河流动力学

平滩水位法



用漫滩水位确定造床流量，是由于按前述方法计算的造 床流量水位大致与河漫滩齐平，同时，也只有当水位平 滩时，造床作用才最大，因为当水位再升高漫滩时，水 流分散，造床作用降低，水位低于河漫摊时，流速较小， 造床作用也不强。这一方法亦称漫滩流量法。 使用这一方法的困难之处在于河漫滩高程不易准确确定。 为了避免用一个断面时河漫滩高程难以确定及代表性不 强的缺点，可以在河段内取若干个有代表性的断面，取 其平滩水位时的平均流量值作为造床流量 此法概念清楚，简便易行，实际工作中应用较广泛
河流动力学

平滩流量横向稳定系数
枯水流量横向稳定系数


综合稳定系数

由于河流是否稳定，既决定于河床的纵向稳定，也决 定于河床的横向稳定，很自然地会联想到将这两个稳 定系数联系在一起，构成一个综合的稳定系数
河流动力学
蜿蜒型河道的演变规律
河流动力学
定义




蜿蜒河流(meander)一词起源于土耳其西南部的梅 安德(Meander)河，因该河很清楚地呈现出的扭曲 折的流路，后来即以该何名代表蜿蜒型河流 蜿蜒型河段是冲积平原河流最常见的一种河型， 在流域条件变化十分广泛的范围内，都存在这种 河型 从土壤地质看，绝大多数河岸是粘性土壤和中细 沙或沙砾组成的二元相结构，河谷都比较开阔 在我国这种河型分市得十分广泛
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下荆江弯曲河道
河流动力学
形态特征



从平面上看，蜿蜒型河段是由一系列正反 相间的弯道和介乎其间的过渡段衔接而成 的 在较长的蜿蜒型河道上，自上游过波段中 点起沿河道中心线至最后一个过渡段中点 止的曲线长度L0与起点至终点的直线长度 L1之比，称为曲折系数 下荆江的曲折系数原为2.84，几经裁弯取直 后，降为1.89，南运河的曲折系数为1.96

目前常用的几种演变分析方法


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
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，
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 化将较急剧，河床将不稳定 当河床由不易冲刷的土质组成时，河床演变的 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

确定造床流量方法

马卡维也夫法

某个流量造床作用的大小，既与该流量的输沙能力有关，同时也与该流量 所持续的时间有关。前者可认为与流量Q的m次方及比降J的乘积成正比， 后者可用该流量出现的频率P来表示。因此，当QmJP的乘积力最大时，其 所对应的流量的造床作用也最大，这个流量便是所要求的造床流量

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 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

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 同一断面相应于不同流量的河相关系，它能确定断 面形态随流量变化的细节，在文献中有时称之为断 面河相关系。通常所说的河相关系，常指沿程河相 关系，在用沿程河相关系确定断面的总体轮廓之后， 再用断面河相关系确定其变化细节
河流动力学
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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
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近代河相关系

量纲分析法

谢鉴衡方法 最小活动性假说 能耗最小假说
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河床稳定性

纵向稳定系数

河床在纵深方向的稳定性主要决定于泥沙抗拒运 动的摩阻力与水流作用于泥沙的拖曳力的对比

这个比值愈大，泥沙运动强度愈弱，河床因沙坡、 成型堆积体运动及与之相应的水流变化产生的变 形愈小，因而愈稳定；相反、比值愈小，泥沙运 动强度愈大，河床产生的变形愈大，因而愈不稳 定

冲积河流水力计算和河道整治的依据
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造床流量

无论是河床的稳定系数，还是河相关系，都要使用 单一的所谓造床流量作为特征流量。而实际上影响 河床形态及其演变特性的流量是变化不定的，因此， 这个单一的造床流量应该是其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。这种流量 对塑造河床形态所起的作用最大，但它不等于最大 洪水流量，因为尽管最大洪水流量的造床作用剧烈， 但时间过短，所起的造床作用并不是很大；它也不 等于枯水流量，因为尽管枯水流量作用时间甚长， 但流量过小，所起的造床作用也不可能很大。因此， 造床流量应该是一个较大但又并非最大的洪水流量
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河床稳定性（续）

横向稳定系数


横向稳定与河岸稳定密切相关。 从问题的物理实质来看，决定河岸稳定的因 素主要是主流的顶冲地点及其走向和河岸土 壤的抗冲能力。主流顶冲河岸，而河岸土壤 的抗冲能力愈弱，则河岸愈不稳定。 滩槽高差对河岸的抗冲能力也有一定的影响。 滩槽高差愈小，则冲刷同样宽度带走的土方 量愈少，因而需要的时间愈短，河岸也愈不 稳定，但滩槽高差较小，也可看成河岸抗冲 能力甚弱的直接后果
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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不平衡
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河床演变的析方法
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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) 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
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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； 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
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单个河弯而言，上下两个过渡段的中点之 间的曲线长度L c与直线长度Ll之比为该河 弯的曲折系数 相邻两弯顶的横向距离Bm称为摆幅 单个弯道的弯曲程度是沿程变化的。但在 一定的范围内常近似为圆弧形，因而可用 圆弧半径只来表示其弯曲程度，称为曲率 半径 R的大小与河流尺度和动量有关

造床流量的保证率法
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河相关系

早期的河相关系

早期的河相关系基本上是经验性质的 具体做法是，选取比较稳定或冲淤幅度不大，年内输沙接近 平衡的可以自由发展的人工渠道和天然河道进行观测，在形 态因素与水力泥沙因素之间建立经验关系祈成果，如格鲁什 科夫提出的如下宽深关系式
B h


其中河宽B及平均水深h是相应于平摊流量而言的、单位为米， ξ通称河相系数，山区河段为1.4，细沙河段为5.5 上反映了天然河流随着河道尺度或流量的增大，河宽增加远 较水深增加为快的般性规律。进一步的研究表明。ξ与河型密 切相关


实际资料分析表明，平原河流的 QmJP值通常都出现两个较大的峰 值(见右图)。相应最大峰值的流 量值约相当于多年平均最大洪水 流量，其水位约与河漫滩齐平， 一般称此流量为第一造床流量。 相应次大峰值的流量值略大于多 年平均流量，其水位约与边滩高 程相当，一般称此流量为第二造 床流量 决定中水河槽的流量应为第一造 床流量，第二造床流量仅对塑造 枯水河床有一定的作用，通常所 说的造床流量系指第一造床流量