第四章河床演变学

《河床演变学 [浅谈古尔图河河床演变规律及其整治]》摘要：①古尔图河水情特征：古尔图河属于山区季节性多泥沙河流，河道枯水期(流量10m3/s以下)有5个月，即1、2、3、4、5月上旬、12月中下旬;平水期(流量10m3/s30 m3/s)有4.5个月，即5月中下旬，6月上旬、9、10、11、12月上旬;洪水期(流量30 m3/s 个以上)有2.5个月;水量随气温、降雨变化较稳定，且在时间、空间分布规律较明显，c河床演变特性：①河流比降较大，水流具有较强的携沙能力，输沙常处于不饱和状态，所以古尔图河河流的河床演变是以纵向冲刷下切、横向侵蚀拓宽为主的发展趋势，河流中的泥沙运动是产生河床演变的主要原因，河床冲淤变化也是泥沙运动的结果;因此，研究河床演变规律、了解河流泥沙的来源及其特性，是整治泥沙危害变害为利的首要任务，同时也是保护自然环境、实现可持续发展的重要途径之一新疆河流均为冲积扇河流，全疆绝大部分灌区、村庄、主要城镇均处于各河道冲积扇上;新疆乌苏市古尔图镇及农七师123、124、125、127团就位于古尔图河下游的冲积扇上;古尔图河发源于发源于天山北麓的博罗科努山，属于典型的山区季节性多泥砂河流，每年汛期暴雨、泥石流导致上游河床严重淤积，险情不断，水利工程损毁严重，造成引水排沙两难的境地;下游自然环境因河床演变和人为因素破坏，导致部分国家级保护植物如野生胡杨、白梭梭等自然植被枯死，农业需水量得不到满足，给古河流域的人民带来了沉重的负担，严重制约了农业经济的发展;因此，了解和掌握河床演变规律、整治泥沙淤积具有重要意义，同时也是保护自然环境、实现可持续发展的重要途径之一。

古尔图河流经古尔图牧场，在甘家湖牧场与奎屯河、四棵树河汇合，由南至北注入艾比湖。

古尔图河全长115公里。

主要由五条支流汇合而成，后经哈拉少拉山流出，河床最宽处250米左右，由南至北而下，年径流量3.45亿立方米，泉水年涌水量2.61亿立方米，汛期最大瞬时洪峰流量110m3/s。

1.阐述弯曲型和分叉型河流的水沙运动特性以及与地形的关系。

弯曲型河流的水流特征：水流作曲线运动时，要求有一定的向心力，这样水面要产生横比降，从而有造成了横断面上的环流，它与纵向水流结合在一起，成为了旋转流，对纵向水流产生明显的影响。

弯曲型河流的泥沙特征：悬移质泥沙在垂线分布不均匀，上细下粗，上希下浓。

不同高程上的流线在水平面上展开的结果，将使含沙量高的水体和较粗的泥沙集中靠近凸岸，凹岸的水相对较清，泥沙要细一些，含沙量在垂线上的分布也要均匀一些。

推移质的横向输移有同岸输移和异岸输移两种方式。

泥沙由弯道凹岸输移到下游弯道同一岸的，称为同岸输移。

输移到河湾的凸岸和下游弯道另一岸的，称为异岸输移。

对于弯曲型河流来说，推移质泥沙应包括两部分，由上游凸岸边滩下来的推移质以异岸输移动为主。

在弯道凹岸冲刷的泥沙，其中以弯顶稍下游冲刷最甚，这部分泥沙中的推移质运动将以同岸输移为主。

弯道的旋转流运动使得推移质运动有向凸岸集中的趋势，从而形成了凸岸边滩和凹岸深槽。

根据流水与河床相互作用的情况以及河谷的特点，河湾可以分为自由河湾，深切河曲，限制性河湾。

自由河湾具有宽广的河漫滩，弯道发展不受限制，中，枯水时水流受弯道约束，流路弯曲，不断引起凹岸坍塌和凸岸淤涨。

洪水时水流漫滩，流路趋直，对弯道的造床作用反而较小。

深切河曲多出现在山区，河湾与河谷的弯曲形势是一致的，因而各级水流对弯道都有一定得作用，而且所形成的弯道曲率半径比较大。

限制性河湾，河湾受到局部地形限制，水流方向急剧改变，弯顶成锐角折线。

分叉型河流的2.试述长江口、黄河口、珠江口、钱塘江口河床演变的主要特点1.长江口河床演变的主要特点：缓混合陆海双相河口的演变特点是：陆相泥沙和海相泥沙的来源丰富，径流与潮流相互消长，力量相当；陆相泥沙和海相泥沙对河口河床的塑造都起显著作用。

在冲积平原上的河口演变，如中国长江口。

这类河口发育充分，河槽纵比降平缓，河床容积较大，平均潮差不大，但进潮总量较大；咸淡水混合有不同类型，以缓混合型为主；河口区各河段水流情势不同，河床演变也不相同。

第一章黄河下游各水文站基本资料第一节高村水文站基本资料黄河高村站位于山东省东明县，是黄河入鲁第一个水文站，也是黄河流域上的重要控制站。

断面距河口距离579.1公里，集水面积734146平方公里。

清光绪二年（1876年），因洪水肆虐，村庄被淹，举村从堤西迁至堤东，该村地势较高，故命村名为高村。

测验河段位于黄河下游游荡河段的末端，呈上宽下窄的漏斗状，滩地高，堤根洼，易产生塌岸险情或发生溃决。

史书记载仅光绪四年（1878年）、六年（1880年）、十年（1884年）高村就三次决口。

经过1982年大洪水的考验，显示了河道整治对防洪的重大作用，在历年工农业引水、护滩保村及航运方面也都发挥了较好作用。

第二节夹河滩水文站基本资料黄河夹河滩站位于河南省开封县，东经114°34′，北纬34°54′。

断面距河口距离672公里，集水面积730913平方公里。

洪水主要来自花园口站以上流域，涨落较为迟缓，峰型较胖，水位流量关系受冲淤和涨落共同影响，多表现为涨冲落淤，一般为顺时针套绳。

单次洪水过程水位流量关系相对稳定。

水沙量年内分布不均，大水大沙集中在7～10月份，主汛期水量约占全年水量的58﹪，输沙量约占全年输沙量的80﹪。

沙峰受来水区间影响，一般三门峡以上来水时含沙量较大，三花间来水时含沙量较小，沙峰滞后于水峰。

黄河下游花园口至夹河滩河段系典型的游荡型河段。

在该河段 ,黄河大堤内范围宽广,一般洪水频率年份,水流主要限制在主槽内 , 因此大堤内分布有不少居民点以及纵横交错的保护居民点的生产堤和不少高于地面的灌溉渠堤和公路,使洪水行洪范围受到了很大的限制。

在本次设计中，我计算的是高村和夹河滩1967,1970,1971三年的流量和输沙率资料（见表19～30）。

小组数据为1967,1970,1971,1972,1973,1974,1975,1976,1977,1978,1979共九年的信息。

班内数据为1960年到1997年共三十三的信息（其中缺失1968,1969,1970,1984,1987年信息）。

河床演变学河床学，也称河流地貌学、河流地质学、河流地球化学或河流沉积学。

是河流动力地貌学与地球化学相结合而产生的边缘学科，它是一门以实验、观察和测定方法为主的综合性学科。

河床演变学最早出现在河流中上游地区， 19世纪20年代在德国魏玛，当时人们对河床进行过粗略的观察研究。

由于地壳运动造成沉积物在搬运过程中被冲积下来，使河道弯曲，在一些地段，河流会发生强烈的弯曲。

就是因为这个原因，所以就产生了新月型河道，随着冰川的不断活动，这种河道就越来越少，等到河流再次向下游发展，接近海洋的地方，这种形状又重新出现了。

因为我们所说的河床演变是指的第二次向下游发展的过程，所以我们通常都叫它新月型河道。

另外在漫长的岁月中，河水还会把许多石块、木头和其他漂浮的东西带入河床，日积月累，使得河床加深。

河流沿着河谷延伸，从高处流下来的水把凹凸不平的石块和土壤冲到河谷里，再从河谷冲积平原上流过。

由于这样一系列反复的冲刷作用，在河谷底部形成了一条深深的纵向冲沟，这条冲沟又被水流从两侧带走。

随着河流冲刷作用的不断继续，冲沟的规模逐渐扩大，冲积物也不断增加，终于发展成为一片平原。

这一过程，称之为河床的形成。

但在河流的不同部位，由于各种地形、岩石的性质、植被覆盖率以及降雨量等因素的差异，各冲积扇所占面积的大小并不相同，总的趋势是从山麓至山顶冲积扇面积逐渐减少。

河床经历了长期、反复的水流作用和风化剥蚀作用，逐渐变得平缓，沉积物也日益增厚，形成了巨大的冲积平原，如黄土高原、华北平原、东南丘陵等。

19世纪中期，俄国河流地貌学家德·涅利奇在对欧洲河流的考察中，首次提出了河流的地貌类型分类，这些河流均可按照地貌类型划分，共分4类。

即扇形河流、羽状河流、不对称河流和逆掩河流。

20世纪30年代，苏联科学院地理研究所应用弗里德曼和戈洛塔尔的概念，按河流地貌形态进一步将河流划分为扇形河流、羽状河流、不对称河流、逆掩河流和复合型河流。

1957年苏联科学院地理研究所出版了《苏联河流地貌》一书，该书对河流地貌的概念及分类，进行了详细论述。

(2021·广东卷)边滩是由于河流沉积作用形成的与河岸相连的泥沙质堆积体。

三峡水库运行后，长江中游边滩整体呈萎缩态势。

研究表明，长江中游某段河道河床泥沙起动流速在0.25～0.50米/秒之间。

图1示意该段河道某断面在不同流量时的流速与水深情况。

图2示意该段河道流量超过15 000米3/秒的持续天数与边滩面积关系。

据此完成(1)～(2)题。

(1)由图1可知，当流量从14 278米3/秒降至6 888米3/秒时，该河段()A.侵蚀主要发生在深槽区，边滩体扩大B.侵蚀主要发生在边滩体，深槽区缩小C.侵蚀主要发生在边滩体，深槽区扩大D.侵蚀主要发生在深槽区，边滩体缩小(2)根据图2，近年来长江中游边滩整体萎缩的原因除侵蚀作用外，还可能是()A.河道来沙量减少B.河道的水位升高C.河岸护坡工程建设D.河道洪峰流量增加第(1)题：第(2)题：(1)A (2)A 【高考命题规律】考情分析2021年广东卷第15、16题：以长江中游边滩面积的变化为情境材料，结合流量、流速、水深、边滩面积等知识，考查流水的侵蚀和淤积对边滩面积的影响命题预测以具体学术情境材料为背景，结合流水的侵蚀和堆积、海浪的侵蚀和堆积等相关知识，运用冲淤平衡原理分析海岸、河岸等地貌的变化及原因，注重对综合思维、区域认知等素养的考查。

一般以选择题形式出现，难度中等偏上【精要归纳】1.冲刷淤积平衡原理(1)淤积原理：当上游来沙量大于本河段的水流挟沙能力时，产生淤积，河床升高。

(2)冲刷原理：当上游来沙量小于本河段的水流挟沙能力时，产生冲刷，河床下降。

(3)交替原理：同一河段，河流的侵蚀与堆积往往是“你强我弱”，交替进行的。

流量大时(汛期)，以侵蚀为主；流量小时(枯水期)，以堆积为主。

2.河流不同部位的冲淤表现(1)河床演变：河道输沙不平衡是河床演变的根本原因。

冲淤作用导致流程方向上河床高程的变化称纵向变形，影响河床的深浅；与水流垂直的水平方向的变化，则称横向变形，影响河床的宽度变化及河流在平面上的摆动。

第六节河床演变一、河床演变的基本知识(一)河床形态变化的类型河床的几何形状，称为河床形态。

河床形态变化，称为河床演变，它是河床泥沙运动的结果，可有两种类型：1．纵向变形河床沿水流方向的高程变化，称为河床的纵向变形，它是河流纵向输沙不平衡造成的结果。

河源与上游的河床下切、下游河床的淤高，均属此类，其变化幅度随岩石性质而异，细沙河床的变化幅度可能很大。

它对于桥梁工程设计的影响不可忽视。

2．横向变形河湾发展、河槽扩宽、塌岸、分汊、改道等河床平面形态的变化，统称为横向变形。

河湾的发展与弯段水流离心力有关，它可使凹岸不断受到冲刷，凸岸不断出现淤积，产生横向比降，可导致河流截弯取直或河流改道。

(二)河床演变的影响因素河床演变的影响因素有很多，主要因素有：1．流域的产沙条件流域的产沙量及泥沙组成等对河床演变有很大的影响。

例如，黄河及华北地区一些河流，河水含沙量很大，因此下游河道淤积十分严重。

2．流量变化流量越大，水流的挟沙量就越多。

流量变化越大，泥沙运动和河床的变形就越剧烈。

设河水的含沙量为ρ，流量为Q，输沙率为Q s，则有Q s=ρQ （8-17）3．河床土质土质坚实的河床变形缓慢，土质松软的河床易受冲刷。

4．水流比降河床比降大，流速大，冲刷力强，河床受冲刷厉害。

反之则易于淤积。

5．副流作用水流中由于纵、横比降及边界条件的影响，其内部形成一种规模较大的旋转水流，如图8-12所示，称为副流。

它从属于主流而存在，是河床冲淤的直接原因。

229厚桥涵图8-121-冲刷坑；2-回水区；3-路堤；4-主流6．人类活动如兴修水利工程，建造堤坝、桥、涵等活动，都会对河床演变产生重大影响。

二、建桥后对河床演变的影响建造桥梁后导致的河床演变属人类活动影响因素之一，它只是发生在桥位上、下游不远的范围内。

主要为：(一)平原弯曲型河段（属于次稳定河段）在这类河段上建桥，其孔径一般都大于或等于河槽宽度，建桥对河床的影响小。

但是，当桥位通过水深较大的河湾时，因河床自身的天然演变，有可能形成河湾逼近桥台、桥头引道或导流堤，危及桥台基础。