弯曲河道的河床演变浅析
河道弯曲探析
河道弯曲探析当前主要的河道弯曲成因假说尚不能完美解释河道弯曲的各类现象。
文章根据河流动力学及土力学的基本原理来分析a河道弯曲的形成原因，认为河道弯曲是由地表的高低起伏以及水流对河岸的侧向侵蚀作用与河岸的抗冲能力之间的相互作用引起的，并据此分析了河道弯曲的演变过程，从能量的角度分析了弯曲河段作为消能结构对河道演变的影响及其作用。
标签：河道弯曲原因作用消能结构1河道弯曲的原因根据河流动力学及土力学的基本原理来分析河道弯曲的形成原因，河道弯曲是由地表的高低起伏以及水流对河岸的侧向侵蚀作用与河岸的抗冲能力之间的相互作用引起的。
雨水总是流向附近的洼地，而各处洼地不可能是沿着直线型的，因此当下行水流的冲刷力不足以克服较高的土坡抗冲力的时候，随着雨水越聚越多，水流的向下侵蚀作用及侧向侵蚀作用越来越大，洪流流经的洼地将不断地发展成蜿蜒曲折的河道。
2河道弯曲的演变高低不平的地形经雨水不断的冲刷形成在一定时间内保持一定宽度、深度的蜿蜒曲折的河道，河道的平面形状及断面形式随着河水的冲刷不断变化。
河湾的形成及其演化取决于雨水所冲刷的地形地质及河水的冲刷力，在河湾处，河岸所受的作用与顺直河道不同之处在于河水对弯曲河岸的正面冲刷及环流的影响。
当水流动力对河岸的冲刷力大于河岸的抗冲力时，河岸就会失稳崩塌，泥沙随着河水运动，又由于河湾处存在着环流[2]作用，一部分崩塌下来的泥沙随底部水流淤积到凸岸。
这样，河湾凹岸不断崩塌后退，凸岸边滩不断淤长，逐渐形成更大的河湾。
当河湾遇到很大河水冲刷如洪水的冲刷时，很可能破开河湾发展成顺直新河，这就是自然裁弯。
河流自然裁弯后，新的河弯又向弯曲方向发展，如此不断循环，形成周期性的发展模式。
河道弯曲发展模式如图1所示。
3河道弯曲的作用河水断面平均流速越大对弯曲河岸的正面冲击作用也越大，河水流速与河床坡度大小、沿程阻力等有关。
在图2所示的弯曲河道中，上游河湾入口2-2断面处与河湾出口到3-3断面处有不同的能量构成。
河流动力学第7章-河床演变
弯曲河段的演变规律
凹岸崩退，凸岸淤长
♥ 最重要演变规律：凹冲凸淤 ♥ 产生的原因：横向环流＋含沙分布
河湾发展、河线蠕动
♥ 横向发展，弯顶之间互动 ♥ 纵向也有向下游的蠕动
裁弯取直、河湾消长 图
♥ 整个河道发生变化
撇弯切滩 图
♥ 河道内主流线发生变化
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总评
♥ 河槽极不稳定 ♥ 对于港口航道工程等不利
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河流动力学
7.3.3 弯曲型河道的河床演变
主要内容
弯道的形态特征 弯道的水流特征 弯道的泥沙运动 弯曲河段的演变
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河流动力学
7.3.3 弯曲型河道的河床演变
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河流动力学
7.2.3 平原河流的河床演变
平原河流的河床演变
一般特点
♥ 河流：来水来沙⇔河床边界，长期相互作用，水流、 泥沙、河床边界基本适应
♥ 长期：河床一般无明显的单向冲淤变形 ♥ 短期：来水来沙随时间变化⇒河床变形，周期性冲
淤变化，一个时期表现为淤积，另一个时期为冲刷 ♥ 河床演变：往复性的冲淤，平面摆动
衡，这些因素难以人工控制 ♥ 后者决定着河床条件，可以进行人工改变，也是我们进
行航道整治的依据
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河流动力学
7.1 河床演变的基本概念
影响河床演变的主要因素
对于平原河流
♥ 来水来沙条件起主导作用 ♥ 来水来沙量及其过程起主导作用 ♥ 取决于流域的产水产沙条件
黄浦江典型弯道河段河床演变研究
接。 自米市渡至吴淞 口，黄浦江干流全长约 ８ ３ ｋ ｍ，流经 闵 行至 闸港嘴 ，折 向北上 ，经吴泾、龙华、市 中心 区、复兴岛、 高桥 、张华浜至吴 淞 口后汇入长江 。沿江 两岸 地势平坦、河
床 坡 降 平 缓 、 走 向 曲折 、 沿 岸 码 头 密 集 、 支 流 众 多 、 驳 岸 之 间江面宽度大多在 ４ ０ ０ ￣ ６ ０ ０ ｍ 之 间 ，最 宽 处 位 于 吴 淞 口 ， 宽度达 ７ ８ ０ ｍ ，最 窄 处 位 于 闸港 嘴 ，仅 ３ ２ ０ ｍ 。深 漕 平 面 弯 道 一 般 多 靠 凹岸 侧 、 部 分 直 线 或 微 弯 航 段 位 于 江 心 附 近 ，深
典 型弯 道 的冲 淤 变 化 进 行 分 析 如 下 ：
１ ． 吴 淞 口～张 华 浜段
一
、
黄 浦 江 发 源 于 西 部 淀 山 湖 口淀 峰 ，是 太 湖 水 系 中通 往 长
江的最大河流 。黄浦江上游有圆泄径、斜塘 和泖港三条支流 ，
经横 潦 泾 、 竖 潦 泾 汇 合 后在 松 江 米 市渡 同 黄 浦 江 上 游 干 流 连
人工整治活动频繁 ，各 因素交 互影响。文中根据历年资料 ，针对黄浦江典型弯道进行分析 ，对 黄浦江近期河势进行 探讨和研究 ，可为航道水域规划和 维护研究提供参考 。
关 键 词 ：黄 浦 江 ；典 型 弯 道 ；河 床 演 变 中 图分 类 号 ：Ｉ Ｖ １ ４ ７
黄 浦 江 概 况
一
黄 浦 江 目前 的河 道 形 状 ，大 约 在 六 七 百 年 前 的 明 朝 永 乐 年 间 就 已形 成 。在 水 流 与 河 床 的 长 期 的相 互 作 用 过 程 中 ，基 本 上 已 形 成 与 来 水 来 沙 条 件 相 适 应 的 河 床 。据 １ ９１ １ 年 到
弯曲河道
如果河流一开始是直河道，河道坡度均一且沉积物分布均匀，然而随着河流侵蚀和沉积，河道逐渐成为一系列略呈对称的弯道，形如正弦曲线。
这是因为水体沿另一物体表面运动时，需要克服摩擦阻力与粘滞力，水体便作上下及横向摆动，而且摆动由弱到强，河底渐变成波状，在河道两侧出现交替排列的浅滩和凹坑。
河道一旦变为波状，弯道离心力（指河道弯曲部位因惯性作用而产生的离心力，如右下图）便开始发生作用。
在弯道离心力的作用下，水体向凹岸集中，故凹岸水面抬高，凸岸水面降低，从而产生横向比降，引起自凹岸向凸岸的横向力，在弯道流水断面的垂线上。
水体上层的离心力大于横向力，合力向右，水质点向右移动；水体下层离心力小于横向力，合力向左，水质点向左运动，横向力和离心力只是在中偏下的水体部分可达到平衡。
这样便形成横向环流。
由于横向环流的作用，使凹岸侵蚀，侵蚀下来的物质随横向环流向凸岸搬运；在凸岸，因底流有向上的运动，流向表面，其能量逐渐减弱，物质便在此发生沉积形成点砂坝。
[整理版]河床演变学
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1.阐述弯曲型和分叉型河流的水沙运动特性以及与地形的关系。
弯曲型河流的水流特征：水流作曲线运动时，要求有一定的向心力，这样水面要产生横比降，从而有造成了横断面上的环流，它与纵向水流结合在一起，成为了旋转流，对纵向水流产生明显的影响。
弯曲型河流的泥沙特征：悬移质泥沙在垂线分布不均匀，上细下粗，上希下浓。
不同高程上的流线在水平面上展开的结果，将使含沙量高的水体和较粗的泥沙集中靠近凸岸，凹岸的水相对较清，泥沙要细一些，含沙量在垂线上的分布也要均匀一些。
推移质的横向输移有同岸输移和异岸输移两种方式。
泥沙由弯道凹岸输移到下游弯道同一岸的，称为同岸输移。
输移到河湾的凸岸和下游弯道另一岸的，称为异岸输移。
对于弯曲型河流来说，推移质泥沙应包括两部分，由上游凸岸边滩下来的推移质以异岸输移动为主。
在弯道凹岸冲刷的泥沙，其中以弯顶稍下游冲刷最甚，这部分泥沙中的推移质运动将以同岸输移为主。
弯道的旋转流运动使得推移质运动有向凸岸集中的趋势，从而形成了凸岸边滩和凹岸深槽。
根据流水与河床相互作用的情况以及河谷的特点，河湾可以分为自由河湾，深切河曲，限制性河湾。
自由河湾具有宽广的河漫滩，弯道发展不受限制，中，枯水时水流受弯道约束，流路弯曲，不断引起凹岸坍塌和凸岸淤涨。
洪水时水流漫滩，流路趋直，对弯道的造床作用反而较小。
深切河曲多出现在山区，河湾与河谷的弯曲形势是一致的，因而各级水流对弯道都有一定得作用，而且所形成的弯道曲率半径比较大。
限制性河湾，河湾受到局部地形限制，水流方向急剧改变，弯顶成锐角折线。
分叉型河流的2.试述长江口、黄河口、珠江口、钱塘江口河床演变的主要特点1.长江口河床演变的主要特点：缓混合陆海双相河口的演变特点是：陆相泥沙和海相泥沙的来源丰富，径流与潮流相互消长，力量相当；陆相泥沙和海相泥沙对河口河床的塑造都起显著作用。
在冲积平原上的河口演变，如中国长江口。
这类河口发育充分，河槽纵比降平缓，河床容积较大，平均潮差不大，但进潮总量较大；咸淡水混合有不同类型，以缓混合型为主；河口区各河段水流情势不同，河床演变也不相同。
河流演变学资料
（4）平原河流中悬移质以沙、粉沙、粘土为主。悬沙中床 沙质与床面泥沙不断交换且多呈饱和状态。较细颗粒的冲泻 质所占比重大；推移质多为中、细沙，以沙波形式运动。河 流输沙以悬移质为主。
（5）演变表现为往复性冲淤以及平面上的摆动。
弯曲河道的河床演变：
➢⑵非耦合：假定在同一时段内水流与泥沙相互不影响，水流方程中 无泥沙因子，实际上水流与河床随时在相互影响，只是在短时段内 影响不大而已。
水流连续方程： Q A 0 x t
水流运动方程： z U 2 U 2 1 U
x C 2 R 2g x g t
泥沙连续方程： G B Z0 0
x
t
xe
??auquugxrurunuugzz?????????????????222212234222341212212221??2212342341212222121112112112iiiiiiiiiiaagqxraraqnaagqzz???????????????????????????????该方程属于隐函数
xe
㈥输沙率的计算
➢⑴公式的选用：最好根据实测资料对比选用，系数、指数等可率定；
➢⑵全沙与非全沙：山区河流可仅考虑推移质G=Bgb 平原河流常仅考虑悬移质中的床沙质G=Bgs 或G=QS 特殊情况可考虑全沙G=B(gs＋gb)
➢⑶进口断面输沙率 ：最好有实测资料，若无可用挟沙力代替。
㈦泥沙的组成
➢⑴需要动沙和床沙的组成：主要指初始时刻； ➢⑵可分为汛期和非汛期两种粒配情况： ➢⑶可用表层床沙代替推移质 ：
㈡流量的分级
➢⑴按等时段划分。方便但难以反映流量的突涨突落。 ➢⑵按流量变幅情况划分。变幅小时段长，变幅大时段短；较符合实际. ➢⑶按等变幅流量划分。方法简单，便于计算机操作，较符合实际.
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
蜿蜒型河道
浅谈蜿蜒型河道姓名：张硕学号：201101021538摘要：弯道水流主流线一般在弯道进口段或者在弯道上游过渡段常偏离凸岸，进入弯道后逐渐向凹岸偏移，至弯顶上游部位时靠近凹岸，自顶冲点以下相当长的距离内，都贴近凹岸。
纵向水流对凹岸的顶冲作用，使凹岸坍塌，坍塌下的泥沙被底流带向凸岸淤积，其结果形成凹岸刷坍后退，凸岸边滩不断淤积延伸。
关键词：蜿蜒型河道河岸冲刷横向摆动纵向运动引言：蜿蜒型河道，又称为弯曲型河道，是冲积平原上最常见的一种河型，在我国以及世界上分布甚广，如有“九曲回肠”之称的长江下游荆江河段和汉江下游、渭河下游等，均为典型的弯曲型或蜿蜒型河段。
一、冲积河流的河道演变的分类按照河道平面形态、冲淤状况、河床组成等来划分，一般河流可分为三种河型，即游荡型、蜿蜒型和弯曲型。
二、蜿蜒型河道蜿蜒弯曲型河道主要出现“S型”河弯。
蜿蜒型和弯曲型是从整体和局部两个不同的角度来看河型的，蜿蜒型是对某一段河流来说的，河道向下游蜿蜒蛇行，而弯曲型是指蜿蜒中的某一个弯是弯曲形的。
蜿蜒型河道，又称为弯曲型河道，是冲积平原上最常见的一种河型，在我国以及世界上分布甚广，如有“九曲回肠”之称的长江下游荆江河段和汉江下游、渭河下游等，均为典型的弯曲型或蜿蜒型河段。
蜿蜒型河道多存在于河谷比较宽广、两岸无较密对称控制的河段中，其河岸和河底均由可冲刷土壤组成。
河段中流量变幅小，中水期较长，比降平缓，流速不大。
河道平面形态参数：总弯曲系数：TS＝河道长度/直线长度河谷弯曲系数：VS＝河谷长度/直线长度水力弯曲系数： (TS-VS)·100/ (TS-1)地形弯曲系数： (VS-1)·100/ (TS-1)长江微弯河段的总弯曲系数为 1.1～1.4，蜿蜒河段总弯曲系数可达1.8～3.0。
（一）蜿蜒型河段的一般形态蜿蜒型河道一般多出现在河流中下游，其一般形态是左弯右曲，两个相反弯道间，由直线过渡段相连。
其中具有曲率的部分称为弯道段，连接上下正反两个弯道段的直线部分称为过渡段，弯道段自进口到出口所夹的角度称为弯道中心角，主流逼近凹岸的位置称为顶冲点。
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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×½（2h+Jr)
离心力：F1=
两侧水压力之差：△p=½ρgh²-½ρg(h+Jr)²
=-ρghJr+½ρgJr²
≈-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
河床横向变形，弯曲河道局部输沙不平衡尤为明显，引起弯曲河道河床局部变形。
总的来说，河床和水流具有“自动调整作用”，即在淤积和冲刷发展的过程中，河床和水流进行自动调整，通过改变河宽、水深、比降、床沙组成使本河段的水流挟沙能力与上游的来沙条件相互适应，从而使淤积和冲刷向着其停止的方向发展。
但是在弯曲河道中，由于弯曲河道独特的水流特性，使得凹岸不断冲刷，凸岸不断淤积，河道的蜿蜒程度不断增加，变形不可逆。
4.弯曲河道河床演变趋势
对于平顺河湾，枯水期深槽的冲刷坑面积小，岸坡比较平缓稳定，随着水位上涨，环流加强，水流冲刷力加大，深槽刷深，岸坡变陡，崩按随之发生，但强度不大；汛期洪峰的峰顶及峰后水位开始下落阶段，强大的水流又趋向凹案，继续刷深近岸深槽，并将崩坍下来的泥沙不断带走，此时崩岸强度最大。
由于岸土随崩随运，河岸保持较陡的岸坡，深槽冲刷坑随河岸崩退内移，与岸线保持固定距离。
水位下降到中水位以下后，深槽又逐渐淤积，冲刷坑变小，但由于岸坡仍较陡，加之河岸地下水外渗，仍有崩岸发生。
不过水流已经减弱，崩岸泥沙不能及时运走，又因上游过渡段冲下来的泥沙在弯道深槽内，使岸脚得到掩护，岸坡逐渐稳定，崩岸趋于停止。
对于曲率较大的弯道，枯水期主流紧贴凹岸，使断面附近近岸河床明显冲刷，岸脚被水流掏空，河岸发生崩坍；洪水期间，水流趋直，在凹岸附近产生回流，使泥沙落淤，深槽淤积，岸脚得到暂时的掩护，河岸逐渐趋稳定；随着水位下降，主流又趋近凹岸，汛期淤高的深槽又遇到冲刷，河岸又发生崩坍。
凹冲凸淤的弯道演变基本规律还有：凹岸冲涮与凸岸淤积的数量基本相等，且冲於过程基本相应；冲於变化引起横向摆动的过程中，弯道断面形态基本保持不变。
【结束语】
弯曲河道作为河道中一个特殊的环节，其水流的运动特点也有区别于顺直河道的特殊性，泥沙也在水流的作用下运动。
水流和泥沙的共同作用，对弯道河道的河床的凹岸产生冲刷，凸岸产生淤积，造成河床的演变。
除此之外，由正反相间的弯河段和介于二者之间的过渡段连接而成的弯曲河道外形与河流两岸的土质组成密切相关。
在抗冲性较强的河段多形成弯曲半径较大的缓弯；在易冲刷土质的河段弯道可以自由发展成蜿蜒形。
弯曲型河道在变形过程中河宽和水深的比例关系变化不太大。
整个河道呈向下游蠕动的趋势，其演变的规律也由上到下依次变弱。
【参考文献】
1.《水力学》黄河水利出版社 2009年8月孙东坡丁新求
2.《河流动力学基础》中国水利水电出版社 2002年清华大学王兴奎少学军李丹勋
3.《河流动力学》人民交通出版社 2001年王昌杰
4.《河道水力学》中国建材工业出版社 1994年许念曾
5.《高速水流》科学出版社 2005年刘士和
6.《中国水力百科全书——水力学及河流海岸动力学分册》 2004年左启东。