河床演变学 河流的水力几何形态
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
《河床演变与整治》
《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。
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
第二三章_河床演变的基本原理
U3 m S* = k ( ) ghω
河 相 关 系 与 流 量 之 间 的 关 系
B 1Q 1
H 2Q 2
U 3Q 3
Q = BhU
取代约束方程中的变量
1 2 3 12 U= h J n
J 4Q 4
Q = BhU
U3 m S* = k ( ) ghω
4 个未知变量
谢鉴衡提出另一种表达方式
河名 长江 黄河
河段及河型 荆江，蜿蜒段 高村以上，游荡段 高村至陶城埠，过渡段
0.235～0.515 0.032～0.095 0.082～0.127
第二节
造床流量（Dominant discharge）
（1）定义 造床流量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。 注意：
（1）河床的稳定性 （2）特征流量的大小
第一节
河床的稳定性
（1）定义 假如河段在一个长时期内输沙平衡, 并且 河床变形不大, 河床可以认为是稳定的 （2）河床稳定性与泥沙输移平衡 不平衡=不稳定 平衡≠ 稳定 平衡但是不稳定
假如河段在一个长时期内输沙平衡，但是成型 的泥沙淤积以及泥沙输移会逐渐削弱河道的相 对变化，此时，河道却是不稳定的。
)
当造床流量Q、相应含沙量S及床沙粒径d为定值，既不 因时而变，也不沿程变化，则纵剖面为一稳定的比降 沿程不变的直线，可以称之为绝对平衡纵剖面。 在现实中只存在一种准平衡纵剖面，通常其流 量沿程增大，含沙量及床沙粒径则沿程减小，因而纵 剖面的比降是沿程减小的。
（3）持续堆积纵剖面
①定义：与平衡纵剖面不同，持续堆积纵剖面是一种 处于持续堆积状态，但形态仍基本不变的纵剖面。 ②形成条件 上游来水量小，来沙量大，进入平原地区后发生严重 堆积。 河口地区水深浅，潮流弱，使得入海泥沙沉积在河口 附近，使河口三角洲不断向外延伸。 eg.黄河下游 纵剖面发展模式：由超饱和挟沙引起的自上而 下的沿程淤积与由河口延伸引起的自由而上的溯源淤 积结合起来，形成多年情况下纵剖面平行抬升的格局
chap5 河床演变
（一）弯道的形态特征
1、河弯的基本要素 凹岸、凸岸、弯曲半径、弯顶、中心角、弯距、摆幅
47
2、河弯的类型 单式河弯 复式河弯 自由河弯 深切河弯 强制河弯
48
（二）弯道的水流特征
49
1、水面横比降和超高
水面横比降
——离心加速度与重力 加速度的比值
凹岸水面超高值
河床演变：指河床在自然条件下或受人工建筑物影响而发生 的变化及其过程。
河势：是河道的平面态势，包括主流线、水边线及其所构成 的平面形态(如汊道、弯道，边滩、心滩、江心洲、河漫滩)以及 水面现象等有关形态要素的总称。
河床演变是水流、泥沙与河床相互作用的反映。
一定的河床形态和组成必然有一定的与之相适应的水
河流纵断面
沿河流中泓线的断面。Fra bibliotek中泓线：河流中沿水流方向各断面最大水深点的连线。
河流比降
中泓线上单位长度内水面或河底的落差。
——水面或河底比降。
—— 分别为第 j 河段始端和终端的水面或河底 高程。 ——第 j 河段水面或河底落差。 ——第 j 河段长度。
河流比降的特点 河流比降由于受各种因素 的影响，变化较大；在恒
顶冲点
“低水上提” “高水下挫”
58
4、弯道纵比降 弯道上段，水面纵比降凸岸大于凹岸； 弯道下段，情况则相反。
实测弯道纵比降沿程变化图
59
5、弯道纵向流速分布
实测弯道纵向流速分布沿程变化图
60
6、弯道横向流速分布
实测弯道横向流速沿水深分布图
61
7、弯道的泥沙运动
实测弯道泥沙流速冲淤实验结果
18
分汊
蜿蜒
黄河内蒙古河段河道演变及水力几何形态研究_冉立山
DOI:10.16239/ki.0468-155x.2010.04.010泥沙研究2010年8月Journal of Sediment Research第4期黄河内蒙古河段河道演变及水力几何形态研究冉立山1，2，王随继1（1.中国科学院地理科学与资源研究所陆地水循环及地表过程重点实验室，北京100101；2.中国科学院研究生院，北京100049）摘要：黄河内蒙古河段的凌汛年年发生，多次引起河道决口导致洪水灾害。
为了提供有效的防洪措施，选取不同河型段中的代表性河道断面，来研究其河道演变特征及其主要影响因素，并从水力几何形态关系上剖析其内在驱动因子。
结果表明，河岸组成物质的极大不同决定了各个断面的演变特性及其所在河段的河型差别。
以基岩河岸为主的磴口河段的河道最为稳定；以泥质河岸为特征的头道拐断面所在的顺直河段次之；以泥质砂质二元河岸结构为主的三湖河口断面所在的弯曲河流段很不稳定；而以砂质河岸为主的巴彦高勒断面所在的辫状河段最不稳定。
河道的演变势必引起其水力几何形态关系的调整，在黄河内蒙古河段，随着流量的变化其水力几何形态的调整主要是通过影响水深和流速来实现的。
巴彦高勒断面是上述调整中表现最明显的断面，因此，它所在的河段也是容易决口的河段。
三湖河口所在河段的一系列凹岸的强烈冲刷引起河道大幅度摆动，从而也是河道决口的潜在河段。
黄河内蒙古河段的河流治理的侧重点应该针对巴彦高勒断面所在的辫状河段和三湖河口断面所在的弯曲河段。
对辫状河段要加强整个河段的河岸防护，对弯曲河段以工程防护手段侧重遏制其凹岸的坍塌后退。
关键词：黄河；内蒙古河段；河道演变；水力几何形态；河型中图分类号：TV147文献标识码：A文章编号：0468-155-X（2010）04-0061-07黄河内蒙古河段的河道在近几十年来出现新的变化，比如，一些河段的河床加积升高而变为悬河，部分河段曲流带的大幅摆动导致堤防坍塌，凌汛时高水位引起的洪灾现象时有发生。
第四章河床演变学
崇明东滩等高线迁移变化（1983年－2001年）
上海古海岸线图
南汇海岸的淤涨速率（以海塘为标志）
海塘
旧瀚海塘 (老护塘) 1052
钦公塘 (外瀚海塘) 1733 2.0 2.4 532 3.8 4.5
彭公塘
李公塘
人民塘
胜利塘
九五塘
修筑年代（公元） 海塘间距离 (km) 平均 最大
1884 6.7 12 151 44.0 79.5
黄河口
1、概况 •
黄河发源于青海巴颜喀拉山北侧，干流长5460km。 黄河三角洲以宁海为扇形顶点，有6000km2的扇形面积。 黄河三角洲资源非常丰富，石油储量80亿t。已建原油生 产能力3350万吨和天然气生产能力14亿m3的我国第二大 油气田－胜利油田。有发展盐田的滩涂面积12万km2，建 成年产600万吨原盐的生产能力，有天然草场8万多公顷。 • 黄河三角洲的开发已经得到国家重视。1992年山东省 把黄河三角洲开发列为全省两大跨世纪工程之一。1993年 国务院确定东营市为沿海开放城市。1995年中央农村工作 会议确定为国家的新粮仓。
现在演变特点
沙体移动 ● 落潮槽发展 ● 涨潮槽衰退 ● 拦门沙发育，河口外移 ● 河道主次更替 ● 人为控制逐步加强
●
一
1916~2009年拦门沙滩预水深
5-6m，百年来向海移动30km
南、北港分流口
崇 明 浅 滩 | | 横 沙 东 滩 | | 九 段 沙 形 势 图
6. 河口发育模式在河口治理中的意义 （1）南港北槽方案 （2）七丫口－东风沙断面建立人工节点的方案 （3）围垦明沙，稳定阴沙，减少活动沙 （4）北支缩窄或堵塞 （5）围垦重点在南岸边滩
5. 河槽加深 不同河段情况不同，拦门沙6.0m左右， 分汊河段水深10～15m，单一河槽，江面 束狭，水深较大，江阴14m、13.4m。
第七章 河床演变-2-13精编版
辫状
陡坡辫 状 分汊
缓坡辫状
同 期 展 游荡 宽 顺直微曲 分汊
游荡
江心洲
摆动
河 形 演变 稳定性 型 态 特征
特 征
边界特征
实例
游散 游 荡乱 荡
多 汊
极
两 岸 物 质 组 黄河下游，永定河下
不
成较细，
游，钱塘江河口段；
稳
缺乏抗冲性
南亚布拉马普特拉
定
(Brahmaputra) 河；
美国鲁普 (Loup) 河
纵剖面陡峻
侵蚀下切
横断面“V”“U”字形
3、山区河流泥沙运动 卵石运动的间隙性，随机性，运动速度
三、平原河流的河床演变
（一）、平原河流的主要特征 1、水文泥沙特征
Q、Z、J、V
悬移质（沙、粉 沙、粘土）； 推移质（中沙、 细沙）以沙波形 式运动。
2、平原河流形态特征
横断面形态；河漫滩； 成型淤积体（数 10~100米）
对于不同的时间尺度，冲积河流演变过 程的自变量和因变量是不同的。地理学 家分为三种时间尺度：稳定时段（量级 为天）、准衡时段（量级为百年）、地 质时段（量级为百万年）。
变量类型
地质（岩性、地层 结构） 古气候 古水文
河谷坡度、宽度和 深度 气候
植被种类、密度 平均流量
平均来沙率 河道形态
实际流量、沙量 水流的水力学特性
4）、弯道纵比降 弯道上段----凸岸>凹岸 ；弯道下段---凸岸<凹岸
凹岸 凸岸
进口
出口
5）纵向流速
6）横向流速
弯道河段分区
2、弯道的泥沙运动
（1）悬移质运动 弯道泥沙运动与弯道螺旋流密切相关。在螺旋 流作用下，凹岸含沙较小且泥沙颗粒较细，含 沙量处于不饱和状态；凸岸附近含水量沙量较 大，颗粒较粗，含沙量沿水深分布更不均匀。
02 河床演变学(第三章第一节、第二节)
造床流量
㈡、造床流量确定方法 1、计算法（马卡维也夫法） 计算法（马卡维也夫法）
a、基本思路 、 b、计算步骤 、 c、第一造床流量与第二造成流量的特点 、
10
第二节
造床流量
㈡、造床流量确定方法 2、平滩水位法
①、概念：a、平滩水位；b、平滩流量 平滩水位；
②、用平滩水位确定造床流量原因 ③、确定平滩水位和平滩流量的方法
0.6 0.35
B h
0.45
Qmax − Qmin Q +Q min max
0.6
∆Q 0.5TQ
（3 - 6 ）
6
当游荡指标>5，为游荡型河流； 当游荡指标>5，为游荡型河流； >5 当游荡指标<2 为非游荡型河流； <2， 当游荡指标<2，为非游荡型河流； 当游荡指标＝ 为过渡型河流。 当游荡指标＝2～5，为过渡型河流。
第三章
河流的水力几何形态
能够自由发展的冲积性河流的河床， 能够自由发展的冲积性河流的河床，在挟沙 水流长期作用下， 水流长期作用下，有可能形成与所在河段具 体条件相适应的某种均衡形态， 体条件相适应的某种均衡形态，即所谓水力 几何形态。 几何形态。
1
第一节、 第一节、河床稳定性
㈠、纵向稳定系数 1、纵向稳定系数 ϕh ①、纵向稳定系数定义 ②、表达式
2、什么是造床流量？它的物理含义如何？ 、什么是造床流量？它的物理含义如何？ 3、解释平滩流量作为造床流量的原因。可采用哪几种 、解释平滩流量作为造床流量的原因。 方法确定平滩水位？ 方法确定平滩水位？ 4、推导河床变形（微分）方程。 、推导河床变形（微分）方程。
18
博导第3讲+河道的水力几何形态
（1）定义
造床流量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。
注意 ：➢造床流量 ≠ 洪峰流量
➢洪峰流量具有很强的造床作用 ➢洪峰流量持续的时间很短 ➢造床流量 ＞ 枯期流量 ➢枯期流量造床作用不强 ➢枯期流量持续的时间比较强
（2）造床流量的计算方法---马卡维也夫法
➢断面流量过程分成不同流量级； ➢确定各级流量出现的频率P； ➢绘制流量～比降关系曲线，以确定各量级比降； ➢计算QmJP (m=2.0) ➢绘制QmJP～Q关系曲线 ➢查出QmJP最大值，相应的流量Q即为造床流量
章节会有详细讲述。
•第三章 河流的水力几何形 态
水力几何形态：能够自由发展的
冲积平原河流的河床，在挟沙水流长期
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形态。
水力几何形态的主要影响因素：
（1）河床的稳定性
（2）特征流量的大小
第一节 河床的稳定性
（1）定义
假如河段在一个长时期内输沙平衡, 并
纵向稳定系数？ 2. d 、j 在洛赫庆系数中的关系
2、横向稳定系数 （1）决定河岸稳定的主要因素:
➢水流强度与方向 ➢河岸抗侵蚀能力 ➢岸坡坡度 很难以找出一个代表性系数描述这种关系 （2）表示方法
谢鉴衡：
➢间接用河岸变化的结果描述河岸的稳定性。
➢借用阿尔图宁计算稳定河宽的经验公式计算河宽
Bs，并与实际河宽B作比较
变化很大
➢对一个河流来说，在水力几何形态与水沙、地质等
条件之间应该存在某种关系——河相关系
B = f1（Q，S，d）
H = f2（Q，S，d）
J = f3（Q，S，d）
U = f4 （Q，S，d）
第2章 河床演变
37
尹学良 首先针对几种河型成因观点，如比降与河型的关系，边界土质结构与河型 的关系，冲淤与河型的关系发表看法，认为这几种关系，确实是自然现象的反映，但不是因 果关系。这几种观点存在的问题就是把分类与成因混淆，把一般关系认作因果关系，把河性 当成河型成因了。冲积河流的比降、断面形态、平面形态、土质结构、冲淤演变特性等，都 是河流自己塑造而成，都是河流的属性，它们的总和就是河型。它们可作为河型分类依据， 但不能作为河型成因。 尹学良在总结批判各家观点之后,结合大量实测资料和模型试验成果,提出了 “水沙条件 决定河型论”。认为，独立于河性之外而控制河型的，是来水来沙条件和外加的硬边界、侵 蚀基准面等。硬边界较少，侵蚀基准面较稳定的，河型只由来水来沙控制。大水淤滩刷槽， 小水淤槽，河型就在这对相互矛盾过程的相互交替、相互抵消、相互消长中形成、演化。前 者导向好河，后者导向坏河。两者的强弱对比,就是河型差异的总根据。 4．河槽形态决定河型 [31] 齐璞 从来水来沙条件塑造河槽， 河槽形态约束水流泥沙运动， 控制河床演变特性出发， 认为河槽形态对于河型形成起着关键作用， 河槽形态不同是河流形成不同平面形态的控制条 件。河槽形态是由长期来水来沙条件所决定的，来水来沙条件不同，河道演变、输沙特性也 不同，就会形成不同河型。 (二)河型成因分析 归纳起来，河流之所以会形成不同河型，主要是受内因和外因共同制约的结果。内因就 是河道水流熵产生或能耗率有趋于最小值倾向， 它是形成不同河型的根本原因。 外因就是约 束水流的各种外界条件， 包括河流来水来沙条件和河床边界条件， 它是形成不同河型的重要 [32，33] 条件 。 ～ 最小熵产生原理是非平衡态热力学的基本理论之一[34 36]。所谓最小熵产生原理是指： 在非平衡态线性区（近平衡态） ，当外界约束条件保持恒定时，一个开放系统内的不可逆过 程总是向熵产生减小的方向进行，当熵产生减小至最小值时，系统的状态不再随时间变化。 此时，系统处于与外界约束条件相适应的非平衡定态（简称定态） 。这个结论称为最小熵产 [35] 生原理 。该原理是比利时自由大学著名的物理学家兼化学家普利高津（Prigogine I.）教授 在 1945 年提出来的并得到严格证明，适用于热力学中的开放系统。开放系统处于非平衡定 态时，其外界约束条件(包括边界条件)不会随时间变化。系统一旦偏离定态，系统与外界交 换物质和能量的平衡条件被破坏， 其外界约束条件就不一定保持恒定。 如果系统的外界约束 条件保持恒定，一旦偏离定态，系统最后一定会恢复到原来的定态；如果系统的外界约束条 件发生变化，系统将离开原来定态，寻找与新的外界约束条件相适应的定态。徐国宾根据熵 产生与能耗率关系，经过理论推导，得出最小熵产生原理与最小能耗率原理二者等价结论， ， 并基于最小熵产生原理证明在河流系统中最小能耗率原理成立[22 23]。 河流是一个复杂的开放系统， 同时又属于热力学系统， 其演变规律当然应遵循非平衡态 热力学基本理论。那么河流的自动调整就不仅趋向于相对平衡状态（非平衡定态），而且还 应遵循最小熵产生原理或最小能耗率原理， 在调整过程中， 系统的熵产生或能耗率趋向于与 当地约束条件相适应的最小值。作用在河流上的外界约束条件有 4 大类：①气象水文条件， 如降雨量、径流量、水温等；②河床边界组成物质特性条件，如易侵蚀性、稳定性、泥沙粒 径分布、糙率等；③地质、地貌条件，如河谷比降、宽度、河床基岩强度等；④人为约束条 件，如堤、坝等各种各样的水利工程。 当河流外界约束条件(包括边界条件)发生较大变化时，河流将离开原来相对平衡状态， 寻找与新的约束条件相适应的相对平衡状态。 河流从一个相对平衡状态变化到另一个相对平 衡状态，所经历的中间过程是非常复杂的，熵产生或能耗率并不一定随时间单调减小,而有 可能增加。 但在新的相对平衡状态， 熵产生或能耗率一定为最小值。 这一点可由图 2-1 看出。
河床演变
3、平衡状态的相对性、暂时性 （1）来水来沙条件的改变，必然引起输沙平衡的破坏， 出现新的输沙不平衡，从而促使河床发生新的变形。 （2）即使上游的来水来沙条件不变，河床上的沙波运动 仍然是存在的，河床仍处于经常不断的变形过程之 中。 （3）因此，所谓输沙平衡只是相对长时间内的平均情况 而言，或者只是对较长河段内的平均情况而言。
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河流动力学枯水流量横向稳定系数5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河床纵剖面并非连续光滑曲线而是一条波浪或阶梯形的曲线
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
特点：这类河段河身呈宽窄相间的莲藕状，宽度河槽中 常有河心洲存在，将河道分成两股或多股汊道。
汊道的发展和衰退，取决于进入汊道的含沙量与汊道水流挟 沙能力的比例。如进入汊道的含沙量小，而其挟沙能力大，则河 汊将不断发展。反之，则逐渐衰退。江心洲一般比较稳定，但也 会出现缓慢向下移动的情况，移动速度与分流汇流角有关，分流 汇流角愈大，移动愈慢。
汊道演变最显著的特点：主、支汊易位 原主汊表现为单向淤积，河床抬高，断面尺寸缩小； 原支汊则表现为单向冲刷，河床下切，断面尺寸扩大。 发生的原因是多方面的，但最主要的是上游水流动力 轴线摆动，从而引起分流分沙的变化，导致主、支汊易位。
河床演变
第六节河床演变一、河床演变的基本知识(一)河床形态变化的类型河床的几何形状，称为河床形态。
河床形态变化，称为河床演变，它是河床泥沙运动的结果，可有两种类型：1．纵向变形河床沿水流方向的高程变化，称为河床的纵向变形，它是河流纵向输沙不平衡造成的结果。
河源与上游的河床下切、下游河床的淤高，均属此类，其变化幅度随岩石性质而异，细沙河床的变化幅度可能很大。
它对于桥梁工程设计的影响不可忽视。
2．横向变形河湾发展、河槽扩宽、塌岸、分汊、改道等河床平面形态的变化，统称为横向变形。
河湾的发展与弯段水流离心力有关，它可使凹岸不断受到冲刷，凸岸不断出现淤积，产生横向比降，可导致河流截弯取直或河流改道。
(二)河床演变的影响因素河床演变的影响因素有很多，主要因素有：1．流域的产沙条件流域的产沙量及泥沙组成等对河床演变有很大的影响。
例如，黄河及华北地区一些河流，河水含沙量很大，因此下游河道淤积十分严重。
2．流量变化流量越大，水流的挟沙量就越多。
流量变化越大，泥沙运动和河床的变形就越剧烈。
设河水的含沙量为ρ，流量为Q，输沙率为Q s，则有Q s=ρQ （8-17）3．河床土质土质坚实的河床变形缓慢，土质松软的河床易受冲刷。
4．水流比降河床比降大，流速大，冲刷力强，河床受冲刷厉害。
反之则易于淤积。
5．副流作用水流中由于纵、横比降及边界条件的影响，其内部形成一种规模较大的旋转水流，如图8-12所示，称为副流。
它从属于主流而存在，是河床冲淤的直接原因。
229厚桥涵图8-121-冲刷坑；2-回水区；3-路堤；4-主流6．人类活动如兴修水利工程，建造堤坝、桥、涵等活动，都会对河床演变产生重大影响。
二、建桥后对河床演变的影响建造桥梁后导致的河床演变属人类活动影响因素之一，它只是发生在桥位上、下游不远的范围内。
主要为：(一)平原弯曲型河段（属于次稳定河段）在这类河段上建桥，其孔径一般都大于或等于河槽宽度，建桥对河床的影响小。
但是，当桥位通过水深较大的河湾时，因河床自身的天然演变，有可能形成河湾逼近桥台、桥头引道或导流堤，危及桥台基础。
河床演变的基本规律
第三节河床演变的基本规律在河流动力学中，河床演变的研究对象，一般系针对近代冲积平原河流而言。
平原河流的河型，按其平面形式可分为四种基本类型：顺直型，蜿蜒型，分汊型及游荡型。
不同类型的河段，其形态特点与演变规律不同。
一、顺直型河段这种河型的特点是：河身较顺直；犬牙交错状边滩分布于河道两侧，并在洪水期向下游缓缓移动；深槽与边滩相对；上、下深槽之间存在沙脊，在通航河段称之为浅滩，浅滩洪水淤积，枯水冲刷，深槽则相反，洪水冲刷，枯水淤积（图5-15）。
图5-15 顺直型河道（第聶伯河）二、蜿蜒型河段蜿蜒型河段是冲积平原河流中最常见的一种河型，在我国分布甚广，如“九曲回肠”的长江下荆江河段(图5-16)、渭河下游(图5-17)和汉江下游河段等，都是典型的蜿蜒型河段。
图5-16 下荆江蜿蜒型河段图5-17 渭河下游蜿蜒型河段蜿蜒型河段的平面形态，由一系列正反相间的弯道和介乎其间的过渡段连接而成。
图5-18为一弯曲河段示意图。
图中弯曲部分称为弯道段，上下两弯道段间的连接段称为过渡段。
岸线凹进一侧的河岸称为凹岸，凸出一侧的河岸称为凸岸。
弯道段靠凹岸一侧为深槽，凸出一侧为边滩。
过渡段中部河床隆起，在通航河道常因碍航而被称为浅滩。
蜿蜒型河段的河床纵剖面形态呈上下起伏状态，深槽处水深最大，浅滩处水深最小。
蜿蜒型河段的横向变形，主要表现为凹岸冲刷崩退和凸岸淤积增长。
由图5-19可见，凹岸迎流顶冲，河岸因冲刷而崩坍后退，凸岸边滩则因淤积而不断淤高长大。
天然实测资料表明，蜿蜒型河段在横向变化过程中，不仅横断面形态相似，而且冲淤的横断面面积也接近相等，如图5-20 所示。
图5-18 蜿蜒型河段的平面及剖面形态图5-19 蜿蜒型河段凹岸冲刷和凸岸淤长现象图5-20 下荆江来家铺弯顶断面冲淤变化图蜿蜒型河段的纵向变形，弯道段洪水期冲刷，枯水期淤积；过渡段则相反，洪水期淤积，枯水期冲刷。
但在一个水文年内，冲淤变化基本平衡。
蜿蜒型河段从整体看处在不断演变之中。
河床演变与整治重点
河床演变:在不恒定的进出口条件及复杂可动边界的水沙二相流运动的一种体现形式.整治:用工程的手段达到兴利除害.防洪,农田水利,水力发电,给水和排水,航运及水产养殖等山区河流河床形态：断面形态：U 或V字形(下切)，谷坡为阶梯状.阶地是河流下切的产物.平面形态：河道曲折多变,沿程宽窄相间,比降大,急滩深潭上下交替,二岸与河心常有巨石突出,岸线和床面极不规则.河流走向由地质构造运动决定.水流及泥沙运动:1河流流态:水面比降大，.流态紊乱险恶,常有回流,旋涡,水跌,水跃,急弯,剪刀水,横流.洪水暴涨暴落2洪枯流量相差大3悬移质含沙量视地区而异4河道的推移质多为卵石及粗沙5河床多由原生基岩、乱石和卵石组成河床演变:1山区河流比降大流速大含沙量不饱和,利于河床向冲刷方向发展2部分河段暂时性淤积和冲刷1卵石运动引起的演变(汛期淤积增大,枯季冲刷,年内基本平衡)2悬移质运动引起(1一般为冲泻质2宽谷段由主流摆动出现的回流淤积3宽谷段由下游峡谷壅水引起的淤积)3溪口滩形式出现的(1大的山区河流,当二岸溪沟发生洪水或泥石流时,常在溪口堆积成溪口滩2冲积物量大粒粗,不易被主流带走,表现为冲冲淤淤)4地震山崩滑坡引起(大规模地地震山崩滑坡引起河道堵塞,引起上下游出现壅水和跌水,剧烈改变水流和河床形态)平原河流概述:河床形态：平面上具有,顺直,分汊,弯曲,散乱四种.横断面分抛物线形,不对称三角形,马鞍形,多汊形.平原河流的纵剖面无明显折点，深槽浅滩交替，河床纵剖面有起伏的波状曲线，平均纵比降比较平缓。
水流及泥沙运动:平原河流集水面积大，汇流时间长,洪水没有陡涨陡落的现象,持续时间较长河床的演变:规律是汛期淤积壮大,枯季冲刷萎缩顺直型：中水河槽顺直，边滩呈犬牙交错状分布，并在洪水区向下游平移。
弯曲型：中水河槽具有弯曲外形，深槽紧靠凹岸，边滩依附凹岸，凹岸蚀退，凸岸淤长，河身在无约束条件下向下游蜿蜒蛇形，在有有约束条件下平面形态基本保持不变，前者通称自由弯道，后者通称约束弯道。
第二三章_河床演变的基本原理
讨论---第二造床流量 第二造床流量稍大于多年平均流量 第二造床流量水位近似等于边滩高程 第二造床流量一般用于航道整治工程
（3）造床流量的计算方法---平滩水位法
造床流量水位与河漫滩齐平，水位平滩时，造床流 量才最大； 水位升高漫滩，水流分散，造床作用降低；水位低 于河漫滩时，流速较小，造床流量也不强； 选取若干代表性断面 ，取其平均。 注意： 此法概念清楚，简便易行，实际工作中应用较 广泛。
（1）河床的稳定性 （2）特征流量的大小
第一节
河床的稳定性
（1）定义 假如河段在一个长时期内输沙平衡, 并且 河床变形不大, 河床可以认为是稳定的 （2）河床稳定性与泥沙输移平衡 不平衡=不稳定 平衡≠ 稳定 平衡但是不稳定
假如河段在一个长时期内输沙平衡，但是成型 的泥沙淤积以及泥沙输移会逐渐削弱河道的相 对变化，此时，河道却是不稳定的。
（4）造床流量的保证率
造床流量（平滩流量）的保证率或累计率是一个令 人关注的问题。 目前，要用某种特定保证率或重现期确定平滩流量 是困难的。 钱宁根据美国河流的资料建议，作为粗略的近似，暂 时可取重现期为1.5年的洪水流量作为平滩流量。 注意：根据整个流量过程或历年最大洪峰流量绘制累 计频率曲线，其保证率和重现期的涵义是很不相同 的，数值上的差异很大，必须经过换算，才能相互 比较。
Q 0.5 b1 0.2 J B
Φb 消除ξ影响得到Φb1
b2
b B
Φb2 采用枯水河宽b与中水河槽平滩河宽B的比值
Φb2 越大，枯水期处露河滩越小,河槽越窄,河
床越稳定。
河 名 长 江 河段及河型 荆江，蜿蜒段 高村以上，游荡段 黄 河 高村至陶城埠，过渡段 0.48～0.75 0.17～0.21
河床演变学-第二章
第一节 弯曲河流形态特征
第二节 弯道水流运动特性
第三节 弯曲性河流的泥沙运动 第四节 弯曲性河流的演变规律
弯曲性河流是冲积平原河流中最常见的一种河型；
著名的弯曲性河流： 我国渭河、 汉江下游
长江下荆江河段有“九曲回肠”之称
世界上河流以弯曲性河流居多（分汊性流次之，游荡型河流较少，顺直型河流 最少）。 弯曲河流是一种最稳定的河流
一、形态要素
河道具有一 定曲率部分
弯曲性河流由一系列弯道和与之相联结的直段所组成。
连接上、下 两弯道段的 直线部分
一、形态要素 曲率半径（R）-弯道中心线的半径 弯道中心角（）-弯道段自进口至出口所包含的中心角 河宽（B）-过渡段断面水面宽度 摆幅-上、下反向外包线之间的垂直距离 弯距（或河弯跨度）Lm-相邻同侧弯道顶点间的距离 曲折率，-上下两过渡段中点间河道中心线长度L与直线距离l之比
三、弯道河相关系 弯道段中心线曲率半径和中心角是两个重要 因素，分析下荆江资料的两者关系式为
R
0.726 330Qm
1.5
Qm
—多年平均最大流量
m3 / s
弯道中心角越大，弯道曲率半径越小，河流越弯曲。
弯道水流呈三维的螺旋状向前运动，螺旋流在横断面投影为封 闭的横向环流。研究弯曲河流的水流特性，除考虑纵向水流外， 应充分重视弯道环流的作用，弯曲河流形成发展与弯道环流密 切相关。
一．弯道纵向水流
4. 纵向比降J
弯道上段 J凹<J凸 枯水期
弯道凹岸水面为上凸曲线，凸岸水面为下凹曲线
凹岸 弯道上段小于弯道下段 凸岸 弯道上段大于弯道下段
弯道下段 J凹>J凸
洪水期间 J弯>J直
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长江 黄河
荆江，蜿蜒型河段 高村以上，游荡型河段 高村至陶城阜，过渡性河段
0.27～0.37 0.18～0.21
0.17
2.9～4.1
0.31～0.34
0.42～0.54
2
第一节、河床稳定性
㈡、横向稳定系数
1、横向稳定系数 b1Fra bibliotek①、河岸稳定性的主要因素 ②、b1 表达式
b1
Q 0.5 BJ 0.2
9
第二节 造床流量
㈡、造床流量确定方法 2、平滩水位法
①、概念：a、平滩水位；b、平滩流量
②、用平滩水位确定造床流量原因 ③、确定平滩水位和平滩流量的方法
10
第二节 造床流量
㈡、造床流量确定方法 2、平滩水位法
③、确定平滩水位和平滩流量的方法
a、在河段内取若干个具有水位流量资料 的代表断面，取其平滩水位时的平均流量 作为造床流量。
0.67～0.77 0.09～0.17
0.17～0.21
4
第一节、河床稳定性
㈡、综合稳定系数 1、钱宁的黄河游荡性指标
①、表达式
hJ d35
0.6
B max B
0.35
B h
0.45
Qmax Qmax
Qmin Qmin
0.6
Q 0.5TQ
（3-6）
5
当游荡指标＞5，为游荡型河流； 当游荡指标＜2，为非游荡型河流； 当游荡指标＝2～5，为过渡型河流。 6
俄罗斯：保证率（出现频率）1％～6%，每年漫滩天 数为3.65～21.9d，重现期为每100～16.7d一次； 英格兰：频率约为0.6％，每年漫滩天数为2.19d， 重现期为每167d一次； 美国：重现期为1～2年。 钱宁：取重现期为1.5年的洪水作为造床流量。
15
补充内容 河床变形方程（泥沙连续方程、输沙平 衡方程）的推导
第一节、河床稳定性
㈡、综合稳定系数 2、谢鉴衡综合稳定系数
h1
b1
2
d hJ
Q 0.5 J 0.2 B
2
（3-7）
7
第二节 造床流量
㈠、造床流量的概念
1、定义 2、物理涵义 3、工程意义 4、适用性
8
第二节 造床流量
㈡、造床流量确定方法 1、计算法（马卡维也夫法）
a、基本思路 b、计算步骤 c、第一造床流量与第二造成流量的特点
第一节、河床稳定性
㈠、纵向稳定系数
1、纵向稳定系数 h
①、纵向稳定系数定义
②、表达式
h1
d hJ
（3-1）
③、纵向稳定系数
h1
d hJ
的物理意义
④、纵向稳定系数与河型的关系（见表3-1）
1
第一节、河床稳定性
㈠、纵向稳定系数
2、纵向稳定系数 h2
表3-1
h2
d J
河名
河段及河型
（3-2）
h
' h
11
③、确定平滩水位和平滩流量的方法
b、如果河流具有比较规则的断面，其平滩水位一般可以从 水位～宽深比（B/h）关系曲线的最低点或dB/dh的最大值 得到，然后依据水位～流量关系曲线得到平滩流量。
12
③、确定平滩水位和平滩流量的方法
这样作的原因：因为水流在主槽时，随着水位的上升， 宽深比开始不断减小，当水流漫过滩地以后，宽深比转 而迅速回升，这一转折点的高程就相对于平滩水位。
13
③、确定平滩水位和平滩流量的方法
c、从水位流量关系曲线的转折处得到平滩流量。 这样作的原因：这是因为河道断面迅速扩大，流 量随水位的增加值明显大于水流在主槽时流量随 水位的增加值。
14
第二节 造床流量
㈡、造床流量确定方法
3、造床流量的保证率法
实际测量的结果发现各条河流的平滩流量虽各有千 秋，但它们出现的机遇多数局限于一个较窄的范围。
3、解释平滩流量作为造床流量的原因。可采用哪几种
方法确定平滩水位？
4、推导河床变形（微分）方程。
17
G x
' s
B
z 0 t
0
16
思考题
1、其解释下列系数及公式中每一项所表达的物理含 义，并说明它们与河型的关系。
①
h1
d hJ
②
b1
Q 0.5 BJ 0.2
③
hJ d35
0.6
B max B
0.35
B h
0.45
Qmax Qmax
Qmin Qmin
0.6
Q 0.5TQ
2、什么是造床流量？它的物理含义如何？
③、物理含义
（3-4）
3
第一节、河床稳定性
㈡、横向稳定系数
2、横向稳定系数 b2
①、含义及表达式 ②、物理意义
b2
b B
（3-5）
3、河岸稳定系数与河型的关系
表3-2
河名
河段及河型
b1
b2
长江 黄河 黄河
荆江，蜿蜒段 高村以上，游荡段 高村至陶城埠，过渡段
0.87～1.56 0.18～0.45 0.48～0.75