè)驗(yàn)設(shè)施。在測(cè)驗(yàn)河段上布設(shè)測(cè)驗(yàn)斷面，如圖所示。水文站按用途，測(cè)驗(yàn)斷面可分為基本水尺斷面、測(cè)流斷面和比降斷面?；舅邤嗝嬗脕?lái)進(jìn)行水位觀測(cè)，一般位于測(cè)驗(yàn)河段的中部，與流向大致垂直。測(cè)流斷面用于觀測(cè)流速、流量，可分為流速儀測(cè)流斷面和浮標(biāo)測(cè)流斷面。其中流速儀測(cè)流斷面通常與基本水尺斷面重合；浮標(biāo)測(cè)流斷面又分上、中、下三個(gè)斷面，其中間斷面—般與流速儀測(cè)流斷面重合比降斷面分為上比降斷面和下比降斷面，分別設(shè)立比降水尺，用來(lái)觀測(cè)河流水面縱比降。水文站水位是指河流、湖泊、水庫(kù)等水域的自由水面相對(duì)于某固定基面的高程。水位是水利工程建設(shè)和防汛抗洪斗爭(zhēng)的重要依據(jù)。基面是計(jì)算水位的起點(diǎn)。常用的基面有兩種，即絕對(duì)基面和測(cè)站基面。絕對(duì)基面是以某一海濱地點(diǎn)的海平面為零點(diǎn)，如黃海基面、吳淞基面等。測(cè)站基面是水文站專用的一種固定基面，屬假定基面，可取當(dāng)?shù)貧v年最低水位以下0.5~1.0m處的水面作為測(cè)站基面。水位觀測(cè)觀測(cè)水位常用的設(shè)備有水尺和自記水位計(jì)兩大類。水尺可分為直立式、傾斜式、矮樁式與懸錘式四種。其中以直立式水尺構(gòu)造最簡(jiǎn)單，因其觀測(cè)方便，采用最為普遍。觀測(cè)時(shí)，水面在水尺上的讀數(shù)加上水尺零點(diǎn)的高程，即為當(dāng)時(shí)水面的水位值。自記水位計(jì)能將水位變化的連續(xù)過(guò)程自動(dòng)記錄下來(lái)，具有連續(xù)、完整和節(jié)省人力等優(yōu)點(diǎn)。其種類很多，主要有橫式自記水位計(jì)、電傳自記水位計(jì)、超聲波自記水位計(jì)和水位遙測(cè)計(jì)等。水位觀測(cè)水位實(shí)時(shí)觀測(cè)資料要進(jìn)行整編。整編內(nèi)容包括日平均水位、月平均水位、年平均水位的計(jì)算。常用的計(jì)算方法是算術(shù)平均法。其中日平均水位的計(jì)算，還常用面積包圍法，這種方法是將當(dāng)日0~24h內(nèi)水位過(guò)程線所包圍的面積除以24h的時(shí)間，即可得到日平均水位。水位觀測(cè)流量是每秒鐘通過(guò)河流某一斷面的水量，常用符號(hào)Q表示，單位為m3/s。流量Q等于過(guò)水?dāng)嗝婷娣eA和斷面平均流速U的乘積，即Q=AU因此，流量測(cè)驗(yàn)應(yīng)包括斷面測(cè)量和流速測(cè)驗(yàn)兩方面工作流量測(cè)驗(yàn)1.斷面測(cè)量河道斷面測(cè)量主要包括測(cè)量水深、起點(diǎn)距和水位，如圖所示流量測(cè)驗(yàn)施測(cè)時(shí)，先在斷面上布設(shè)若干條測(cè)深垂線，分別測(cè)得每條垂線的水深H和起點(diǎn)距D，再將施測(cè)的水位減去水深，即得各測(cè)深垂線處的河底高程，據(jù)此可繪出過(guò)水?dāng)嗝鎴D并算得斷面面積A。

測(cè)量水深的方法，通常采用測(cè)深桿、測(cè)深錘(或鉛魚)，或回聲測(cè)深儀等器具施測(cè)。測(cè)深桿測(cè)深精度較高，適于水深小于5m、流速小于3.0m／s的河段；測(cè)深錘(或鉛魚)可用于流速、水深較大的河段；回聲測(cè)深儀則廣泛應(yīng)用于水深較大、含沙量不是很高的河段。流量測(cè)驗(yàn)起點(diǎn)距是指斷面上測(cè)深垂線到斷面起點(diǎn)樁的水平距離。起點(diǎn)距可用斷面索法和儀器交會(huì)法測(cè)定。斷面索法是利用架設(shè)在橫斷面上空的鋼絲纜索，纜索上系好表示起點(diǎn)距的標(biāo)志，據(jù)此可直接讀得各測(cè)深垂線的起點(diǎn)距流量測(cè)驗(yàn)斷面索法示意圖儀器測(cè)角交會(huì)法包括經(jīng)緯儀前方交會(huì)法和六分儀后方交會(huì)法等方法。其原理是根據(jù)測(cè)量的方向角φ和巳知的基線長(zhǎng)度L，算出測(cè)深垂線所在位置的起點(diǎn)距D，流量測(cè)驗(yàn)測(cè)角交會(huì)法示意圖2.流速測(cè)驗(yàn)流速測(cè)驗(yàn)就是利用流速儀測(cè)定水流中任意位置沿流向的水平流速。我國(guó)的流速儀主要有旋杯式和旋槳式兩類，流量測(cè)驗(yàn)旋杯式流速儀(LS68-2型)旋漿式流速儀(LS25-1型)對(duì)于某一測(cè)點(diǎn)，記下儀器的總轉(zhuǎn)數(shù)N和測(cè)速歷時(shí)T，即可求得轉(zhuǎn)速n＝N／T，再據(jù)實(shí)驗(yàn)率定的流速儀的轉(zhuǎn)速n與流速v的關(guān)系，便可算出測(cè)點(diǎn)流速v。流速儀測(cè)速時(shí)必須在斷面上布設(shè)測(cè)速垂線和測(cè)點(diǎn)，以測(cè)量斷面積和流速。測(cè)速垂線的數(shù)目根據(jù)水面寬度大小而定，水面較寬時(shí)，測(cè)速垂線數(shù)目應(yīng)適當(dāng)增加。每條垂線的測(cè)點(diǎn)數(shù)目，需根據(jù)水深和測(cè)驗(yàn)精度要求而定。生產(chǎn)上，垂線測(cè)點(diǎn)數(shù)目常見有一點(diǎn)、二點(diǎn)、三點(diǎn)、五點(diǎn)等等。流量測(cè)驗(yàn)河流泥沙測(cè)驗(yàn)，就是對(duì)天然河流泥沙進(jìn)行直接觀測(cè)，為分析研究工作和河流工程規(guī)劃設(shè)計(jì)搜集基本資料。河流中的泥沙，按其運(yùn)動(dòng)屬性有懸移質(zhì)、推移質(zhì)和床沙三類。這三類泥沙的運(yùn)動(dòng)學(xué)特性不同，故其測(cè)驗(yàn)及計(jì)算方法也不同。河流泥沙測(cè)驗(yàn)1.含沙量測(cè)驗(yàn)懸移質(zhì)泥沙測(cè)驗(yàn)橫式懸移質(zhì)采樣器含沙量是指單位體積水樣中所含泥沙的質(zhì)量，即s=Ms/V式中：s為含沙量（kg/m3）；Ms為水樣中干沙的質(zhì)量（kg）；V為水樣的體積（m3）

2.輸沙率測(cè)驗(yàn)單位時(shí)間內(nèi)通過(guò)測(cè)驗(yàn)斷面的懸移質(zhì)質(zhì)量，稱為斷面懸移質(zhì)輸沙率，常用符號(hào)Gs表示，單位為t/s或kg/s。斷面懸移質(zhì)輸沙率的測(cè)算依據(jù)是實(shí)測(cè)流速及含沙量。由于斷面內(nèi)各點(diǎn)含沙量不同，因此輸沙率測(cè)驗(yàn)和流量測(cè)驗(yàn)相似，也需在斷面上布設(shè)一定數(shù)量的測(cè)沙垂線，通過(guò)測(cè)定各垂線、各測(cè)點(diǎn)的流速及含沙量，計(jì)算垂線平均流速及垂線平均含沙量，然后計(jì)算部分流量及部分輸沙率，對(duì)各部分輸沙率求和即得斷面輸沙率Gs。在求得斷面懸移質(zhì)輸沙率Gs后，除以斷面流量Q，即可得到斷面平均含沙量。S=Gs/Q

懸移質(zhì)泥沙測(cè)驗(yàn)推移質(zhì)的取樣方法，是將采樣器放到河底直接采集推移質(zhì)沙樣。由于推移質(zhì)粒徑差別很大，故常將推移質(zhì)泥沙分為沙質(zhì)推移質(zhì)和卵石推移質(zhì)兩類。相應(yīng)地，推移質(zhì)采樣器可分為沙質(zhì)推移質(zhì)采樣器和卵石推移質(zhì)采樣器兩類。推移質(zhì)泥沙測(cè)驗(yàn)

卵石推移質(zhì)采樣器沙質(zhì)推移質(zhì)采樣器（黃河59型）

在天然河道尤其是大江大河中施測(cè)推移質(zhì)，是一件絕非易事的工作。床沙是在特定的水流泥沙條件下所形成的河床物質(zhì)。床沙測(cè)驗(yàn)的基本工作是，采取測(cè)驗(yàn)河段河床上的沙樣，并進(jìn)行顆粒分析，繪出顆粒級(jí)配曲線。床沙測(cè)驗(yàn)河道地形資料通常是指以等高線表示的地形圖。河道地形可分為岸上地形與水下地形兩部分。岸上地形一般測(cè)至河道兩側(cè)的堤防，施測(cè)方法與陸上地形測(cè)量相同。水下地形是指水面以下部分的河床地形，雖其施測(cè)原理與陸上地形基本相同，但因水下地形復(fù)雜而不便觀察，且需利用船只在水面上進(jìn)行探測(cè)。河道地形觀測(cè)一、控制網(wǎng)的布設(shè)河道測(cè)量時(shí)，首先需沿河道布設(shè)平面和高程控制網(wǎng)，以作為地形測(cè)量的依據(jù)。平面控制通常是沿河流兩岸布設(shè)小三角鎖或?qū)Ь€并與國(guó)家控制點(diǎn)相連接。高程控制需視河道尺度與測(cè)量精度要求，以國(guó)家水準(zhǔn)點(diǎn)為起始點(diǎn)，沿河布沒所需等級(jí)的高程控制網(wǎng)，以作為高程的基本控制。河道地形觀測(cè)二、測(cè)深斷面與測(cè)深點(diǎn)布置

在水下地形測(cè)量中，不可能像陸上地形測(cè)量那樣，可人為地選擇特征地形點(diǎn)作為碎部點(diǎn)，而一般只能按均勻分布的原則布設(shè)測(cè)深斷面和測(cè)深點(diǎn)。施測(cè)時(shí)，在垂直于河流流向每間隔一定距離布設(shè)測(cè)深斷面，在每個(gè)測(cè)深斷面延長(zhǎng)方向的兩岸上豎立斷面標(biāo)桿，測(cè)船以斷面標(biāo)桿為目標(biāo)沿?cái)嗝嫘旭偅扛粢欢ň嚯x測(cè)定一個(gè)水深，與此同時(shí)，用經(jīng)緯儀或六分儀交會(huì)法，或GPS定位法，測(cè)定相應(yīng)測(cè)深點(diǎn)的平面位置。

河道地形觀測(cè)三、測(cè)深點(diǎn)水深、高程與水位觀測(cè)河道水深測(cè)量有使用測(cè)深桿、測(cè)深錘或回聲測(cè)深儀等多種測(cè)量方法。測(cè)深桿一般適用于水深在5m以內(nèi)的淺水區(qū)，測(cè)深錘可用于水深在10m以內(nèi)的河道。在水深流急的河流，廣泛采用回聲測(cè)深儀即利用聲波在水中傳播的原理測(cè)定水深。河道地形觀測(cè)由于河流水面總有一定的縱比降，因而不同斷面的水位不同，這就需要根據(jù)所觀測(cè)河段的己知斷面水位，按水面比降及斷面間距推算出各測(cè)深斷面的水位。從長(zhǎng)時(shí)段的歷史演進(jìn)說(shuō)來(lái)，如果河道水流的輸沙能力與上游來(lái)沙量?jī)烧呦嗟?，則在這種情況下發(fā)育的河流，可稱為均衡河流。嚴(yán)格說(shuō)來(lái)，在自然界是不存在的。在地貌學(xué)領(lǐng)域，河流發(fā)育和水系形成的時(shí)間尺度一般是以地質(zhì)年代計(jì)。一條完整的河流水系，從初生到趨向成熟，是在漫長(zhǎng)的地質(zhì)歷史中所緩慢形成的。一、河流的一般歷史形成過(guò)程

河流在原生階段，其剖面是由于地殼隆起而產(chǎn)生的一系列斷層階梯。這種階梯面很早以前曾是海底世界，現(xiàn)在隆起后暴露出來(lái)經(jīng)歷著流水的侵蝕。河床縱向呈階梯狀，由急流瀑布和湖泊洼地組成。地表徑流挾帶泥沙匯集于溝道和湖泊洼地，并沿初生河槽從高處向低處流動(dòng)，直至導(dǎo)流入海。一、河流的一般歷史形成過(guò)程

圖(a）表示在陸面上受近代地殼活動(dòng)的地形控制而形成的一條河流，水流在階梯狀瀑布中，強(qiáng)烈地磨蝕著基巖河床，此時(shí)的河流發(fā)育屬于幼年期階段。一、河流的一般歷史形成過(guò)程

(a)隨著流水侵蝕的均夷作用的進(jìn)行，湖泊、沼澤消失，峽谷加深，支谷延展，河床坡降逐漸減緩，(圖(b))，河流發(fā)育處于青年時(shí)期。一、河流的一般歷史形成過(guò)程

(b)往后，泛濫平原逐漸發(fā)育，河谷進(jìn)一步拓寬，干流顯現(xiàn)均衡河流特征，河流發(fā)育接近壯年期階段(圖(c))。一、河流的一般歷史形成過(guò)程

(c)隨著側(cè)蝕的不斷進(jìn)行，泛濫平原帶寬擴(kuò)大，形成沖積性準(zhǔn)平原，曲流河型形成，河流地貌發(fā)育進(jìn)入相對(duì)成熟期或稱老年期(圖(d))。一、河流的一般歷史形成過(guò)程

(d)山區(qū)河流流經(jīng)地勢(shì)高峻、地形復(fù)雜的山區(qū)。它的形成和發(fā)展，一方面與地殼構(gòu)造運(yùn)動(dòng)的內(nèi)動(dòng)力作用密切相關(guān)，另一方面受以水流侵蝕作用為主的外動(dòng)力作用的影響。山區(qū)河流的河床，一般是在漫長(zhǎng)的歷史過(guò)程中，由水流不斷地縱向切割和橫向拓寬而逐步發(fā)展形成的。山區(qū)河流發(fā)育過(guò)程中一般以下切為主。河谷斷面多呈V字形或U字形。二、山區(qū)河流的形成過(guò)程與形態(tài)特征山區(qū)河流的河谷中往往呈現(xiàn)出階梯式地形稱之為階地。階地實(shí)際上是河流在發(fā)育過(guò)程中被遺棄的老河漫灘，它可以反映流域范圍內(nèi)的古氣候變遷、新構(gòu)造運(yùn)動(dòng)以及河流侵蝕基準(zhǔn)面的升降。二、山區(qū)河流的形成過(guò)程與形態(tài)特征階地形態(tài)示意圖①--階地面，②--階坡，③--前緣，④--后緣，⑤--坡腳山區(qū)河流的河床縱剖面十分陡峻，急灘深潭上下交替，床面起伏很大。有的局部河段床面起伏競(jìng)達(dá)30~40m或更多。長(zhǎng)江在三峽出口處，在2.3km長(zhǎng)度內(nèi)，河床高程由-45m升至+15m。圖為川江重慶至三斗坪河段河床深泓縱剖面。二、山區(qū)河流的形成過(guò)程與形態(tài)特征河流從山區(qū)進(jìn)入平原以后，泥沙大量停積，形成錐形沖積錐或廣闊的沖積扇。沖積錐或沖積扇的形態(tài)及其演變特點(diǎn)，干旱地區(qū)與濕潤(rùn)地區(qū)有所不同。三、平原河流的形成過(guò)程與形態(tài)特征干旱地區(qū)的河流，徑流量較小，所攜帶的固體物質(zhì)不是很多，出山口后所形成的沖積錐范圍一般不是很大。常見兩種沖積錐形式：一種是出山后泥沙立刻散開形成沖積錐，如圖（a）；另一種是水流在老的沖積錐上切割出一個(gè)深槽，水和泥沙沿著深槽下泄，在老沖積錐的下部才出槽漫流，形成一個(gè)新的沖積錐，如圖（b）。三、平原河流的形成過(guò)程與形態(tài)特征濕潤(rùn)地區(qū)的河流，水流豐沛，水流挾帶的固體物質(zhì)很多，出山口后所形成的沖積扇范圍一般很大。如黃河下游的沖積扇。三、平原河流的形成過(guò)程與形態(tài)特征黃河下游沖積扇平原河流流經(jīng)地勢(shì)平坦、土質(zhì)疏松的平原地區(qū)。其顯著特點(diǎn)是，具有深厚的沖積層、寬廣的河漫灘和眾多的成型堆積體。三、平原河流的形成過(guò)程與形態(tài)特征河漫灘在洪水季節(jié)淹沒，中枯水時(shí)露出水面。若無(wú)堤防約束，洪水漫灘后，淹及范圍寬廣，由于過(guò)水?dāng)嗝嬖龃螅魉俳档停嗌陈溆伲斐蔀┟娓叱讨鹉晏Ц?。河漫灘在發(fā)育過(guò)程中逐漸形成一系列弧形自然堤及洼地，總稱鬃崗地形。圖為湄公河支流南繆河彎道河漫灘上的鬃崗地形。三、平原河流的形成過(guò)程與形態(tài)特征隨著時(shí)間的推移，有些河流的河漫灘的發(fā)展消長(zhǎng)速度很快，原為主河槽的位置可能變?yōu)闉┑兀瓰楹訛┑奈恢每赡茏優(yōu)橹骱硬?。例如我?guó)黃河潼關(guān)以上的北干流，在歷史上就不斷橫掃秦晉兩省的灘地，時(shí)爾東瀕山西，時(shí)而西臨陜西，如圖所示。人們把這種現(xiàn)象稱之為“十年河?xùn)|，十年河西”。三、平原河流的形成過(guò)程與形態(tài)特征成型堆積體是沖積河流中各種形式的大尺度沙丘的統(tǒng)稱。它們包括邊灘、江心灘、江心洲，以及邊灘與邊灘，或邊灘與心灘之間的沙埂等等，如圖所示。這些成型堆積體，在水流的作用下，處于不斷移動(dòng)變化過(guò)程中。

三、平原河流的形成過(guò)程與形態(tài)特征河道中泥沙成型堆積體1--邊灘；2—淺灘；3—沙嘴；4—江心灘；5—江心洲平原河流的平面形態(tài)，可概括為順直、彎曲、分汊和散亂四類。與之相應(yīng)的橫斷面形態(tài)，可概括為拋物線形、不對(duì)稱三角形、馬鞍形和多汊形等四類，如圖所示。河床縱剖面雖無(wú)明顯折點(diǎn)，但因深槽、淺灘交替，也非呈光滑曲線，而是有一定起伏的波狀曲線，其平均縱比降一般比較平緩。三、平原河流的形成過(guò)程與形態(tài)特征平原河流的橫斷面(a)順直段(b)分汊段

(c)彎曲段

(d)散亂段

河流是水流與河床相互作用的產(chǎn)物。水流與河床，二者相互制約，互為因果。水流作用于河床，使河床發(fā)生變化；河床反作用于水流，影響水流的特性。循環(huán)往復(fù)，變化無(wú)窮，這就是河床演變。水流與河床之間相互作用的紐帶—泥沙運(yùn)動(dòng)。泥沙有時(shí)因水流運(yùn)動(dòng)強(qiáng)度減弱而為河床的組成部分，有時(shí)又因水流運(yùn)動(dòng)強(qiáng)度的增強(qiáng)而成為水流的組成部分。換句話說(shuō)，河床的淤積抬高或沖刷降低，是通過(guò)泥沙運(yùn)動(dòng)來(lái)達(dá)到和體現(xiàn)的。因此，研究河床演變的核心問題，歸根結(jié)底，還是關(guān)于泥沙運(yùn)動(dòng)的基本規(guī)律問題。河床演變是輸沙不平衡的直接后果。第二節(jié)河床演變的基本原理沖積河流的河床演變現(xiàn)象分為以下幾類：（1）按河床演變的時(shí)間特征，可分為長(zhǎng)期變形和短期變形。如由河底沙波運(yùn)動(dòng)引起的河床變形歷時(shí)不過(guò)數(shù)小時(shí)以至數(shù)天；蛇曲狀的彎曲河流，經(jīng)裁直之后再度向彎曲發(fā)展，歷時(shí)可能長(zhǎng)達(dá)數(shù)十年、百年之久。（2）按河床演變的空間特征，可分為整體變形和局部變形。整體變形一般系指大范圍的變形，如黃河下游的河床抬升遍及幾百km的河床；而局部變形則一般指發(fā)生在范圍不大的區(qū)域內(nèi)的變形，如淺灘河段的汛期淤積，丁壩壩頭的局部沖刷等。一、河床演變分類（3）按河床演變形式特征，可分為縱向變形、橫向變形與平面變形?？v向變形是河床沿縱深方向發(fā)生的變形，如壩上游的沿程淤積和壩下游的沿程沖刷；橫向變形是河床在與流向垂直的兩側(cè)方向發(fā)生的變形，如彎道的凹岸沖刷與凸岸淤積；平面變形是指從空中俯瞰河道發(fā)生的平面變化，如蜿蜒型河段的河彎在平面上的緩慢向下游蠕動(dòng)。（4）按河床演變的方向性特征，可分為單向變形和復(fù)歸性變形。河道在較長(zhǎng)時(shí)期內(nèi)沿著某一方向發(fā)生的變化如單向沖刷或淤積稱為單向變形，如修建水庫(kù)后較長(zhǎng)時(shí)期內(nèi)的庫(kù)區(qū)淤積以及下游河道的沿程沖刷；而河道有規(guī)律的交替變化現(xiàn)象則稱為復(fù)歸性變形，如過(guò)渡段淺灘的汛期淤積、汛后沖刷，分汊河段的主汊發(fā)展、支汊衰退的周期性變化等。（5）按河床演變是否受人類活動(dòng)干擾劃分。一、河床演變分類影響河床演變的主要因素，可概括為進(jìn)口條件、出口條件及河床周界條件三個(gè)方面。進(jìn)口條件主要包括：河段上游的來(lái)水量及其變化過(guò)程；河段上游的來(lái)沙量、來(lái)沙組成及其變化過(guò)程。出口條件主要是出口處的侵蝕基點(diǎn)條件。通常是指控制河流出口水面高程的各種水面（如河面、湖面、海面等）。在特定的來(lái)水來(lái)沙條件下，侵蝕基點(diǎn)高程的不同，河流縱剖面的形態(tài)及其變化過(guò)程會(huì)有明顯的差異。河床周界條件泛指河流所在地區(qū)的地理、地質(zhì)地貌條件，包括河谷比降、河谷寬度、河底河岸的土層組成等。二、影響河床演變的主要因素現(xiàn)階段常用的幾種分析途經(jīng)如下：（1）天然河道實(shí)測(cè)資料分析；（2）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；（3）運(yùn)用模型試驗(yàn)的基本理論，通過(guò)河工模型試驗(yàn)，對(duì)河床演變進(jìn)行預(yù)測(cè)；（4）利用條件相似河段的資料進(jìn)行類比分析。三、河床演變的分析方法平原河流的河型，按其平面形式可分為四種基本類型：順直型，蜿蜒型，分汊型及游蕩型。不同類型的河段，其形態(tài)特點(diǎn)與演變規(guī)律不同。第三節(jié)

河床演變的基本規(guī)律這種河型的特點(diǎn)是：河身較順直；犬牙交錯(cuò)狀邊灘分布于河道兩側(cè)，并在洪水期向下游緩緩移動(dòng)；深槽與邊灘相對(duì)；上、下深槽之間存在沙脊，在通航河段稱之為淺灘。一、順直型河段蜿蜒型河段是沖積平原河流中最常見的一種河型，在我國(guó)分布甚廣，如“九曲回腸”的長(zhǎng)江下荊江河段(圖)、渭河下游和漢江下游河段等，都是典型的蜿蜒型河段。蜿蜒型河段的平面形態(tài)，由一系列正反相間的彎道和介乎其間的過(guò)渡段連接而成。二、蜿蜒型河段蜿蜒型河段的平面形態(tài)，由一系列正反相間的彎道和介乎其間的過(guò)渡段連接而成。圖為一彎曲河段示意圖。岸線凹進(jìn)一側(cè)的河岸稱為凹岸，凸出一側(cè)的河岸稱為凸岸。彎道段靠凹岸一側(cè)為深槽，凸出一側(cè)為邊灘。過(guò)渡段中部河床隆起，在通航河道常因礙航而被稱為淺灘。蜿蜒型河段的河床縱剖面形態(tài)呈上下起伏狀態(tài)，深槽處水深最大，淺灘處水深最小。蜿蜒型河段從整體看處在不斷演變之中。從平面變化看，隨著凹岸沖刷和凸岸淤長(zhǎng)進(jìn)程的發(fā)生，其蜿蜒程度不斷加劇，河長(zhǎng)增加，彎曲度愈來(lái)愈大。二、蜿蜒型河段分汊型河段是沖積平原河流中常見的河型之一。我國(guó)許多江河都存在這種河型，特別是長(zhǎng)江中下游最多。三、分汊型河段分汊型河段分為順直型、微彎型和鵝頭型三類。三、分汊型河段游蕩型河段是一種有獨(dú)特地貌特征的河型，在世界各地廣泛存在。游蕩型河段的顯著特點(diǎn)是，河床寬淺散亂，主流擺動(dòng)不定，河勢(shì)變化急劇。因此，對(duì)防洪、航運(yùn)、工農(nóng)業(yè)用水等各部門常常帶來(lái)不利影響。從平面形態(tài)看，游蕩型河段河身比較順直，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，呈藕節(jié)狀。河段內(nèi)河床寬淺，洲灘密布，汊道交織。如圖所示。四、游蕩型河段游蕩型河段的主要演變規(guī)律如下：1.多年平均河床逐步抬高。如黃河下游花園口至高村河段，在1950～1972年的20多年內(nèi)，河床平均抬高速度為5.9~9.7cm／a。2.年內(nèi)汛期主槽沖刷，灘地淤積；非汛期，則主槽淤積，灘地崩塌。從一個(gè)水文年看，主槽雖有沖有淤，但在長(zhǎng)時(shí)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，但另一部分灘地又會(huì)淤長(zhǎng)，長(zhǎng)時(shí)期內(nèi)變化不大。3.主槽平面擺動(dòng)，擺幅大，河勢(shì)變化劇烈。主槽的平面擺動(dòng)直接與主流的擺動(dòng)不定有關(guān)。永定河蘆溝橋以下游蕩型河段河勢(shì)的變化，1920～1956年主槽曾發(fā)生多次擺動(dòng)；與之相應(yīng)灘槽也幾經(jīng)變化。由此可見，“永定河”的命名，表達(dá)了人們對(duì)這條河流的美好愿望。

一、國(guó)民經(jīng)濟(jì)各部門對(duì)河流的要求1.防洪對(duì)河流的要求：河道應(yīng)有足夠的過(guò)流斷面，能安全通過(guò)設(shè)計(jì)洪水流量；河道較順暢，無(wú)過(guò)分彎曲或束窄段；在兩岸修筑的堤防工程，應(yīng)具有足夠的強(qiáng)度和穩(wěn)定性，能承受相應(yīng)的洪水水位；河勢(shì)穩(wěn)定，河岸不因水流頂沖而崩塌。第一節(jié)

河流治理規(guī)劃設(shè)計(jì)一、國(guó)民經(jīng)濟(jì)各部門對(duì)河流的要求2.航運(yùn)對(duì)河流的要求：應(yīng)滿足通航規(guī)定的航道尺度，包括航深、航寬及彎曲半徑等；河道平順穩(wěn)定，流速不能過(guò)大，流態(tài)不能太亂；碼頭作業(yè)區(qū)深槽穩(wěn)定，水流平穩(wěn)；跨河建筑物應(yīng)滿足船舶的水上凈空要求。第一節(jié)

河流治理規(guī)劃設(shè)計(jì)一、國(guó)民經(jīng)濟(jì)各部門對(duì)河流的要求3.取水口工程對(duì)河道的要求：取水口所在河段的河勢(shì)必須穩(wěn)定；河道必須有足夠的水位，以保證設(shè)計(jì)最低水位的取水，這點(diǎn)對(duì)無(wú)壩取水工程和泵站尤為重要；應(yīng)盡可能使進(jìn)入取水口的水流含沙量較低，避免引水渠道嚴(yán)重淤積，減少泵站機(jī)械的磨蝕。第一節(jié)

河流治理規(guī)劃設(shè)計(jì)一、國(guó)民經(jīng)濟(jì)各部門對(duì)河流的要求4.橋梁工程對(duì)河流的要求：主要是橋渡附近的河勢(shì)應(yīng)該穩(wěn)定，防止因河道主流擺動(dòng)造成主通航橋孔航道淤塞，或橋頭引堤沖毀而中斷運(yùn)輸。同時(shí)，橋渡附近水流必須平緩過(guò)渡，主流向與橋軸線法向交角不能過(guò)大，以免造成船舶撞擊橋墩。第一節(jié)

河流治理規(guī)劃設(shè)計(jì)二、河流治理規(guī)劃的原則全面規(guī)劃，綜合治理。對(duì)河道的上下游、左右岸、干支流統(tǒng)盤考慮，照顧各地區(qū)各部門的要求，使最終安排的整治工程措施代價(jià)最小而效益最大。因勢(shì)利導(dǎo)，重點(diǎn)整治。河流治理規(guī)劃強(qiáng)調(diào)因勢(shì)利導(dǎo)。只有順乎河勢(shì)，才能在關(guān)鍵性控導(dǎo)工程完成之后，利用水流的力量與河道自身的演變規(guī)律，逐步實(shí)現(xiàn)規(guī)劃意圖，以收事半功倍之效。因地制宜，就地取材。在工程材料及結(jié)構(gòu)型式上，應(yīng)盡量因地制宜，就地取材，降低造價(jià)。第一節(jié)

河流治理規(guī)劃設(shè)計(jì)三、河流治理規(guī)劃設(shè)計(jì)1.設(shè)計(jì)流量和設(shè)計(jì)水位洪水河槽治理的設(shè)計(jì)流量，系指某一頻率或重現(xiàn)期的洪峰流量。與之相應(yīng)的水位稱為設(shè)計(jì)洪水位。2.整治線整治線是河道整治后在設(shè)計(jì)流量下的平面輪廓線，又稱治導(dǎo)線。第一節(jié)

河流治理規(guī)劃設(shè)計(jì)3.河槽橫斷面中水河槽的斷面形態(tài)決定于來(lái)水來(lái)沙條件及河床地質(zhì)組成條件，在進(jìn)行河道整治設(shè)計(jì)時(shí)，河槽寬度B與平均深度h，可通過(guò)公式求得。第一節(jié)

河流治理規(guī)劃設(shè)計(jì)Q為中水河槽整治的設(shè)計(jì)流量，常取造床流量或平灘流量；n為河道糙率系數(shù)；J為河道比降；ζ為河槽寬深比系數(shù)，ζ=B1/2/h，由模范河段實(shí)測(cè)資料確定。一、蜿蜒型河段整治就防洪而言，彎道水流所遇到的阻力比同樣長(zhǎng)度的順直河段要大，這勢(shì)必抬高彎道上游河段的水位，對(duì)渲泄洪水不利。從航運(yùn)來(lái)講，河流過(guò)于彎曲，航程增大，運(yùn)輸成本增大。蜿蜒型河段的整治措施，根據(jù)河段形勢(shì)可分為兩大類：一為穩(wěn)定現(xiàn)狀，防止其向不利的方向發(fā)展；一為改變現(xiàn)狀，使其朝有利的方向發(fā)展。改變現(xiàn)狀措施：即因勢(shì)利導(dǎo)，通過(guò)人工裁彎工程將迂回曲折的河道改變?yōu)橛羞m度彎曲的連續(xù)河灣，將河勢(shì)穩(wěn)定下來(lái)。第二節(jié)

河道整治的基本措施二、游蕩型河段整治由于河道寬淺，兩岸缺乏控制工程，河床組成物質(zhì)松散，洪水暴漲陡落，泥沙淤積嚴(yán)重，洲灘密布，汊道眾多，主流擺動(dòng)頻繁，且擺幅較大，擺動(dòng)范圍平均3～4km。黃河下游游蕩型河段的整治原則是：以防洪為主，在確保大堤安全的前提下，兼顧護(hù)灘、護(hù)村，以及引水和航運(yùn)的要求；穩(wěn)定中水河槽，控導(dǎo)主流，以利于排洪排沙入海?？貙?dǎo)工程以短丁壩(或壩垛、護(hù)岸)、小間距為主。第二節(jié)

河道整治的基本措施三、分汊型河段整治分汊型河段的整治措施主要有：汊道的固定、改善與堵塞。其中汊道的固定與改善，目的在于調(diào)整水流，維持與創(chuàng)造有利河勢(shì)，從而對(duì)防洪有利。而汊道的堵塞(塞支強(qiáng)干)，往往是從汊道通航要求考慮，有意淤?gòu)U或堵死一汊，常見的工程措施是修建鎖壩。第二節(jié)

河道整治的基本措施四、順直型河段整治順直型河段的整治原則是，將邊灘穩(wěn)定下來(lái)，使其不向下游移動(dòng)，從而達(dá)到穩(wěn)定整個(gè)河段的目的。穩(wěn)定邊灘的工程措施，多采用淹沒式丁壩群，壩頂高程均在枯水位以下，且一般為上挑或正挑式，這樣有利于壩檔落淤，促使邊灘淤長(zhǎng)。第二節(jié)

河道整治的基本措施一、人工裁彎工程人工裁彎是改變蜿蜒型河段現(xiàn)狀的有力措施。常采用的方法是“引河法”。第三節(jié)

常見河道整治工程人工裁彎形式1-內(nèi)裁；2-外裁二、平順護(hù)岸工程護(hù)岸工程的作用是，保護(hù)河岸、控制河勢(shì)與穩(wěn)定河槽。護(hù)岸工程有平順式和壩垛式等型式。平順式即平順的護(hù)腳護(hù)坡形式，壩垛式即丁壩、順壩、磯頭或垛的形式。平順護(hù)岸工程可分為護(hù)腳工程和護(hù)坡工程兩部分。第三節(jié)

常見河道整治工程塊石護(hù)坡結(jié)構(gòu)型式三、壩垛式護(hù)岸工程壩垛式護(hù)岸工程主要有丁壩、順壩和磯頭（垛）等形式。其作用是束窄河床，調(diào)整水流，控制河勢(shì)。1.丁壩丁壩由壩頭、壩身和壩根三部分組成，壩根與河岸相連，壩頭伸向河槽，在平面上呈丁字形第三節(jié)

常見河道整治工程大量嚴(yán)峻的事實(shí)警示人們：人類只有順應(yīng)自然客觀規(guī)律，在開發(fā)利用河流的同時(shí)，關(guān)注與維持河流生態(tài)系統(tǒng)的平衡，減少對(duì)河流生態(tài)系統(tǒng)的傷害，承認(rèn)并尊重河流的生命自身價(jià)值及其生命權(quán)利，關(guān)愛河流，呵護(hù)河流，與河流和諧共存，流域社會(huì)經(jīng)濟(jì)才能持續(xù)發(fā)展，民族文化才能永續(xù)延伸。一、河流生態(tài)系統(tǒng)的組成河流是自然生態(tài)體系的一部分，但河流以及它周圍的環(huán)境也構(gòu)成了一個(gè)相對(duì)獨(dú)立的生態(tài)系統(tǒng)。河流作為生態(tài)體系的基礎(chǔ)，是非常重要的。河流的基本元素是水和泥沙，這兩個(gè)元素是河岸和河道內(nèi)各種生物生存的基礎(chǔ)。第一節(jié)

河流生態(tài)系統(tǒng)的基本概念現(xiàn)階段河道斷面的硬質(zhì)化和水環(huán)境的惡化，幾乎使螢火蟲生命周期的各個(gè)階段的生息環(huán)境都受到威脅，這也是目前大多數(shù)河道中，螢火蟲這種環(huán)境指示生物消失的根本原因。某些河邊多年不見螢火蟲，表明河道生態(tài)環(huán)境已經(jīng)遭到很大程度的破壞。第一節(jié)

河流生態(tài)系統(tǒng)的基本概念螢火蟲的完整生命周期為了使人與自然協(xié)調(diào)發(fā)展，恢復(fù)河流活躍、多樣的生態(tài)結(jié)構(gòu)，使人們有一個(gè)健康舒適的生活環(huán)境，實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)、社會(huì)、生態(tài)環(huán)境持續(xù)發(fā)展的目標(biāo)，在河道規(guī)劃治理工作中，應(yīng)高度重視河道生態(tài)環(huán)境的保持和恢復(fù)重建問題。第一節(jié)

河流生態(tài)系統(tǒng)的基本概念二、生態(tài)環(huán)境保全的孔隙理論用混凝土砌筑的連續(xù)硬化型河岸，護(hù)坡和河底對(duì)生態(tài)系統(tǒng)有較大的危害?？疾彀l(fā)現(xiàn)，幾乎所有的高級(jí)生物都是依賴于孔穴、洞窟、縫隙、屏蔽或空間隔離的區(qū)域而生息的。因此，高級(jí)生命體與孔隙條件有著普遍的依賴關(guān)系。多孔質(zhì)形式的護(hù)岸和自然的河底，就能很好的保護(hù)和促進(jìn)生態(tài)系統(tǒng)發(fā)展。第一節(jié)

河流生態(tài)系統(tǒng)的基本概念三、河水自凈原理當(dāng)污染物排人河流之后，河水會(huì)受到污染，但經(jīng)過(guò)稀釋、擴(kuò)散、沉淀以及生物的吸收和分解等作用，水質(zhì)會(huì)逐漸變好，這就是人們熟悉的自凈作用。第一節(jié)

河流生態(tài)系統(tǒng)的基本概念三、河水自凈原理排入河流中的污染物，首先被細(xì)菌和真菌作為營(yíng)養(yǎng)物而攝取，并將有機(jī)污染物分解為無(wú)機(jī)物。細(xì)菌、真菌又被原生動(dòng)物吞食，所產(chǎn)生的無(wú)機(jī)物如氮、磷等作為營(yíng)養(yǎng)鹽類被藻類吸收。藻類進(jìn)行光合作用又產(chǎn)生氧，供其他水生生物利用。但若藻類過(guò)量也會(huì)產(chǎn)生新的有機(jī)污染。水中的浮游動(dòng)物、魚、蝦、蝸牛、鴨等恰恰以藻類為食，抑制了藻類的過(guò)度繁殖，不致產(chǎn)生再次污染，使自凈作用占絕對(duì)優(yōu)勢(shì)。總之，水的自凈作用是按照污染物質(zhì)→細(xì)菌、真菌→原生動(dòng)物→輪蟲、線蟲、浮游生物→小魚→兩棲類、鳥和人類，這樣一種食物鏈的方式降低濃度的。第一節(jié)

河流生態(tài)系統(tǒng)的基本概念作為以再生多種生物為目的自然型河流治理法，種植于水中的柳樹、菖蒲、蘆葦?shù)人参?，既能直接從水中吸收無(wú)機(jī)鹽類營(yíng)養(yǎng)物，其舒展而龐大的根系還是大量微生物以生物膜形式附著的很好介質(zhì)，既有利于水質(zhì)凈化，同時(shí)也是魚類、昆蟲、鳥類等覓食、繁衍的好場(chǎng)所。自然型河流治理法修建的各種魚巢，造成的不同流速帶，有利于魚類等水生生物的生長(zhǎng)，促進(jìn)了水質(zhì)進(jìn)一步凈化。還值得一提的是，自然型河川治理營(yíng)造出的淺灘、放置的巨