河道演变规律
博导第5讲-顺直型河道的演变规律_图文_图文
第一节 河段特性
（1）几何形态
①平面形态：河身比较顺直 犬牙交错边滩和深槽
上下深槽之间的过渡段---浅滩 存在---反向弯道之间的过渡段, 或者不同河道类 型之间
②判断指标：曲折
系数 ≤1.15
③順直型河段的水力几何关系
边滩的宽度和长度
b=0.57B
交错的边滩向下移动可看成是推移质运行的 一种体现形式。
边滩头部：流速及推移质输沙率大于滩尾
边滩头部冲刷后退，尾部淤积下延 整个边滩向下游移动
相应的深槽首部淤积，尾部冲刷，向下游移动
结论：顺直型河段的演变是通过推移质的运行 使边滩、深槽及浅滩作为一个整体下移。
流量对演变的影响： 枯水期 浅滩冲刷，深槽淤积
洪水期 浅滩淤积，深槽冲刷 ②从河岸土质分析：
河床演变还可能呈现周期性展宽现象。
（2）形成条件
①对于较长河段，两岸地质条件好，抗冲性较强； eg. 基岩、粘土层等，横向发展受到限制。
②对于蜿蜒形河段的长过渡段，两岸抗冲性很强， 河道弯曲受到限制。
注意：对于犬牙交错形成机理，目前没有比较一致 的认识。 罗辛斯基和库兹明：把 边滩看成一种巨型沙波 ，用沙波的稳定性及其运行机制来解释。 此假说初步被到下游递减
深槽：上游到中部递减 中部到下游递增
④水流动力主线
随着流量变化，位置也相应变化： 小水傍岸/低水走弯 大水居中/大水走滩
（3）输沙特性
①泥沙运动
横向输沙较弱，深槽冲刷泥沙一般无法 到达相应边滩
推移质输沙率：
边滩 ≥ 深槽 边滩中部 ≥ 滩头和滩尾 深槽中部≤深槽头部和尾部
边滩断面深泓点较深； 过渡断面深泓点较浅；
河道演变规律课件
THANKS
感
例如：在流域水资源规划中，结合河道演变 规律分析，可以预测未来水文情势变化，制 定出更加科学合理的水资源开发方案，实现
水资源的可持续利用。
水利工程设计与建设
河道演变规律在水利工程设计与建设中具有重要的作 用。水利工程如水库、堤防、航道整治等都需要考虑 河流的演变规律，以制定针对性的工程措施。
例如：在航道整治工程中，通过分析河床演变规律， 可以确定合理的航道断面形状和尺寸，制定出更加符 合水流动力条件的航道设计。
河道演变现状
当前，全球气候变化和人类活动对河道演变的影响日益显著。 许多河流面临着洪水频发、河床淤积、水质污染等问题。因 此，加强河道演变规律的研究和监测，对于保护生态环境、 保障人类安全具有重要意义。
02
河道演的基本程
河床的冲刷与侵 蚀
河床冲刷
河水在流动过程中会对河床产生 冲击，造成河床的冲刷，使河床 的底部变得更为平滑，同时也会 使河床的深度增加。
河道演件
• 河道演概述
01
河道演概述
河道演变定义及原因
河道演变定义
河道演变是指河流在自然因素和人类活动影响下，河床、河岸、河床地貌等要 素发生变形和调整的过程。
河道演变原因
河道演变的主要原因是水流与河床之间的相互作用，包括水流冲刷、搬运、沉 积等过程。此外，气候、地质、地貌、水文等因素也会影响河道演变。
06
典型案例分析
美国科罗拉多河的河道演变及应对措施
河道演变
由于科罗拉多河含沙量大，流速快，河床变 化大，历史上已经多次改道。近年来，由于 气候变化和人类活动，河流侵蚀加剧，河岸 崩塌严重，河道变化更加频繁。
应对措施
美国政府采取了多种措施来应对科罗拉多河 的河道演变，包括修建堤防、加固河岸、疏 浚河道等。此外，还通过实施水资源管理计 划，减少河流的侵蚀和改变河流的流向，以 保护河流生态环境。
河道演变规律课件
2）分别计算各断面历次实测控制基准面以下的断 面面积；
3）计算各断面相邻两个测次的断面面积之差，再 根据上下相邻两个断面的间距，计算其间的冲淤 量；
4）根据计算所得冲淤量，绘制沿程冲淤变化图。
河道演变规律
第六章 河道演变规律
§6-2 河道演变的分析方法
河流动力学
第6章河道演变规律河道演变规律
第六章 河道演变规律
主要内容
• 河床演变的基本原理及分析方法 • 河相关系及其理论 • 蜿蜒型河道的演变规律 • 分汊型河道的演变规律 • 游荡型河道的演变规律
河道演变规律
第六章 河道演变规律
§6-1 河道演变的基本原理
演变基本概念
§6-1 河道演变的基本原理
适应的某种均衡的河床形态，在这种均衡状态的
有关因子（如水深、河宽、比降等）和表达来水 来沙条件（如流量、含沙量、泥沙粒径等）及河 床地质条件的特征物理量之间，常存在某种函数 关系，这种函数关系称为河相关系或均衡关系。
河道演变规律
第六章 河道演变规律
§6-3 河相关系与造床流量
一、均衡状态
（1）均衡状态
§6-2 河道演变的分析方法
• 1、实测资料分析；河演分析 • 2、理论分析：运用泥沙运动基本理论及河床演变
基本原理； • 3、模型试验研究；河工模型或物理模型 • 4、类比分析； • 5、数学模型计算； • 6、新技术的运用；
河道演变规律
第六章 河道演变规律
§6-2 河道演变的分析方法
实测资料分析
• 根本原因：输沙不平衡河道演变规律
第六章 河道演变规律
§6-1 河道演变的基本原理和分析方法
河流冲刷地貌的演变规律
河流冲刷地貌的演变规律河流是自然界中最常见的地貌，其形成与河流冲刷地貌的演变密切相关。
河流的冲刷地貌是指河流在长期的冲刷侵蚀作用下，形成的具有一定规律的地形地貌。
河流冲刷地貌的演变规律主要包括下切、深削、侵蚀和沉积等四个阶段。
首先是下切阶段。
当河流开始形成时，河道处于上升期，河水不断向下切削地表，使得河道逐渐加深。
河床的下切作用导致河道两侧的支撑地层逐渐失去支撑，使得河岸坍塌，形成峡谷或峡谷沟地貌。
此时的河流流速较快，河水呈现溶蚀或冲刷状，对岩石和土壤的物理侵蚀较为明显。
接下来是深削阶段。
当河床下切至一定程度后，河流速度逐渐减缓，开始进行深削作用。
河流在流经地貌不均匀的区域时，会形成Whirlpool现象，即漩涡，使得河道局部地带的冲刷作用加强，形成深槽或深槽沟地貌。
此阶段的河水侵蚀能力较强，易对地层进行侵蚀并产生抛光现象。
而后是侵蚀阶段。
这个阶段是河流冲刷地貌演变中的高峰阶段。
在此阶段，河流沿着自己侵蚀的方向不断推进，形成V型河谷和悬谷地貌。
河流的冲刷作用不断侵蚀河道两侧的地层，使得河谷不断变宽，河道越来越深。
在侵蚀阶段，河水的冲刷能力达到顶峰，可对岩石进行化学侵蚀和物理侵蚀，形成多种侵蚀地貌，如瀑布、峭壁等。
最后是沉积阶段。
当河床下切作用减弱时，河流开始进入沉积阶段。
这个阶段是河流演变的最后阶段，也是河流与地貌的动态平衡阶段。
由于冲刷能力减弱，河流无法将所有的冲刷物质带走，开始进行沉积作用，使得河床逐渐增高。
同时，由于流速减缓，河水开始漫过河床，形成洪泛平原。
此时的河流已经发展成为一条较为平缓的河流，周围的地形地貌也相对稳定。
总的来说，河流冲刷地貌的演变规律是一个连续而复杂的过程。
河流通过下切、深削、侵蚀和沉积等阶段，不断改变着地貌的形态和特征。
河流的冲刷地貌演变不仅是自然界中的一种自然现象，也对人类的生产生活产生了重要的影响。
因此，了解和研究河流冲刷地貌的演变规律对于人类合理利用和保护河流资源，具有重要的理论和实践意义。
河流演变规律及其对水资源的影响
河流演变规律及其对水资源的影响河流是大自然赋予我们的宝贵资源，它们对于社会和经济发展具有重要的影响。
然而，随着时间的推移，河流会发生演变。
演变规律可以用来描述河流的变化过程，以及对水资源的影响。
本文将探讨这些演变规律以及由此带来的影响。
首先，河流的演变规律是多样的。
一方面，河流会发生侵蚀作用，尤其是在高水位时，这会导致河床的侵蚀。
另一方面，河流还会发生沉积作用，在低水位和水流缓慢的时候，会导致河床的沉积。
河流的演变规律主要取决于水流的速度、水流的涨落以及河岸的形态等因素。
其次，河流的演变对水资源有着重要的影响。
首先，河流的演变会改变河道的深度和宽度，从而影响水量的大小和流速。
这将直接影响水资源的供应和利用。
例如，当河道深度增加时，水流速度减小，这可能会导致河水的积聚和洪水的发生。
其次，河流的演变还会影响河岸的稳定性。
当河流发生侵蚀时，河岸的土壤和植被可能会被冲走，导致河岸的塌陷和土地失去农业生产能力。
这进一步影响了水资源的可持续利用。
此外，河流的演变还与人类活动密切相关。
人类的开发活动常常涉及河流的改道和堤坝的修建，这些行为改变了河流的演变规律。
例如，在修建堤坝后，堤坝上游的水流速度减小，河道深度减小，这导致下游缺乏水资源。
人类对河流的开发活动需要谨慎进行，以避免不可逆的影响。
另一方面，人类能够利用河流的演变规律，进行河道的改造和水资源的调控。
例如，在河流侵蚀剧烈的区域，可以修建防洪堤坝，以保护周围的居民和农田。
然而，尽管我们已经了解了河流的演变规律，但由于环境的复杂性和世界自然变化的不可预测性，河流的演变仍然是一个复杂的问题。
对于河流演变规律的研究需要结合大量的数据和科学方法，进行准确的模拟和预测。
这将有助于我们更好地管理和保护水资源。
综上所述，河流的演变规律对水资源具有深远的影响。
了解这些规律对于河流的管理和水资源的合理利用至关重要。
在未来，我们需要进一步加强对河流演变规律的研究，以促进河流生态系统的保护，同时确保人类社会经济的可持续发展。
博导第6讲 蜿蜒型河道的演变规律
19世纪50年代, 张瑞瑾提出曲折系数大于1.2为蜿蜒型河段 后来根据实测资料
当K> 1.25, 河型为蜿蜒型河段
当K< 1.15,河型为順直型河段
（4）河型判别标准
第六章 蜿蜒型河段的演变及整治 (meander/wandering reach)
“九曲回肠”的长江下荆江河段 渭河下游，滹沱河下游
1、河型判别
曲线长度和直线长度的比值 K=Lc/Ll Lc 为几何坐标长度 Ll 为连接河段两个端点中心的直线长度
（1）曲折系数K
（2）不同河段的曲折系数K 长江 上荆江曲折系数平均值 1.31 下荆江曲折系数平均值 1.89.
由图中可知：
①环流下部的输沙率恒大于上部；且随z值增大，下 部的愈大与上部； ②造成①的原因是与含沙量沿垂线分布有关； ③横向输沙总是不平衡的；净输移量朝向环流下部 所指方向（凸岸）
纵向输沙：长时段基本处于平衡 洪水期： 弯道段大于过渡段 枯水期： 弯道段小于过渡段
泥沙输沙特点：
①泥沙的异岸输移和同岸输移； ②泥沙沿程的聚散现象。 由弯道凹岸冲刷下来的泥沙，一部分被较 强的环流带到本弯道凸岸淤积，其余的被带到 过渡段或下一个弯道的凸岸淤积下来，只有很 小一部分淤积在更下游的过渡段和弯道凸岸。
人工裁弯是一项根本改变河道现状的工 程措施，一旦决策失误，必会适得其反。 因此，事先进行裁弯勘测规划设计，对 裁弯后的河床演变作出预报，并提出相应对 策，然后付诸实施。
一、裁弯规划设计 人工裁弯取直是一种强制性整治措施， 应遵循因势利导的治河原则，使裁弯新河与 其上下游河道平顺衔接，形成顺乎自然发展 的河势。 裁 弯 规 划 设 计
黄河下游河道演变基本规律
黄河下游河道演变基本规律黄河，中国第二长河，也是中国最重要的河流之一。
黄河下游河道的演变一直备受关注，因为它直接关系到这一地区的水资源利用、防洪工程以及沿岸居民的生活。
在长期的河道演变过程中，黄河下游形成了一些基本规律，本文将对这些规律进行探讨。
黄河下游河道演变的基本规律之一是河道的侧向迁移。
由于黄河水量大、泥沙多，河道流速快，河床容易发生侵蚀和淤积。
长期以来，黄河下游河道在不断迁移，不断改变河道的走向。
这种侧向迁移一方面导致了河道的不稳定性，另一方面也为沿岸居民提供了河道利用的机会。
黄河下游河道演变的另一个基本规律是河道的纵向淤积。
由于黄河水量大、泥沙多，河床容易发生淤积现象。
在河道纵向淤积的过程中，河道底部的高度逐渐升高，河床的形态也发生了变化。
这种纵向淤积不仅影响了河道的通航能力，还增加了河道的防洪难度。
黄河下游河道演变的第三个基本规律是河道的泥沙质量变化。
黄河是世界上泥沙质量最高的河流之一，其泥沙含量高达50%以上。
这种高含沙量不仅增加了河道淤积的速度，还导致了河道的形态变化。
泥沙质量的变化对于河道的演变具有重要影响，需要引起重视。
黄河下游河道演变的最后一个基本规律是人类活动的影响。
长期以来，人类的活动对黄河下游河道的演变产生了重要影响。
例如，修建堤坝、开展水利工程、进行水资源开发等，都会对河道的演变产生重要影响。
因此，在河道管理和规划中，需要充分考虑人类活动对河道的影响。
黄河下游河道演变具有一些基本规律，包括河道的侧向迁移、河道的纵向淤积、河道的泥沙质量变化以及人类活动的影响。
这些规律对于黄河下游地区的水资源利用、防洪工程以及沿岸居民的生活具有重要意义。
因此，我们应该加强对黄河下游河道演变规律的研究，为黄河下游地区的可持续发展提供科学依据。
同时，也需要加强对黄河下游河道的管理和保护，确保河道的稳定和安全。
河流地貌演变规律
河流地貌演变规律河流地貌演变规律如下：在各种地貌营力驱动下形成的地表形态都要经历一定的时间演化过程。
以河流作用形成的地貌为例，假定某一地区的原始地貌是一个简单的平原，这个平原经地壳运动而被抬升，抬升到一定的高度后转变为稳定状态。
在水流长期侵蚀下，地貌经历着一个地表起伏迅速增加短促的幼年期，一个地势起伏很大和地貌类型复杂的壮年期，一个地势逐渐变缓的过渡期和一个地面夷平为准平原，变化十分缓慢的老年期。
此后，地貌发展“回春”，进入新的发育旋回。
一、幼年期河流沿着被抬升的原始倾斜地面发育，开始时水文网稀疏，在河谷之间存在着宽广的分水地面（图a）。
随着河流的下切侵蚀，河流比降开始加大，坡折增多，横剖面呈“V”形，谷坡较陡。
坡顶与分水地面有一个明显的坡折，谷坡上的崩塌、坠落和滑坡很活跃（图b）。
后来，水系逐渐增多，地面分割加剧，河谷加深，较大的河流逐渐趋于均衡状态。
再后来，谷坡的剥蚀速度相对大于河流下切的速度，河谷不断展宽（图c）。
二、壮年期谷坡不断后退，使分水岭两侧的谷坡日益接近，终于相交，原来宽平的分水岭最后变成狭窄的岭脊（图d）。
但这时的谷坡仍然较陡峭，崩塌、滑坡过程仍然很活跃。
随着谷坡侵蚀过程的不断进行，谷坡逐渐减缓，山脊变得浑圆。
谷坡上部的岩屑通过土溜或土壤蠕动向下搬运，下坡的岩屑主要受流水片状冲刷和谷坡侵蚀，在谷坡下半部常形成凹形坡。
壮年期的主河一般都已趋于均衡状态。
到壮年期最后阶段，较小的支流也渐渐趋于平衡状态，这时的河谷比较开阔，山脊也浑圆低矮（图e）。
三、老年期河流停止下切侵蚀，分水岭将渐渐下降，地面呈微微起伏的波状地形。
河流蜿蜒曲折，河谷展宽，谷坡较稳定。
如果有局部坚硬岩石区，因抗侵蚀力强而保留有突出的山丘，孤立在周围平缓起伏的地形之上，称为侵蚀残丘。
整个地面称为准平原，它代表河流地貌发育一个旋回的终极阶段，然后进入下一个侵蚀旋回。
上述流水地貌的发育过程是一个理想的简化模式，将自然环境的演变视为小尺度的、不断起作用的过程。
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过程将较缓慢，河床将比较稳定 ? 如果河床的地质组成极为复杂，则河床演变的
过程也将很复杂
河流动力学
河流动力学
河相关系
河流动力学
定义
? 能够自由发展的冲积平原河流的河床，在水流的 长期作用下，有可能形成与所在河段具体条件相 适应的某种均衡的河床形态，亦这种均衡和表达 来水来沙条件 (如流量、含沙量、泥沙粒径等 )及河 床地质条件 (在冲积平原河流中其本身的部分甚至 整体往往又是来水来沙条件的函数）的特征物理 量之间，常存在某种函数关系，这种函数关系称 为河相关系或均衡关系
? 由于河床形态常处在发展变化的过程之中，所谓 均衡形态并不意味着一成不变，而只是就空间和 时间的平均情况而言
河流动力学
? 存在两种河相关系，
? 相应于某一特征流量，如造床流量的河相关系，利 用这样的河相关系，对于某一断面，只能确定惟一 的河宽、水深及比降。这样的河相关系，适用于一 个河段的不同断面，同一河流的不同河段，甚至不 同河流。它只涉及断面的宏观形态，而不涉及其细 节。在文献中有时称之为沿程河相关系
? 值得注意的是，水沙两相流动床的平直状态是不稳定的， 施加一个小的扰动波之后就会转变成为波动状态，并在相 当大的范围内，有能力将这种波动状态保持下去，这是由 水沙两相流的内在矛盾决定的，它反映了输沙不平衡的绝 对性，从而也反映了河床演变的绝对性
河流动力学
? 使河流经常处于输沙不平衡状态的另一重要原因 是，河流的进出口条件经常处于发展变化过程之 中
? 若需要进一步分析河床演变的细节，则需仔细分析水 沙过程的年内变化情况，特别是研究浅滩河段年内冲 淤变化规律时，涨水和退水时间的长短、沙峰和洪峰 孰先孰后、洪峰与沙峰的峰型及峰量等，往往关系到 浅滩河段年内冲淤变化及碍航情况
河流动力学
? 对水道地形观测资料的整理分析
? 河道平面变化
河流动力学
? 对水道地形观测资料的整理分析
和复归性变形(冲刷淤积交替进行)； ? 按是否受人类活动干扰：自然变形和受人
为干扰变形
河流动力学
? 影响河床演变的主要因素可概括为
? 河段上游来水量及其变化过程 ? 河段上游来沙量、来沙组成及其变化过程 ? 河段出口处的侵蚀基点高程及河床周界条件等
? 目前常用的几种演变分析方法
? 天然河道实测资料分析 ? 运用泥沙运动基本规律及河床演变基本原理、对河床
变形进行理论计算 ? 运用河流模拟的基本理论，对河床演变进行预测 ? 对条件相类似的河段进行类比分析（在所研究的河段
资料不完备的条件下采用）
河流动力学
天然河道实测资料分析
? 河段来水来沙资料分析
? 根据多年平均流量、多年平均输沙量资料，确定要分 折的年份属什么类型的典型年，
? 若为丰水枯沙年．则有利于河道冲刷；若为枯水丰沙年，则有利于淤 积；若为中水中沙年，河道可能会处于冲淤平衡状态。进一步划分又 可分为丰水丰沙年、丰水中沙年、中水丰沙年：、中水枯沙年、枯水 枯沙年等。不同的水沙典型，河道演变的方向、演变的幅度会有明显 著异
? 分别计算各断面历次实测控制基准面以下的 断面面积；
? 计算各断面相邻两个侧次的断面面积之差， 并根据上、下相邻两个断面的间距，计算其
间的冲淤量；
? 根据计算所得冲淤量，绘制沿程冲淤变化图
河流动力学
河流动力学
? 对河床地质资料的整理分析
? 河床地质条件是影响河床演变的重要团素之一 ? 当河床由易冲刷的松散沙质组成时，河床的变
? 起因于动床水沙两相流的内在矛盾 ? 外部条件的不恒定性造成
河流动力学
? 当外部条件，即进口水沙条件、出口侵蚀基点条件和河床 周界条件保持恒定，且整个河段处于输沙平衡状态时，河 段的各个部分仍可能处于输沙不平衡状态
? 这是由于推移质运动往往采取沙被运动形式，而在天然河流上还往往 采取成型堆积体运动形式造成的。沙波和成型堆积体的存在将原来均 匀一致的水流改造成为在近底部分的收缩段和扩张段，也就是加速区 和减速区交替出现的非均匀水流，泥沙在水流加速区发生冲刷，而在 水流减速区发生淤积，其结果使得整体上仍处于输沙平衡状态的河床， 在局部上己处于输沙不平衡状态，同一瞬间河床高程沿流程呈波状变 化；同一空间点河床高程沿时程呈波状变化。
? 当河道上设有多处水文站，并有历年实测悬移质 输沙率资料时，可以根据输沙平衡原理，计算某 时段内上、下水文站输沙量之差，据此可判断该 时段内河床的冲淤变化及其冲淤量
河流动力学
河流动力学
? 当河段内有若干次实测大断面成果时，则 可进行河道断面的冲淤计算，具体做法是：
? 每个断面选择一个定常的比较高的控制高程 作为断面冲淤计算的基准面；
河道演变规律
河床演变的基本原理
河流动力学
河流动力学
? 河床演变是输沙不平衡的直接后果
? 如果进入这一区域的沙量大于该区域水流所 能输送的沙量，河床将淤积拾高；相反，如 果进入这一区域的沙量小于该区域水流所能 输送的沙量时，河床将冲刷降低
? 若进一步追溯输沙不平衡的根本原因，可 区分为两种不同的情况，
? 进口水沙条件几乎总在变化
? 这主要是由气候因素，特别是降水因素在数量及地区分布上 的不稳定性造成的，由此产生的水沙量的因时变化比较显著
? 其它因素，如地形、土壤、植被等也存在一些缓慢的变化， 对进口水沙条件的变化也有一定的影响
? 出口条件
? 如果着眼点是前面提到的侵蚀基面，其变化是很缓慢的；
? 如果着眼点是水流条件的变化，如干支流的相互顶托，潮汐 破对洪水波的影响等，仍可能产生很大的变化
? 河道纵向演变及冲淤量估算
? 河段历年实测的深泓线(或河床平均高程线)绘制在 同一幅图上，通过分析对照，即可看出该河段沿 深泓线(或沿几何轴线)的纵向冲淤变化
? 点绘水位~流量关系图，可以间接判断河床的冲淤 情况，并据此分析河段冲淤发展趋势
? 根据历年水位、流量实测资料，可绘制同流量下 的水位过程线，用于分析河段年际冲淤变化
河流动力学
? 河床周界条件
? 通常是比较稳定的，但当局界发生急剧变形 之后，如周界的形态和地质组成出现急变， 也可能激发新的输沙流动力学
分类
? 按时间特征：长期变形和短期变形； ? 按空间特征：大范围变形和局部变形； ? 按形式特征：纵深向变形和横宽向变形； ? 按方向性特征：单向变形(单向冲刷或淤积)