《河床演变与整治》

《河床演变与整治》
《河床演变与整治》

《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。

(3)分汊型河段的演变及整治:分汊型河段特性、演变规律、形成条件及整治工程。

(4)游荡型河段的演变及整治:游荡型河段特性、演变规律、形成条件及整治工程。

(5)浅滩演变及整治:浅滩特性、演变规律、形成条件及整治工程。

4.工程泥沙问题:

(1)水库淤积及其防治:包括水库淤积的现象和规律、水库淤积估算和水库泥沙的防治等。

(2)坝区泥沙问题及防治:包括坝区河势规划与枢纽布置、通航建筑物的防沙措施和水电站的取水防沙措施。

(3)水利枢纽下游的河床演变及其防止:包括水利枢纽下游河床的一般冲刷及防治、水利枢纽下游河床一般冲刷估算。

四、实验或上机内容

五、前修课程要求

水力学和河流动力学。

六、学时分配

七、教材与主要参考书

1、《河床演变与整治》,谢鉴衡主编,中国水利水电出版社,1997年。

2、《海岸工程》,严恺主编,海洋出版社,2001年。

3、《防洪工程》,姚乐人主编,中国水利水电出版社,1996年。

4、《中国水利》,钱正英主编,中国水利水电出版社,1991年。

5、《河流泥沙工程学》,谢鉴衡主编,水利出版社,1981年。

6、Richard, A. and Davis, Jr. Coastal Sedimentary Environment, Springer, NY, 1985.

7、Abbott, M.B. and Price, W.A., Coastal, Estuarial and Harbour Engineering

Reference Book, Chapman & Hall, 1994.

古尔图河河床演变整治措施论文

古尔图河河床演变整治措施论文 摘要: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和特性,是整治泥沙危害的首要任务。 关键词:河床演变;泥沙;整治 1.引言 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。 2.古尔图河河床演变基本规律 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。 2.1古尔图河河流的形态和水沙运动的特征 a河流的形态特征:古尔图河河流位于山高坡陡、地质构造复杂的山区,其河床断面呈“V”形与“U”形相间,断面窄深,河流的宽深比较小,中水河床与洪水河床没有明显的分界线。河流受地质构造和岩性变化的影响,形成峡谷和宽河谷相间的河道平面形态;峡谷河段岸坡陡峭,岩基外露,两岸山峰矗立,水流湍急;宽河谷河面开阔,岸坡平缓,阶地发育,存在河漫滩等卵石、泥沙堆积物。 b古尔图河河流的水沙特征 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

《河床演变与整治》

《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。 (3)分汊型河段的演变及整治:分汊型河段特性、演变规律、形成条件及整治工程。 (4)游荡型河段的演变及整治:游荡型河段特性、演变规律、形成条件及整治工程。 (5)浅滩演变及整治:浅滩特性、演变规律、形成条件及整治工程。

古尔图河河床演变规律及其整治初探

古尔图河河床演变规律及其整治初探 摘要: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和特性,是整治泥沙危害的首要任务。 关键词:河床演变;泥沙;整治 1.引言 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。 2.古尔图河河床演变基本规律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。 2.1古尔图河河流的形态和水沙运动的特征 a河流的形态特征:古尔图河河流位于山高坡陡、地质构造复杂的山区,其河床断面呈“V”形与“U”形相间,断面窄深,河流的宽深比较小,中水河床与洪水河床没有明显的分界线。河流受地质构造和岩性变化的影响,形成峡谷和宽河谷相间的河道平面形态;峡谷河段岸坡陡峭,岩基外露,两岸山峰矗立,水流湍急;宽河谷河面开阔,岸坡平缓,阶地发育,存在河漫滩等卵石、泥沙堆积物。 b古尔图河河流的水沙特征 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/s—30 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。 ②古尔图河泥沙特征:河流泥沙主要来自汛期暴雨的水土侵蚀,全年来沙量几乎集中在汛期的几此洪峰过程中,且水流泥沙以推移质为主,推移质主要由卵石、砾石、和中粗沙组成,泥沙粒径分布范围广泛,河床内堆积的卵石一般在较大洪水时才能移动,河床上游卵石、砾石、和中粗沙堆积物较多,下游以中粗沙、面沙为主。 2.2影响古尔图河河床演变的主要因素

河床演变基本原理

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。 (4)河道水流的非均匀性。涉及运动的各物理量沿流程不变的水流为均匀流。达到均匀流的条件是水流为恒定流、水流边界是与流向平行的棱柱体。河道的来水来沙和边界是不满足这些条件的,因此河道水流一般为非均匀流。 2.2河道水流的水流结构 (1)河道水流的流型。在水力学中将流体运动区别为紊流和层流两大类型,在紊流中又分为光滑区、粗糙区(或阻力平方区),以及介于层流和紊流、光滑区和粗糙区之间的两个过渡区。河道水流的雷诺数一般都比较大,其流型一般居于阻力平方区。 (2)河道水流的主流与副流。主流是水流沿着河槽总方向的流动,由河床纵比降的总趋势决定;副流是在水流内部产生的一种大规模的水流旋转运动,由纵比降以外的其他因素所促成。河流中的横向输沙的方向主要是靠有关的环流造成的。因此,一个河段的冲淤动态,

弯曲河道的河床演变浅析

弯曲河道的河床演变浅析 港航0902班王海翔 200919040517 【摘要】河床演变是河床受自然因素或水工建筑物的影响而发生的冲於变化。自然条件下的河床总是在不断变化,如河湾的发展,汊道的兴衰,浅谈的冲於等。弯曲型河道由正反相间的弯道段和介乎期间的过渡段连接而成,由于水流离心力和重力的作用,形成的一系列水力现象在弯曲河道表现的尤为明显,使弯曲河道的河床演变更加明显。 【关键词】弯曲河道离心力河床演变 【正文】 1.弯道水流的受力分析 当水流由直段进入弯道后,由于离心离德存在而使自由的水面的平衡状态遭到破坏,结合弯道水流的实验可知,进入弯道己有从凸岸向凹岸的横比降Jr出现,直至弯段出口处仍有一定数值,出弯后又迅速消失。因此,凹岸的水位线常形成凸曲线,凸岸的水位线常形成下凹线,即水面是凹高凸低,成一上凸曲线,整个水面为一扭曲面。 a op V cp/r×?(2h+Jr) 离心力:F1= 两侧水压力之差:△p=?ρgh2-?ρg(h+Jr)2 =-ρghJr+?ρgJr2 ≈-ρghJr 河底之横向阻力τr0 水流流到弯曲河道处主要受到离心力、重力和河道横向阻力的作用,而由水面横比降所引起的横向压差则沿水深不变,与离心力合成之后,上层水体所受的力指向凹岸,下层水体所受的力指向凸岸,从而是上层水体向凹岸流动,下层水体向凸岸流动,形成环流。 2.弯曲河道泥沙运动特点 河道中,明渠轴线和渠壁的不断改变,迫使进入弯道的水流质点做曲线运动。因为弯道水流质点受重力作用和向心加速度而受到离心惯性力作用,而离心惯性力的方向从凸岸指向凹岸,水流在弯道内运动时,有纵向流速和横断面的断面环流,形成弯道螺旋流,使得弯道凹岸冲涮,凸岸淤积,从而使弯道演变发展,使弯道更加弯曲,水流阻力进一步加大。 泥沙随着水流进入弯曲河道,根据水流在弯道运动特性(即水流在弯道中会出现横向的流速,在水面由凹岸流向凸岸,在水底由凸岸流向凹岸。)因此降低了泥沙在凹岸的稳定性,提高了泥沙在凸岸的稳定性,泥沙总体表现为在凹岸冲刷,在凸岸淤积,因此蜿蜒河道的发展在向着蜿蜒程度增加的方向发展的。 3.弯曲河道河床演变的基本原理 河床演变的基本愿意是属啥的不平衡,进一步的深层原因是动床水沙两相流的内在矛盾和不恒定流外部条件(进口水沙、出口侵蚀基点条件和河床周界条件)。而弯曲河道中,纵向输沙不平衡将引起纵向变形,横向输沙不平衡将引起

河床演变的基本原理

第二节河床演变的基本原理 自然界的河流无时不刻都处在发展变化过程之中。在河道上修建各类工程之后,受到建筑物的干扰,河床变化将人为加剧。由于山区河流的发展演变过程十分缓慢,因此,通常所说的河流演变,一般系指近代冲积性平原河流的河床演变。 河流是水流与河床相互作用的产物。水流与河床,二者相互制约,互为因果。水流作用于河床,使河床发生变化;河床反作用于水流,影响水流的特性。由因生果,倒果为因,循环往复,变化无穷,这就是河床演变。 水流与河床之间相互作用的纽带—泥沙运动。泥沙有时因水流运动强度减弱而为河床的组成部分,有时又因水流运动强度的增强而成为水流的组成部分。换句话说,河床的淤积抬高或冲刷降低,是通过泥沙运动来达到和体现的。因此,研究河床演变的核心问题,归根结底,还是关于泥沙运动的基本规律问题。 一、河床演变分类 天然河流中,河床演变的现象是多种多样的,同时也是极其复杂的。根据河床演变的某些特征,可将冲积河流的河床演变现象分为以下几类: (1)按河床演变的时间特征,可分为长期变形和短期变形。如由河底沙波运动引起的河床变形历时不过数小时以至数天;蛇曲状的弯曲河流,经裁直之后再度向弯曲发展,历时可能长达数十年、百年之久。 (2)按河床演变的空间特征,可分为整体变形和局部变形。整体变形一般系指大范围的变形,如黄河下游的河床抬升遍及几百km的河床;而局部变形则一般指发生在范围不大的区域内的变形,如浅滩河段的汛期淤积,丁坝坝头的局部冲刷等。 (3)按河床演变形式特征,可分为纵向变形、横向变形与平面变形。纵向变形是河床沿纵深方向发生的变形,如坝上游的沿程淤积和坝下游的沿程冲刷;横向变形是河床在与流向垂直的两侧方向发生的变形,如弯道的凹岸冲刷与凸岸淤积;平面变形是指从空中俯瞰河道发生的平面变化,如蜿蜒型河段的河弯在平面上的缓慢向下游蠕动。 (4)按河床演变的方向性特征,可分为单向变形和复归性变形。河道在较长时期内沿着某一方向发生的变化如单向冲刷或淤积称为单向变形,如修建水库后较长时期内的库区淤积以及下游河道的沿程冲刷;而河道有规律的交替变化现象则称为复归性变形,如过渡段浅滩的汛期淤积、汛后冲刷,分汊河段的主汊发展、支汊衰退的周期性变化等。 (5)按河床演变是否受人类活动干扰,可分为自然变形和受人为干扰变形。近代冲积河流的河床演变,完全不受人类活动干扰的自然变形几乎是不存在的。 二、影响河床演变的主要因素

河床演变与整治重点

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。分叉型:中水河槽分叉,一般为双汊,各汊道周期性的交替消长,游荡型:沙滩密布,汊道纵横,变化十分迅速。河床演变分类:1时间特征:长期,短期.2空间特征:大范围,局 部.3演变形式:纵向,横向.4方向性特征:单向,复归性.5引起 演变的外力:自然,人工干扰.//影响因素:1进口条件(上游来 水条件,上游来沙条件)2出口条件(侵蚀基点条件:河面、湖面、 海面等)3河床周边条件:(地理、地质条件:河流比降、宽度, 河底、河岸的组成)河床演变的根本原因:输沙平衡的破坏. 河流自动调整作用:当外部条件变化引起输沙平衡的破坏,河 流进行自动调整以达到新的输沙平衡.特征1平衡趋向性2调 整多样性3反应的整体性4河床变形滞后性5能耗最小 河流水力几何形态:能够自由发展的冲积平原河流的河床,在 挟沙水流长期作用下,有可能形成与所在河段具体条件相适应 的某种均衡状态.与河床的稳定性、特征流量密切相关. 纵向稳定系数:河床在纵深方向的稳定性主要决定于泥沙抗拒 水流运动的摩阻力与水流作用于泥沙的拖曳力的对比. 横向稳定系数:横向稳定与河岸稳定密切相关,决定河岸稳定 的因素是主流顶冲地点及走向,河岸土壤抗冲能力. 造床流量:造床作用与多年流量过程的综合造床作用相当的流 量.马卡维也夫法:相应于最大峰值的流量值约相当于多年平 均最大洪水流量,其水位约于河漫滩齐平,此流量为第一造床 流量.决定中水河槽流量,通常所说的造床流量/相应次大峰值 的流量略大于多年平均流量,其水位约与边滩高程相当,此为 第二造床流量,仅对枯水河槽有作用.平滩水位法在河段内取 若干个有代表性的断面,取平滩水位时平均流量作为造床流量 /河相关系:自由发展的冲积平原河流河床在水流长期作用下 形成与所在河段条件相适应的均衡水力几何形态,在这种均衡 形态的有关因素和表达来水来沙条件及河床地质条件的特征 物理量之间存在的函数关系称为河相关系或均衡关系//沿程 河相关系:相对某一特征流量的河相关系.适用一个河段不同 断面,同一河流不同河段,甚至不同河流/断面河相关系:同一 断面相应于不同流量的河相关系/ ζ:河相系数,河型有 关.B0.5/h=ζ.反映天然河流随河道尺度或流量的增大,河宽增加 远较河深增加为快的一般性规律/河流纵剖面:也属于一种河 相关系,分为河床纵剖面和水流纵剖面 河道整治是在总体规划的基础上,通过修建整治建筑物或采用 其他整治手段,调整水流结构及局部河床形态,使河床向着有 利的方向发展/河道整治规划1洪水整治规划2中水整治规划 (河势规划)3枯水整治规划/河势指一条河流或一个河段的基 本流势,也称基本流路.河势规划遵循因势利导综合整理的原 则/堤防工程护岸工程1下层工事(枯水位以下,包括护底护 脚,总称护脚)2中层工事(两者之间,块石护坡可分为抛石和砌 石两种)3上层工事(洪水位加波浪爬高和安全超高以上,平整 岸坡,栽种树木,修建集水沟)/枯水河床整治:在碍航浅滩上修 建整治建筑物,以改善通航条件/通航保证率:在规定的航道水 深下一年内能够通航的天数与全年天数之比,常用百分率表示 /航道尺度:1航道最小水深2航道宽度3航道曲率半径/4流速 及流态5过河设施/设计水位:根据通航标准达到航道尺度的起 算水位1算术平均2保证率法3保证率频率法/整治水位:与整 治建筑物头部高程齐平时水位1经验数据法:由边滩高程确定2 造床流量法:第二造床流量相应水位/整治线:整治线的方向尽 可能得与主导河岸方向一致,经验法、理论计算(水沙平衡) /整治手段:枯水河床整治是要解决枯水期碍航问题,整治手段 与浅滩整治相同1修建枯水整治建筑物:丁坝(长丁坝束狭河槽 改变主流位置,短丁坝迎托水流外移)顺坝(束狭河槽导引水流, 调整河岸)锁坝(塞支强干)导流建筑物(激起人工环流)

河床演变的基本原理

河床演变的基本原理

第二节河床演变的基本原理 自然界的河流无时不刻都处在发展变化过程之中。在河道上修建各类工程之后,受到建筑物的干扰,河床变化将人为加剧。由于山区河流的发展演变过程十分缓慢,因此,通常所说的河流演变,一般系指近代冲积性平原河流的河床演变。 河流是水流与河床相互作用的产物。水流与河床,二者相互制约,互为因果。水流作用于河床,使河床发生变化;河床反作用于水流,影响水流的特性。由因生果,倒果为因,循环往复,变化无穷,这就是河床演变。 水流与河床之间相互作用的纽带—泥沙运动。泥沙有时因水流运动强度减弱而为河床的组成部分,有时又因水流运动强度的增强而成为水流的组成部分。换句话说,河床的淤积抬高或冲刷降低,是通过泥沙运动来达到和体现的。因此,研究河床演变的核心问题,归根结底,还是关于泥沙运动的基本规律问题。 一、河床演变分类 天然河流中,河床演变的现象是多种多样的,同时也是极其复杂的。根据河床演变的某些特征,可将冲积河流的河床演变现象分为以下几类: (1)按河床演变的时间特征,可分为长期变形和短期变形。如由河底沙波运动引起的河床变形历时不过数小时以至数天;蛇曲状的弯曲河流,经裁直之后再度向弯曲发展,历时可能长达数十年、百年之久。 (2)按河床演变的空间特征,可分为整体变形和局部变形。整体变形一般系指大范围的变形,如黄河下游的河床抬升遍及几百km的河床;而局部变形则一般指发生在范围不大的区域内的变形,如浅滩河段的汛期淤积,丁坝坝头的局部冲刷等。 (3)按河床演变形式特征,可分为纵向变形、横向变形与平面变形。纵向变形是河床沿纵深方向发生的变形,如坝上游的沿程淤积和坝下游的沿程冲刷;横向变形是河床在与流向垂直的两侧方向发生的变形,如弯道的凹岸冲刷与凸岸淤积;平面变形是指从空中俯瞰河道发生的平面变化,如蜿蜒型河段的河弯在平面上的缓慢向下游蠕动。 (4)按河床演变的方向性特征,可分为单向变形和复归性变形。河道在较长时期内沿着某一方向发生的变化如单向冲刷或淤积称为单向变形,如修建水库后较长时期内的库区淤积以及下游河道的沿程冲刷;而河道有规律的交替变化现象则称为复归性变形,如过渡段浅滩的汛期淤积、汛后冲刷,分汊河段的主汊发展、支汊衰退的周期性变化等。 (5)按河床演变是否受人类活动干扰,可分为自然变形和受人为干扰变形。近代冲积河流的河床演变,完全不受人类活动干扰的自然变形几乎是不存在的。

浅谈河床演变

浅谈河床演变 摘要:河流是水流与河床相互作用的产物。水流与河床,二者相互制约,互为因果。水流作用于河床,使河床发生变化;河床反作用于水流,影响水流的特性。由因生果,倒果为因,循环往复,变化无穷,尤其河道上修建各类工程之后,受到建筑物的干扰,河床变化将更为加剧。 关键词:河床演变均衡稳定演变类型 河床演变是指河床在自然条件下或受人工建筑物影响而发生的变化。这种变化是水流、泥沙与河床相互作用的反映。河流存在两个反馈系统:水流挟带泥沙,泥沙的存在又影响水流结构;水流作用于河床,使河床发生变化,河床形态反过来又影响流速分布。它们相互依存、相互影响又相互制约。水流与河床的相互作用是通过河流中泥沙的冲刷、搬运和堆积而实现的,泥沙在其中起着纽带作用。当流速增加,组成河床的泥沙遭到冲刷,使河床降低或拓宽;当流速减小,水中挟带的泥沙沉积于河床上,使河床抬高或束窄,河床就会发生相应的变化。 一、河床演变理论研究进展综述 河床演变是一门新兴学科。目前尚无统一理论如何表达河床演变自动调整作用基本原理是河床演变学研究的难题之一,前人进行了长期艰苦的研究,提出了很多极值理论和假说,主要研究成果如下: (1) Leopold(1962)提出河流能量沿程均匀分布的最大统计熵理论[1]:相当于UJ=常数。Leopold最先提出应用统计熵理论来研究河床演变,由于沿河各段的能量分布受地质地貌条件控制不能沿河自由调整,能量沿程分布不满足构造统计熵的条件,因而河流能量难以达到沿程均匀分布。 (2)窦国仁(1964)提出最小河床活动性假说[2]:在给定的来水来沙和河床边界条件下,不同的河床断面具有不同的稳定性或活动性,而河床在冲淤变化过程中力求建立活动性最小的断面形态。由于河床活动性指标为经验表达式,难以在理论上阐明,也缺乏实测资料进行严格的验证。 (3)Langbein(1964)提出最小方差假说[3]:随着上游来水来沙条件的变化,当地的水力因子将发生调整以趋于平衡,这种平衡状态对应的是使各水力因子变化的方差达到最小。最小方差假说在理论上符合统计熵的最概然分布定理,但统计方差的变量不明确,各人构造的方差可能互不相同。 (4)张海燕(1979)提出河流系统的最小河流功假说[4]:对于一定的水流量和输沙量,当河道可能有几种稳定河床形态和坡降时,河床形态将沿河谷坡降进行调整,使河流系统的单位河长河流功最小,表达式为:γQJ=min。由于造床流量Q给定,即最小比降J=min;对于稳定冲积河流,γQJ的值与输沙率Q s成正比,即得到最小输沙率Q s=min。但河床演变不仅仅是调整比降,而且认为冲积河流的调整是为了满足输沙率最小,这与冲积河流的输沙相对平衡自动调整作用原理相矛盾。 (5)杨志达(1971)提出最小单位河流功理论[5]:对于冲积河道缓流,河道将调整流速、坡降、糙率和河床形态,使输送一定水流量和沙流量的单位河流功率最小,最小值大小取决于河道约束条件,表达式为:γUJ=min。但该公式没有反映河道输沙对河床演变的影响,且河流功在物理概念上不明确,有河道给水流做功之嫌,挟沙水流只能损失自己的能量对运动中的泥沙做功,河床不能对水流做功,河床无能量传递给水流,河床对水流的阻力决定水流能耗的分布

河床演变的基本原理

河床演变的基本原理 第二节河床演变的基本原理 自然界的河流无时不刻都处在发展变化过程之中。在河道上修建各类工程之后,受到建筑物的干扰,河床变化将人为加剧。由于山区河流的发展演变过程十分缓慢,因此,通常所说的河流演变,一般系指近代冲积性平原河流的河床演变。 河流是水流与河床相互作用的产物。水流与河床,二者相互制约,互为因果。水流作用于河床,使河床发生变化;河床反作用于水流,影响水流的特性。由因生果,倒果为因,循环往复,变化无穷,这就是河床演变。 水流与河床之间相互作用的纽带一泥沙运动。泥沙有时因水流运动强度减弱而为河床的组成部分,有时又因水流运动强度的增强而成为水流的组成部分。换句话说,河床的淤积抬高或冲刷降低,是通过泥沙运动来达到和体现的。因此,研究河床演变的核心问题,归根结底,还是关于泥沙运动的基本规律问题。 一、河床演变分类 天然河流中,河床演变的现象是多种多样的,同时也是极其复杂的。根据河床演变的某些特征,可将冲积河流的河床演变现象分为以下几类: (1)按河床演变的时间特征,可分为长期变形和短期变形。如由河底沙波运动引起的河床变形历时不过数小时以至数天;蛇曲状的弯曲河流,经裁直之后再度向弯曲发展,历时可能长达数十年、百年之久。 (2)按河床演变的空间特征,可分为整体变形和局部变形。整体变形一般系指大范围的变形,如黄河下游的河床抬升遍及几百km的河床;而局部变形则一般指发生在范围不大的区域内的变形,如浅滩河段的汛期淤积,丁坝坝头的局部冲刷等。 (3)按河床演变形式特征,可分为纵向变形、横向变形与平面变形。纵向变形是河床沿纵深方向发生的变形,如坝上游的沿程淤积和坝下游的沿程冲刷;横向变

水库下游水沙变化与河床演变研究综述

地理学报ACTA GEOGRAPHICA SINICA 第66卷第9期 2011年9月V ol.66,No.9Sept.,2011 收稿日期:2011-03-26;修订日期:2011-05-27 基金项目:国家自然科学基金项目(40801218,40788001);云南省中青年学术技术带头人后备人才计划(2009CI050);“十 二五”国家科技支撑计划重大项目(2010BAE00739)[Foundation:National Natural Science Foundation of Chi- na,No.40801218,40788001;The Reservers'Training Projects of Yunnan Mid-Youth Scientific Technical Leader, No.2009CI050;National Key Technologies R&D Program of China during the 12th Five-Year Plan Period, No.2010BAE00739] 作者简介:傅开道(1976-),男,海南陵水人,副研究员,博士,从事水文地理学、河流泥沙与河床演变研究。 E-mail:kdfu@https://www.360docs.net/doc/21256244.html, 1239-1250页 水库下游水沙变化与河床演变研究综述 傅开道1,黄河清2,钟荣华1,王兴勇3,苏斌1 (1.云南大学亚洲国际河流中心,昆明650091; 2.中国科学院地理科学与资源研究所,北京100101; 3.中国水利水电科学研究院,北京100038) 摘要:水库建设以满足人类日益增长的水资源及其利用的要求仍是当今世界,特别是发展中国 家在水利建设中的一项重要任务。建坝改变了上下游水流边界条件,导致水沙输移变化,同时 也触发了河床形态发生相应的调整。自从20世纪30年代全球大规模修坝后,关于此课题的研 究就层出不穷。本文就此研究主题对国内外研究成果进行梳理与总结,简要综述水库下游水流 挟沙变异以及河床形态演变的研究历史与现状,旨在对该领域的研究进展进行全面的归纳与 总结。 关键词:水沙变化;河床调整;水库下游;研究综述 水库大坝将河流拦腰截断,大坝尤其是梯级电站联合运营后巨大的调度功能对河流的径流起到巨大的调节作用,改变了下游天然的水文循环和泥沙输送过程,而水沙过程对于河流地貌系统结构和功能的维持起着至关重要的作用[1]。水流是塑造河床的基本动力,径流大小、变幅、各流量级持续时间等要素决定了水沙两相流的造床动力特征;泥沙则是改变河床形态的物质基础,沙量的多少、颗粒的粗细影响着河床演变的方向,不同的水沙组合特征决定了河床的平面形态、断面特征、河弯数量、蜿蜒度、植物结构等。水、沙和河床是一个整体,相互作用,相互影响[2]。河流水库的修建改变了下游水沙过程,破坏原有的水文平衡,必然会引起水沙输移特性改变、河道形态的调整[3]。但由于不同区域的河流,同一河流的不同河段存在着地质地貌、植被、人为活动等个体差异及区域气候环境的差异,再加上不同水库的修建目的、规模大小和运行方式不一样,因而所引起的水库下游水沙过程变异与河床响应也不尽相同。有关学者在相关领域开展了大量研究。本文从水库下游水沙过程变化、河床和微地貌演变两大方向的研究动态开展综述。 1水库下游水沙变化 河流上游水库的修建改变了水库下游自然的水文过程,下游河流的各种变化都可归因于水沙过程的改变[3-4]。钱宁等认为上游水库的修建对下游水文过程的影响:在来水条件方面,主要表现为洪峰流量减少,枯水流量增大,径流的年内年际变幅减小,以及接近恒定流状态的流量持续时间延长;在来沙方面,主要变化是下泄沙量减少,下游河道的含沙量将会显 著降低,泥沙组成变细[5]。随着全球大中小河流建库方兴未艾,众多研究聚焦于直接受水库

河床演变

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8-12 1-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。 (二)平原顺直河段(属于稳定性河段) 在这类河段上建桥,其孔径一般也不压缩河槽宽度,故对河槽自然演变的影响不会明显,建

白马河局部河段河床演变的分析研究

第10卷 第1期 中 国 水 运 Vol.10 No.1 2010年 1月 China Water Transport January 2010 收稿日期:2009-12-21 作者简介:王俭斐(1982-),男,河北鹿泉人,河北省石津灌区管理局助理工程师,研究方向为水利水电工程。 白马河局部河段河床演变的分析研究 王俭斐1 ,任 健2 ,王丽娟3 (1河北省石津灌区管理局,河北 石家庄 050051;2中国水利水电科学研究院,北京 100048; 3河北大学人民武装学院,河北 石家庄 050061) 摘 要:白马河在上游修建水库后,对河道形态的塑造起决定性作用的是极个别年份发生的罕见大洪水。大规模采砂大大改变了原来大洪水塑造形成的河床形态,并使河床演变产生了一些新的特点:纵剖面猛烈下切,且起伏不平;横断面大幅下切和扩宽,河床横断面形态变得极不规整,极大地改变了主槽与边滩的位置关系;深泓点高程大幅度下降,深泓点摆动更加剧烈紊乱。 关键词:采砂;河床形态;白马河 中图分类号:TV147 文献标识码:A 文章编号:1006-7973(2010)01-0122-02 一、前言 长期以来,国内外关于采砂对河床形态及河床演变的研究相对并不十分多见[1,2]。在我国,随着采砂问题的日益严重,对采砂造成的河道及河床演变研究逐步得到重视,但大多是针对长江、钱塘江等南方地区常年有水的河流,分析河道在受到采砂影响下的河床演变[3~6];而对北方地区多年少水甚至多年无水的河流,其受到大规模采砂影响的研究,相对很少。本文以实测资料为依据,分析白马河局部河段受到大规模无序采砂后河床演变的特点,探讨其对河道的影响。 二、河流水文泥沙概况 1.水文概况 白马河是海河流域子牙河水系滏阳河的一条主要支流,发源于河北省邢台县西部山区北小庄乡戈廖,流经内丘、任县,至环水村注入南澧河,全长73.5km,总流域面积485km 2,河道平均比降6.66‰左右。白马河上游建有野沟门及羊卧湾两座小(一)型水库,在非行洪期河床干涸断流。 白马河流域属温带半干旱大陆性季风气候,年内温差悬殊。多年平均降水量601mm,且一年内分配不均,6~9月间降水量约占全年的76%。海河流域内发生“63·8”和“96·8”两次大洪水,暴雨中心均在白马河流域上游附近。 2.泥沙概况 白马河无较大支流,小支流呈单干树枝状。主流在南青山附近出山,并改变流向,由东北转向东南。河道上游为窄深式河槽,过南青山后逐渐扩宽,至铁路桥段约在0.3~2km 之间。在研究河段主流有S 型弯道。该河段为宽浅型河道,滩地上有局部灌木丛等。近年来非汛期河道已不见流水,汛期偶有洪水下泄。 白马河的河床质基本为粗沙、砾石。从研究河段河床0~3m 深的河床质组成看,上游颗粒较粗,平均中值粒径D 50在0.8mm~8mm 左右。白马河沙量主要有两个来源,一是流域上游的土壤侵蚀,二是河道的两岸岸壁坍塌。 三、采砂影响下的河床演变过程 为了分析大规模无序采砂对河床演变的影响,选择白马河局部河段0+000~4+910河道若干年份(1966年,1994年,1996年,2003年)的六个大断面(0+000,1+300,2+710,3+510,4+250,4+910)进行分析计算。 1.横断面形态变化 河道横断面形态反映了河道容蓄和输运水沙的空间,同时也可以反映出滩地与主槽的相对位置关系。图1、图2为白马河局部河段历年典型断面变化情况。 图1 2+710断面 图2 4+250断面

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