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《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。
治河防洪课程描述(6.20)(2)河床由泥沙组成，河床组成的变化是通过水流中的泥沙与构成河床的泥沙通过输沙相互交换实现的。
如果泥沙交换不平衡，各种河床变形将不可避免地发生。
二。
河床变形的分类1.从演化表达形式上可分为纵向变形和横向变形(1)纵向变形是指沿河道的变形，即河床纵向断面的冲淤变化，如河床的底切和抬高等。
(2)横向变形也称平面变形，即河床沿垂直于水流的水平方向变形，如河湾的发育、支流河道的涨落等。
当河道横截面发生横向变形时，其平面形状将不可避免地发生变化。
因此，横向变形也称为平面变形。
在自然河流中，横向变形和纵向变形经常交织在一起。
2.从河道演变的发展过程来看，可以分为单向变形和反向变形，这是河道演变的基本原则。
研究河流输沙规律的目的是为了整治河床。
然而，天然河流的河床形态、演变规律和整治方法往往不同。
特别是在河道上修建水利枢纽、整治工程或其他工程后，由于整治建筑物的干扰，河床演变将更加复杂。
为了有效治理河流，必须充分了解河床演变的基本原理、河床演变的分析方法以及各种河床的特殊演变规律。
虽然河床演变的具体原因差异很大，但其根本原因可归因于不均匀的泥沙输移。
检查任何河流的特定区域BL(B，l分别是河流宽度和河流长度)，当进入和离开该特定区域的沙量G0，Gi不相等时，河床将经历冲刷和淤积变形。
四、河床演变的分析方法冲积河流的河床演变是复杂的。
根据时间特征，可分为长期变形和短期变形。
根据空间特征，可分为大规模变形和局部变形。
根据形态特征，可分为深部变形和横向变形。
根据方向特征，可分为单向变形(单向冲淤)和反向变形(交替冲淤)；根据是否受到人类活动的干扰，可以分为自然变形和人为变形。
影响河床演变的主要因素可归纳为:上游来水及其变化过程；河段上游产沙量、泥沙组成及其变化过程；河流出口处侵蚀基点的高程和河床边界条件。
由于水沙条件的瞬时变化和河床边界条件的变化，河床演变的形式和过程极其复杂。
精确的定量计算仍有许多困难，但可以借鉴。
游荡型河流的演变规律、模拟技术及工程应用引言随着人口的增加和经济的发展，对水资源的需求越来越大，河流的人工开发与利用也越来越广泛。
而游荡型河流（meandering river）由于其复杂的地貌、丰富的生态和广泛的分布特征，成为研究与保护对象，同时也是水资源开发与水利工程建设中需要考虑的重要因素之一。
本文将主要讨论游荡型河流的演变规律、模拟技术及工程应用。
一、游荡型河流的演变规律游荡型河流是指河床走向呈蛇形曲线的河道，在沉积环境下形成的一种特殊河型。
河道的曲率与河道高度的变化不断交织，形成一些具有大曲率半径的弯道和小曲率半径的微弯道，从而形成一种典型的河岸地貌，即游荡河道。
游荡型河道主要由下图的一些特征所描述：1. 满足一定的物理条件：河道流速适中，水流具有一定的沟深和强度，底部和两岸都有足够的沙砾和泥沙。
2. 所处的地形和地貌具有一定的扭曲性和不稳定性：河道所处地形和地貌起伏、扭曲，局部地区的流动受到阻碍，形成了一定的涡流。
3. 存在着一定的物理波动力：由于河道所处地形和地貌的变化，水流存在着一定的波动力，这些波动力会产生一定的周围环境压力，并引起局部沉积或侵蚀。
从河岸地貌的长期演变过程可以看出，游荡型河流的演变规律有以下几点：1. 河道往往呈现出周期性波动，河流的河床高度和河道走向变化周期较长，大约为几年甚至几十年。
2. 河流演变和河道沉积、侵蚀有着密切的联系，侵蚀和沉积的过程相互作用并产生反馈。
长期以来，同一河段的河床沉积与侵蚀的总体趋势是收敛的，形成了相对稳定的河道形态。
3. 游荡型河流演变速率稍慢，相比之下，直河道（braided river）等其它河道型更易受到人类活动的影响改变。
二、游荡型河流的模拟技术目前，对游荡型河流的演变规律的研究主要是基于河道水动力与沉积学的模拟和数值模拟方法。
以下是目前主流模拟工具及细节：1. 模拟流体和物质的数值模拟方法：以计算流体力学（CFD）及其衍生方法为主要工具，等格网格及多流体方法等是主流的数值模拟方法，在空间上可分为二维及三维，而在时间上一般是采用显式或者隐式时间差分算法。
游荡分汊型河流演变规律浅析
张坤;张树岩;刘云龙
【期刊名称】《科技信息》
【年(卷),期】2011(0)33
【摘要】1 游荡型河道演变的一般规律游荡型河流是河床宽浅,沙滩众多,洪水时汪洋一片,枯水时河汉密布、水流散乱,主流摆动不定,有时难以分辨主流所在,心滩变化莫测的一种河型.由于河床的形态变化,同时也决定了河道的游荡型.河床的变形可分为纵向和横向,纵向变形是指河床沿水流方向的变形,常常分为侵蚀段(河源段)、运输段、沉积段.其表现为河床纵剖面形态所发生变化,亦即上游河床的下切,下游河床的淤积或抬高;横向变形也称为平面变形,平面变形是指河床与水流垂直的水平方向上的变形.其表现为河床在平面的摆动,亦即河弯的发展或河道的兴衰等.
【总页数】2页(P362,351)
【作者】张坤;张树岩;刘云龙
【作者单位】淄博黄河河务局山东淄博255000;淄博市萌山水库管理处山东淄博255000;邹平黄河供水有限公司山东邹平256209
【正文语种】中文
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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）。
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。
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。
