上荆江沙市河段河床横断面形态的调整规律
第４４卷第６期２０１６年１１月河海大学学报（自然科学版）ＪｏｕｒｎａｌｏｆＨｏｈａｉＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ（ＮａｔｕｒａｌＳｃｉｅｎｃｅｓ）Ｖｏｌ．４４Ｎｏ．６Ｎｏｖ．２０１６ＤＯＩ：１０．３８７６／ｊ．ｉｓｓｎ．１０００１９８０．２０１６．０６．０１２㊀㊀收稿日期：２０１５０９２９基金项目：国家自然科学基金（４１２７１０４２，５１３３９００１）；国家自然科学基金青年基金（５１２０９０１５）作者简介：余蕾（１９９０ ），女，湖北黄冈人，硕士研究生，主要从事水利工程研究㊂Ｅ⁃ｍａｉｌ：１０３２６０２８３３＠ｑｑ．ｃｏｍ通信作者：王加虎，副教授㊂Ｅ⁃ｍａｉｌ：ｔｉｇｅｒｌｌｙ＠１２６．ｃｏｍ上荆江沙市河段河床横断面形态的调整规律余㊀蕾１，２，王加虎１，邹志科１，卢金友２，李凌云２（１．河海大学水文水资源学院，江苏南京㊀２１００９８；２．水利部江湖治理与防洪重点实验室，湖北武汉㊀４３００１０）摘要：为研究冲积河流河床形态对水沙条件的响应调整规律，基于河床演变的滞后响应原理，对上荆江沙市河段河床横断面形态的调整过程进行研究㊂运用Ｍｏｒｌｅｔ小波方法分析了沙市河段１９５６ ２０１１年水沙序列的多时间尺度规律，采用滑动平均法拟合了流量㊁含沙量与断面面积的单一幂指数函数关系㊂结果表明，上荆江沙市河段河床横断面形态对水沙条件的响应存在滞后性，其河床形态的调整受到包括当前时段在内的前期水沙条件的共同影响㊂建立了水沙序列分时段的断面面积计算模型，模拟结果显示，河床横断面面积的变化情况与实际情况较接近，断面面积计算值与实测值的相关系数Ｒ２＝０ ８５，模拟精度较好，分时段计算模型可以较好地模拟上荆江沙市河段河床横断面形态的调整规律㊂关键词：冲积河流；河床演变；小波分析；多时间尺度；滞后响应；断面面积；上荆江沙市河段中图分类号：ＴＶ１４７㊀㊀㊀文献标志码：Ａ㊀㊀㊀文章编号：１０００１９８０（２０１６）０６０５４４０６Ａｄｊｕｓｔｍｅｎｔｒｅｇｕｌａｒｉｔｙｏｆｃｒｏｓｓ⁃ｓｅｃｔｉｏｎａｌｍｏｒｐｈｏｌｏｇｙｏｆＳｈａｓｈｉｓｅｇｍｅｎｔｏｆｕｐｐｅｒＪｉｎｇｊｉａｎｇＲｅａｃｈＹＵＬｅｉ１，２，ＷＡＮＧＪｉａｈｕ１，ＺＯＵＺｈｉｋｅ１，ＬＵＪｉｎｙｏｕ２，ＬＩＬｉｎｇｙｕｎ２（１．ＳｃｈｏｏｌｏｆＨｙｄｒｏｌｏｇｙａｎｄＷａｔｅｒＲｅｓｏｕｒｃｅｓ，ＨｏｈａｉＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｎａｎｊｉｎｇ２１００９８，Ｃｈｉｎａ；２．ＫｅｙＬａｂｏｒａｔｏｒｙｏｆＲｉｖｅｒＲｅｇｕｌａｔｉｏｎａｎｄＦｌｏｏｄＣｏｎｔｒｏｌｏｆＭｉｎｉｓｔｒｙｏｆＷａｔｅｒＲｅｓｏｕｒｃｅｓ，ＹａｎｇｔｚｅＲｉｖｅｒＳｃｉｅｎｔｉｆｉｃＲｅｓｅａｒｃｈＩｎｓｔｉｔｕｔｅ，Ｗｕｈａｎ４３００１０，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｉｎｏｒｄｅｒｔｏｓｔｕｄｙｔｈｅｄｙｎａｍｉｃｒｅｓｐｏｎｓｅｏｆｒｉｖｅｒｂｅｄｍｏｒｐｈｏｌｏｇｙｏｆａｌｌｕｖｉａｌｒｉｖｅｒｓｔｏｗａｔｅｒａｎｄｓｅｄｉｍｅｎｔｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ，ｔｈｅａｄｊｕｓｔｍｅｎｔｐｒｏｃｅｓｓｏｆｒｉｖｅｒｂｅｄｃｒｏｓｓ⁃ｓｅｃｔｉｏｎａｌｍｏｒｐｈｏｌｏｇｙａｔｔｈｅＳｈａｓｈｉｓｅｇｍｅｎｔｏｆｔｈｅｕｐｐｅｒＪｉｎｇｊｉａｎｇＲｅａｃｈｗａｓｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｅｄｂａｓｅｄｏｎｔｈｅｄｅｌａｙｅｄｒｅｓｐｏｎｓｅｐｒｉｎｃｉｐｌｅｏｆｒｉｖｅｒｂｅｄｅｖｏｌｕｔｉｏｎ．Ｔｈｅｍｕｌｔｉ⁃ｔｉｍｅｓｃａｌｅｒｕｌｅｓｏｆｗａｔｅｒａｎｄｓｅｄｉｍｅｎｔｓｅｒｉｅｓｏｆｔｈｅＳｈａｓｈｉｓｅｇｍｅｎｔｄｕｒｉｎｇｔｈｅｐｅｒｉｏｄｆｒｏｍ１９５６ｔｏ２０１１ｗｅｒｅａｎａｌｙｚｅｄｕｓｉｎｇｔｈｅＭｏｒｌｅｔｗａｖｅｌｅｔｍｅｔｈｏｄ，ａｎｄａｐｏｗｅｒ⁃ｅｘｐｏｎｅｎｔｒｅｌａｔｉｏｎｓｈｉｐｂｅｔｗｅｅｎｔｈｅｄｉｓｃｈａｒｇｅ，ｓｅｄｉｍｅｎｔｌｏａｄ，ａｎｄｃｒｏｓｓ⁃ｓｅｃｔｉｏｎａｌａｒｅａｗａｓｏｂｔａｉｎｅｄｗｉｔｈｔｈｅｍｏｖｉｎｇａｖｅｒａｇｅｍｅｔｈｏｄ．Ｔｈｅｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｔｈａｔｔｈｅａｄｊｕｓｔｍｅｎｔｏｆｒｉｖｅｒｂｅｄｃｒｏｓｓ⁃ｓｅｃｔｉｏｎａｌｍｏｒｐｈｏｌｏｇｙｏｆｔｈｅＳｈａｓｈｉｓｅｇｍｅｎｔｉｓｄｅｌａｙｅｄｗｉｔｈｔｈｅｃｈａｎｇｅｏｆｗａｔｅｒａｎｄｓｅｄｉｍｅｎｔｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓａｎｄｉｔｉｓｉｎｆｌｕｅｎｃｅｄｂｙｐｒｅｖｉｏｕｓａｎｄｐｒｅｓｅｎｔｗａｔｅｒａｎｄｓｅｄｉｍｅｎｔｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ．Ｔｈｅｍｏｄｅｌｆｏｒｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎｏｆｔｈｅｃｒｏｓｓ⁃ｓｅｃｔｉｏｎａｌａｒｅａｆｏｒｗａｔｅｒａｎｄｓｅｄｉｍｅｎｔｓｅｒｉｅｓｉｎｄｉｆｆｅｒｅｎｔｔｉｍｅｐｅｒｉｏｄｓｉｓｅｓｔａｂｌｉｓｈｅｄ．Ｔｈｅｓｉｍｕｌａｔｅｄｒｅｓｕｌｔｓｉｎｄｉｃａｔｅｔｈａｔｔｈｅｓｉｍｕｌａｔｅｄｃｒｏｓｓ⁃ｓｅｃｔｉｏｎａｌａｒｅａｓａｎｄａｃｔｕａｌｖａｌｕｅｓａｒｅｉｎｇｏｏｄａｇｒｅｅｍｅｎｔａｎｄｔｈｅｉｒｃｏｒｒｅｌａｔｉｏｎｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔＲ２ｉｓ０ ８５，ｉｎｄｉｃａｔｉｎｇｔｈａｔｔｈｅｅｓｔａｂｌｉｓｈｅｄｍｏｄｅｌｃａｎｓｉｍｕｌａｔｅｔｈｅａｄｊｕｓｔｍｅｎｔｒｅｇｕｌａｒｉｔｙｏｆｒｉｖｅｒｂｅｄｃｒｏｓｓ⁃ｓｅｃｔｉｏｎａｌｍｏｒｐｈｏｌｏｇｙｏｆｔｈｅＳｈａｓｈｉｓｅｇｍｅｎｔｏｆｕｐｐｅｒＪｉｎｇｊｉａｎｇＲｅａｃｈ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ａｌｌｕｖｉａｌｒｉｖｅｒ；ｒｉｖｅｒｅｖｏｌｕｔｉｏｎ；ｗａｖｅｌｅｔａｎａｌｙｓｉｓ；ｍｕｌｔｉ⁃ｔｉｍｅｓｃａｌｅ；ｄｅｌａｙｅｄｒｅｓｐｏｎｓｅ；ｃｒｏｓｓ⁃ｓｅｃｔｉｏｎａｌａｒｅａ；ＳｈａｓｈｉｓｅｇｍｅｎｔｏｆｕｐｐｅｒＪｉｎｇｊｉａｎｇＲｅａｃｈ冲积河流是一个与外界环境不断进行物质交换和能量输入输出的开放系统，其平衡状态表明着输入条５４５第６期余㊀蕾，等㊀上荆江沙市河段河床横断面形态的调整规律件和系统自身相适应㊂河床在扰动情况下会自动进行冲淤调整，建立与水沙条件或河床边界条件相适应的均衡状态㊂水沙条件是塑造冲积河流河床形态的主要动力，水沙条件的变化将会导致河床形态的调整，不平衡输沙是河床演变的实质［１］㊂大量研究表明，河床形态的调整受当年和前期水沙条件的影响㊂Ｌｅｏｐｏｌｄ等［２］以冲积河流为对象，从开放系统角度分析，认为河流系统外部变量变化后，其内部变量会进行自动调整以适应外部变量的变化，但其响应调整过程与外部扰动条件之间存在一定的滞后性㊂梁志勇等［３］基于 记忆效应 提出了断面形态特征值Ｂ（河宽）㊁Ｈ（水深）或宽深比与来水㊁来沙条件的关系，认为河床形态既受水沙条件的影响，又受到前期断面形态的影响，对于黄河，河床的特征变量与前期３ ５ａ的水沙因子相关性最好㊂Ｓｕｒｉａｎ等［４］根据大量的实测资料分析得出，从时间尺度来讲，大部分河床再造过程可以总结为非线性指数衰减函数的调整模式，也就是说，河流在受到扰动因素驱动后的最初一段时间河床再造的速度很快，河床迅速向新的动态平衡状态靠近，随着时间的推移，其靠近的速度越来越慢㊂基于这一理论，吴保生［５⁃６］提出了冲积河流河床演变的调整模式：ｄｙｄｔ＝β（ｙｅ－ｙ）（１）式中：ｙ 特征变量；ｙｅ 特征变量的相对平衡值，一般与外部变量相关；ｔ 时间；β 特征变量的调整速率，可根据实测资料率定㊂对式（１）进行积分求解得ｙ＝（１－ｅ－βｔ）ｙｅ＋ｅ－βｔｙｅ０（２）式中：ｙｅ０ ｔ＝０时刻的平衡值㊂张艳艳等［７］利用小波分析法建立了黄河平滩流量与水沙条件的多时间尺度关系，并计算出平滩流量滞后于水沙的时间㊂其结果与吴保生［５］得到的滞后时间基本一致㊂上述方法考虑了前期一定时期内的水沙条件对当前河床形态调整的作用，建立的河床演变调整模式能够很好地描述冲积河流特征变量对来水㊁来沙条件变化的响应调整规律［８］，但是仅适用于黄河流域㊂廖治棋［９］改进了滞后响应模型的结构和参数，并将此运用到长江中游的荆江河段，初步揭示了长江流域也存在滞后响应现象㊂上述研究中水沙作用时间ｔ均取１ａ㊂长江中下游冲积河段的河床形态比黄河流域冲积河段稳定，河床横断面变化相对较小，逐年模拟存在一定的困难，故本文采用分时段模拟河床横断面形态在某一时段内水沙变化条件作用下的调整过程㊂河床演变是一个宏观过程，笔者基于吴保生［６］提出的滞后响应模型，运用小波分析方法［１０］对上荆江沙市河段水沙序列进行多时间尺度分析，并利用水沙时间序列的周期变化规律对水沙条件序列进行时段划分，建立适用于上荆江沙市河段断面面积的分时段变化调整模型，模拟上荆江沙市河段河床横断面形态的调整规律㊂１㊀沙市水文站水沙的多时间尺度规律水文序列多时间尺度分析的方法有滤波㊁滑动平均法㊁Ｆｏｕｒｉｅｒ分析等，但是这些方法都存在一定的缺陷［１１］，小波分析是在Ｆｏｕｒｉｅｒ分析基础上发展起来的一种具有时频多分辨功能的数学方法，它能清晰地揭示隐藏在时间序列中的多种变化周期，弥补Ｆｏｕｒｉｅｒ分析的不足［１０⁃１１］㊂目前，小波分析在各个领域的应用手段已经成熟［１２⁃１４］㊂本文选取沙市水文站（以下简称沙市站）１９５６ ２０１１年实测流量㊁含沙量资料，利用小波方法分析上荆江沙市河段水沙序列的多时间尺度规律㊂１ １㊀小波分析方法小波分析是一种信号的时间频率分析方法㊂小波函数ψ（ｔ）ɪＬ２（Ｒ）且满足ʏ＋ɕ－ɕψ（ｔ）ｄｔ＝０，震荡性㊁能够迅速衰减到零的特点使得小波函数有多种，本文采用Ｍｏｒｌｅｔ连续复小波变化来分析水沙的多时间尺度［１５］㊂时间序列ｆ（ｔ）ɪＬ２（Ｒ），其连续小波变换为Ｗｆ（ａ，ｂ）＝ａ－１２ʏＲｆ（ｔ） ψｔ－ａｂæèçöø÷ｄｔ（３）式中：Ｗｆ（ａ，ｂ） 小波变换系数；ａ 尺度因子；ｂ 时间因子； ψｔ－ａｂæèçöø÷ ψｔ－ａｂæèçöø÷的复共轭函数㊂河海大学学报（自然科学版）第４４卷对于给定的Ｍｏｒｌｅｔ子小波函数：ψａ，ｂ（ｔ）＝ｅ－０ ５ｔ２ｅｉｗ０ｔ（４）式中：ｗ０ 常数，ｗ０＝６ ２时周期Ｔ可近似地等同于时间尺度ａ㊂将小波系数的平方值在ｂ域上积分，就可得到小波方差，即Ｖａｒ（ａ）＝ʏ＋ɕ－ɕＷｆ（ａ，ｂ）２ｄｂ（５）１ ２㊀沙市站水沙的小波特征将沙市站１９５６ ２０１１年的年平均流量㊁年平均含沙量资料进行标准化处理后［１６］，进行小波变换（式图１㊀沙市站流量、含沙量小波系数实部时频分布Ｆｉｇ．１㊀Ｔｉｍｅ⁃ｆｒｅｑｕｅｎｃｙｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎｏｆｒｅａｌｐａｒｔｏｆｗａｖｅｌｅｔｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔｆｏｒｄｉｓｃｈａｒｇｅａｎｄｓｅｄｉｍｅｎｔｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎａｔＳｈａｓｈｉＳｔａｔｉｏｎ从图１（ａ）可以看出流量存在明显的年际变化，存在３ ６ａ㊁６ １１ａ㊁１１ ２１ａ㊁２１ ３２ａ等尺度，其中２１３２ａ尺度最为突出，出现由枯到丰６次循环变化，其中心尺度在２８ａ左右；在１１ ２１ａ尺度上，出现了由枯到丰的１２次循环交替，中心尺度在１３ａ左右㊂６ １１ａ尺度的周期变化出现了由丰到枯的１１次循环交替；３ ６ａ尺度出现更多的循环㊂由图１（ｂ）可知含沙量存在明显的年际变化和代际变化，存在３ ６ａ㊁６ １０ａ㊁１０ １９ａ㊁１９ ３２ａ共４类尺度的周期变化规律㊂从较大尺度１９ ３２ａ分析，含沙量经历了由高到低８个循环变化㊂在１０ １９ａ尺度上，含沙量经历了由高到低１１个循环交替，中心尺度在１５ａ左右㊂６ １０ａ出现更多正负相位循环交替，中心尺度在８ａ左右；３ ６ａ则出现更多循环㊂图２㊀沙市站流量及含沙量小波方差Ｆｉｇ．２㊀ＷａｖｅｌｅｔｖａｒｉａｎｃｅｏｆｄｉｓｃｈａｒｇｅａｎｄｓｅｄｉｍｅｎｔｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎａｔＳｈａｓｈｉＳｔａｔｉｏｎ计算沙市站年平均流量及年平均含沙量的小波方差，以时间尺度为横轴，以小波方差为竖轴，即可绘制小波方差图㊂它可用来确定信号中不同种尺度扰动的相对强度和存在的主要时间尺度，即主周期㊂年平均流量的小波方差图中存在４个明显的峰值（图２），依次对应着２８ａ㊁１３ａ㊁７ａ㊁４ａ的时间尺度㊂其中，２８ａ㊁１３ａ为主要周期㊂含沙量的小波方差图中存在３个明显的峰值（图２），依次对应着８ａ㊁１５ａ㊁３２ａ，由于３２ａ的数据超出本文的研究范围，大于３２ａ的周期有待进一步证实，所以１５ａ㊁８ａ为主要周期㊂流量㊁含沙量的主要周期和次要周期共同决定着上荆江沙市河段的河床演变规律㊂河床形态的主要驱动力是上游的来水来沙条件，水沙条件一旦发生改变，河床会立即做出调整㊂２㊀上荆江沙市河段河床调整过程模拟由于上荆江沙市河段属于弯曲河道，北岸修建大堤，河道形态的变化受到护坡的束缚，主槽和滩地的界限不明显，给平滩水位的确定增加了一定困难㊂采用汛后断面面积来反映河床形态的调整过程，以汛后（１１月至次年４月）多年平均水位３２ ４ｍ下的断面面积（施测日期６４５第６期余㊀蕾，等㊀上荆江沙市河段河床横断面形态的调整规律一般为每年１１ １２月）作为模型的特征变量，建立分时段模型，模拟沙市横断面形态的规律㊂２ １㊀断面面积对水沙条件的响应采用滑动平均法研究断面面积与水沙条件的响应关系［１７］㊂断面面积与当年（ｎ＝０）汛期平均流量㊁６ａ（ｎ＝６）４）㊂图３㊀沙市站断面面积与滑动平均汛期流量㊁滑动平均汛期来沙系数关系Ｆｉｇ．３㊀Ｒｅｌａｔｉｏｎｓｈｉｐｂｅｔｗｅｅｎｃｒｏｓｓ⁃ｓｅｃｔｉｏｎａｌａｒｅａ，ａｖｅｒａｇｅｄｉｓｃｈａｒｇｅ，ａｎｄａｖｅｒａｇｅｓｅｄｉｍｅｎｔｌｏａｄｉｎｆｌｏｏｄｓｅａｓｏｎｏｂｔａｉｎｅｄｆｒｏｍｍｏｖｉｎｇａｖｅｒａｇｅｍｅｔｈｏｄ断面面积与当年（ｎ＝０）汛期平均水沙条件的关系较为紊乱，相比而言，当考虑前期水沙条件影响时，断面面积与前期的水沙条件相关度明显提高㊂其中，断面面积与ｎ＝６的汛期平均流量之间的相关系数Ｒ２＝０ ４５８，与ｎ＝４的汛期平均来沙系数之间的相关系数Ｒ２＝０ ６０５㊂通过滑动平均法分析了沙市站横断面形态对汛期平均来水㊁来沙条件的响应，表明河段横断面形态的调整不仅受到当年水沙条件的影响，更与前期水沙条件相关，断面面积对水沙条件的响应存在滞后性㊂２ ２㊀分时段模拟年平均流量㊁年平均含沙量是衡量河道来水㊁来沙条件平均状态的重要物理量㊂三峡工程虽对下游河道的水沙条件产生了一定的影响，而本文采用的是近６０ａ的水沙时间序列，主要时间尺度在一定时域范围内变化较小㊂因此依据沙市站年平均流量及年平均含沙量小波系数的变化规律，对水沙条件序列进行时段划分㊂主要周期体现了河床演变主要塑造力的规律，将年平均流量及年平均含沙量第一㊁第二主周期叠加［７］图４㊀沙市站主要周期下小波系数规律Ｆｉｇ．４㊀ＷａｖｅｌｅｔｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔｓａｔＳｈａｓｈｉＳｔａｔｉｏｎｕｎｄｅｒｄｉｆｆｅｒｅｎｔｔｉｍｅｓｃａｌｅｓ根据图４，依据叠加的周期过程线，水沙条件序列大致分为８段：１９９１ １９９２年㊁１９９２ １９９５年㊁１９９５ １９９９年㊁１９９９ ２０００年㊁２０００ ２００３年㊁２００３ ２００５年㊁２００５ ２００９年㊁２００９ ２０１０年㊂主要周期下叠加的小波系数大致经历了由多至少或者由少至多的变化㊂根据上述分段方法，每一时段中包括ｎ年的水沙作用㊂长江流域 水多沙少 ，且水沙存在 记忆效应 ［３］，每个时段越靠近时段末，水沙作用越强［１８］，其时段初（ｉ＝０）水沙权重为１／（１＋２＋ ＋ｎ），时段末（ｉ＝ｎ－１）水沙权重为ｎ／（１＋２＋ ＋ｎ），每一时段水沙权重为（ｉ＋１）／（１＋２＋ ＋ｎ）㊂每一时段的水沙作用可以通过水沙搭配来反映河床断面面积的调整㊂对于冲积河流而言，河道形态由水沙条件决定，特定的水沙条件必然存在与之对应的断面面积平衡值㊂在现场勘测中，某一水位下断面面积平衡值很难准确观测到，因此从物理意义上由描述水沙条件的函数关系来表达㊂根据吴保生［６］的研究，黄河下游的平滩变量平衡值为Ｑｅ＝ＫＱｃｆξｄｆ（６）式中：Ｑｆ 汛期平均流量；ξｆ 汛期来沙系数，反映单位流量含沙量的大小；Ｋ㊁ｃ㊁ｄ 系数和指数，根据实测资料率定㊂结合上述特点，仍从物理意义上由描述水沙条件的函数关系来表达上荆江沙市河段断面面积的平衡值：７４５河海大学学报（自然科学版）第４４卷Ａｅｊ＝Ｋðｎ－１ｉ＝０（ｉ＋１）Ｑｆｉ１＋２＋ ＋ｎéëêêùûúúｃðｎ－１ｉ＝０（ｉ＋１）ξｆｉ１＋２＋ ＋ｎéëêêùûúúｄ（７）式中：Ａｅｊ 第ｊ（ｊ＝１，２， ，８）时段末面积的平衡值；Ｑｆｉ 第ｊ时段中第ｉ年汛期平均流量，ｍ３／ｓ；ξｆｉ 第ｊ时段中第ｉ年汛期平均来沙系数㊂由此，沙市横断面的断面面积为Ａｂｊ＝（１－ｅ－βｔ）Ｋðｎ－１ｉ＝０（ｉ＋１）Ｑｆｉ１＋２＋ ＋ｎéëêêùûúúｃðｎ－１ｉ＝０（ｉ＋１）ξｆｉ１＋２＋ ＋ｎéëêêùûúúｄ＋ｅ－βｔＡｂｊ－１（８）式中：Ａｂｊ 第ｊ时段经过ｎ年水沙累计作用的断面面积，当ｊ＝１时Ａｂ０为初始年份汛中断面面积㊂断面面积的变化需要一个时间过程进行调整，在前期水沙条件的综合作用下，河床通过自动调整将在一段时间后形成新的形态，这将作为当年水沙条件影响河床的初始河床条件㊂在第一时段的水沙作用（ｎ＝２）下，断面面积由Ａｂ０调整至Ａｂ１，除第一时段初始面积的平衡值由初始年份１９９１年的汛中面积来确定，余下每一时段的初始面积平衡值均为上一时段末的断面面积Ａｂｊ－１㊂此时，若水沙条件继续发生变化，断面面积Ａｂ１开始调整，经过多个时段（ｊ＝１，２， ，８）调整之后，断面面积调整至Ａｂｊ㊂２ ３㊀模拟结果根据建立的调整模型，利用上荆江沙市河段１９９１ ２０１０年实测大断面资料和水沙资料，拟合相应的系数和指数分别为：Ｋ＝１２７９ ２，ｃ＝０ ０４９，ｂ＝－０ １２１，ｄ＝０ ６２１，可得适用于沙市站的断面面积计算公式：Ａｂｊ＝１２７９ １（１－ｅ－０ ６２１ｔ）ðｎ－１ｉ＝０（ｉ＋１）Ｑｆｉ１＋２＋ ＋ｎéëêêùûúú０ ０４９ðｎ－１ｉ＝０（ｉ＋１）ξｆｉ１＋２＋ ＋ｎéëêêùûúú－０ １２１＋ｅ－０ ６２１ｔＡｂｊ－１（９）㊀㊀由式（９）计算值与断面面积实测值进行比较，可得模型的计算精度指标 相关系数Ｒ２㊂计算结果显示Ｒ２＝０ ８５，可见计算值与实测值相关关系良好，计算精度较高㊂图５给出了式（９）计算断面面积与实测值分时段变化情况，分时段模拟基本能够描述河床形态的调整过程㊂可以看出，上荆江沙市河段１９９１ ２０１０年的断面面积整体上呈现先减少，再急剧增加，再缓慢增加的趋势㊂三峡工程开始蓄水后，模型依然能够进行模拟，且模拟的结果与实测值比较接近㊂２００２年以后，断面面积迅速增加，河床处于冲刷状态㊂图６对断面面积计算值与实测值进行了对比，可以看到，当每一时段考虑前期ｎ年内的水沙累计作用（其中ｎ图５㊀断面面积计算值与实测值逐时段模拟变化㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀图６㊀断面面积计算值与实测值关系Ｆｉｇ．５㊀Ｃｈａｎｇｅｏｆｓｉｍｕｌａｔｅｄａｎｄｍｅａｓｕｒｅｄｃｒｏｓｓ⁃ｓｅｃｔｉｏｎａｌ㊀㊀㊀㊀㊀㊀Ｆｉｇ．６㊀Ｒｅｌａｔｉｏｎｓｈｉｐｂｅｔｗｅｅｎｃａｌｃｕｌａｔｅｄ㊀㊀㊀㊀ａｒｅａｓｉｎｄｉｆｆｅｒｅｎｔｔｉｍｅｐｅｒｉｏｄｓ㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀ａｎｄｍｅａｓｕｒｅｄｃｒｏｓｓ⁃ｓｅｃｔｉｏｎａｌａｒｅａｓ３㊀结㊀㊀语ａ．上荆江沙市河段流量㊁含沙量序列具有多时间尺度的特征㊂沙市站的流量序列存在４ａ㊁７ａ㊁１３ａ㊁２８ａ的变化周期，其中２８ａ㊁１３ａ为主要周期；含沙量序列主要存在大于３２ａ㊁８ａ㊁１５ａ变化周期，其中１５ａ㊁８ａ为主要周期；主㊁次要周期共同决定着沙市站流量㊁含沙量的丰枯㊁高低多时间尺度规律㊂ｂ．通过滑动平均法分析了沙市站横断面形态对汛期平均来水㊁来沙条件的响应，表明了河段横断面形８４５９４５第６期余㊀蕾，等㊀上荆江沙市河段河床横断面形态的调整规律态的调整受包括当前时段在内的前期水沙条件的共同影响，断面面积对水沙条件的响应存在滞后性㊂ｃ．滞后响应模型描述了冲积河流河床演变的普遍规律，但目前在黄河流域等多沙河流应用较多，而长江 水多沙少 ，复杂的江湖关系导致河段的调整规律存在差异㊂本文在黄河流域河床演变滞后响应模型的基础上，以汛后多年平均水位３２ ４ｍ下的断面面积为特征变量，结合小波方法分析水沙时间序列的多时间尺度规律，首次尝试将水沙条件序列依据二者主周期叠加的小波系数进行分时段研究，建立了上荆江沙市河段断面面积对水沙条件的分时段计算模型㊂ｄ．对建立的分时段模型的基本原理和计算方法进行了阐述，并将模型应用于上荆江沙市河段，根据计算值与实测值的相关系数Ｒ２＝０ ８５，得出二者关系较为密切㊁模型精度较高的结论㊂对河床演变的响应调整模型而言，分时段模拟不失为一种新思路，本文暂时只考虑了水沙条件对河床横断面形态的作用，未考虑河床结构㊁泥沙组成及人类活动等因素的影响，后续将对分时段模拟进行更加全面㊁整体的研究㊂参考文献：［１］邵学军，王兴奎．河流动力学概论［Ｍ］．北京：清华大学出版社，２００５．［２］ＬＥＯＰＯＬＤＬＢ，ＬＡＮＧＢＥＩＮＷＢ．Ｔｈｅｃｏｎｃｅｐｔｏｆｅｎｔｒｏｐｙｉｎｌａｎｄｓｃａｐｅｅｖｏｌｕｔｉｏｎ［Ｍ］．Ｗａｓｈｉｎｇｔｏｎ：ＵＳＧｏｖｅｒｎｍｅｎｔＰｒｉｎｔｉｎｇＯｆｆｉｃｅ，１９６２．［３］梁志勇，杨丽丰，冯普林．黄河下游平滩河槽形态与水沙搭配之关系［Ｊ］．水力发电学报，２００５，２４（６）：６８⁃７１．（ＬＩＡＮＧＺｈｉｙｏｎｇ，ＹＡＮＧＬｉｆｅｎｇ，ＦＥＮＧＰｕｌｉｎ．ＲｅｌａｔｉｏｎｓｏｆｃｈａｎｎｅｌｇｅｏｍｅｔｒｙｔｏｗａｔｅｒａｎｄｓｅｄｉｍｅｎｔｒａｔｅｆｏｒｔｈｅｌｏｗｅｒＹｅｌｌｏｗＲｉｖｅｒ［Ｊ］．ＪｏｕｒｎａｌｏｆＨｙｄｒｏｅｌｅｃｔｒｉｃＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，２００５，２４（６）：６８⁃７１．（ｉｎＣｈｉｎｅｓｅ））［４］ＳＵＲＩＡＮＮ，ＲＩＮＡＬＤＩＭ．ＭｏｒｐｈｏｌｏｇｉｃａｌｒｅｓｐｏｎｓｅｔｏｒｉｖｅｒｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇａｎｄｍａｎａｇｅｍｅｎｔｉｎａｌｌｕｖｉａｌｃｈａｎｎｅｌｓｉｎＩｔａｌｙ［Ｊ］．Ｇｅｏｍｏｒｐｈｏｌｏｇｙ，２００３，５０（４）：３０７⁃３２６．［５］吴保生．冲积河流平滩流量的滞后响应模型［Ｊ］．水利学报，２００８，３９（６）：６８０⁃６８７．（ＷＵＢａｏｓｈｅｎｇ．Ｄｅｌａｙｅｄｒｅｓｐｏｎｓｅｍｏｄｅｌｆｏｒｂａｎｋｆｕｌｌｄｉｓｃｈａｒｇｅｏｆａｌｌｕｖｉａｌｒｉｖｅｒｓ［Ｊ］．ＪｏｕｒｎａｌｏｆＨｙｄｒａｕｌｉｃＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，２００８，３９（６）：６８０⁃６８７．（ｉｎＣｈｉｎｅｓｅ））［６］吴保生．冲积河流河床演变的滞后响应模型：Ⅰ模型建立［Ｊ］．泥沙研究，２００８（６）：１⁃７．（ＷＵＢａｏｓｈｅｎｇ．Ｄｅｌａｙｅｄｒｅｓｐｏｎｓｅｍｏｄｅｌｆｏｒｆｌｕｖｉａｌｐｒｏｃｅｓｓｅｓｏｆａｌｌｕｖｉａｌｒｉｖｅｒｓ：Ⅰｍｏｄｅｌｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ［Ｊ］．ＪｏｕｒｎａｌｏｆＳｅｄｉｍｅｎｔＲｅｓｅａｒｃｈ，２００８（６）：１⁃７．（ｉｎＣｈｉｎｅｓｅ））［７］张艳艳，钟德钰，吴保生．黄河平滩流量的多时间尺度现象［Ｊ］．水科学进展，２０１２，２３（３）：３０２⁃３０９．（ＺＨＡＮＧＹａｎｙａｎ，ＺＨＯＮＧＤｅｙｕ，ＷＵＢａｏｓｈｅｎｇ．ＭｕｌｔｉｔｉｍｅｓｃａｌｅｐｈｅｎｏｍｅｎａｏｆｆｌａｔｂａｎｋｆｌｏｗｉｎｔｈｅＹｅｌｌｏｗＲｉｖｅｒ［Ｊ］．ＡｄｖａｎｃｅｓｉｎＷａｔｅｒＳｃｉｅｎｃｅ，２０１２，２３（３）：３０２⁃３０９．（ｉｎＣｈｉｎｅｓｅ））［８］吴保生．冲积河流河床演变的滞后响应模型：Ⅱ模型应用［Ｊ］．泥沙研究，２００８（６）：３０⁃３７．（ＷＵＢａｏｓｈｅｎｇ．Ｄｅｌａｙｅｄｒｅｓｐｏｎｓｅｍｏｄｅｌｆｏｒｆｌｕｖｉａｌｐｒｏｃｅｓｓｅｓｏｆａｌｌｕｖｉａｌｒｉｖｅｒｓ：Ⅱｍｏｄｅｌａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ．ＪｏｕｒｎａｌｏｆＳｅｄｉｍｅｎｔＲｅｓｅａｒｃｈ，２００８（６）：３０⁃３７．（ｉｎＣｈｉｎｅｓｅ））［９］廖治棋．荆江河段平滩面积对水沙条件变化的滞后响应研究［Ｄ］．武汉：长江科学院，２０１４．［１０］王文圣，丁晶，向红莲．小波分析在水文学中的应用研究及展望［Ｊ］．水科学进展，２００２，１３（４）：５１５⁃５２０．（ＷＡＮＧＷｅｎｓｈｅｎｇ，ＤＩＮＧＪｉｎｇ，ＸＩＡＮＧＨｏｎｇｌｉａｎ．Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎａｎｄｐｒｏｓｐｅｃｔｏｆｗａｖｅｌｅｔａｎａｌｙｓｉｓｉｎｈｙｄｒｏｌｏｇｙ［Ｊ］．ＡｄｖａｎｃｅｓｉｎＷａｔｅｒＳｃｉｅｎｃｅ，２００２，１３（４）：５１５⁃５２０．（ｉｎＣｈｉｎｅｓｅ））［１１］ＢＯＧＧＥＳＳＡ．ＡｆｉｒｓｔｃｏｕｒｓｅｉｎｗａｖｅｌｅｔｓｗｉｔｈＦｏｕｒｉｅｒａｎａｌｙｓｅｓ［Ｍ］．Ｈｏｂｏｋｅｎ：ＪｏｈｎＷｉｌｅｙ＆Ｓｏｎｓ，２００９．［１２］丛沛桐，王瑞兰，李艳，等．黄河冰凌地电测试曲线小波分析及预警技术［Ｊ］．水利水电科技进展，２００８，２８（１）：６２⁃６５．（ＣＯＮＧＰｅｉｔｏｎｇ，ＷＡＮＧＲｕｉｌａｎ，ＬＩＹａｎ，ｅｔａｌ．Ｗａｖｅｌｅｔａｎａｌｙｓｉｓｏｆｇｅｏ⁃ｅｌｅｃｔｒｉｃｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔｃｕｒｖｅｆｏｒｉｃｅｊａｍｏｆＹｅｌｌｏｗＲｉｖｅｒａｎｄｅａｒｌｙｗａｒｎｉｎｇｔｅｃｈｎｉｑｕｅ［Ｊ］．ＡｄｖａｎｃｅｓｉｎＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙｏｆＷａｔｅｒＲｅｓｏｕｒｃｅｓ，２００８，２８（１）：６２⁃６５．（ｉｎＣｈｉｎｅｓｅ））［１３］ＳＡＮＧＹａｎｆａｎｇ，ＷＡＮＧＤｏｎｇ，ＷＵＪｉｃｈｕｎ，ｅｔａｌ．ＨｕｍａｎｉｍｐａｃｔｓｏｎｒｕｎｏｆｆｒｅｇｉｍｅｏｆｍｉｄｄｌｅａｎｄｌｏｗｅｒＹｅｌｌｏｗＲｉｖｅｒ［Ｊ］．ＷａｔｅｒＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，２０１１，４（１）：３６⁃４５．［１４］ＺＯＵＣｈｕｎｘｉａ，ＳＨＥＮＸｉａｎｇｄｏｎｇ，ＬＩＨｏｎｇｙｕｎ，ｅｔａｌ．Ｗａｖｅｌｅｔａｎａｌｙｓｉｓｏｆｓｐｒｉｎｇｃｌｉｍａｔｅｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓｉｎａｒｉｄａｅｏｌｉａｎａｒｅａｏｆａｇｒｏ⁃ｐａｓｔｏｒａｌｅｃｏｔｏｎｅｉｎＣｈｉｎａ［Ｊ］．ＷａｔｅｒＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，２０１２，５（３）：２６９⁃２７７．［１５］邓自旺，林振山，周晓兰．西安市近５０年来气候变化多时间尺度分析［Ｊ］．高原气象，１９９７，１６（１）：８１⁃９３．（ＤＥＮＧＺｉｗａｎｇ，ＬＩＮＺｈｅｎｓｈａｎ，ＺＨＯＵＸｉａｏｌａｎ．ＭｕｌｔｉｐｌｅｔｉｍｅｓｃａｌｅｓａｎａｌｙｓｉｓｏｆＸｉ＇ａｎｃｌｉｍａｔｅｆｏｒｌａｓｔ５０ｙｅａｒｓ［Ｊ］．ＰｌａｔｅａｕＭｅｔｅｏｒｏｌｏｇｙ，１９９７，１６（１）：８１⁃９３．（ｉｎＣｈｉｎｅｓｅ））［１６］倪夏梅，陈元芳，刘勇，等．基于小波分析的枯水径流多时间尺度分析［Ｊ］．水电能源科学，２０１０，２８（３）：６⁃８．（ＮｌＸｉａｍｅｉ，ＣＨＥＮＹｕａｎｆａｎｇ，ＬＩＵＹｏｎｇ，ｅｔａｌ．Ｍｕｌｔｉｐｌｅｔｉｍｅｓｃａｌｅａｎａｌｙｓｉｓｏｆｔｈｅｌｏｗｗａｔｅｒｒｕｎｏｆｆｂａｓｅｄｏｎｗａｖｅｌｅｔａｎａｌｙｓｉｓ［Ｊ］．ＣｈｉｎａＲｕｒａｌＷａｔｅｒａｎｄＨｙｄｒｏｐｏｗｅｒ，２０１０，２８（３）：６⁃８．（ｉｎＣｈｉｎｅｓｅ））［１７］吴保生，夏军强，张原锋．黄河下游平滩流量对来水来沙变化的响应［Ｊ］．水利学报，２００７，３８（７）：８８６⁃８９２．（ＷＵＢａｏｓｈｅｎｇ，ＸＩＡＪｕｎｑｉａｎｇ，ＺＨＡＮＧＹｕａｎｆｅｎｇ．ＲｅｓｐｏｎｓｅｏｆｂａｎｋｆｕｌｌｄｉｓｃｈａｒｇｅｔｏｖａｒｉａｔｉｏｎｏｆｆｌｏｗｄｉｓｃｈａｒｇｅａｎｄｓｅｄｉｍｅｎｔｌｏａｄｉｎｌｏｗｅｒｒｅａｃｈｅｓｏｆＹｅｌｌｏｗＲｉｖｅｒ［Ｊ］．ＪｏｕｒｎａｌｏｆＨｙｄｒａｕｌｉｃＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，２００７，３８（７）：８８６⁃８９２．（ｉｎＣｈｉｎｅｓｅ））［１８］李凌云．黄河平滩流量的计算方法及应用研究［Ｄ］．北京：清华大学，２０１０．。
荆江监利河段横断面调整规律研究
第３ ９卷 第 ６期 ２ ００８年 ３ 月
人 民 长 江
Ｙａ ｔｅ Ｒｉｅ ｎｇｚ ｖｒ
Ｖ０ ． ９． １ ３ Ｎｏ．６ Ｍａ ． ２ Ｏ ｒ， Ｏ８
文章编号 ：０ １ １９ ２０ ）６ ０ ２ —０ １０ —４７ ｛０ ８０ — ０ １ ３
年来 该 河 段 主 流 较 为 稳 定 。
铺 三２８ 、 口 ２ 线荆 畅 二荆 ０ ０ 固 ４ ： ￣ １ ￣ ３ 舶 －
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荆 １９ ６
监利水文站 为该 河段 水 沙 特征 代 表 站 ， 多年 平 均径 流 量
收 稿 日期 ：０７ ２ １ ２０ —１ 一Ｏ
荆 江 监 利 河段 横 断 面调 整 规 律 研 究
黄 莉 范 北 林 姚 仕 明 黎 礼 刚
（ 长江水利委员会 长江科学院 ， 湖北 武汉 ４０ １ ） ３００ 摘要 ： 监利河段 地处长 江中游下荆 江河段 中段 。受上游水沙条件及河床边界条件影响 ， 利河段 的典型横断 面 监
一
３５ １ ｍ （９５ ０５年 ） 多 年平均 输 沙量 ３ ５ ８亿 ３ １５ ～２０ ， ．２亿 ｔ１５ ～ （９ ５ ２０ ０５年） ０世纪 ９ 。２ ｏ年代 以来 ， 监利 站 的输沙量 呈逐 年递 减 的 趋势 ， ０ 年 ６月三峡水库蓄水运用后 ， ２ ３ ０ 该站的输沙量进一步减 小 。监利站 的径 流和泥沙年 内分配不 均匀 ， 期 中 ５～ｌ 汛 ０月径 流量 占全年 ７ ．％ ， ５５ 沙量 占全年 ９ ％。悬移质中值粒径为００５ ０ ．２
响。本文 正是基于这一 点 ， 总结 了 自 １８ 以来 监利河段 河道 ９０年 横断面的演变特点 ， 研究 其调整的规律 ， 对监利河段的横断 面 并
上荆江河段河岸土体组成分析及岸坡稳定性计算
第2期
宗全利等：上荆江河段河岸土体组成分析及岸坡稳定性计算
169
at low water level and lower stability at high level, but the safety factor is much lower at the recession stage. The trend of decrease first and then increase in the safety factor during water level rising, indicates an important effect of water level variation on riverbank stability. Key words：river sedimentation engineering; riverbank stability; soil composition analysis; composite riverbank; bankfailure; upper Jingjiang reach
0
引言
上荆江河段河弯平顺且分汊特性明显，为典型微弯分汊河型；河道平面变形不大，但分汊微弯段主流
摆动频繁，局部河势不断调整 [1~3]。特别是 1998 和 1999 年大水后，重点河弯演变剧烈，汊道段主流易汊， 崩岸时有发生。例如 2002 年沙市文村夹河段发生了长 550m 的崩岸， 2005 年再次发生了长 300m 的崩岸， 因此崩岸仍然是上荆江河床演变的一个重要方面，尤其在三峡水库蓄水后 [4]。崩岸发生不仅与近岸水流动 力作用相关，而且还与河岸土体的组成及力学特性等密切相关。余文畴等 [5]对影响长江中下游河道崩岸的 两大自然因素（河床边界条件和水流泥沙运动条件）分别进行了研究，指出近岸河床的冲刷是崩岸发生的 根本原因。杨怀仁，唐日长等 [6]研究了河床边界条件与上荆江河型形成及荆江变迁的关系，指出随着河岸 上部黏性土层的不断淤厚，河岸抗冲性增强，使得上荆江河段能长期保持微弯形态。张兴农等 [7]分析了长 江中下游 4 种崩岸特征和形成条件，并通过概化模型试验对坡体崩塌破坏机理进行了研究。高志斌等 [8]分 析了荆江河段的边界条件，研究了边界条件对荆江河段河床演变的影响。上述研究表明：上荆江河岸组成 为土 -沙二元结构，下部沙土层抗冲力较弱；上部黏性土层抗冲力远大于沙土层，且厚度较大，在大部分河 岸超过沙土层厚度，所以上部黏性土层的抗剪强度是崩岸强度的直接影响因素 [9]。黏性土层的厚度、组成 及力学特性等影响崩岸速度，但现有研究仅局限于河岸土体组成类型对崩岸影响的定性分析，缺少河岸土 体力学特性等对崩岸影响的定量研究。现有河岸稳定性研究成果较多，主要集中在岸坡稳定性分析方面。 黄本胜等 [10]针对黏性土河岸提出了河岸崩塌的理论模式，并进行了稳定性分析。王延贵等 [11]以河岸稳定分 析为基础，推导了折线河岸初次崩塌及二次崩塌的临界崩塌高度计算公式。夏军强等 [12]对黄河下游滩岸土 体组成及力学特性进行了分析，定量地分析了近期下游滩岸侵蚀严重的两个原因。唐金武等 [13]用稳定岸坡 作为崩岸判别指标，分析了长江中下游不同河型、不同河岸地质的稳定坡比等。Osman 和 Thorne[14~15]从床 面冲深与河岸侵蚀两个方面进行分析，利用安全系数的大小来判断河岸是否崩塌。Darby [16] 通过建立岸坡 稳定理论模型，提出了相应安全系数的表达式。以往研究都是将崩塌形式考虑为平面滑动，并分别从河流 动力学或土力学角度分析河岸稳定性，但没有将两者结合进行研究。实际崩岸过程既离不开近岸水流冲刷 作用，也与河岸土体组成及力学特性密切相关，因此在河岸稳定性分析中应同时考虑这两方面的影响。 以上分析表明， 虽然目前已经确知上荆江河岸为上部较厚黏性土和下部较薄非黏性土组成的二元结构， 但对河岸土体力学特性的研究成果较少， 缺乏系统的崩岸土体组成资料，对崩岸发生原因也缺少定量解释； 以往河岸稳定性分析也很少将近岸水流作用与不同时期河岸土体力学特性变化相结合进行研究。为此开展 上荆江河段崩岸土体力学特性分析和河岸稳定性计算，不仅能从机理上分析上荆江河段这种典型二元结构 河岸的稳定性，同时也利于较为全面地掌握荆江河段的演变规律。故 2011 年 11 月对上荆江沙市、公安和 郝穴河段典型断面的崩岸土体进行了现场取样及室内土工试验。本文将重点分析上荆江崩岸土体组成和力 学特性，提出典型二元结构河岸在枯水期、高水期和退水期的河岸崩塌计算模式；并综合考虑水流侧向冲 刷作用和河流水位变化等因素，同时结合上荆江典型崩岸的河岸形态，对不同坡脚横向冲刷距离以及退水 与涨水过程中的河岸稳定性进行计算分析。
历史上荆江河段的河道变迁及原因
历史上荆江河段的河道变迁及原因作者：吴梦琪来源：《神州·上旬刊》2017年第04期摘要：蜿蜒型河段从整体看处在不断演变之中。
从平面变化看，随着凹岸冲刷和凸岸淤长进程的发生，其蜿蜒程度不断加剧，河长增加，弯曲度随之增大。
就其整个变化过程看，河弯在平面上不断发生位移，并且随弯顶向下游蠕动而不断改变其平面形状。
本文立足于方志资料，对各时期荆江河段的变迁历史进程，对荆江河段的河流地质作用及河谷地质结构进行分析，讨论关于属于蜿蜒型河段的荆江河段的河道演变原因。
关键词：荆江；河道变迁；河流作用长江出三峡，在宜昌进入中游后，穿过夹江对峙的虎牙山、荆门山，河谷突然变得开阔起来，两岸不再是“猿声啼不住”了，而是进入“楚地阔天边，苍茫万顷连”的大平原。
由于长江进入平原后流经古荆州地区，所以，这段河道通称荆江。
荆江从湖北枝城到湖南洞庭湖的出口城陵矾，全长423公里。
其中又以藕池口为界，分为上荆江和下荆江。
下荆江是典型的婉蜒性河道，全长240公里的堤岸其实只有80公里的直线距离，江水在这里绕了16个大弯，所以，这里有了"九曲回肠"的说法。
1、荆江的变迁历史随着云梦泽的消亡，荆江堤防系统形成后，荆北通江的口穴先后被堵塞，与荆江的联系被切断，形成堤内独立的内荆河水系。
荆南地区穴口相应增多，相传北晋时杜预开凿调弦口华容河，东晋至南朝时形成沧水匡，南宋时出现太平口、虎渡河，后于1853年和1870年先后形成藕池、松滋二口。
另据地貌形态反映，广兴洲及君山一带也曾出现分流，因部分已湮塞，构成今三口分流的荆南网状水系。
自全新世以来，荆江地区经历了古湖泽的衰亡与洞庭湖的扩展；由荆北分流转向荆南分流；泥沙的沉积中心亦由荆北云梦泽转向荆南洞庭湖的巨大变化，形成新的水系格局。
顺治《江陵志余》之《志陵陆》“金堤”条提到，五代高季兴修筑金堤后，“江势改徙，堤迁于外”。
光绪《荆州府志》记，雍正十一年（1733年），在郝穴下十里处修建了周公堤，并立一碑，碑南半里堤外旧有三闾祠，六七十年后，“圮于江中”。
浅析荆江河段床沙的分析方法及基本特性
一
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按公式 Ｃ ＝—
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计算 。
界一 线床 沙有少 许粉粘颗粒 ， 筛析法 是主要分析方法 。 ３ ． ３荆 南 四 口的床 沙 特性
荆 南 四 口的新 江 口、 沙 道观 、 弥 陀寺 站 床 沙为 中细 沙 ， 有 少 量 粉
Ｗｓ ｕ＋胁 Ｌ
式中： ａ —湿沙样 的含水率 ； ， —筛 下分样的湿沙质量 ； 一 粘颗粒 ， 级配分布较均匀 ， 分析方法 以筛析法为 主； 藕池（ 康三） 和藕 池管站为粘土河床 ， 由于上游来沙经过断面时无法 附着 ， 故每次取 筛下分样的干沙质量 ； ， 一筛下颗粒的干沙质量 ； ｔ ， 一筛 下颗粒 样床沙多为粘泥或粘泥夹沙 ， 筛激结合和激光法是 主要分析方法 。 的湿沙质量 ； 一 筛上颗粒干沙质量 ； Ｃ 一筛下颗粒质量与沙样总 ４对 床沙 月 年 资料 整编 的建议
一
质 量 的 比值 。
大于６ ４ ｍｍ筛上砂样的分析处理 ： 先按 卵石粒径大小序次排列 ， 再采用 自由分组测量 。 所谓 自由 分组 ， 不是按规定的粒径级划分组距 ， 而是按颗粒排列 次序 随意分 为若干组。 每组挑选最大一颗或两颗用游标卡尺量测其长 、 中、 短三 轴并称 其重量 ， 几何平均粒 径按公式Ｄｉ ＝ ： 计算 。 式 中： ａ —颗粒长轴方 向的长度 ； ｂ ～颗粒垂直于ａ 方向的最大宽 度； ｃ 一颗粒垂直于ａ 和ｂ 方 向的最大厚度 。 当整个样 品卵石数量少于１ ５ 颗时 ， 应逐颗测量 称重 。 ２ ． ２筛分析 法 砂粒 的粒径范 围是０ ． ０ ６ ２ －２ ｍｍ， 砾石 的粒径范围是２ ～１ ６ ａｍ， ｒ 筛分析法分析范 围适用于０ ． ０ ６ ２ －６ ４ Ｉ Ｉ Ｉ Ｉ ＂ Ｉ １ ， 此方法不仅设备简单、 操 作方便 ， 而且测量结果较直观地反映 了颗粒的几何尺寸 ， 是床沙分 析最 主要 的方法 。 （ １ ） 大于２ ∞ｍ粒径颗粒筛分析法应按下列步骤进行 ： １ ） 称量试样 沙量 。 ２ ） 选用圆孔粗筛组装成套 。 ３ ） 将分析 沙量置于套筛最上层 ， 逐 级手摇过筛。 ４ ） 当样 品沙量过多时可分几次过筛 ， 同一组的颗粒合 并 称量 计算 。 （ ２ ） 对粒径小于２ ａｍ的颗粒按下列 步骤进行 ： ｒ １ ） 称量试样 沙量 ， ７ ６ ２ ０ １ ５ 年１ ０ 月下第２ ０ 期总第 ２ ２ ４ 期
长江沙市河段近期河道演变分析
长江沙市河段近期河道演变分析【摘要】本文主要对长江沙市河段近期河道演变进行了深入分析。
在介绍了研究背景和研究目的，为后续内容提供了基础。
正文部分分别从河道演变特征、演变原因、演变趋势预测、演变影响评估和对策措施等方面展开讨论。
结论部分对本文进行了总结，并提出了未来研究的展望。
通过本文的研究，可以更深入地了解长江沙市河段近期河道演变的情况，为相关部门制定有效的管理措施提供参考。
【关键词】长江、沙市河段、河道演变、分析、特征、原因、趋势、预测、影响评估、对策措施、总结、展望。
1. 引言1.1 研究背景长江是中国最大的河流，其流域范围广阔，涵盖了许多重要城市和产业区。
沙市河是长江的重要支流之一，河道的演变对周边地区的生态环境和经济发展有着重要影响。
近年来，随着城市化进程的加快和人类活动的不断增加，沙市河段的河道演变情况备受关注。
研究沙市河段近期河道演变情况，有助于了解河道演变的特征、原因和趋势，为未来的河道管理和保护提供科学依据。
通过分析沙市河段河道演变的特征，可以揭示河道变化的规律和特点，为制定相应的对策和措施提供参考。
评估河道演变对当地生态环境和经济发展的影响，可以帮助相关部门更好地协调河道管理与发展之间的关系，实现河流资源的可持续利用。
本篇文章将对长江沙市河段近期河道演变进行深入分析，旨在为解决沙市河段河道演变问题提供科学依据和参考，推动生态环境保护和可持续发展工作的开展。
1.2 研究目的研究目的是为了深入分析长江沙市河段近期河道演变的情况，探讨其演变特征、原因、趋势预测以及影响评估。
通过研究，可以为河道管理部门提供科学依据，制定针对性的对策措施，减缓河道演变的速度，保护河道生态环境。
本研究还旨在总结长江沙市河段近期河道演变的特点，为未来相关研究提供参考和借鉴，促进长江流域的可持续发展。
通过详细的研究与分析，可以全面了解长江沙市河段的演变过程、规律和影响因素，为长江流域的生态环境保护和河道管理工作提供理论支持和科学依据。
荆江沙市桥区河段航道治理思路及措施
第 １ ３期
郑 力 ： 江 沙 市桥 区 河段 航 道 治理 思路 及 措 施 荆
航 保证 率为 ９ ％ 。 ８
（ ）三 峡 水 库 蓄 水 以来 。洲 滩 变化 规 律 与 １ ９ ３ ９８
２ 河 床 演 变 特 点
桥 区河 道 内洲滩 此消彼 长 ， 汉道分 流 比相应 调整 。 目前 上段双 槽 、 下段 双 汊 的河 势 格 局 在 ２ ０世 纪 ８ ０年
与 三八滩 合并 ” 的周 期 变 化 ， 随着 三 八 滩 滩 头进 一 且 步 冲退 ， 周期增 长 ，０ ５～２ ０ ２０ ０ ８年 ， 林 矶 边滩 一 直处 杨
头位 置 上提 ， 同时 ， 在原 三八 滩 南半 部 冲 出新 南 汊 ， 与
上 游平顺 衔接 ， 展 为 主汊 。 发
头进行 了 ３次守 护 ， 目前滩 体上段 基本 被稳 定 ， 下段 但 滩体 近几 年持续 萎缩 ； 太平 口段 南槽 冲刷进 一 步加 ④
强 ， 流 比逐年增 加 ，０ ０年 ３月高达 ６ ％ （ 图 ３ 。 分 ２１ ５ 见 ） 洲滩 趋 向性 变 化过 程 中存 在 一些 新 的 演变 特 征 ，
第４ ３卷 第 １ ３期 ２ ２ 年 ７ 月 ０ １ 文 章 编 号 ：０ １— １ ９ ２ １ ） ３～ ０ ０— ４ １０ ４７ （０ ２ １ ０ １ ０
人 民 长 江
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水 期改 走 南 汉 ， 加 上 南 汉 不 断 左 再
摆， 河床 变形 与荆州 大桥通 航孔 设 置
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长江沙市河段近期河道演变分析
长江沙市河段近期河道演变分析长江是中国最长的河流，沿线承载着中国九成以上的货物和七成以上的煤炭运输，对经济发展起着举足轻重的作用。
作为长江的支流之一，沙市河段的河道演变一直备受关注。
近期，沙市河段的河道演变情况引起了广泛关注，对此进行分析和研究，对有效防洪、保护生态环境、维护长江健康发展具有重要意义。
一、长江沙市河段的地理概况长江沙市河段位于长江中游干流的枝江至宜昌段，全长约120公里，是一个湖沼交错的平原地区。
沙市河的发源地在湖北省钟祥市，流经荆门市、京山市、宜昌市等地，最终汇入长江。
河道两侧地势平坦，水域广阔，是典型的冲积平原地貌。
1. 水位变化近年来，长江沙市河段的水位有着明显的变化。
由于气候变化、水文情况等多种因素的综合影响，河段水位有时偏高，有时偏低，给沿岸居民的生产和生活带来了一定的困扰。
特别是在汛期，水位的突然上涨对当地的农田和村庄造成了严重损失。
2. 河道漂移长江沙市河段的河道漂移情况较为普遍。
由于江水的冲刷和冲淤作用，河道的位置和形态经常发生变化。
部分地区甚至出现了河道移位导致的淹没和退化现象。
这不仅加大了防洪工作的难度，还对当地的生态环境造成了一定的影响。
3. 河床淤积由于长年的冲刷和泥沙淤积，长江沙市河段的河床出现了严重的淤积现象。
这不仅使得河道的航道变浅，对船只的通行造成了一定的困难，也影响了当地的灌溉和供水工程。
1. 自然因素长江沙市河段位于中国的丘陵湖泊平原区，气候温暖湿润，多雨高湿，水文情况较为复杂。
繁多的气候和水文变化因素，使得长江沙市河段的河道演变较为频繁，随之带来了水位、河道漂移、河床淤积等问题。
2. 人为因素近年来，随着当地经济的快速发展，人类活动对长江沙市河段的河道演变也产生了一定的影响。
不合理的土地开发、过度的水资源利用、乱堆乱放以及非法采砂等行为，都对河道的变化起到了推动作用。
3. 工程影响长江沙市河段涉及的沿线城市和乡村已经实施了一系列的水利工程，例如河道疏浚、水库建设等。
上荆江典型断面河床纵横向变形过程的概化模拟
上荆江典型断面河床纵横向变形过程的概化模拟张翼;夏军强;邓珊珊;宗全利【期刊名称】《长江科学院院报》【年(卷),期】2016(033)007【摘要】针对当前三峡工程运用后坝下游河床的调整特点,将床面冲淤与河岸崩退的计算模块相结合,构建了基于断面尺度的河床纵向及横向变形的概化数学模型.以上荆江荆34断面为研究对象,采用概化模型计算了该断面2006年和2008年水文年的河床纵向与横向变形过程,计算的河床纵向冲刷量、河岸崩退总宽度及崩塌后岸坡形态等结果与实测结果吻合较好.此外还分析了考虑与不考虑床面冲淤2种情况下2006年荆34断面形态调整的计算结果,该断面河床冲刷主要集中在枯水河槽,床面冲刷下切导致河岸高度增大,最大增幅约1.9 m,且考虑河床冲淤后计算的河岸崩退总宽度比不考虑时的计算值偏大20％.表明了近岸床面冲刷下切导致滩槽高差增大,将会加剧崩岸的发生.【总页数】7页(P6-11,22)【作者】张翼;夏军强;邓珊珊;宗全利【作者单位】武汉大学水资源与水电工程科学国家重点实验室,武汉430072;浙江省水利河口研究院,杭州310020;武汉大学水资源与水电工程科学国家重点实验室,武汉430072;武汉大学水资源与水电工程科学国家重点实验室,武汉430072;武汉大学水资源与水电工程科学国家重点实验室,武汉430072【正文语种】中文【中图分类】TV147【相关文献】1.清水冲刷弯曲河型河床变形的概化模型及数值模拟 [J], 陆永军;张华庆2.上荆江沙市河段河床横断面形态的调整规律 [J], 余蕾;王加虎;邹志科;卢金友;李凌云3.水沙调节后荆江典型河道横向调整过程的响应——Ⅱ.上、下荆江调整差异初探[J], 假冬冬;邵学军;蒋海峰;沈阳;张幸农;尚毅梓4.黄河下游河床纵向与横向变形的数值模拟——Ⅱ二维混合模型的应用 [J], 夏军强;王光谦;吴保生5.黄河下游游荡段断面滩岸崩退过程概化模拟 [J], 王英珍;夏军强;邓珊珊;周美蓉因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
长江沙市河段近期河道演变分析
长江沙市河段近期河道演变分析长江是中国的母亲河，孕育了无数的文明。
长江上游的沙市河段，是长江河道的重要组成部分，近年来长江沙市河段的河道演变引起了人们的关注。
本文将对长江沙市河段近期河道演变进行分析。
近年来，由于气候变化和人类活动的影响，长江沙市河段的河道演变出现了一些新的特点。
河道的宽度发生了变化。
由于长期的泥沙淤积和冲刷作用，沿岸土地逐渐被侵蚀，导致河道的宽度不断变窄。
河道的流速也发生了变化。
在河道变窄的流速也有所增加，导致了河道水流的不稳定性。
河道两岸的植被也受到了影响，一些原本茂盛的植被逐渐被冲刷冲垮，导致了岸边生态环境的变化。
造成长江沙市河段河道演变的原因主要有两个方面。
一方面是气候变化的影响。
近年来，气候变暖导致了长江上游地区的冰雪融化加速，大量的融雪和雨水导致了长江的水位上升，从而造成了河道的冲刷和侵蚀。
另一方面是人类活动的影响。
长江上游地区的城市化和工业化进程加快，大量的工业排放和城市生活污水直接排放到长江中，造成了长江水体的污染和水质下降，加剧了河道的演变。
针对长江沙市河段河道演变的现状，有必要采取一系列措施来加以治理。
应加强地方政府对长江沙市河段的保护和治理力度，加强水土保持措施的实施，减少泥沙淤积和冲刷的现象。
需要加大对长江水体污染的治理力度，遏制水质的进一步恶化，保护长江的水质环境。
应加强生态恢复和保护工作，重点保护长江沙市河段的植被和鸟类栖息地，重建河道的生态环境。
应加强长江流域的综合治理，通过跨区域合作，加强对长江河道的整体治理和保护，确保长江水资源的可持续利用。
长江沙市河段的河道演变是一个复杂的系统工程，需要社会各界的共同努力才能够有效治理。
希望通过本文的分析，能够引起社会的关注，加强对长江沙市河段河道演变的认识，为长江河道的可持续发展做出更大的贡献。
长江沙市河段近期河道演变分析
长江沙市河段近期河道演变分析近年来，长江流域经历了频繁的极端气候事件和构造运动，对长江沙市河段的河道演变造成了一定的影响。
本篇文章着重分析了近期长江沙市河段的河道演变情况，主要包括河道形态、河岸侵蚀和堆积等方面。
首先，近期长江沙市河段的河道形态日益复杂。
每年春夏季节，受洪水冲击影响比较严重，部分沙洲和石头会被水流带走，形成新的河岸或河床，导致河道变化不断。
尤其是2016年，长江流域遭遇了强降雨和洪水，沙市河段更是受到了极大的冲击，引起了河道高度变化。
同时，随着地质构造的变化和沉降作用，河床深度不断下降，河道变浅，流速加快，河道侵蚀和摩擦增强，进一步加剧了河道形态的变化。
其次，河岸侵蚀现象在长江沙市河段表现较为明显。
长期以来，长江流域的农村生产活动和城市建设活动对河流环境造成了一定的影响，包括水土流失和沿岸植被破坏等问题，导致了河岸的松散和坍塌。
此外，洪水和强风也会加速河道搬运和河岸侵蚀，造成严重的土地和房屋损失。
通过实地调查和卫星遥感技术分析，我们可以看到近期长江沙市河段右岸的侵蚀现象尤为显著，部分农田已被冲刷，建筑物也遭到了侵蚀和摧毁。
最后，长江沙市河段也存在较明显的堆积现象。
近年来，长江上游地区的淤积和长江三峡工程的运用也加剧了长江下游的堆积现象。
堆积一方面引起河势流速降低，另一方面容易引起洪水的堵塞，并增加水道维护和治理成本。
通过卫星遥感和实地考察的结果，我们发现长江沙市河段右岸上游部分区域淤积情况较为明显，河床沉积物严重影响着河流交通的通行，给当地居民带来了很大的不便。
综上所述，长江沙市河段的河道演变受到了很多因素的影响，特别是气候变化、地质构造变化和人类活动等因素，使得河道形态、河岸侵蚀和堆积等问题日益突出。
因此，我们需要采取更加有力的措施，加强治理力度，保护长江的生态环境，确保社会经济的可持续发展。