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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。
第一章河流、水系与流域第一节河流河流是在一定气候和地质条件下形成的天然泄水输沙通道，是河槽与水流（挟沙水流）的总称。
我国的河流有江、河、水、川、溪等称谓，如长江、黄河、汉水、四川大金川、湖北香溪等等。
雨水降落地面以后，在重力作用下自高处向低处流动，侵蚀地表，形成沟壑，进而发展为小溪，小溪汇集成小河，若干小河又汇合成为大的江河，最后流入海洋或内陆湖泊。
河水流经的谷地称河谷，河谷底部有水流的部分称为河床。
河水在汇流而下的过程中，不断切割、拓展河槽，使河槽断面沿程扩大，以致河流尺度及其泄流能力愈往下游愈大。
河流对人类生存环境有重大意义，人类通过对河流的开发和利用，不断改善生存环境条件，提高社会生活质量。
河流也不时逞凶作恶、危害人类，如有时河水泛滥、决口成灾，有时淤滩碍航、隔断交通，严重时甚至出现断流，威胁人类社会经济发展和生态平衡。
人类面对自然界的河流，一方面要研究河流的特性与规律，发挥河流的服务功能，设法让河流造福于人类；另一方面也要顺其河性，注意善待河流，与河为友，与河长期和谐共存。
一、河流的分类河流的分类方法很多。
按河流的归宿不同，可分为外流河和内陆河(或内流河)两大类。
外流河最终流入海洋，内陆河则注入封闭的湖沼或消失于沙漠而不与海洋相沟通。
按河流所在地理位置，我国的河流有南方河流与北方河流之分。
一般来说，南方河流水量丰沛，四季常流水；而北方河流，则水量相对贫乏，年际间、季际间水量相差悬殊，有些河流在每年的枯水季节可能断流，而成为季节性河流。
按河水含沙量大小，可分为少沙河流与多沙河流。
少沙河流河水“清澈”，每立方米水中的泥沙含量常在几公斤甚至不足1公斤；而多沙河流，每立方米水中的泥沙含量常在几十公斤、几百公斤甚至千余公斤。
按河流是否受到人为干扰，可分为天然河流和非天然河流。
天然河流纯属自然状态，其形态特征和演变过程完全处于自由发展之中；而非天然河流或称半天然河流，其形态和演变受限于人工干扰或约束，如在河道中修建的丁坝、矶头、护岸工程、港口码头、桥梁、取水口和人工裁弯等。
（0）河流动力学概念:研究冲积河流在自然状态下以及受人工建筑物影响以后河道水流、泥沙运动规律和河床演变规律及其应用的学科。
主要研究内容: 水流结构：研究水流内部运动特征及运动要素的空间分布;泥沙运动：研究泥沙冲刷、搬运和堆积的机理; 河床演变：研究河流的河床形态、演变规律以及人为干扰引起的再造床过程; 河床变形预测：研究预测水流、泥沙运动及河床冲淤演变的方法.研究方法: 理论分析, 室内试验,现场观测，数值计算（1）河道水流的基本特性：河道水流的二相特性；河道水流的三维性；河道水流的不恒定性；河道水流的不均匀性河道水流的水流结构：主流，副流，环流二维明渠流速的分布规律：1.直线层，也成粘滞底层，切应力只有粘滞切力，流速按直线分布2.过渡层，粘滞切力与紊动切力同时存在，流动是层流和紊流的过渡区，该层没有统一的流速分布公式，近似按直线层或对数层公式计算3.对数层，切应力主要是紊动切应力，流速按对数分布4外层区.在对数层以上到水面的区间，切力主要是紊动力，流速分布常以缺速公式表示，故也称缺速区。
流速分布要受上部边界影响，与边壁糙率也有一定关系。
河道水流阻力分解图：见ppt1 76页明渠二维流的阻力损失表达方式：见ppt1 77页（3）按运动状态分，泥沙的运动形式有：（床沙），推移质、悬移质泥沙交换现象：推移质泥沙运动特点：间歇性、置换性、速度小、跳跃性、数量少、消耗时均能量 悬移质泥沙运动特点：速度大、悬浮性、置换性、数量多、消耗紊动能冲泄质：河流挟带的泥沙中粒径较细的部分，且在河床中数量很少或基本不存在的泥沙。
床沙质：河流挟带的泥沙中粒径较粗的部分，且在河床中大量存在的泥沙。
两者主要区别：1.前者是非造床质泥沙，后者是造床质。
2.前者粒径较小，后者粒径较大3.前者在水流中的含量不仅取决于水流条件，还与河段上游流域供沙条件有关。
推移质~悬移质与床沙质~冲泄质命名的区别：前者按运动方式分；后者按造床作用、颗粒大小和泥沙来源分。
河流概论课⽂说明《河流概论》教案第⼀章河流的基本概念1.1 基本知识◆河流、河道、河段？◆⽔道、航道？◆天然航道、⼈⼯航道？◆⽔流、挟沙⽔流？◆河床、河槽、河⾕？◆河底、河岸？◆左岸、右岸？◆引河、减河、运河？1.2 河流的称谓◆⼀般称谓：较⼤的称江、河、⽔、川；较⼩的称溪、涧、源、沟等。
◆特殊称谓----如塘、娄、浜、泾、洪等。
◆两条基本原则：●南“江”北“河”；●⼤“江”⼩“河”。
◆特例：如长江：沱沱河-通天河-⾦沙江-川江-荆江-浔阳江-皖江-扬⼦江-Yangtze River"。
1.3 河流的功能◆泄流输沙◆引⽔排涝◆蓄⽔发电◆交通运输◆⽣态环保◆渔业养殖◆景观旅游◆休闲娱乐1.4 河流的分类◆国内河流与国际河流◆常年性河流与季节性河流◆多沙河流与少沙河流◆天然河流与⾮天然河流◆⼭区河流与平原河流1.5 河流的分段◆河源◆上游◆中游◆下游◆河⼝◆例:长江、黄河1.6 河流的分级◆⼲流与⽀流？◆河流分级：⼀级、⼆级、三级……◆我国河道分级1.7 河流的落差与⽐降◆落差◆⽐降◆⽔⾯⽐降◆河床⽐降◆横⽐降1.8 河流的长度、宽度与深度◆河流长度◆河流宽度◆河流深度◆洪⽔河槽◆中⽔河槽◆枯⽔河槽1.9 河流的深泓线、主流线与中轴线◆深泓线◆主流线◆中轴线◆航迹线◆河床纵剖⾯◆⽔流纵剖⾯◆河流横断⾯◆基本河槽◆主槽1.11 侵蚀基准⾯与侵蚀基点第⼆章⽔系与流域2.1 ⽔系⽔系定义与命名◆⽔系的定义◆⼲、⽀流划分⽅法◆⽔系的的命名⽔系的形态◆树枝状⽔系◆平⾏状⽔系◆放射状⽔系◆辐合状⽔系◆⽻⽑状⽔系◆格状⽔系◆⽹状⽔系◆混合状⽔系⽔系的形成与发展⽔系的基本特征2.2 流域流域的定义◆分⽔线◆集⽔区域◆闭合流域◆⾮闭合流域流域的等级流域的⼏何特征◆流域⾯积◆流域形态●降⽔●蒸发◆下垫⾯因素●地理位置●地形●植被●⼟壤●地质构造●湖泊沼泽第三章河道⽔流3.1 河⽔的来源◆降⽔补给◆融⽔补给◆地下⽔补给◆湖沼⽔补给◆⼈⼯补给3.2 河流⽔情要素⽔位◆正常⽔位◆⾼⽔位◆低⽔位◆中⽔位◆洪⽔位◆枯⽔位◆历史最⾼洪⽔位◆历史最低枯⽔位流速◆测点流速◆垂线平均流速◆断⾯平均流速◆流速沿⽔深分布规律◆流速分布公式流量◆流量过程规律◆⽔位-流量关系曲线3.3 河流径流的形成过程◆降⽔过程◆流域蓄渗过程◆坡⾯漫流过程◆河槽汇流过程3.4 河流径流的度量⽅法◆流量Q◆径流量W◆径流深度Y◆径流模数M◆径流系数α3.5 河流径流的变化特点◆年际变化◆年内变化◆河流洪⽔及其特征3.6 河道⽔流的基本特性◆两相性◆三维性◆不恒定性◆⾮均匀性◆不平衡性◆紊动性◆阻⼒复杂性◆流态特异性第四章河流泥沙4.1 河流泥沙的来源泥沙----随河⽔运动和组成河床的松散固体颗粒。
河流动力学复习第一章绪论考核内容为学科的发展概况、课程的内容及学习任务。
1、了解河流动力学发展的历史；认识水流～泥沙～水电工程可持续发展间的相互关系。
2、了解水流运动与泥沙运动的重要性；3、理解课程的任务与特点；4、了解课程的主要内容。
考核知识点：1、河流动力学的任务2、水流～泥沙～水电工程可持续发展间的相互关系3、河流动力学的研究方法及特点第二章河流动力学基本概念考核内容为河流动力学基本概念1. 河道水流的基本特性:二相性、非恒定性、三维性、非均匀性2. 水沙运动的不平衡性3. 河道水流的水流结构及阻力损失考核知识点：1、河道水流的基本特性2、河道水流的水流结构及阻力损失第三章泥沙特性考核内容为泥沙的分类、泥沙的来源、泥沙的几何特性及泥沙的重力特性。
1. 泥沙的分类2. 泥沙几何特性：粒径，级配曲线，特征值3. 泥沙的重力特性：含沙量、浑水容重考核知识点： 1、泥沙的分类2、泥沙的几何特性及重力特性。
第四章泥沙的沉速考核内容为泥沙沉速的定义、沉降过程中的三种状态、沉速公式、影响沉速的主要因素、泥沙沉速的测定。
考核知识点：1、泥沙沉速的定义、沉速公式2、影响沉速的主要因素、泥沙沉速的测定。
第五章泥沙的起动考核内容为泥沙起动的物理机理，泥沙起动的物理现象及受力分析。
考核知识点：1、均匀沙起动条件：力的表达式，散体及粘性泥沙的统一起动流速公式，2、散体泥沙的起动拖曳力公式，止动与扬动流速。
第六章沙波运动与动床阻力考核内容为沙波运动规律与动床阻力计算。
1. 沙波形态与运动状态，沙坡的发展过程及形成机理，床面形态判别标准，沙波尺度及其运行速度,推求推移质输沙率，沙波运动对河流的影响。
2. 动床阻力：河床与河岸阻力划分，沙粒与沙波阻力的划分，动床阻力的计算。
考核知识点：1. 沙坡的发展过程及形成机理，床面形态判别标准，沙波运动对河流的影响。
2. 动床阻力的计算。
第七章推移质输沙率考核内容为推移质输沙率计算方法。
河道治理方案范文第一章1.河流是指在一定气候和地质条件下形成的天然泄水输沙通道。
2.深泓线。
是指沿程各断面河床最深点的平面平顺连线。
主流线又称水流动力轴线即沿程各断面最大垂线平均流速处的平面平顺连线。
中轴线是指河道在平面上沿河各断面中点的平顺连线，一般依中水河槽的中心点为据定线，是量定河流长度的依据。
第二章1.河川径流的影响因素：气候，下垫面，人类活动影响2.水系的形成及其发展阶段：a初期阶段。
河网密度小，地面切割深度不大，支流短小，数量不多。
b繁盛阶段：谷道伸长，集水面积扩大，河网密度增大，地面切割深度不断增大。
c并夺阶段：因各条河流发展的不平衡，出现大河袭夺，兼并小河现象，使水系原状改观，河谷地面高程降低，冲积层加厚，水系密度减小，干支流年渐分明。
第三章1.河流径流的度量方法2.洪水三要素。
洪峰流量，洪水总量，洪水历时。
3.河道水流的基本特性：两相性；三维性；不恒定性；非均匀性；不平衡性；紊动性；阻力复杂性；流态特异性第四章1.含沙量：单位体积浑水中的泥沙质量。
输沙量：一定时间段内某断面的泥沙数量。
输沙率。
单位时间内通过河流某断面的泥沙数量。
2.河流泥沙按运动态势分类。
悬移质，推移质，床沙。
3.推移质的运动。
推移质的运动来源于床面泥沙的起动。
当床面泥沙由静止状态开始运动或称启动并达到一定程度后，床面往往会出现起伏不平的沙波，而沙波运动又往往是推移质运动的主要形式，沙波的运动态势是迎流面冲刷，背流面淤积，从纵剖面看整个沙波在水流的作用下往下游缓缓爬行。
第六章1.河流的地质作用：侵蚀作用，搬运作用，沉积作用，2.河床演变的根本原因。
输沙不平衡。
3.河相关系。
冲积平原河流的河床在水流的长期作用下，形成与所在河段具体条件相适应的某种均衡的河床形态，这种均衡河床形态的有关因子和表达来沙来水条件及河床地质条件之间常存在某种函数关系，这种函数关系称为河相关系。
(可写少点)5.河型分类及其演变规律(论述)：a河型分类有。
河道水流的基本特性河道水流居高向下、向低处流，走比降大、畅通无阻的路，也就是走直路、近路，总是沿着阻力最小的方向流动，这是河道水流的最基本机理。
一、“水行性曲”剖析“水行性曲”常常被当作对游荡性河流进行弯曲治理的依据之一。
严格的讲，“性曲”只是“水行”的规律，是水体受软硬不均、不均衡的边界条件约束而造成的，并不是水体自身的特性。
水体自身的特性应是在不受边界条件约束或在均衡的边界条件下的状态，无风时的大气边界可视为是均衡的，水体在这样的边界下的运行叫做“飞流直下”，就是瀑布，这也就是说，水体自身的特性是“直”，而不是“曲”。
不能简单的讲“水行性曲”，要透过“行曲”的表象看到“本性走直”的本质，把水体自身的特性与“水行性曲”区别开来。
二、水流走直最基本机理的生动体现由于河道水流的最基本机理是走直，向低处流，要走近路，因此，当环流紊动造成的弯曲导致水流不畅时，就会自然裁弯取直。
河流的自然裁弯取直是河道水流走直最基本机理的生动体现。
“大水走直”是河道水流走直最基本机理的又一生动体现。
“大水走直，小水走弯”是河势演变的一般规律，由于黄河游荡性河道河槽极为宽浅，河槽对水流的约束作用弱，因此在洪水期（大水时）形成的河槽总是顺直的，洪水沿着最大比降方向流动，这就是洪水期河势趋直的原因所在；至于河流的弯曲，则是由于小水期受河床上犬牙交错边滩条件的制约而被迫沿着弯曲的流路流动。
大水动量大，克服了边滩的约束，走直；小水动量小，克服不了边滩的约束，走弯。
如果真的是“水行性曲”，或者是“水性行曲”，那么为什么不“大水走弯”、“瀑布走曲”呢？三、河道水流影响因子重力属性和克氏力属性是河道水流本身所固有的属性；环流弯曲是边界条件的不均衡所致，不是河道水流本身所固有的属性；而河道水流本身所固有的属性中，重力相较于克氏力而言，占据绝对的主导地位，所以说河道水流的最基本机理是走直。
四、黄河下游均是顺直微弯规顺河道黄河下游河道无论是游荡性河段、过渡河段还是所谓的弯曲性河段，包括河口段在内，实际情况均是顺直为主、附以微弯的顺直微弯规顺河道（见表1），这主要是河水走直最基本机理起主导作用和排沙要求河水畅通的结果。
第三章流水地貌概念：地表水在流动过程中，对沿程的物质进行侵蚀、搬运、和堆积所形成的各种地貌。
类型：按流水运动特性坡面径流：有片流和股流，无固定路线。
沟谷水流：有固定路线（沟谷、河槽）按流水持续性经常性流水：持续性第一节流水作用一、流水的基本特性（一）层流与紊流1. 层流：水质点有一定的轨迹，与邻近的质点作平行运动，彼此互不混乱。
2. 紊流：水质点呈不规则的运动。
且互相干扰，在水层间夹杂大小不一的旋涡运动。
旋涡的产生，是由于上下各水层流速不同，分界面上形成相对运动，这种分界面极不稳定，很容易造成微弱的波动；这种波动逐渐发展，最后在交界面上形成一系列的旋涡。
（二）环流与螺旋流1. 概念：在弯曲河道中，由水面从凸岸流向凹岸的表层流和河底从凹岸流向凸岸的底流构成一个连续的螺旋形向前移动的水流，称为横向环流。
2. 产生原因：弯道离心力和地球偏转力。
弯曲河道由于水流本身偏转而产生离心力。
离心力F=mv2/r，m为水量，v为流速，r为弯道半径。
因水流流速随水深而减小，离心力也随水深加大而减弱。
受较强离心力作用的上层水流就会朝向受较弱离心力作用的下层水流方向排挤，因而产生向下水流。
另外在同一深度不同部位弯道的横向水流流速也不一致，靠近凹岸处流速大，凸岸处流速小，因而在同一深度各点离心力的强弱也有差异。
凹岸水流随着下降水流沿河床底部向凸岸排挤，以维持水流的连续性，靠近河面水流则由凸岸流向凹岸，整个河床内的水流发生连续性的螺旋状前进。
在地球自转的影响下能产生偏转力，在北半球河流向右岸偏，南半球河流向左岸偏。
地转偏向力作用的强弱与水流流速和水量成正比。
就同一河段来说，表层流速大于底层流速，因而表层水流所受地转偏向力大于底层水流。
在弯道上，横向环流方向和片状力方向有的一致，有的不一致。
一致时，弯道环流加强；不一致时，弯道环流减弱。
二、流水的侵蚀作用1. 片状侵蚀即坡面侵蚀，指坡地上没有固定流路的薄层水流，较均匀冲刷地表疏松物质引起的侵蚀现象。
