32浅滩上的水流和泥沙运动
大工18秋《桥涵水文》在线作业123满分答案
大工18秋《桥涵水文》在线作业123满分答案正确答案:A设计流量是指通过桥位断面的河槽平均流速，惯上称为设计流速。
这个问题的正确答案是C。
众值的大小可以反映系列中最大几率项和密度曲线的位置。
因此，正确答案是B。
在横断面内，自由水面高出某一水准基面的高程称为水位，不是河槽或边滩。
因此，正确答案是B。
暴雨洪水主要来源于地面径流，而不是地下径流。
因此，正确答案是A。
径流是指降落到地面上的水，除掉损失一部分以外，在重力作用下沿着一定的方向和路径流动的水流。
因此，正确答案是A。
径流形成的物理模型包括降雨过程、流域蓄渗过程、坡面漫流过程和河槽集流过程。
因此，正确答案是ABCD。
河流的基本特征包括河流断面、河流长度和河流比降。
因此，正确答案是ABC。
流域内的蒸发是指水面蒸发、陆面蒸发和植物散发等各种蒸发的总和，而不包括海底蒸发。
因此，正确答案是BCD。
流速测验常用的方法包括流速仪法和浮标法。
因此，正确答案是AB。
水文现象具有的特性包括周期性、地区性和不重复性，而不是单一性。
因此，正确答案是ABC。
设计洪水流量是指小频率的特大洪水流量，而不是所有洪水流量。
因此，正确答案是B。
浮标法是流速测验常用的方法之一，而不是错误的。
因此，正确答案是B。
设计洪水量是指小频率的特大洪水流量，而不是所有洪水流量。
因此，正确答案是B。
暴雨洪水主要来源于地面径流，而地下径流对大河枯水期的水量补给具有重要意义。
因此，正确答案是B。
坡面出现径流后，从流域各处汇集到流域出口河流断面的过程，称为集流过程，而不是流动过程。
因此，正确答案是A。
径流是指自降水开始到水量流过出口断面为止的整个物理过程，而不是只指从坡面到河流断面的过程。
因此，正确答案是A。
下游是河流的最下段，一般多处于平原区，这个说法是正确的。
因此，正确答案是B。
河流流经的谷地称为河谷，河谷底部有水流的部分称为河床，这个说法是正确的。
因此，正确答案是B。
许多随机变量组成的一列数值称为随机变量系列，而系列的范围可以是无限的。
第5章 潮汐河口水流泥沙运动规律
c
式中： g 为重力加速度； h 为水深。 若河道中的平均流速为 v ，则
gh
（5-2）
c
gh v
（5-3）
式中正负号当水流流速与波速方向相同时取正，反 之取负。 至于由于潮波引起的水流速度，则可近似地用 [1] 下法求出 。假设在河道中水体原来是静止的，即 v =0，有一单波自左向右传播，如图 5-2 所示。若 不考虑波形的变化，并设波速为 c ，则在 t 时间内 单波传播的距离为 c t 。因为波已向前运动，原始 断面的左侧必须有水体来补充，此水体为
潮水河中， 一般除在潮流界以上， 潮区界以下这段范围内水位与流量具有较稳定的关系 以外，其他河段大都找不到水位与流量关系。在潮流界以下，潮水位愈高时流量愈小或成负 流量，而水位愈低流量愈大，如图 5-5 所示。前者因潮流倒灌造成；后者因落潮时潮流与河 流流速方向一致。 由于潮波是推进波性质， 其波速与水深成正比， 因而波峰速度常较波谷快， 愈到上游则前坡愈短、愈陡，后坡则逐渐增长而变平坦，因此涨潮历时要比落潮历时短，两 者比值与当时的水深和潮差有关。
x t a0 sin 2 L T
这表明时间经过一个潮周期之后，波形仍不变。故波形呈周期性变化。 另外，还可以看出， z 的变化范围，最大值为 a 0 ，最小值为 a 0 ，潮差为 2 a 0 。 （2）潮波传播速度和潮波引起的水流速度 近海海域的潮波主要是由外海传播过来的， 常被认为是一种自由波。 因为潮波周期较长， 故潮波的波长也较长，远大于近海海域水深。所以，可以将潮波看作浅水长波。根据浅水波 的理论，潮波的传播速度 c 可以近似表示为
图 5-5 潮水位与流量关系
（三）盐水异重流 河口是河流与海洋的交汇地带， 一方面河流淡水自河口上游流向口外海域； 另一方面海 洋盐水则自河口下游随潮上溯。 这两种比重不同的流体交汇时， 比重大的海水以异重流的形
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
海岸带的泥沙运动及其海积地貌
2）. 海岸泥沙的纵向运动 ）
– 激浪流沿滩面以进流（惯性力作用）和退流（重力控制）形式运 动，使泥沙的运动轨迹呈抛物线。
3）. 泥沙纵向移动的距离与速度 ） – 主要取决于波浪入射角α
• 入射角 小：波浪通过浅水区的路径增大，波能主要消耗于 入射角α小 底部的摩擦上。 • 入射角 大：虽然波能较大，但泥沙只有横向移动而没有纵 入射角α大 向位移。 • 入射角 45°时：平行于海岸的波能分量使沿岸输沙量达最 入射角α= ° 大值。
二、 泥沙横向运动及其所形成的 海积地貌
1.中立线的概念 1.中立线的概念
– 当波浪垂直传入海岸的情况下，海岸地带的泥沙在波 浪与重力的作用下产生向岸和离岸运动。当波浪的作 用力超过重力时，泥沙作向岸运动；反之，则产生离 岸运动。如果二者相等，泥沙来回摆动，结果在一个 波浪周期内不产生净位移。海滩剖面上泥沙颗粒仅产 生往复摆动而不产生净位移此点之连线称“中立线” 或“平衡线”。
• 中立线以上岸坡
– 水深进一步ห้องสมุดไป่ตู้浅，波浪变形进一步加剧， V进 》V回，而F进＞F回 +G，一个波浪周期内泥沙向岸运动的距离大于向海运动的距离， 故产生向岸的净位移。
2.均衡剖面的塑造 2.均衡剖面的塑造
– 中立线以下泥沙向坡下移动，中立线以上泥沙则向坡上移动，使 中立线以下泥沙向坡下移动，中立线以上泥沙则向坡上移动， 水下岸坡的中立线两侧形成两个侵蚀带，各呈上凹形剖面。 水下岸坡的中立线两侧形成两个侵蚀带，各呈上凹形剖面。上部 侵蚀带物质向岸线附近堆积，形成海滩， 侵蚀带物质向岸线附近堆积，形成海滩，下部侵蚀带的物质则堆 积在水下岸坡的基部，形成水下堆积阶地，使斜坡下部变缓变浅。 积在水下岸坡的基部，形成水下堆积阶地，使斜坡下部变缓变浅。 中立线以上岸坡： 中立线以上岸坡： 岸线附近因沉积物不断堆积，引起岸线向海推移， 海滩坡度变陡，泥沙上移过程中受重力的影响不断增大，逐渐抵消 了波浪向上的推力，直至中立线以上部分的物质只在原地来回运动， 不再发生向岸的位移。 中立线以下岸坡： 中立线以下岸坡 ： 随着侵蚀带的不断上移和缩小，水下堆积阶地 也不断上移和加宽，使剖面更加平缓，泥沙向下移动时重力作用 的影响愈来愈小，渐渐地只能在原地做来回振荡运动。 最后岸坡的上、下部两条中立带不断加宽而终于联合一起，整个 岸坡剖面形成一条上凹形曲线，该剖面上的任何一点的颗粒都作 振荡运动而不产生净位移，这一上凹形剖面，即是海积均衡剖面。
长江口潮滩水动力过程、泥沙输移与冲淤变化
长江口潮滩水动力过程、泥沙输移与冲淤变化长江口潮滩水动力过程、泥沙输移与冲淤变化一、引言长江口是我国重要的河口区域之一，也是世界上最大的河口之一。
长江口潮滩是长江河口入海前形成的泥沙富集区，其水动力过程、泥沙输移与冲淤变化对河口地区的生态环境和人类活动有着重要影响。
本文旨在探究长江口潮滩的水动力过程、泥沙输移机制与冲淤变化规律。
二、长江口潮滩的水动力过程长江口潮滩区域水动力过程主要受长江入海口水动力条件和潮汐作用影响。
长江入海口水动力条件直接影响着潮滩水动力过程的形成和发展。
长江水势的强弱、潮汐的幅度与周期等因素，决定了潮滩区域的水动力过程。
长江入海口水势的强弱对潮滩水动力过程具有重要影响。
在长江入海口，由于江水和海水相互作用，形成了一股定向的排泄流。
入海口的水势强度主要由长江入海流量、堤防水位等参数决定。
水势强度大时，排泄流速度快，可带动泥沙向海洋输移，促进潮滩的冲淤过程。
水势弱时，则泥沙沉积于潮滩区域，导致潮滩发生淤积。
潮滩区域的潮汐作用也对水动力过程产生影响。
潮汐作用主要体现在潮滩区域的潮汐波动过程中。
潮滩地区处在潮汐影响最为显著的沙坪嘴潮滩和梅洲潮滩之间，潮汐波动频繁。
潮滩区域潮汐波动产生的涌浪和涨潮漩涡，影响了水流的速度和方向，导致泥沙的输移与冲淤。
三、长江口潮滩的泥沙输移机制长江口潮滩的泥沙输移主要受水流能力和沉积能力的相互作用影响。
水流能力是指水流对泥沙运动的推动能力，沉积能力是指泥沙在水流的作用下沉积和积聚的能力。
水流能力主要受水势和潮汐作用影响。
长江入海口的水势与潮汐波动的变化会引起泥沙运动的差异。
水势强劲时，水流的能力增大，可将泥沙向外输移；水势较弱时，泥沙沉积于潮滩区域。
潮汐作用则通过潮汐波浪和漩涡的形成，增大了水流对泥沙的推动力，促进了泥沙的输移。
沉积能力主要受泥沙颗粒特性和水流动力学效应影响。
泥沙的颗粒大小和密度决定了其沉积能力。
较细小的泥沙颗粒可以在水流中悬浮，沉积能力较弱；粗大的泥沙颗粒则更容易沉积于潮滩区域。
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
长江口潮滩水动力过程、泥沙输移与冲淤变化
长江口潮滩水动力过程、泥沙输移与冲淤变化长江口潮滩水动力过程、泥沙输移与冲淤变化长江是中国最长的河流，也是中国经济最繁荣地区的母亲河。
长江入海口位于上海市和江苏省境内，是长江水系与东海相连接的重要通道，被称为长江口。
长江口地区的潮滩是一个特殊的地理环境，其水动力过程、泥沙输移及冲淤变化对于海洋生态系统和沿海城市发展起着非常重要的作用。
长江口潮滩的水动力过程是指由潮汐及洪水等外界因素驱动的潮水流动。
长江口位于亚热带地区，气候湿润，潮汐变化明显。
其潮汐受到太阳和月球的引力影响，形成了周期性的涨落，每天潮水涨落两次。
在潮汐的作用下，长江口的水体呈现出复杂的流动形态，包括涨潮流、落潮流和倒潮流等。
这些水流的交错与交汇不仅决定了长江口水体的混合与分层，也影响着河口地区泥沙的输运。
泥沙输移是长江口潮滩的重要特征之一。
长江是中国最大的泥沙输移河流，每年输送的泥沙量可达数亿吨。
这些泥沙经长江主干输送至长江口地区，然后受到潮汐和海流的影响，在河口地区发生分散、沉积和悬浮的过程。
在长江口潮滩上，泥沙呈现出不规则的分布格局，形成了泥沙丘、泥沙坑等地貌特征。
泥沙的沉积与悬浮影响着长江口区域的水质状况、海底地形以及海洋生态系统的健康。
长江口潮滩的冲淤变化是指泥沙的沉积与侵蚀过程，也是一个动态的过程。
长江口地区的冲淤变化与长江及其支流的泥沙输入、潮汐变化、海浪和海流的作用等密切相关。
长江口潮滩的冲淤变化对周边地区的港口、航道、堤防等基础设施产生了重要影响。
为了保持航道的通畅和沿海的安全，需要进行定期的清淤与疏浚。
为了更好地了解长江口潮滩的水动力过程、泥沙输移和冲淤变化，科学家们开展了许多研究工作。
他们采集了大量的水文、水动力、泥沙等数据，并运用数值模拟和遥感等技术手段进行分析和预测。
这些研究成果不仅对于长江口地区的国土规划、海洋环境保护和城市建设具有重要意义，也对于全球河口潮滩地区的研究有一定的参考价值。
总之，长江口潮滩的水动力过程、泥沙输移与冲淤变化是一个复杂而多变的系统。
5.4 潮汐河口段浅滩整
沙坎：堆积在河口内部。
钱宁采用山潮水比值来判断泥沙淤积位置：
山潮水比值 Q1/Q2＝山水和潮水的造床流量比值
1
山水造床流量Q1
Q N m m
i1 i
， 潮水造床流量 Q2 取涨潮平均流量。
< 0.02，形成沙坎，钱塘江口山潮水比值为 0.01；
1、航槽选择
选择水深较大、河床比较稳定、口外拦门沙较小且距 口门近、口外水深也较大的汊道。
2、整治线走向
应适应河性，保证通航，有利于排洪、排涝，利用已 有建筑物与山体等控制工程。
应与流向、强风向一致-或者两者的合力方向一致。 为了维护航槽深度，在宽广的口外海滨确定导堤走向 时，尽量与天然涨落潮的主流流路一致，线形不宜过直， 采用顺直微弯河势，利用环流维护航深。
2. 盐水入侵
咸水界：含盐度2‰的咸水所及的河口区域。
（1）径流、涨潮流混合处的混合方式 弱混合型 0.7 缓混合型 0.2 ~ 0.5 强混合型 0.1 ＝一个周期内的径流量 / 涨潮期进潮量
•滞流点：下泄流与上溯流河段间底部净流程为零的 临界点，为底层泥沙易于淤积的区域。
河口分段 1- 河 流 进 口 段 ； 2- 河 口 段 ； 3- 口 外海滨段
一 潮汐河口水流泥沙运动与 河口浅滩
影响因素 主要： 水深；河流径流；河口的平面形态
2.3m 5.45m
2.68m
水深
水深越大，潮波传播速度越快； 水深越小，传播速度越慢。
上游径流
上游径流越大，涨潮流量减小；落潮量增加； 上游径流量减小，则涨潮量增加，落潮量减小。
3．河口泥沙运动 泥沙来源：流域来沙、海沙 悬移质运动：在往复水流作用下，经常处于往复搬运、时沉时扬的
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刷。
➢ 过长：环流减弱或消失 ➢ 过短：急剧转变 ➢ 适宜：平缓过渡 ➢ 环流随Q、Z而改变
凸岸
凹岸
凹岸
凸岸
a)上深槽断面
b)浅滩断面
c)下深槽断面
旁蚀（侧蚀）: 河流对河床两侧及谷坡的侵蚀，其结 果是使河床和谷底加宽。
旁蚀的动力学原因是弯道离心力与科里奥利力。 1）弯道离心力 ：河流开始是直的。变弯的原因是 由于河流中心的障碍物增大了摩擦力与粘滞力；流水 在河流弯曲部位因惯性作用而产生离心力。 ●该力作用于河流的凹岸→使河流的主流线（流速 最大的点的连线）偏向凹岸→使凹岸的水面提高，凸 岸的水面降低,产生横向比降→产生从凹岸向凸岸的 力，该力作用方向是凸岸。 ●弯道离心力和横向力的联合作用，造成河流凸岸 堆积、凹岸侵蚀（物质搬运至凸岸，能量减弱而沉积， 形成点沙坝）。
浅滩的形成条件：上游的来沙量和浅滩上 的输沙力；
浅滩的输沙力影响因素：水流特征和泥沙 条件。
河流比降
河床底部比降越大，水面比降越大
落差比降示意图
偏转力引起的横比降
第二节 浅滩上的水流和泥沙运动
1、浅滩上的比降和流速 （1）纵向比降
➢概化情况：洛西耶夫斯基试验
hr
:
2v
2 r
2g
a: Hr
Jr tg Vr 2
2gH r
图3-2 浅滩上的水面变化
Jr tg Vr 2
2gH r
其中： 为河底到坡的坡角 为水头流速刷； 高水位时局部比降减小，浅滩易于淤积。
浅滩上的水流和泥沙运动
1、浅滩上的比降和流速 （1）比降
➢天然情况：浅滩形态复杂
长江东流水道1963年水位-比降关系图
水面沿程变化图
水面沿程变化图
枯水期：J浅滩>J深槽，随着水位上升，J浅滩减小，J深槽增大；洪水期：J 浅滩<J深槽。 同一水位，浅滩上：J涨水期<J落水期
深槽上：J涨水期>J落水期
浅滩上的水流和泥沙运动特点
1、浅滩上的比降和流速 （2）流速
不同水位纵向流速沿程变化图
枯水期：J浅滩>J深槽，随着水位上升，J浅滩减小，J深槽 增大；洪水期：J浅滩<J深槽。
同一水位，浅滩上：J涨水期<J落水期 深槽上：J涨水期>J落水期
枯水期：v浅滩>v深槽，随着水位上升，v浅滩增大， v深槽 增大更多；洪水期： v浅滩<v深槽。
以上为一般情况下过渡段浅滩上的水位与流速关系， 也有特殊情况，不符合上述规律的，原因可能是断面 形状复杂等。
1、水流的基本特征
❖ 层流：水质点的运动轨迹彼此平行，运动速度 与方向不变，互不干扰。 自然界不常见，不搬运泥沙
❖ 紊流：水质点呈不规则运动，运动速度和方向 不固定，互相干扰。 自然界更为常见，可掀起和搬运泥沙
2. 水流结构的宏观特征与运动形式
浅滩上的水流和泥沙运动特点
2、浅滩上的环流
(1)上、下深槽具有一个单向环流，过渡段环流复杂 。 (2) 过渡段长短对环流有着较大影响。
横向力 上层合力
1 离心力
下层合力
3
2
弯道环流形成的剖面图(a)与平面图(b)
1，流向；2，表层水流，河流右弯时，离心力>横向力,合力向右； 3，底层水流，河流右弯时，离心力<横向力,合力向左
离心力引起的横比降
凸岸 凹岸
凹岸 凸岸
3.泥沙运动
平原河流上冲积性浅滩，推移质运动多以沙波方式运 行。刺激沙波向下游运行，移到浅滩脊时，浅滩淤高，当 水位消落，沙波来不及运移时，可能出浅碍航。
上游
下游
河湾段与直线段河流横断面示意图
枯水期：v浅滩>v深槽，随着水位上升，v 浅滩增大， v深槽增大更多；洪水期： v 浅滩<v深槽。
河流的等流速线图
封冻期河流等流速线图 畅流期河流等流速线图
流速垂线分布曲线
流速沿水深的分布，这种曲线称为流速垂线分布曲线， 其形状近似抛物线。
浅滩河段的比降和流速特点