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-哥1基本膜概述3、研收究的饰时间辈尺度①稳定暴时段殊（量签级为削天）②准衡追时段裙（量扔级为宇百年连）③地质收时段掩（量涌级为喜百万栋年）对工纤程有浅重要膜影响璃的泥青沙输剪运问尺题的争时间咸尺度筋限于膏百年舰以内轧。流漂域中苏的气绸候、形地形勾、植觉物、绢岩性富可视帮为确渠定的寒自变远量；盒河道蛙形态奖是因汗变量亚，由顶其他崭自变级量决橡定。斩包括融：流坐量、喜输沙奋率、匹粒径闸、河某谷比队降、拴岸壁膀阻力洪等。§6-聪1基本犬概述冲击孤河流建的河竭道形涉态如果何达羽到相盏对平她衡？河流幼演变拔包括技了河伙道的匹比降亡、形刷态、群河床嚷物质缩慧组成缴的变币化，望常趋上于使膨河道要形态钩达到烧一定腹的相割对平斯衡，纠上游疑的来葵水、腐来沙腔通过糠河段拥下泄拨。这矮种平奶衡是遗动态施的。影响恨河道育演变衫的人烤为活使动？包括堵流域鞋内的反植被架和土妄地利舞用方蚂式、协干流出上的伞水利饺枢纽秒工程晕等，糊它们落影响摇流域装的来燃水来践沙条港件，锐使河胀道失奴衡，捏引发旦其相浊应调轿整以争适应唐变化宵了的吵条件径。§6-成1基本榜概述四、掏河道舅演变糖的均迟衡状银态1、均扭衡河陵道若河靠床和身边岸恢的物累质组片成不蛙变或割流域阴来水杜来沙姿无较候大变栏化，揉在准掀衡时键段内中，河镜道在案平面仿摆动支和断贸面冲裕淤的惕演变店过程灵中达旦到一涂个稳拒定、叼平衡卷的形俭态，掩河道掏的主食要几押何尺恨寸基抹本不识变，虑此时惊河流躺处于础平衡覆状态舌。2、影必响河览道冲糕淤平苹衡的希主要境因素Qs·D50∝Q拍·J§6-诵1基本界概述3、均筒衡状辉态的习判据①以河救道形词态随店时间文的变爬化为绸判据若在板一定架时段罚内，烘流域叨来水定来沙腔条件古和边讯岸抗窃冲性晋是稳桨定不筛变的缴，则逃河流吸响应倒这些巨条件饮调整鞠自身足的空绕间形吗态，佛使其前宽度渗、比散降、申弯道五形态午维持习一个汗相应没的稳被定值罗。河道船处于施一种普动态沙平衡励之中阀：河蹈道形泥态的郑几何迫特征样参数茅围绕基某均忘值不踢断波患动。§6-垦1基本违概述②以河光道内滚泥沙卖的输泉运过穿程为肌判据河道幸形态谣达到降均衡瓣的根雅本原羡因是础水沙喜输运匀过程脊达到武了动补态平叹衡。均衡柿河流——在经连过一兄定年垦月以垮来，殃坡降课经过保细致搞的调健整，雪在特贝定的先流量译和断碎面特崭征条优件下野，所扁达到银的流中速恰呀好使借流域婚的泥烛沙能茶输移袄下泄尿。它铁是一倡个处挣于平策衡状纸态的疼系统爸。其主心要特肤点：控露制变伸量中姑任何反一个惹的改菊变都秃会带缝来平尽衡的勒位移醋，其普移动沉的方婚向能肃吸收做这种输改变听造成班的影汁响。§6-透1基本笼概述③以河摧道的赴输沙子耗能跃效率旗为判使据对于泽恒定趴流量送、含绘沙量密的情悉况，午河道汉的最芝优运幻玉行效避率表秆现为创在可姻能的减范围匀内使殊输运导这一态来沙皮量所排消耗娱的水逆流机点械能断最小蚕，即膊通过忽自我吼调整烫、最订后得保到允装许范忧围内鬼的最膝小河怎道比吗降。§6-飞1基本奸概述河流哲处于争平衡敢状态循的理饥解：河道短的主什要几避何尺付寸基交本不本变；存在板一种良自动墙调整浓的负均反馈笋机制择；水流原和泥孩沙等长变量财之间滥达到妥某种箭平衡棋。§2造床鞠流量一、受概念1、定士义对均情衡河派道形仁态的邀形成壤起到免控制场、主舟导作谈用的毁某个涉中等苏流量呀。其造呢床作生用与艳多年括流量伸过程跨的综悔合造央床作球用相过等的墓某一盼流量搭（虚昌拟Q），来它对匪于塑满造河掉床形快态所蛇起的虎作用忌最大虏。介山于最挤大洪貌水流匹量和方枯水豆流量正之间妥。§6-浇2造床有流量造床江流量毅的概疯念不变适用受的情灵况：研究词半干薄旱地奖区的局一些优季节萝性、萄间歇焰性、岩人为惧调节唇作用兵强烈踩的河岂流。故治制河工傻程上瓣常用下的设丛计流劫量往钳往不积等同类于造丑床流链量。2、意失义是河目道演煎变中址最重遥要的财自变敢量，掌决定寒了河不流的绳平均波形态斤，常亿用它嫁设计院河流帐的断权面、广平面拌形态炉。§6-颠2造床柔流量二、屑常用街的计慎算方莫法（箭估算摧）1、平岸滩流折量法平滩福水位——在滩片槽分勿明的箱河道域里，金主槽卖充满修后与列新生恶河漫残滩表缺面齐震平的各水位愁。平滩崖流量盛标志趋了来演水来塔沙的尖动力政作用地从塑裳造主池槽到抄滩地骂的一堤个转紫折点榆，在症河道铁形态罢演变西中具闯有重寄要意悦义，伏故选零择它图来代病替造柏床流蔽量。优点梦：概秀念上遭易于习应用倾；§6-衔2造床抢流量缺点绒：需诊通过苦野外柱查勘腰河道性地形耗确定尝，不识易规聚范化徐；没扶有一苹个普应遍适鼓用的茶方法惹确定糖其准勿确值拣，需市综合稀考虑华造床万过程来和具脂体河泊段的摔形态犁特征杆进行辛判断免。漫滩慈洪水罚在河绩道塑晴造过川程中甩的作腔用：漫滩档前：橡水流疮在主怠槽中利流动左，υ和Sm较大漫滩垫后：A和χ↑，因充滩面尼上水病深小菠、阻腊力大杂，劫导致或泥沙积大量灵落淤谁。靠胳近主坛槽淤碑积较帆厚，挎颗粒袍较粗站，形拴成沿喝主槽欺的自酷然堤政。§6-辫2造床姜流量2、采蹄用某旗一频龙率或兼重现抽期的雀流量奏作为勿造床流量优点歉：方掏法简锣便易塌行，进可靠循性好商；缺点给：对挂各种铃不同纵的重按现率笼，注绢意重既现期的族具体虫计算翻方法央。§6-弊2造床案流量3、有饮效输浊沙流低量法根据说不同不粒径杠泥沙辛的造档床作乐用确举定造替床流搅量。在河廊道的有动态罩演变非过程休中，扬河床妖冲淤田和河揪道摆衫动都草与泥净沙输乱运相父关，帐输沙绣量最吓大的六这级呜流量仅造床狭作用帐最显敬著，蚂故把吨它作奔为造照床流寄量。优点藏：有锈一定蒙的规退范性头和可默靠性放；缺点肚：对亡流量喷分级尾间隔站敏感起，不享宜过榨小。§6-莫3河相难关系一、晋概念河道纤处于伞均衡鸭状态束时，央水动婚力因括子（翻流量席）与虾河道杰断面胃形态怀之间消存在屯定量恐因果著关系楼。自由戚发展离的冲息积河脂流，属在挟抱沙水悟流长奶期作股用下衰，经壮过自砌我调显整使非河床阔形态凭相对劈燕平衡怎。即们河床包取得立与所箭在水肚文、比泥沙霸条件榜相适咽应的沈最合寻适外懂形。燥表征续这些被外形洋的因缩慧素（B、h）与量水力鼠泥沙议因素批（Q、J、D）之问间存绢在某受种函锻数关态系即朴河相病关系教。§6-慈3河相东关系二、魂人工档渠道擦的均踏衡理枕论在稳映定不观变的延流量炭和含夺沙量刮下，逝若渠抬道的野宽度傻、水紧深和盐比降厅符合桶一定萝的关喜系，羡就能淋够使漏得渠我道在汤该种铃来水腊来沙瞧条件潜下保歼持冲艳淤平俊衡，户成为毕“均横衡渠抖道”晌。根据惠渠内良各种照设计需流量愉和泥姑沙粒灶径确唤定冲智淤平救衡渠许道应艘有的码断面绵尺寸茂和比妥降的帝关系桥式称醋为“棉均衡萝理论朽”。§6-求3河相抱关系三、诸河相遣关系皂分类1、沿虏程河方相关撞系指特传征流煌量与绣断面屯尺寸陕的关郊系。反映抓了某军一特办征流坡量下拌，不览同河升流之狗间或对同一凯条河少流上允、下谦游之蹲间，矛由于什水流殖、泥柏沙和区边界脆条件拼不同扑引起基的河锦床形止态变抱化。扬研究匀河槽龙形态网在空谅间上绵的分日布规谅律。§6-蔽3河相厦关系2、断潮面河并相关铜系指不押同流快量下举的过谷水断奸面尺邀寸。研究连某一朋短河曾段或辣断面止在不六同流影量下齿的断专面尺躬寸、兴坡降熔的变写化。独反映跳过水味断面女的几剃何形扔态随补时间蝇调整阵变化头。横向断面章河相仆关系下凹尖型纵向哲直克线型上凸洁型§6-揪3河相兔关系说明危：这翅三种壳类型革的剖缠面，劈燕由源仰头→海口双，从众宏观射角度点分析孔基本碗属于桐圆滑音的几块何曲熄线，朵但从抓小尺筐度上抱讨论脑：沿家程有比波折院、起秩伏，埋究其印原因益如下阻：地壳学构造概运动蜻的影箩响，本在上裳升、瞧下降帜交替恰而形成圣的纵当剖面钓上有错不连律续的闹转折签点；沿河澡的岩