讲义河道演变基本原理知识精讲讲义河流动力学

第六章河道演变的基本原理序言冲击河流演变过程是流域侵蚀和地貌景观变化过程的一部分。沿其纵向河流常分为三段：侵蚀段（河源段）、输运段、沉积段。随着纵向位置的不同，冲击河流中的水力要素、泥沙特性和边界约束都将发生很大的变化。如图6-1所示。河道的演变主要由水流和泥沙的运动所决定（量级为百年），最终河槽形态将趋于某种平衡状态。序言冲击河流的演变过程研究是一门发展中的学科，有一定的局限性：其物理过程涉及到诸多变量，但可应用的力学和数学定律及条件不够，很大问题还不能进行精确的分析运算，常需要依赖于简化假定。§6-1基本概述一、概念河道演变——河道在自然情况下或在受人工建筑物干扰时所发生的变化。这种变化是水流与河床相互作用的结果。河床影响水流结构，水流促使河床发生变化两者相互依存、制约，经常处于不断地运动和发展状态之中。§1基本概述水流与河床的相互作用以泥沙为纽带。在一种水流情况下，通过泥沙的淤积使河床抬高；换之，通过冲刷又降低河床。故河道演变的基本规律以泥沙运动为基础。冲积河流的演变过程因其所处的边界条件复杂，不能直接从以前所学的泥沙运动的基本规律得到充分解释。需在以前知识为基础上，更进一步对河道演变进行探讨。§6-1基本概述二、研究对象

1、广义（地史、地貌学）

①时间：河道生成、发展的历史过程。

②空间：河道流经的河谷各部分。

2、狭义：近代的、河道本身的变化。说明：河道发生变化的根本原因——输沙不平衡。由它产生的河床变形是朝着使变形停止的方向发展的，这归因于河床与水流的“自动调整作用”。§6-1基本概述“自动调整作用”——在一定条件下，当输沙不平衡引起河床冲淤变形时，河流要通过调整比降、流速、河床形态及物质组成（甚至沙形），使得当地的水流输沙能力与上游来沙量相适应，河床变形将逐渐停止，水流与河床的这种相互作用。§6-1基本概述例：河床淤积（Sm＜S0

）→过水断面↓，J、υ↑，物质细化（n↓）→Sm↑，使Sm＝S0，河床停止淤积。反之亦然。注：平衡：上游来沙量与水流挟沙力相适应稳定：在较长一段时间河床变形幅度小§6-1基本概述

总之，由输沙不平衡→河床变形；经自动调整→输沙平衡。短时间看，输沙总是不平衡的；长时间看，输沙可能达到平衡。河床演变这一机械运动，平衡是相对的，不平衡是绝对的。即河床无时无刻不处在变化和发展的状态之中。同理，输沙平衡也一样。§6-1基本概述三、影响河道演变的因素

1、区别对待两个问题

①河流形成的历史过程中起作用的主要动力因素：地壳的构造运动、水流作用、冰川、风化作用。

②河流目前的河道演变特性只着眼现阶段的水流作用，尤其是水流与河床的相互作用。§6-1基本概述

影响水流与河床相互作用的因素：河段的来水量及变化情况气候、地质、河段的来沙量及变化情况植被河段的河谷比降河段的河床地质情况地理、地质2、流域内影响河道演变的因素如图6-3所示扫描§6-1基本概述3、研究的时间尺度

①稳定时段（量级为天）

②准衡时段（量级为百年）

③地质时段（量级为百万年）对工程有重要影响的泥沙输运问题的时间尺度限于百年以内。流域中的气候、地形、植物、岩性可视为确定的自变量；河道形态是因变量，由其他自变量决定。包括：流量、输沙率、粒径、河谷比降、岸壁阻力等。§6-商1基本伍概述冲击撒河流世的河侮道形晨态如挂何达握到相博对平健衡？河流怎演变韵包括众了河残道的权比降味、形搏态、涉河床答物质持组成章的变沙化，轧常趋捷于使抛河道股形态坦达到俱一定男的相嗓对平茫衡，留上游炒的来闪水、间来沙嘱通过债河段值下泄俗。这怜种平锈衡是笑动态娇的。影响咏河道友演变桶的人觉为活幻玉动？包括北流域挠内的牲植被抓和土鞠地利任用方遥式、匹干流钻上的良水利塑枢纽糟工程童等，量它们首影响老流域虑的来寒水来刑沙条茂件，衣使河卧道失崇衡，连引发倚其相羞应调飘整以别适应宅变化例了的抽条件基。§6-瓶1基本泰概述四、果河道挥演变当的均肺衡状瓣态1、均订衡河杆道若河宰床和少边岸象的物着质组协成不晃变或琴流域锄来水盯来沙铲无较扯大变笋化，缝在准意衡时登段内资，河毫道在食平面连摆动丑和断朴面冲迷淤的平演变抢过程皆中达掌到一必个稳泊定、碰平衡理的形顷态，钟河道痛的主意要几麻何尺盼寸基归本不谈变，情此时乓河流珍处于哗平衡筑状态亭。2、影躁响河章道冲某淤平多衡的孤主要炎因素Qs·D50∝Q滤·J§6-舟1基本次概述3、均坐衡状使态的接判据①以河夕道形冰态随探时间膛的变晚化为榆判据若在向一定粒时段策内，不流域咐来水涉来沙带条件湾和边绒岸抗席冲性谋是稳灶定不嫁变的卵，则死河流乱响应料这些盛条件潜调整凶自身回的空档间形光态，尽使其霉宽度女、比钥降、侍弯道墨形态惰维持煌一个纵相应滔的稳而定值强。河道碑处于宁一种梅动态施平衡赞之中遵：河完道形旧态的婶几何座特征返参数滑围绕钉某均雷值不山断波公动。§6-过1基本怀概述②以河堤道内壶泥沙平的输虏运过志程为奶判据河道趣形态定达到趋均衡谁的根赞本原索因是棋水沙很输运旨过程换达到存了动脏态平询衡。均衡借河流——在经阻过一门定年仙月以躬来，览坡降诉经过瘦细致傅的调疫整，棕在特自定的系流量屋和断帅面特梦征条粘件下逐，所肃达到响的流声速恰案好使凳流域狮的泥致沙能豪输移势下泄棋。它好是一爬个处危于平得衡状林态的绣系统悔。其主由要特浓点：控佣制变粉量中蚁任何巧一个炼的改齿变都忠会带游来平弊衡的驱位移饺，其害移动简的方横向能伐吸收传这种搭改变剑造成处的影犁响。§6-吓1基本扬概述③以河伤道的练输沙仙耗能炼效率弄为判拨据对于怠恒定程流量斜、含层沙量永的情突况，亏河道团的最除优运宋行效储率表智现为免在可营能的淋范围馒内使况输运具这一喇来沙忧量所宇消耗晒的水宿流机幅械能丹最小殊，即姐通过栗自我殖调整距、最向后得搅到允抚许范左围内恩的最倾小河钓道比苏降。§6-绕1基本申概述河流斜处于否平衡济状态豪的理联解：河道较的主寒要几桨何尺挽寸基匪本不尤变；存在斜一种桌自动堵调整抚的负壳反馈啄机制你；水流抹和泥互沙等禽变量叹之间英达到炒某种拦平衡胸。§2造床齐流量一、连概念1、定汗义对均段衡河厦道形柏态的吵形成丹起到刃控制幕、主献导作咐用的贼某个武中等远流量肾。其造南床作令用与总多年蚁流量断过程拦的综苦合造杜床作株用相浆等的秒某一彻流量插（虚意拟Q），摘它对纵于塑袋造河抹床形帝态所长起的京作用宪最大唱。介俩于最钉大洪柔水流枪量和仔枯水奔流量党之间拨。§6-阿2造床累流量造床缓流量菠的概铃念不珠适用阶的情浊况：研究讯半干洽旱地临区的逼一些录季节邪性、糕间歇快性、默人为画调节酬作用朴强烈碰的河惰流。故治辨河工剪程上任常用此的设散计流欺量往享往不剂等同顿于造讨床流隶量。2、意捎义是河茶道演晋变中撞最重挽要的甩自变那量，躺决定踏了河取流的岸平均浊形态磨，常拜用它着设计漂河流熊的断涂面、惑平面旺形态袍。§6-优2造床接流量二、警常用带的计溜算方射法（染估算块）1、平躲滩流赛量法平滩袋水位——在滩乳槽分羞明的脾河道洽里，圣主槽浙充满合后与致新生崖河漫牲滩表易面齐匠平的圆水位攀。平滩亏流量吉标志症了来拘水来舍沙的凶动力芦作用互从塑淡造主犁槽到竟滩地府的一惰个转汗折点塔，在神河道筹形态挎演变炮中具绒有重灰要意拨义，弓故选鹅择它绑来代昆替造形床流辛量。优点缝：概医念上点易于伤应用蹄；§6-虎2造床基流量缺点橡：需辽通过浪野外捕查勘控河道敏地形韵确定竟，不锋易规泛范化挤；没凭有一员个普惨遍适暂用的厨方法绢确定苍其准饼确值乖，需刃综合彩考虑刮造床料过程交和具寻体河言段的壳形态匪特征客进行找判断庭。漫滩气洪水泛在河街道塑佩造过江程中陕的作区用：漫滩区前：四水流议在主初槽中李流动借，υ和Sm较大漫滩离后：A和χ↑，因挡滩面绞上水虽深小药、阻振力大型，益导致声泥沙泊大量怨落淤舅。靠被近主愚槽淤顽积较乞厚，型颗粒良较粗稼，形芹成沿改主槽财的自渐然堤认。§6-氏2造床扣流量2、采那用某叹一频程率或贺重现施期的托流量荷作为碌造床流量优点鉴：方效法简圆便易姻行，岩可靠霸性好累；缺点尽：对豪各种律不同板的重蹈现率梳，注红意重亿现期的河具体尖计算拴方法碎。§6-茎2造床持流量3、有急效输书沙流爪量法根据嘴不同灾粒径望泥沙恩的造尘床作狱用确善定造葱床流烂量。在河胃道的羡动态失演变液过程摸中，泪河床牌冲淤缴和河开道摆福动都巨与泥环沙输烂运相搂关，柿输沙溜量最律大的柜这级悄流量叠造床宿作用暴最显妹著，习故把维它作访为造孕床流吼量。优点舱：有丧一定馋的规狡范性掠和可隔靠性率；缺点感：对添流量秆分级霜间隔落敏感抹，不电宜过曲小。§6-稀3河相献关系一、疑概念河道馋处于容均衡户状态素时，佛水动甲力因饺子（低流量演）与净河道栽断面作形态脚之间核存在鞭定量肆因果寒关系殿。自由迁发展刚的冲歇积河堵流，祖在挟望沙水狮流长悄期作箱用下刻，经咬过自授我调缺整使眼河床虹形态投相对武平衡奏。即旺河床药取得秤与所常在水味文、蹦泥沙饼条件浊相适你应的健最合寇适外猪形。弓表征磨这些耕外形符的因卷素（B、h）与迹水力录泥沙沿因素坐（Q、J、D）之绘间存包在某北种函骆数关绞系即狸河相刮关系程。§6-泡3河相侄关系二、初人工词渠道枕的均悄衡理底论在稳引定不翁变的异流量谢和含旁沙量天下，泊若渠约道的律宽度任、水奶深和乏比降抛符合低一定葱的关间系，赖就能惑够使惭得渠严道在博该种塔来水趋来沙顿条件后下保址持冲王淤平弓衡，朽成为猾“均扬衡渠阶道”罢。根据琴渠内罗各种送设计摆流量款和泥犹沙粒枝径确动定冲倾淤平仍衡渠见道应山有的摄断面冰尺寸亿和比培降的信关系煮式称彻为“高均衡毙理论鼻”。§6-牙3河相片关系三、省河相斥关系远分类1、沿邀程河听相关稳系指特哪征流愉量与雨断面烘尺寸漏的关龄系。反映奔了某韵一特榨征流符量下撑，不挖同河仙流之祖间或涉同一惕条河障流上哭、下扇游之裳间，抛由于蚁水流疯、泥五沙和代边界料条件联不同舰引起丘的河禁床形筹态变牙化。无研究晃河槽循形态未在空宜间上献的分危布规者律。§6-缝3河相录关系2、断收面河丙相关便系指不矿同流娃量下物的过帖水断划面尺控寸。研究远某一赢短河贱段或能断面命在不情同流笛量下闪的断循面尺各寸、库坡降惊的变验化。什反映标过水货断面饿的几应何形冶态随唱时间圣调整渣变化丽。横向断面叨河相米关系下凹厕型纵向规直愚线型上凸聪型§6-争3河相疼关系说明父：这岸三种怀类型日的剖飘面，型由源碑头→海口熟，从阁宏观颜角度门分析只基本络属于蕉圆滑借的几秒何曲夹线，松但从脊小尺跳度上师讨论即：沿妈程有熊波折绿、起箩伏，牙究其局原因呜如下眨：地壳符构造凤运动纪的影渠响，缝在上圾升、鹿下降当交替族而形成鞠的纵绑剖面狡上有好不连把续的艺转折科点；沿河丢的岩年性不贼一致国；有大