河床演变学 顺直型河段的演变及整治 ﹠ 蜿蜒型河段的演变及整治

河床演变基本原理王浩霖 201101021530摘要：河床演变是指自然情况下及修建整治建筑物后河床发生的冲淤变化过程。

广义上是指河流形成和发展的整个历史过程；狭义方面则仅限于近代冲积河床的演变发展。

天然河流总是处在不断发展变化过程之中。

而且天然河流的河床形态复杂，演变规律差异很大。

人类在开发利用河流的过程中，要有效地整治河流，必须充分认识河床演变的基本原理及各类河床特殊的演变规律。

本文着重讨论平原冲积河流的问题，但所阐明的基本原理对具有一定冲积层的山区河流也是适用的。

关键字：河床演变基本原理平原冲积河流河型一、平原冲积河流的一般特性1.河床形态与山区河流不同，平原河流的河床形态是在特定条件下水流与河床相互作用的结果，因而具有较强的规律性。

平原河流在平面上具有顺直、弯曲、分汊、散乱等四种外形。

其横断面可概括为抛物线形、不对称三角形、马鞍形和多汊形等四类。

河漫滩和成型堆积体是河床形态中涉及的两个基本概念。

河漫滩是位于中水河槽两侧，在洪水时能被淹没的高滩。

河漫滩既有由侵蚀作用造成的，如石质河漫滩，多见于山区河流，滩面较窄，且向中水河槽一侧倾斜；更多的是由堆积作用造成的，如冲积河漫滩，多见于平原河流，滩面较宽，左右河漫滩分别向两侧倾斜，这是洪水漫滩落淤的结果。

成型堆积体是冲积河流的河底分布着各种形式的大尺度沙丘（尺度远大于沙坡）的统称。

成型堆积体的尺度，包括宽度、深度和长度，和河流的尺度（河宽和水深），是同数量级的。

成型堆积体经常处于发展变化之中，是平原河流河床演变中最活跃的因素。

2.河道水流的一般特性2.1河道水流的基本性质（1）河道水流的二相流特性。

天然河道的明渠流是挟带着泥沙的水流运动，本质上属于二相流。

（2）河道水流的三维性。

河道水流的过水断面一般是不规则的，因此河道水流为三维流动。

过水断面的宽深比愈小，三维性愈强烈。

（3）河道水流的不恒定性。

一方面，来水来沙情况随时空的变化；另一方面，由于河床经常处于演变之中，因此河道水流的边界也随时空变化。

2014年《河流动力学》复习题《河流动力学》复习题一、课件中讲述的名词顶冲点，含沙量，粒径，中值粒径，泥沙干容重，泥沙水下休止角，体积含沙量，，沉速，絮凝现象，比表面积，悬移质，推移质，床沙，高含沙水流，异重流，泥沙起动，起动条件，起动流速，起动拖曳力，粘结力，床面层，shields数，接触质、跃移质，沙波，沙粒阻力，沙波阻力，动床阻力，泥沙起动标准，止动流速，扬动流速，推移质输沙率，推移质单宽输沙率，紊动扩散作用，床沙质，冲泻质，水流挟沙力，饱和输沙，超饱和输沙，次饱和输沙，非饱和输沙，不平衡输沙，平衡输沙，悬浮指标，河床演变，单向变形，复归性变形，河床的自动调整作用，泥沙成型堆积体，河道节点，副流，侵蚀基点，河相关系，造床流量，平滩水位，环流强度，环流旋度，环流相对强度，水流动力轴线，河势，自然裁弯，撇弯，切滩，江心洲，耦合解、非耦合解，正态模型、变态模型，变率，相似理论基本原理，相似转换。

二、课后思考题1、如何分析粒配曲线上沙样组成的相对均匀程度？2、水利工程中一般把泥沙分为哪几类？3、泥沙粒径有几种测量方法，各适用于哪种情况？4、何谓泥沙干密度？干密度主要与哪些因素有关，它们是如何影响干密度大小的？5、何谓泥沙水下休止角？其影响因素如何？6、有一卵石，d=0.1m，从水深h=10m的水面抛入水中，水的流速U=1m/s，若不考虑动水流动的影响，求卵石沉到河底的水平距离？7、什么是泥沙的沉速？球体沉速与等容泥沙的沉速是否相同？为什么？8、试比较岗恰洛夫、沙玉清、张瑞瑾的泥沙沉速公式，说明在层流、紊流、过渡区中泥沙沉速的计算公式有何不同？如何判别层流、紊流、过渡区这三种绕流状态？9、张瑞瑾、唐存本、窦国仁关于粘结力形成的观点如何？张瑞瑾认为粘结力和哪些因素有关？10、怎样表示泥沙的起动条件？实验室如何定性判别床面泥沙是否起动？11、简要叙述张瑞瑾起动流速公式推导思路（步骤）。

12、某河道型水库长20Km，河床坡降0.0001，当入库流量为1000m3/s时，全库区平均河宽为200m，回水末端以上平均水深为5m，库区河床为均匀沙，D=3mm。

《河床演变与整治》课程教学大纲课程编号：030163 学分：2 总学时：34大纲执笔人：匡翠萍大纲审核人：刘曙光一、课程性质与目的《河床演变与整治》是港口航道与海岸工程专业的一门重要的专业课程，它是研究自然情况下或修建整治建筑物后河流河床发生冲淤变化的过程的一门科学，根据河床冲淤变化采用科学的整治手段来调整河流的来水来沙过程，以达到防洪抗旱、疏通航道、围垦灌溉、稳定河床、蓄水发电多功能地利用河流，并兼顾水利水产等其他事业，以及环境与生态保护，以获得合理的最大经济效益，生态效益和社会效益。

因此河床演变及整治在河流的开发、利用与治理特别是港口与航道工程建设中起着重要的作用。

同时与土木工程、交通工程和环境工程等学科也有着密切的联系。

通过《河床演变及整治》的教学，使得学生了解和掌握与河床演变及整治相关的河流动力和泥沙运动方面的理论知识，了解河流治理的主要措施和手段。

二、课程基本要求《河床演变与整治》作为一门工程运用学科，要求学生具有一定的水力学（或流体力学）、河流动力学的基础知识；要求教师具有全面的流体力学和河流动力学知识，全面的河流治理知识和工程经验。

三、课程基本内容1．绪论：河流治理工程的基本性质、国内外河流治理工程的历史和现状等。

2．河床演变与整治的一般问题：（1）河流的一般特性：山区河流和平原河流的一般特性，包括河床形态、水流及泥沙运动、河床演变等。

（2）河床演变的基本原理：包括河床演变分类、影响河床演变的主要因素、河床演变的基本原理、河流的自动调整作用等。

（3）河流的水力几何形态：包括河床的稳定性、造床流量、河相关系和河流纵剖面等。

（4）整治建筑物及整治手段：包括河道整治及规划、洪水河床整治、枯水河床整治、河床整治建筑物及其材料和构件。

3．自然河流河床的演变及整治：（1）顺直型河流的演变及整治：顺直型河段特性、演变规律、形成条件及整治工程。

（2）蜿蜒型河段的演变及整治：蜿蜒型河段特性、演变规律、形成条件及整治工程。

河道演变规律河流演变规律及其机理研究摘要：我国河流分布广泛，与人们生活和国民经济建设密切相关。

河道演变是河流动力学一个重要的研究方向，其相关研究对于整治河道，航运，水利工程，生态保护等方面有着重要的意义。

本文从河道演变基本概念入手，对河道演变的影响因素及各种不同天然河道的演变规律进行了比较全面的描述，并对河道整治提出了相关的建议。

关键词：河道演变；关键因素；演变规律引言天然河流总是处在不断发展和变化之中，在河道上修建水利工程、治河工程或其他工程后，受建筑物的干扰，河床变化将更为显著。

人类在开发利用河流的过程中，要有成效地兴利除弊，必须采取整治措施。

要有效地整治河流，必须充分认识河道演变的基本原理及各类河床特殊的演变规律。

1.河道演变的基本概念河道演变系指在自然情况下或者在受人工建筑物干扰情况下所发生的变化。

这种变化是水流和河床相互作用的结果，河床影响水流结构，水流促使河床变化，两者相互依存，相互制约，经常处于运动和发展的状态之中。

水流和床沙的相互作用是以泥沙运动为纽带的。

在一种水流的情况下，通过泥沙的淤积使河床升高；在另一种水流的情况下，通过泥沙的冲刷，使河床降低。

因此，河道演变的规律是以泥沙运动的规律为基础的。

但是，自然河道的演变过程极为复杂，往往不能直接从泥沙运动的基本规律得到充分解释。

因此我们必须更进一步对河道演变的基本规律进行探讨，才能解决我们所面临的各种河道演变的预测问题。

河道演变的对象有广义和狭义之分。

广义的方面在时间应包括河道生成和发展的历史过程，在空间上应包括河道所流经的河谷的各个部分；而狭义的方面只限于近代的、河道本身的变化。

河道演变发生演变的根本原因是输沙的不平衡造成的河床变形长期积累的结果。

所谓的输沙平衡是对时间或空间的平均情况而言，即使在这种情况下的的输沙平衡，也只是相对的，绝对的输沙平衡在自然界中是不存在的，所以河床总是处在不断发展变化中。

2.河道演变的影响因素影响河道演变的因素是极为复杂的，但归结起来，最主要的因素不外乎气象、地质、地理等方面。

浅谈河床演变摘要：河流是水流与河床相互作用的产物。

水流与河床，二者相互制约，互为因果。

水流作用于河床，使河床发生变化；河床反作用于水流，影响水流的特性。

由因生果，倒果为因，循环往复，变化无穷，尤其河道上修建各类工程之后，受到建筑物的干扰，河床变化将更为加剧。

关键词：河床演变均衡稳定演变类型河床演变是指河床在自然条件下或受人工建筑物影响而发生的变化。

这种变化是水流、泥沙与河床相互作用的反映。

河流存在两个反馈系统：水流挟带泥沙，泥沙的存在又影响水流结构；水流作用于河床，使河床发生变化，河床形态反过来又影响流速分布。

它们相互依存、相互影响又相互制约。

水流与河床的相互作用是通过河流中泥沙的冲刷、搬运和堆积而实现的，泥沙在其中起着纽带作用。

当流速增加，组成河床的泥沙遭到冲刷，使河床降低或拓宽；当流速减小，水中挟带的泥沙沉积于河床上，使河床抬高或束窄，河床就会发生相应的变化。

一、河床演变理论研究进展综述河床演变是一门新兴学科。

目前尚无统一理论如何表达河床演变自动调整作用基本原理是河床演变学研究的难题之一，前人进行了长期艰苦的研究，提出了很多极值理论和假说，主要研究成果如下：(1) Leopold(1962)提出河流能量沿程均匀分布的最大统计熵理论[1]：相当于UJ=常数。

Leopold最先提出应用统计熵理论来研究河床演变，由于沿河各段的能量分布受地质地貌条件控制不能沿河自由调整，能量沿程分布不满足构造统计熵的条件，因而河流能量难以达到沿程均匀分布。

(2)窦国仁(1964)提出最小河床活动性假说[2]：在给定的来水来沙和河床边界条件下，不同的河床断面具有不同的稳定性或活动性，而河床在冲淤变化过程中力求建立活动性最小的断面形态。

由于河床活动性指标为经验表达式，难以在理论上阐明，也缺乏实测资料进行严格的验证。

(3)Langbein(1964)提出最小方差假说[3]：随着上游来水来沙条件的变化，当地的水力因子将发生调整以趋于平衡，这种平衡状态对应的是使各水力因子变化的方差达到最小。

河床演变:在不恒定的进出口条件及复杂可动边界的水沙二相流运动的一种体现形式.整治:用工程的手段达到兴利除害.防洪,农田水利,水力发电,给水和排水,航运及水产养殖等山区河流河床形态：断面形态：U 或V字形(下切)，谷坡为阶梯状.阶地是河流下切的产物.平面形态：河道曲折多变,沿程宽窄相间,比降大,急滩深潭上下交替,二岸与河心常有巨石突出,岸线和床面极不规则.河流走向由地质构造运动决定.水流及泥沙运动:1河流流态:水面比降大，.流态紊乱险恶,常有回流,旋涡,水跌,水跃,急弯,剪刀水,横流.洪水暴涨暴落2洪枯流量相差大3悬移质含沙量视地区而异4河道的推移质多为卵石及粗沙5河床多由原生基岩、乱石和卵石组成河床演变:1山区河流比降大流速大含沙量不饱和,利于河床向冲刷方向发展2部分河段暂时性淤积和冲刷1卵石运动引起的演变(汛期淤积增大,枯季冲刷,年内基本平衡)2悬移质运动引起(1一般为冲泻质2宽谷段由主流摆动出现的回流淤积3宽谷段由下游峡谷壅水引起的淤积)3溪口滩形式出现的(1大的山区河流,当二岸溪沟发生洪水或泥石流时,常在溪口堆积成溪口滩2冲积物量大粒粗,不易被主流带走,表现为冲冲淤淤)4地震山崩滑坡引起(大规模地地震山崩滑坡引起河道堵塞,引起上下游出现壅水和跌水,剧烈改变水流和河床形态)平原河流概述:河床形态：平面上具有,顺直,分汊,弯曲,散乱四种.横断面分抛物线形,不对称三角形,马鞍形,多汊形.平原河流的纵剖面无明显折点，深槽浅滩交替，河床纵剖面有起伏的波状曲线，平均纵比降比较平缓。

水流及泥沙运动:平原河流集水面积大，汇流时间长,洪水没有陡涨陡落的现象,持续时间较长河床的演变:规律是汛期淤积壮大,枯季冲刷萎缩顺直型：中水河槽顺直，边滩呈犬牙交错状分布，并在洪水区向下游平移。

弯曲型：中水河槽具有弯曲外形，深槽紧靠凹岸，边滩依附凹岸，凹岸蚀退，凸岸淤长，河身在无约束条件下向下游蜿蜒蛇形，在有有约束条件下平面形态基本保持不变，前者通称自由弯道，后者通称约束弯道。

第三节河床演变的基本规律在河流动力学中，河床演变的研究对象，一般系针对近代冲积平原河流而言。

平原河流的河型，按其平面形式可分为四种基本类型：顺直型，蜿蜒型，分汊型及游荡型。

不同类型的河段，其形态特点与演变规律不同。

一、顺直型河段这种河型的特点是：河身较顺直；犬牙交错状边滩分布于河道两侧，并在洪水期向下游缓缓移动；深槽与边滩相对；上、下深槽之间存在沙脊，在通航河段称之为浅滩，浅滩洪水淤积，枯水冲刷，深槽则相反，洪水冲刷，枯水淤积（图5-15）。

图5-15 顺直型河道（第聶伯河）二、蜿蜒型河段蜿蜒型河段是冲积平原河流中最常见的一种河型，在我国分布甚广，如“九曲回肠”的长江下荆江河段(图5-16)、渭河下游(图5-17)和汉江下游河段等，都是典型的蜿蜒型河段。

图5-16 下荆江蜿蜒型河段图5-17 渭河下游蜿蜒型河段蜿蜒型河段的平面形态，由一系列正反相间的弯道和介乎其间的过渡段连接而成。

图5-18为一弯曲河段示意图。

图中弯曲部分称为弯道段，上下两弯道段间的连接段称为过渡段。

岸线凹进一侧的河岸称为凹岸，凸出一侧的河岸称为凸岸。

弯道段靠凹岸一侧为深槽，凸出一侧为边滩。

过渡段中部河床隆起，在通航河道常因碍航而被称为浅滩。

蜿蜒型河段的河床纵剖面形态呈上下起伏状态，深槽处水深最大，浅滩处水深最小。

蜿蜒型河段的横向变形，主要表现为凹岸冲刷崩退和凸岸淤积增长。

由图5-19可见，凹岸迎流顶冲，河岸因冲刷而崩坍后退，凸岸边滩则因淤积而不断淤高长大。

天然实测资料表明，蜿蜒型河段在横向变化过程中，不仅横断面形态相似，而且冲淤的横断面面积也接近相等，如图5-20 所示。

图5-18 蜿蜒型河段的平面及剖面形态图5-19 蜿蜒型河段凹岸冲刷和凸岸淤长现象图5-20 下荆江来家铺弯顶断面冲淤变化图蜿蜒型河段的纵向变形，弯道段洪水期冲刷，枯水期淤积；过渡段则相反，洪水期淤积，枯水期冲刷。

但在一个水文年内，冲淤变化基本平衡。

蜿蜒型河段从整体看处在不断演变之中。

蜿蜒河道变迁与其对应治理工法的探讨作者：姜书锋等来源：《价值工程》2014年第12期摘要：近年来人口快速成长及经济建设需要，随的人类对资源开发利用增加，而导致河道水文因子环境变迁及生物栖息环境严重破坏，河道治理对于蜿蜒河段是供大自然水生动植物栖息，而遵循自然法则与环境伦理演递，改善现有河道环境及造就河道廊道，让河道生态系维持平衡。

本文主要研究伊河卢氏县以南44km的张村河段第二曲段的治理，经现场的调查与试验与工程规划设计，并为工程结合生态设计，以对应工程布置于蜿蜒河道的预期效果。

Abstract： In recent years， with the rapid growth of population and economic development，resource development and utilization are increasing， which lead to river hydrologic environmental change and biological habitats damage. Winding river is the habitat for aquatic animals and plants，so the treatment should follow the laws of nature and environment ethics， to improve the existing river environment and make river corridor， keeping the river ecosystem balanced. This paper mainly studies the treatment of the second section of Zhangcun Reach 44 km south of Lushi County of Yihe River. Through field investigation and test and engineering planning and design， and for the project combining with the ecological design， with corresponding engineering arrangement in meandering river expected effect.关键词：蜿蜒河段；河道治理；生态Key words： winding river；channel management；ecology中图分类号：TV851 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2014）12-0067-020 引言我国伊河流域因中央山脉高耸地势陡峭，致河道短而流急，夏季雨量丰沛洪峰流量教大，并且受到全球气候变迁的影响，水文的不确定性增加，丰枯更形悬殊，治理工作极为困难；虽然土地高度利用开发，以筑堤束水治理改善淹水面积，仍无法为上策的举；因应社会与环境变迁，河道所扮演角色亦趋多元化，整体规划与重建政策，使河道空间多目标利用、维护河道生态机能，进而建立亲水环境，使河道治理与河道环境相结合。