《河床演变与整治》
04 河床演变学(第四章第一节、第二节)
肯尼迪河相关系的特点
2、拉塞的人工渠道均衡理论（1929年 、拉塞的人工渠道均衡理论（ 年
）
χ = 2 .668 Q 1 / 2
Q1/ 3 R = 0.467 1/ 3 f
f 5/ 3 J = 0.00056 1/ 6 Q
拉塞河相关系的特点
2 B + 0 . 15 h
③、活动性最小假说的数学表达形式
∂K n =0 或 ∂U ∂K n =0 或 ∂B ∂K n =0 ∂h
12
第三节
2、联解公式法 、
河相关系
㈡、窦国仁最小活动性假说（将最小活动性假说作为补充方程） 窦国仁最小活动性假说（将最小活动性假说作为补充方程） ④、将最小活动性假说作为补充方程推导河相关系式 水流连续方程
Q = UBh
1 2 / 3 1/ 2 水流运动方程 U = h J n
m
U3 挟沙力方程 S = k gh ω ∂K n =0 或 最小活动性假说 ∂U
∂K n =0 或 ∂B
∂K n =0 ∂h
可得到河相关系式（3-54）～（3-57）。
13
第三节
2、联解公式法 、
㈢、能耗最小假说
河相关系
④、将能耗最小假说作为补充方程推导河相关系式 水流连续方程 挟沙力方程
Q = UBh
U3 S = k gh ω
1 2 / 3 1/ 2 水流运动方程 U = h J n
m
能耗最小假说 γ QJ = min 或 γ UJ = min 或
γ QJ
B
= min
U S = k gh ω
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。
河床演变与整治的基本理论
52
0
8000
2500
5000
7500
10000
12500
15000
流量(m3/s)
起点距（m）
2.河床演变的基本概念
造床流量
定义：造床作用与多年流量过程的综合造床作用相当的某一种流量 解读：
¾ 不是洪峰流量，虽然其造床作用很大，但出现几率低 ¾ 不是枯水流量，虽然其出现几率大，但造床能力太小 ¾ 平滩水位法和马卡维耶夫方法---反应输沙与造床关系的实质
9江心滩、洲是分汊河型的标志 9曲折系数是顺直、弯曲的区分 标志 9游荡河型很宽，但是没有稳定 的江心洲滩，顺直而且宽浅
2.河床演变的基本概念
Different river pattern on alluvial plains River Beijiang River (Shaoguan-estuary) Yangtze River (Yichang-Wuhan) Xishui River (Shuijiao-estuary) Length (km) 253 644.0 56.9 Straight reaches (km) 69.5 271.0 26.9 (%) 27.5 42.1 47.3 Meandering reaches (km) 87.0 279.0 28.5 (%) 34.4 43.3 50.1 Bifurcated reaches (km) 96.5 94.0 1.5 (%) 38.1 14.6 2.6
4.不同河型河段河床演变特性
不同河型河段河床演变特性
¾形态特点 ¾水流结构 ¾泥沙输移 ¾演变规律
4.不同河型河段河床演变特性
形态特点之平面形型河段
Meandering river reach
河床演变学 [浅谈古尔图河河床演变规律及其整治]
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《河床演变学 [浅谈古尔图河河床演变规律及其整治]》摘要：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/s30 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，c河床演变特性：①河流比降较大，水流具有较强的携沙能力，输沙常处于不饱和状态，所以古尔图河河流的河床演变是以纵向冲刷下切、横向侵蚀拓宽为主的发展趋势，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及其特性，是整治泥沙危害变害为利的首要任务，同时也是保护自然环境、实现可持续发展的重要途径之一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。
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。
河床演变学 顺直型河段的演变及整治 ﹠ 蜿蜒型河段的演变及整治
2
1
1
（6-12）
、
6
三、弯道输沙特性
2、横向输沙率净值
qsn
1
a 6US pj
h R
1 a
J1
、2
1
1
d
6US pj
h 1a
R J1
1 a
2
1
1
d
6qspj
h 1a
R J1
Jn
qsn
6qspj
h 1a
R J1
Jn
（6-13）
7
3、弯道段与过渡段的水流挟沙力
水流挟沙力与参数
U3
gh
15
二、蜿蜒型河段的整治 ㈠、裁弯工程 4、引河设计 ①、引河定线
b、引河位置
引河进出口位置的选择极为重要，其原则是进口迎流、出口顺畅。
从当采用内裁形式时，进口应布置在上游 弯道顶点稍下方，引河与老河主流线夹角θ 不宜过大。
引河出口则应布置在下游弯道顶点的上方，使出口 水流平顺，同时可以利用下游弯道深槽水流将引河
单位面积输沙率
QS qs A uS
弯道横向流速的简化表达式为
uz
6U
h 2
R
1
（6-4）
因此弯道横向环流引起的横向输沙率沿垂线分布为
qsz
uz S
6US pj
h 1a
R J1
2
1
1
（6-12）
5
三、弯道输沙特性
因此弯道横向环流引起的横向输沙率沿垂线分布为
qsz
uz S
6US pj
h 1a
R J1
11
第六章 蜿蜒型河段的演变及整治
第二节 蜿蜒型河段的整治 二、蜿蜒型河段的整治
芦家河～江口河段河床演变分析及一期整治工程效果初探
来一 直 比较 稳 定 ， 际 间变 化不 大 ， 年 冲淤
幅度 约为 １２ ～ ｍ。 该 水 道 局 部 水 流 条 件 较
度要 求 是 ： 按 葛 洲 坝 下 游 水 位 （ 嘴 ） ① 庙
Байду номын сангаас
及三 峡 蓄 水期 水 位下 降 幅 度较 大 ，河床
没有 得 到有 效 冲 刷 ，则需 要 对 芦 家 河进 口采 取 疏浚 工 程措 施 ， 同时 毛 家花 屋～ 姚 港一 带 由于 卵石 层 面较 高 ，航 道 维 护 困
河床 演 变规律
三峡 工程 蓄水 运 用 以来， 家河水 道 芦
青 黄 不 接 的 碍 航 局 面 得 到 了 改 善 ， 航 道 主
一
槽 形 态变 化 看 ， 陆洲 尾 、 家 桃 园边 滩 水 张 以及 董 市夹 下 口三 者 的 冲淤 变 化 影 响枝 江 下 浅 区 的演 变 ，当 出 现水 陆 洲 尾 在退 水 过 程 中淤 积 下延 的方 向呈 散 乱 的横 向 发 展 或 者张 家 桃 园边 滩 向航 道 中淤 积延 伸 ，董市 夹 下 口 出现 宽 深倒 套 这 样 的河 槽形态时， 下浅 区的航 道 条 件容 易 恶 化 。 总体 上枝 江 水 道其 碍 航 特性 上 、下 浅 区 各 不 相 同 ：上 浅 区为 河 床高 程 较 高且 难 于 冲刷 而水 深 不 足碍 航 ；下 浅 区 为 出 现 沙 埂 冲 刷不 及 而水 深 不 足碍 航 。上 浅 区 航 道 条 件好 坏 主要 取 决 于枯 水 期 水位 高
＿
ｍ
栏辑 弛 目： 编张
河床演变
从河岸与河床相对可动性角度看，当河岸不可冲刷时， 犬牙交错的边滩向下游移动，深槽和浅滩也向下游移动。
顺直型河段的演变是通过推移质运动使边滩、深槽、 浅滩作为一个整体下移的。
顺直型河段的演变还可 呈周期性的展宽和束窄。 流量的变化对浅滩的影响： 洪水期：浅滩淤积，深槽 冲刷。 枯水期：浅滩冲刷，深槽 淤积。 推移质和悬移质中的 床沙质增加了造床运动。
2、一定的河床形态与河床组成，必然有一定的与之相 适应的输沙率。 （1）水流夹带泥沙，水流与河床的相互作用是通过泥 沙交换来进行的。 （2）河床由泥沙组成，河床组成变化是通过泥沙输移 将水流中的泥沙与组成河床的泥沙相互交换来实 现，如果泥沙交换不平衡，就必然产生河床各种 类型的变形。
二、河床变形分类
（3）弯曲型河道：这类河段的河床蜿蜒曲折，河岸可动性大于河
床可动性，因此在两岸发展河湾弯行。
当沙波运动使河床出 现犬牙交错的边滩时，由 于河岸的可动性较大，河 床可动性小，河岸冲刷发 展较快，边滩下移较慢， 因此河床将继续弯曲，形 成河湾。
蜿蜒型河段的演变现象，按其缓急程度，可分为两种情况： ① 一般演变，经常发生的一种演变。 ② 突变，在特殊条件下发生的演变。 无论哪种演变都与水流及泥沙运动紧密相关即横断面变 形主要表现为凹岸崩退和凸岸相应淤长。 横断面变形最本质的原因是横向输沙不平衡。 两岸冲淤面积接近相等，断面形态保持不变，断面接近 平衡状态。
1、从演变表现形式上分为：
纵向变形
横向变形
河道沿流程所 发生的变形。即河 床纵剖面的冲淤变 化，如河床的下切、 抬高等。
河床沿与水流 垂直的水平方向发 生的变形，如河湾 的发展、汊道的兴 衰等。
2、从河道演变的发展过程分为：
单向变形
长江中游新洲—九江河段河床演变分析及整治方案研究
（ １ ． Ｃ ｈ ａ ｎ ｇ ｊ ｉ ａ ｎ ｇ Ｗａ ｔ ｅ ｒ ｗ ａ ｙ Ｐ ｌ ａ ｎ ｎ ｉ ｎ ｇ Ｄ ｅ ｓ ｉ ｇ ｎ ａ ｎ ｄ Ｒ ｅ ｓ ｅ ａ ｒ ｃ ｈ Ｉ ｎ ｓ ｔ ｉ ｔ ｕ ｔ ｅ ，Ｗｕ ｈ ａ ｎ ，Ｈ ｕ ｂ ｅ ｉ ４ ３ ０ ０ １ １ ，Ｃ ｈ ｉ ｎ ａ ；
２ ０ １ ４年 １ 月
【 ｌ 】 国灌湾建设
Ｃ ｈ ｉ ｎ ａ Ｈａ ｒ ｂ ｏ ｕ ｒ Ｅ ｎ ｇ ｎ ． ， ２ ０ １ ４
Ｔ ｂ ｔ ａ ｌ １ ９ １ ． Ｎｏ ． １
第 １ 期 总第 １ ９ １ 期
长江 中游新 洲一九 江河段河 床演变分析 及 整治 方案研究
关键词 ：新洲一九江河段 ；河道演 变 ；航道整治 ；平面二维水沙数学模型 中图分类号 ：Ｕ ６ １ ７ ． ３ 文献标志码 ：Ａ 文章编 号 ：１ ０ ０ ３ — ３ ６ ８ ８（ ２ ０ １ ４ ） ０ １ — ０ ０ ３ ９ — ０ ６
ｄ ｏ ｉ ： １ ０ ． ７ ６ ４ ０ ／ ｚ ｇ ｇ ｗ ｊ ｓ ２ ０ １ ４ ０ １ ０ ０ ７
李彪 ， ，黄 召彪 ，涂琳
（ １ ． 长江航道规划设计研究院 ，湖北 武汉 ４ ３ ０ ０ １ １ ；２ ． 武汉船舶职业技术学院 ，湖北 武汉 ４ ３ ０ ０ ５ ０）
摘 要 ：根据新洲一九江河段近几 十年来原 型观测资料 ，深入分析 了顺直分汉形 过渡河段 的演变特点及 碍航特性 ， 提出了 “ 固滩守槽 ，稳定主流”的治理原则 ，在此基础上提出治理方案 ，并结合平面二维水沙数学模型 ，对治理方案 效果进行 了计算 。结果表明 ：河段采取 以守护为主 、调整为辅 ，利用整治建筑物稳定并适 当抬高 已有滩体 ，归顺过渡 浅区枯期水 流的治理思路是正确的 ，工程方案实施后可以较好地解决本河段 的碍航问题 。
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《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
无
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.。