天然河道河床冲淤变化分析与探讨
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。
2025届高考地理复习二轮课件微专题：+冲淤平衡
6、未来，－5m的水深线可能会（
√A．向陆地方向移动
B．向南岸方向移动
C．向海洋方向移动
D．向北岸方向移动
）
2010——2015年冲淤量接近于0， 相比于之前淤积减弱，侵蚀加强
某河发源于美国内陆高山，河流上游河段受季节性融雪和大气降水补给。7月后主要 受降水补给，降水多为暴雨。该河段流量和含沙量年内变化大，但河面宽度变化不 明显。下图示意该河段典型河流断面不同时间的水体形态。
冲淤不平衡对河道的影响
溯源侵蚀
河道变长
冲刷 下蚀
河道变深
侧蚀
河道变宽、改道
下蚀导致河道变深
淤积
河道变浅、变窄、改道
冲刷与淤积交替出现，河道形态也不断变化
淤积导致河道变浅、变窄
冲淤平衡原理
流量
流速
影 响 含沙量
因 素
河道
工程建设
海浪作用
流量大，携带泥沙量大，冲刷强，以侵蚀为主；流量小反之 流速快，搬运能力强，以侵蚀为主；流速慢反之 含沙量大，进入河道泥沙多，利于泥沙淤积 河道窄且深，流速快，搬运能力强，侵蚀作用强 比如水库库区淤积加重，库前（下游河道）侵蚀加重 海水顶托强，淤积作用强；海浪侵蚀强，冲刷作用强
(3)、分析8月该河段河底淤积的原因。 (8分)
降水补给，（坡面侵蚀强）河水含沙 量高； 径流量与流速变率大，流速降低时泥 沙快速淤积。
微 专 题
冲淤平衡原理
冲淤平衡：是指在一定时间内，河段上游来沙量等于本河段水流挟沙力，下泄的沙 量与进入河段的沙量基本保持相等的现象。
冲淤不平衡 • 当上游来沙量大于本河段水流挟沙能力时，产生淤积，河床抬高 • 当上游来沙量小于本河段水流挟沙能力时，产生冲刷，河床下降
天然气管道穿越工程防洪影响评价
天然气管道穿越工程防洪影响评价发布时间：2021-05-25T07:02:02.628Z 来源：《防护工程》2021年4期作者：刘飞虎[导读] 本文依据清姜河益门镇水文站多年实测水文资料，通过水文分析、洪水冲刷计算，对石坝河工程河段河道行洪、河道冲淤变化进行了论证。
核定了河段的设计洪水流量及设计洪水位，计算了河道内构筑物的壅水和冲刷情况，对项目建设可能给河道防洪、河堤安全、水利规划等方面造成的影响作出了综合评价。
身份证号码61030219940816XXXX[摘要]本文依据清姜河益门镇水文站多年实测水文资料，通过水文分析、洪水冲刷计算，对石坝河工程河段河道行洪、河道冲淤变化进行了论证。
核定了河段的设计洪水流量及设计洪水位，计算了河道内构筑物的壅水和冲刷情况，对项目建设可能给河道防洪、河堤安全、水利规划等方面造成的影响作出了综合评价。
为该项目工程的安全性、合理性、可靠性提供了可靠的数据支撑，为今后在该河流流域范围内的水利工程建设具有一定的借鉴作用。
[关键词] 天然气管道穿越；石坝河；水利计算；设计洪水；防洪评价1概况1.1 工程概况石坝河天然气管网跨河工程项目位于宝鸡市高新区石鼓镇滨河大道与石坝河公路桥以上12m处，管道跨河采用下穿式穿越。
跨河管道长度35m，为小型工程。
本工程穿越防洪标准按照50年一遇洪水设计。
穿越河流工程拟采用大开挖、定向钻或两者结合方式穿过河道。
大开挖方式穿越河道是在河底挖出一条管沟，管沟的深度应能保证管道下沟后管顶在河流的设计冲刷线以下，管道安装后管沟原土回填，恢复自然河床。
1.2河流概况石坝河是渭河右岸一级支流，发源于秦岭北麓大沟岭的十地岭，流域面积36.3km2，河长16.5km，河流比降47.6‰，多年平均降水量978mm。
1.3 河道演变石坝河河道的天然状态基本被改造，施工段河床已人工渠化。
河床被硬化，左右岸为水泥护坡。
工程区河段横向、纵向变化不大，多年来河床冲淤变化不明显。
天然河道糙率及河道整治后糙率的变化
天然河道糙率及河道整治后糙率的变化摘要：天然河道的糙率与很多因素有关，如河床沙，卵石的大小和级配，底坡沿程变化及潭深，河道弯曲程度，横断面形状的不规则性，及整治后河道的人工建筑物等。
目前，河道整治后糙率多借用整治前的糙率，河道整治后改变了水流状态、河床形态，糙率也会随之改变。
本文基于河道糙率的确定的基本方法，根据整治后河道水流及河床的变化规律，应用水力学原理，分析河道糙率的变化。
关键词：天然河道‘糙率1、河道糙率的涵义和影响意义糙率又称粗糙系数，水力学的解释是指河床边壁粗糙程度对水流运动影响的一个系数，工程上综合反映管渠槽面粗糙情况对水流影响的一个系数。
运动学角度上水流从上向下游沿程运动引起的能量损失。
影响糙率的主要因素，主要是河床壁面的材料组成（如泥沙、卵石、天然岩石），以及各种材料的粗细结构，床壁表面的平整程度，植物生衰情况，河床的弯曲程度，水位的高低，河槽的冲淤以及整治河道的人工建筑物大小，形状，数量和分布等方面。
因为影响粗糙的因素众多，复杂多变，且糙率又是水力计算的重要参数，因此河道的糙率的确定恰当与否对水力计算成果有很大影响。
2、河道糙率的确定对河道糙率的确定一般采用本河段实测水文资料进行推算，对无实测资料或实测资料短缺的河道，比照类似河道的糙率或用一般经验公式计算确定。
以下主要介绍有实测资料的河道糙率的确定方法。
2.1基于实测水文资料的糙率推算（水力学方法）该方法是利用河道实测水文资料推算糙率，对于某一河段，当流态按恒定均匀流处理时，可根据实测资料（流量Q、断面面积A、水位等）应用谢才公式及曼宁公式推算而得；当流态按恒定非均匀渐变流处理时，可根据河道实测资料的平均值推算糙率初值，然后再通过水面线的反复推算调整糙率值。
2.2查表法当河道的实测资料短缺时，可根据河道特征，参照相似河道的糙率，根据河道河床特征，查天然河道糙率表，用经验的方法确定糙率。
该方法给出的糙率值仅反映切应力对水流的阻力，没有考虑局部阻力对水流流态的影响。
4河床演变及泥沙冲淤分析报告2
4河床演变及泥沙冲淤分析4.1河段特性渭河是黄河最大的一级支流，发源于甘肃省渭源县鸟鼠山，自西向东横跨甘肃、宁夏、陕西三省（区），于潼关注入黄河。
主河道全长818km，流域总面积13.5万km2。
林家村至咸阳陇海铁路桥全长171km，被划分为中游段。
咸阳城区河段从上游吕村至陇海铁路桥全长9.5km，平面形态比较顺直，河宽约450～760m。
河道纵坡较缓，比降为0.65‰～0.95‰。
岸坎北高南低，其中南岸坎高2～3m，系粘土、壤土岸质；北岸坎高3～4m，上部为壤土，下部由粘土组成，抗冲力强，历史上该河段河势变化不大。
后经多年治理，现主河槽单一，平面摆动进一步减小，河势也较为顺直。
1965年进行渭河流域规划时，对此段河道平面形态指标进行过分析，1999年进行渭河中游干流防洪工程可行性研究时，进行了复核，两次比较成果见表4—1。
由表4—1可以看出，经过多年治理，该河段现状1999年比1965年河道的曲率半径增大，中心角减小，过渡段和弯道纵距相应加长，河道形态趋于平顺，对行洪更加有利。
该河段河床多为细沙、粗沙组成，洪水中泥沙含量较大，颗粒甚细。
从长时段来看，河床冲淤基本平衡，而2003年汛期连续发生5次较大洪水，河槽较前出现明显的冲刷。
历史上该河段相对稳定，俗称“咸阳”十里峡。
该河段内已建有西宝高速公路桥、西兰一号、二号公路桥和陇海铁路桥组。
咸阳水文站位于一号公路桥上游约120m处。
按照2001年水利部审查通过的《陕西省渭河中游干流防洪工程可行性研究报告》，渭河咸阳城区段堤防间距不小于600m，北岸堤防洪水标准为100年一遇，南岸堤防洪水标准为50年一遇。
目前，北岸堤防建设已基本完成，南岸堤防正在建设之中。
4.2来水来沙分析4.2.1 泥沙概况渭河是一条多泥沙河流。
从总体看，渭河中游段输沙基本处于动平衡状态，但年际之间的变化较为悬殊。
咸阳水文站为本次设计依据站，其多年平均悬移质输沙量为1.52亿吨，最大输沙量为3.88亿吨，发生在1973年，最小为0.06亿吨，发生在1997年，最大值是最小值的65倍。
第七章河床演变分析及河床变形计算
河床演变分析及 河床变形计算
目的引：言对河床变形作出定性、定量的预测。
河床变形预测方法：
⑴河床演变分析
根据历史实际观测资料对河道历史演变过程进行分析，再根据现在的 河床边界条件，定性预测河道以后的发展趋势。
⑵河床变形计算
根据水流泥沙运动的基本理论和河床演变的基本原理，建立数学模型， 依据一定的初始和边界条件，定量求解河道的冲淤变化过程。
x
t
泥沙连续方程的推导见图7-16
㈡有限差分计算方法
有限差分方法：将计算河段化分为若干短河段，并假定每个短河段
为恒定水流。 Q A 0 Q AVH x t
V V H
t V x g x g J 0 J f
1 V 2 (z Z0 )
2g x
x
J0 J f
1 2g
V 2 x
Fig7-10
7～9月： 冲刷
11～4： 淤积
图7-10 黄河秦厂站1954年流量、含沙量过程线
Fig7-11
Fig7-12
图7-12 水流泥沙特性因素空间变化比较图
Fig7-13
Fig7-14
Tab7-1
Fig7-15
Fig7-16
单位时间的入沙量：G
单位时间的出沙量：G G dx x
三、河床细部变形计算。。
四、河床变形极限平衡计算
㈠极限平衡状态分类
•淤积平衡状态 •冲刷平衡状态
㈡极限状态估算
1、目的：算出极限平衡状态下的J、B、H、V等水流要素
2、淤积平衡状态计算
Q BHV
V S
B
1 H 2/3J n
S* K
1/ 2
V3
gH
m
天然河道水面线计算的几点体会
□郑星收稿日期:2021-03-30作者简介：郑星，男，汉族，唐山市市区河道监管中心，高级工程师。
摘要介绍不规则河道整治过程中，所采用天然河道水面线计算方法的计算路径与注意事项，供河道过水断面极不规则、河床不断发生冲淤变化、沿程水力参数变化较大河道整治设计参考借鉴。
关键词天然河道；恒定非均匀流；水面线在天然河道整治工程设计中，河道水面线的计算是关键的一步，推求水面线的计算方法也很多，例如水深沿程变化的微分方程法、断面比能沿程变化的微分方程法、水位沿程变化的微分方程法以及天然河道水面线计算系统等。
这些方法基本理论依据都是明渠恒定非均匀流渐变流一维平移流动能量平衡的微分方程，在公式的推导过程中均有按其边界条件做了近似或技术处理，均有其边界条的局限性。
很多的水利工作者已经证明，对人工河道或水力参数变化不大相对规则的天然河道，采用前4种推算天然河道水面线的计算方法均能满足河道整治工程的精度要求，但对于河道的过水断面极不规则、河床不断发生冲淤变化、沿程水力参数变化较大的情况，建议采用天然河道水面计算系统分析计算水面线，这种方法相对比较符合实际。
现就在实际工作过程中、采用天然河道水面线推求系统计算河道水面线谈几点体会。
1.明渠恒定渐变流微分方程在底坡为i 的明渠渐变流中，沿水流方向任取一微分流ds ，如图1所示。
断面1—1和断面2—2，列出能量方程Z +h +av 22g =（z +dz ）+（h +dh ）+a +(v +dv )22g+dh w上式展开，并略去dv 2高价小量，θ＜110，令θ≈1，Z +h 为水位高程，dz=-ids ，dh w 为水头损失，包括两部分，即dh v=dh r +dh j ，沿程水头损失dh f =v 2c 2Rds ，局部水头损失dh j =ξd （v 22g），整理后则有水位沿程变化的微分方程：上式写成差分方程形式式中-ΔZ=Zu+Zd整理后，方程中同一断面水流参数分别列为方程左右两端，则有可以看出，方程左端为上游水位函数，右端为下游水位函数，令上游水位函数为F 1(Zu)，下游水位函数为F 2(Zd)，则有F 1(Zu)=F 2(Zd)时的水位高程即为所求。
河道冲淤演变与治理技术研究
河道冲淤演变与治理技术研究河道是地球上重要的水系之一，承载着降雨和融雪的径流，为人类提供着水资源。
然而，由于一系列的人为和自然因素的影响，河道容易发生冲淤现象，导致水流混乱，水质恶化，甚至引发洪涝灾害。
因此，研究河道冲淤演变及其治理技术至关重要。
河道冲淤演变是指河流在长期的水动力作用下，由于沉积和冲刷的不均匀分布，导致河道纵剖面和横剖面的变化。
河道冲淤过程涉及多种因素，包括沉积物的供应、河床和河岸的抗冲性能、水动力条件等。
了解这些因素和过程对河道冲淤演变的影响，可以为治理提供科学依据。
治理河道冲淤的技术研究是为了减轻冲淤带来的不利影响，并最大限度地维护河流的生态环境。
治理河道冲淤主要包括传统的机械疏浚、毁坏性疏浚和生态疏浚等方法。
机械疏浚是河道冲淤治理中最常用的一种方法。
它采用机械设备将底泥和浮渣清除出河道，以恢复水系的通航能力和水质。
机械疏浚技术可以有效地排除淤泥，恢复河道的正常水流，但同时也会对生态环境造成一定的破坏。
毁坏性疏浚是相对于机械疏浚而言的一种较新的治理方法。
它通过破坏原河床和河岸的结构，使淤积物自然地排除。
毁坏性疏浚在河道冲淤治理中的应用尚处于试验阶段，需要进一步的研究和实践来评估其效果和影响。
生态疏浚是一种倡导生态恢复和环境友好的治理方法。
它通过调整河道水流和植被布局，提高河道的自清能力和抗冲能力，促进河流的自然恢复。
生态疏浚可以减少对生态环境的破坏，提高河道的生态功能，但其治理效果需要长期观测和评估。
除了上述治理方法外，还可以结合一些先进的技术手段来辅助河道冲淤的治理工作。
例如，遥感技术和地理信息系统可以提供高分辨率的河道冲淤监测数据，辅助决策制定和治理工作的实施。
计算机模拟和数值模型可以模拟河道冲淤的动态过程，预测治理效果，并优化冲淤治理方案。
综上所述，河道冲淤演变与治理技术的研究对保护河流生态环境、预防洪涝灾害具有重要意义。
在冲淤治理过程中，我们需要综合考虑机械疏浚、毁坏性疏浚和生态疏浚等不同的治理方法，并结合先进的技术手段，以实现最佳的河道冲淤治理效果。
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４ ５ ・
水文水资源
外， 还能看 出其冲 刷及淤积 的均 匀性 。
东北水利水 电
２ ０ １ ４ 年第 １ 期
选择具有代表性的水文年， 并确立水文年的类型进行 分析。从水量、 沙量 的逐年变化特性 ， 来确定各水文年的典 型特征 ， 如丰水丰沙、 中水枯沙、 枯水枯沙等， 并确定水文 要素的变化周期。 ２ ） 来水来沙条件的多年周期变化特性 河流的水文泥沙特性具有多年的周期性变化规律， 河 床冲淤变化也具有多年的周期性变化规律。一般在洪水较
恢复输沙平衡的方向发展的。这就是河床冲淤变化过程中
水流与 河底 的 自动 调节作 用 ， 是制 约一切 河床冲淤 变化 过 程 的基 本规律 。影 响演变 的主要 因 素是来水 来沙 条件 、 水 流泥沙 特征和 河床边 界 条件 ， 三者 之间 关系决定 着河床 冲 淤变化 的规律和发 展方 向。河床冲淤 变化分析 的基础 是天 然河流 的实测资料 。
３ ６
茸
通过分析可找 出河床变形的趋势和规律。按时段划分 ， 河
床变形 可分为历 史演变和近 期演变两 种。历史演变 是指河
床形成和发展的漫长历史过程 ； 而近期演变则是指河床近
代（ 数年 或数十年 ） 的演变过程 。
２ ． １ 历史 演变分析
３ ４
历史演变分析主要工作是收集和绘带 ｑ 该河段各个历 史时期地形图、 河势图、 航道图等 ， 方法是将历次测图绘成 同一比例、 按编年顺序排列对照 ， 既可清晰地看出其演变
河床近 期冲淤变化 分析对水利 工程 、 港行 工程建 设具 有 指导 意义 ， 要根据 实 测 的河道 地形 图进 行 ， 同时 要 充分
利用当地和邻近水文站的实测水文泥沙资料。
１ ） 纵 向变形分析 纵 向变形 （ 沿程 变化 ） 是河道 沿流 程纵 深方 向发 生 的 冲 淤变化 。一般 利用实测断面 图或地 形图进行 分析 。将历
一
般而言 ， 平均枯 水位 的变化 幅度 反映了 河床冲淤 数量 的
大 小 。由图 ２ 可知， １ ９ ７ ５ ， １ ９ ８ ５ ， １ ９ ９ ５ 年水 位不断下降 ， 表明 河 床不断在冲 刷 。此外 ， 还可 以绘 制历年水 位流量 关系 曲
线， 比较相同流量下水位变化规律 ， 亦可大致反映河床的
图 １ 为 浑河砂 山段深泓线河底 高程纵剖 面变化 图
若要准确计算某一河段各河段的冲淤数量， 可选定一 个基准面， 绘出该时段汛期、 汛后的实测断面图， 计算出各
之间， １ ９ ２ １ 年以前该河段为单一顺直河槽， 深泓贴近右岸 ，流分
大 的年份 ， 河床 冲淤变化剧 烈 ， 河床 形态改变显 著 。 但 在随
有水文资料 的河段可利用水文资料推论河床冲淤变 化情况 ， 绘制历年枯水期平均水位变化过程图， 如水位逐
年 上升 。 则河床不 断淤积 ； 如 水位逐年 下降 ， 则河床 不断冲
刷； 如水位交错升降且变幅不大 ， 则河床处于动平衡状态。
仍在 右岸 。这 说明 了浑河该 河段 分叉 的形成 过程 ， 对 了解
１ 河 床 冲 淤变 化 分 析 的原 理
河床冲淤变化的影响因素异常复杂。河道的变形 ， 是
由于水 流条件 的变化 引起输 沙不平 衡造 成的 ， 并且 是朝 着
该河段 未来演变 具有重要借鉴意 义。
２ ． ２ 近期 冲淤变化分 析
断面面积 的增减量 ， 再乘以断面间距 ， 即可求出各断面的
冲淤数量。将结果绘制成图， 就得到该时段内河道沿程冲
刷 变化 图 。该 图除能 直观 看 出各 断面 沿程 冲 淤变 化大 小
・
散， 其中在偏左岸有以砂石等坚硬组成部分（ 约１ ０ ０ ０ ０ ｍ ２ ）
冲刷较小 ， 至１ ９ ４ ３ 年形成 一孤岛 ， 演变 为分 叉河流 ， 但深 泓
次纵断面绘于同一坐标图上， 可清晰地显示河床纵向的冲
２ 河床 冲淤 变 化分 析
河床 演变分析是 河床冲淤 变化 分析 的一个重要环 节 ，
淤 变化 状况 。 由图 １ 可知， 自１ ９ ７ ５ 年以 来 ， 该 河段深 泓线 河底高 程各断 面直 至 １ ９ ９ ５ 年 不断下切 ，应 为单 向冲 刷 变 形。 但到 ２ ０ ０ ５ 年转为淤 积 ， 其原 因为 １ ９ ９ ７ 年 沈阳市水利 局 在该 河段修 建橡 胶坝 ， 水 位常 年维持 相 对高 位 ， 使 河 流 流 速 变小 ， 泥沙 、 杂质产 生沉降淤积 。
２ ０ １ ４ 年第 １ 期
［ 文章编号 】 １ ｏ ０ ２ 一ｏ ６ ２ ４ （ ２ ０ １ ４ ） Ｏ １ —０ ｏ ４ ５ 一Ｏ ２
东北水利水 电
水文水资源
天然河道河床冲淤变化分析与探讨
胡 莲 美
（ 辽宁省水文水资源勘测局沈阳分局 ， 辽宁 沈阳 １ １ ０ ０ ４ ３ ）
冲 淤变化 。如 水位 不断 上升则河床 淤积 ， 水位 不断下降 则
后若干年中， 若遇枯水年份 ， 河床又缓慢调节 ， 力求恢复原
趋 势 ，也 可将历 次测 图按 同一坐标 系合 绘在一张 图上 ， 更
２ 删 ３ 扣 叵 ３ ｏ 世 废 ２ ８ ２ ６
上中 下断面位置／ ｍ
加直观地进行比较 ，更清楚地显示出河床冲淤变化的位 置、 规模和速度。除对照比较外， 还可以根据调查收集的历 史文献资料进行分析。例如 ： 浑河沈阳段工农桥与胜利桥
【 摘 要】 河床 冲淤 变化 分析 是指由河道历 史演 变过程 推断其未 来发 展趋势 。 大量 的天 然河道 ，
经过 漫长的演变 ， 河床得 到充分的调整 ， 大多处于平衡和 准平衡 状 态。用河床 冲淤变化分析 方
法预 测其演变趋势 ， 具有 理论与现实双重 意义 。 【 关键词 】 天然河道 ； 冲淤变化 ； 河床 【 中图分类号 】 Ｔ Ｖ ５ １ ３ ［ 文献标识码 ］ Ａ