13 第13次课(第8章：一般特性、河床演变分类和影响因素)

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8.3 8.3.3
影响河床演变的主要因素
引起河床演变的根本原因
1、输沙不平衡是产生河床演变的根本原因。 所谓输沙不平衡是指，对于某一河段，如果来沙量与水 流的挟沙能力不相适应，即来沙量大于或小于水流的挟 沙力，则水流处于输沙不平衡状态，河床将会发生冲淤 变化。 反之，若某一河段，来沙量与水流的挟沙能力相适应， 即来沙量与水流挟沙力相等或接近，则水流处于输沙平 衡状态，河床河床既不冲刷也不淤积。
长江中游某河段深泓线纵剖面的变化
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8.2 8.2.4
河床演变分类
纵向变形和横向变形
从河床演变的表现形式上
横向变形 指河床沿着与水流垂直方向发生的变形，如河湾的发展 （弯道凹岸冲刷、凸岸淤积），汊道的兴衰等。
长江中游某河段横断面的变化
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8.2
河床演变分类
8.2.5
自然变形和人为干扰变形
按是否受人类干扰：自然变形，受人类干扰变形
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8.1.3 平原冲积河流的河型分类
3 成型堆积体分布 顺直型或边滩平移型 弯曲型或蜿蜒型
边滩呈犬牙交错分布在河道两岸
边滩依附凸岸
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8.1.3 平原冲积河流的河型分类
3 成型堆积体分布
分汊型或交替消长型 江心洲、心滩稳定、成型
散乱型或游荡型 江心洲密布、不稳定、 极易迁徙。
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8.1.3 平原冲积河流的河型分类
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8.3 8.3.3
影响河床演变的主要因素 引起河床演变的根本原因
输沙平衡是相对的、暂时的；而输沙不平衡则是绝
对的，输沙不平衡引起的河床变形具有绝对性。
一方面是上游来水来沙条件总是不断变化的。
另一方面，即使上游来水来沙条件不变，河床上的沙波 运动仍然存在，河床仍然处于经常不断的变形过程中。
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课后思考题 1、河道演变的根本原因是什么？ 2、河道演变可怎样分类？ 3、影响河床变形的主要因素有哪些？ 4、冲积性平原河流的可分为哪几种主要类型？各种河 型的主要特征如何？ 5、论述河道水流的水流结构。 6、简述河道水流的基本性质。 7、解释河床演变、节点、河漫滩、泥沙成型堆积体、河 势、侵蚀基点等基本概念。
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8.1.1
河床形态
⑥、河势的概念 河势：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、心滩、江心洲河 漫滩）及水面现象，是有关形态要素的总称。有时也指 河道的基本流势，或称基本流路。
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8.1.1 河床形态 1、河漫滩 平原河流一般都有广阔的河漫滩。
河漫滩为靠近主槽（中水河槽）、洪水时淹没、中水时出 露的滩地。它由泥沙落淤而成，组成物质较为松散。 河漫滩作用： 河漫滩起着调节洪水、削减洪峰，储存泥沙并通过滩槽水流 交换，影响河槽冲淤等作用。
侵蚀基点的概念： ②在此点之上的河床高程并不是不可能 侵蚀到低于此点的高程，而是侵蚀基点 以上的河道水面线和床面线都要受到此 点高程的制约。
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8.3
影响河床演变的主要因素
8.3.2
影响河床演变主要因素之间的关系
（1）河道的来水来沙条件是最主要的，另外两个因素是 从属条件；但出口侵蚀基准点或河床周界条件有时也可能 成为河床演变的主要因素。 （2）三个因素不是相互独立的，而是相互联系和相互影 响的。 （2）三个因素随时空发生变化。
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8.1.2 河道水流的一般特性
2、河道水流的水流结构
（4）河道水流的流速分布
河道水流具有三维性、不恒定性、不均匀性； 不能直接应用水力学所掌握的二维恒定均匀流流 速分布公式来描述； 通常用经验方法研究河道水流流速分布； 对于非常宽浅、水深沿河宽变化较小的平原河流，可 近似用二维均匀流流速分布公式来描述河道水流的流 速分布。
上述河床演变分类，是为了从不同侧面描述同一事物，
把握其物理机制，而实际河流的河床演变现象往往是错
综复杂、难以分离的。
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8.3
8.3.1
影响河床演变的主要因素
影响河床演变的主要因素 ①、河段上游的来水量及其变化过程； ②、河段上游的来沙量、来沙组成及 其变化过程； ③、上游河道与本河段进口的衔接方式。
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8.1.3 平原冲积河流的河型分类 1 平原河流根据其平面形态和演变过程又可分为四种类型 顺直型或边滩平移型 弯曲型或蜿蜒型
分汊型或交替消长型
散乱型或游荡型
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8.1.3 平原冲积河流的河型分类
2 不同河型的特点 顺直型或边滩平移型主要特点： 顺直型或边滩平移型
中水河槽顺直微弯，边滩呈犬牙交错分布， 形态特征 并在洪水期向下游移动。 演变特征
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8.1.2 河道水流的一般特性
2、河道水流的水流结构 （3）环流的类型
②地球自转偏力（柯氏力）产生的环流（简称偏力流） 地球上任何运动的物体，都要受到柯氏力的作用。 在北半球，柯氏力指向运动方向的右方。 这种力沿水深的分布也是不均匀的，从而引起水流的 横向流动，其表流在北半球永远指向河流的右岸。 在北半球，河流的右岸比左岸被冲刷得厉害，正是这 种力的作用结果。
河床演变分类
整体变形和局部变形
按河床演变的空间特征
整体（长距离）变形 是河道在较长河段普遍的冲刷或淤积的现象， 又称长河段变形、大范围变形。
局部（短距离）变形 是在较短范围内局部河床的冲淤变化。
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8.2 8.2.4
河床演变分类
纵向变形和横向变形
从河床演变的表现形式上
纵向变形 指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、抬升等
图8-1
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8.1 平原河流的一般特性 8.1.1 河床形态 ①、平原河流的河谷 通常所说的河槽指中水河槽，中水河槽比较宽浅，枯水期 常用边滩、心滩出露，断面宽深比一般在100以上。
图8-1
3
8.1.1 河床形态 ②、 平面形态 有顺直、弯曲、分汊、散乱四种典型平面形态。
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8.1.1
河床形态
③、 横断面形态 顺直河段过渡段多为抛物线形，弯曲河段多为不对称三角 形，分汊河段中则为马鞍形（W形），游荡型河段则为多 汊形（宽浅不规则形）。
第8章
河床演变基本原理
河道演变的含义
1、河道演变是指自然情况下及修建整治建筑物后 河床发生的冲淤变化过程。 2、河道的变化是水流与河床相互作用的结果，而 水流与河床的相互作用是通过泥沙运动实现的。
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8.1 8.1.1
平原河流的一般特性
河床形态
①、平原河流的河谷
平原河流流经地势平坦、土质疏松的平原地区。由于水流 对泥沙的搬运堆积作用，形成深厚的冲积层。冲积层可达 数十或数百米厚。冲积层自下而上有明显的分选特征：夹 沙卵石→粗沙→中沙→细沙。
河道水流的三维性与过水断面的宽深比 关联，宽深比愈小，三维性愈强。 ①来水来沙情况随时空变化 ②河道水流的边界也随时空变化
（3）不恒定性
（4）非均匀性
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8.1.2 河道水流的一般特性
2、河道水流的水流结构 （1）流型 阻力平方区
①沿程水头损失系数λ只与相对光滑度有关； ②沿程水头损失hf与流速的平方成正比； ③τ0与流速的平方成正比。
2 不同河型的特点
分汊型或交替消长型主要特点：
分汊型或交替消长型
中水河槽分汊，一般为双汊，也有多汊的. 各汊周期性地交替消长。 演变特征
形态特征
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8.1.3 平原冲积河流的河型分类
2 不同河型的特点
散乱型或游荡型主要特点： 散乱型或游荡型
沙滩密布，汊道纵横； 变化迅速，出没无常。
形态特征 演变特征
从河床演变的发展过程（及河床演变的方向性）： 单向变形： 是指河道在相当长的时间内只是单一地 朝着某一方向发展的演变现象。
复归性变形（周期性往复变形） 指河床有规律的冲淤交替，即在一定时期 内河床处于冲刷发展状态，此后一段时期 内，河床则处于淤积发展状态，如此周期 性的往复。
28Hale Waihona Puke Baidu
8.2 8.2.3
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8.1.2 河道水流的一般特性
2、河道水流的水流结构
（2） 主流与副流 ①主流是由重力产生的沿河槽纵比降方向的流动； ②副流是由于纵比降以外的因素产生的、水流内部的一种大尺 度的旋转运动，其流线大多是封闭的曲线，往往又称环流。。 ③产生副流的力可以是重力，也可以是其他的内力或外力； ④主流方向为纵向，副流具有不同的轴向；副流有时在主 流的边缘上流动，有时则与主流叠加在一起，使整个水流 呈螺旋式前进，又称螺旋流。 ⑤横向输沙是由横向环流造成的； ⑥环流与水流中的紊动漩涡的区别是尺度大、位置和影响 范围较固定；
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8.1.2 河道水流的一般特性
2、河道水流的水流结构
（3）环流的类型 ①离心力产生的弯道环流 由于表层水流流速大于底部水流流速，因而表层水流所 受到的离心力远大于底部水流所受到的离心力； 表层水流因离心力作用流向凹岸，由于水流连续原理， 底部水流虽然也受到离心力作用，但受到的离心力小于 表层水流，所以只能从凹岸流向凸岸。 这样从横断面上看，就形成了表层水流从凸岸流向凹岸， 底部水流从凹岸流向凸岸的环流。 必须指出的是，不能认为只有弯道才能因离心力产生环 流；正确的认识是：凡是水流弯曲的部位都会产生环流。
上述四种河型，习惯上称为：顺直型、蜿蜒型、 分汊型及游荡型。
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8.2 8.2.1
河床演变分类 长期变形和短期变形
按河床演变的时间特征：长期变形，短期变形
长期变形是指工程规划设计必须考虑的数十年以至 数百年内的河床变形。
短期变形是相对于长期变形而言的。
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8.2 8.2.2
河床演变分类 单向变形和复归性变形
（1）进口条件：
（2）出口条件： 河段出口处的侵蚀基点。
泛指河流所在地区的地理、地质条件， （3）河床周界条件： 包括河谷比降、河谷宽度、河底及河 岸组成以及河道几何形态。
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8.3 8.3.1
影响河床演变的主要因素
影响河床演变的主要因素 ①指能控制出口水面高程的各种水面， 如河面、湖面、海面等，也可以是能限 制河流向纵深方向发展的抗冲岩层的相 应水面。
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8.1.3 平原冲积河流的河型分类
2 不同河型的特点 弯曲型或蜿蜒型主要特点：
弯曲型或蜿蜒型 形态特征 中水河槽具有弯曲外形，深槽紧靠凹岸，边滩依附凸岸； 演变特征 自由弯道： 约束弯道： 凹岸冲蚀，凸岸淤长； 河身在无约束条件下向下游蜿蜒蛇行； 平面形态基本保持不变。
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8.1.3 平原冲积河流的河型分类
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8.1.1 河床形态 2、成型堆积体 冲积平原河流的主槽中，由于水流和河床的相互 作用，分布着各种形式的大尺度沙丘，这些大的 沙丘统称为成型淤积体。
1-边滩；2-江心洲；3-江心滩；4-沙嘴；5-浅滩；6-深槽
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8.1.2 河道水流的一般特性 1、河道水流的基本性质 水+泥沙
（1）二相流性质 （2） 三维性
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8.1.1
河床形态
④、纵剖面形态
平原河流纵剖面与山区河流不同，因系沙质河床，纵剖 面不可能有明显的台阶状变化，但同样是深槽浅滩交替， 所以河床纵剖面是有起伏的平缓曲线，其平均纵比降比 较小。
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8.1.1
河床形态
⑤、河道节点的概念
河流上存在着许多天然和人工节点，这些节点对河道演 变起控制作用。 河道节点：是指那些抗冲性较强，依岸形成的对河势变化 起节制作用的特殊边界条件。 节点处河床窄深，水流集中；节点间河岸容易冲刷，河床 宽浅，水流分散。
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8.1.2 河道水流的一般特性
2、河道水流的水流结构 （3）环流的类型
③摩擦力产生的环流（摩擦力副流） 当水流发生局部变形，会产生水流的分离现象。
在分离面上将产生摩擦力，在这个力的作用下形成 摩擦力副流。 河道纵剖面和横断面突然变化所产生的副流就是由摩 擦力所引起的。
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8.1.2 河道水流的一般特性 2、河道水流的水流结构 （3）环流的类型 ④含沙量或含盐度引起的副流（异重流） 由于水流中含沙量或含盐度分布不均匀，引起水 流中不同地区的重率差异，水流会从重率大的地 方流向重率低的地方，也称为异重流。 在河流中，对泥沙运动和河床演变影响较大的副流 主要是离心力副流、摩擦力副流和异重流。