博导第6讲 蜿蜒型河道的演变规律
博导第5讲-顺直型河道的演变规律_图文_图文
第一节 河段特性
（1）几何形态
①平面形态：河身比较顺直 犬牙交错边滩和深槽
上下深槽之间的过渡段---浅滩 存在---反向弯道之间的过渡段, 或者不同河道类 型之间
②判断指标：曲折
系数 ≤1.15
③順直型河段的水力几何关系
边滩的宽度和长度
b=0.57B
交错的边滩向下移动可看成是推移质运行的 一种体现形式。
边滩头部：流速及推移质输沙率大于滩尾
边滩头部冲刷后退，尾部淤积下延 整个边滩向下游移动
相应的深槽首部淤积，尾部冲刷，向下游移动
结论：顺直型河段的演变是通过推移质的运行 使边滩、深槽及浅滩作为一个整体下移。
流量对演变的影响： 枯水期 浅滩冲刷，深槽淤积
洪水期 浅滩淤积，深槽冲刷 ②从河岸土质分析：
河床演变还可能呈现周期性展宽现象。
（2）形成条件
①对于较长河段，两岸地质条件好，抗冲性较强； eg. 基岩、粘土层等，横向发展受到限制。
②对于蜿蜒形河段的长过渡段，两岸抗冲性很强， 河道弯曲受到限制。
注意：对于犬牙交错形成机理，目前没有比较一致 的认识。 罗辛斯基和库兹明：把 边滩看成一种巨型沙波 ，用沙波的稳定性及其运行机制来解释。 此假说初步被到下游递减
深槽：上游到中部递减 中部到下游递增
④水流动力主线
随着流量变化，位置也相应变化： 小水傍岸/低水走弯 大水居中/大水走滩
（3）输沙特性
①泥沙运动
横向输沙较弱，深槽冲刷泥沙一般无法 到达相应边滩
推移质输沙率：
边滩 ≥ 深槽 边滩中部 ≥ 滩头和滩尾 深槽中部≤深槽头部和尾部
边滩断面深泓点较深； 过渡断面深泓点较浅；
第6章 河道演变规律
为什么选择平滩流量作为造床流量？ 平滩前：水流只塑造主槽 漫滩前，水流在主槽中集中流动，流速大，挟沙力 较强。
第六章 河道演变规律
§6-3 河相关系与造床流量 二、造床流量
平滩后：滩地也受到塑造。 漫滩后，滩面上水深小、阻力大，流速降低十分显 著，泥沙大量落淤在滩地上，其中靠近主槽的部位 淤积较厚、淤积颗粒较粗，形成沿主槽的自然堤。
第六章 河道演变规律
§6-2 河道演变的分析方法 实测资料分析
第六章 河道演变规律
§6-2 河道演变的分析方法 实测资料分析
1、来水来沙资料分析； 来水来沙量及其过程，来沙级配。年内变化、多年周期性 变化、典型水文年确定。 2、对水道地形观测资料的整理分析 •河道平面变化；岸线变化，断面变化，主流变化；通过 收集历年河道地形及有关河道变迁资料，对地形图套绘。 •河道纵向变化及冲淤量估算：深泓线、动力轴线、河段 冲淤量 利用水道地形图可以分析河段的历史演变、近期演变、预 估其发展趋势。 3、对河床地质资料的整理分析 河床边界条件：地质资料、地貌资料等。
①纵向稳定系数——河床在纵深方向的稳定性主要决定于泥沙
抗拒运幼的摩阻力与水流作用于泥沙的拖曳力的对比。这个比 值可用希尔兹数的倒数 来表达，比值越大，河床越稳定。
②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。
计算思路： 造床能力不仅与流量有关，还与输沙能力有关， 同时与该流量所经历的时间长短有关。 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的乘积为最大时，其所对应的流量的造床作用 也最大，这个流量就是所要求的造床级； （2）确定各级流量出现 的频率； （3）绘制河段的Q~J关 系； （4）计算每级流量的 QmJP （5）绘制Q~ QmJP关系； （6）从图中查出QmJP 最大值的Q。
河道演变规律(课堂PPT)
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
值得注意的是，水沙两相流动床的平直状态是不稳定的， 施加一个小的扰动波之后就会转变成为波动状态，并在相 当大的范围内，有能力将这种波动状态保持下去，这是由 水沙两相流的内在矛盾决定的，它反映了输沙不平衡的绝 对性，从而也反映了河床演变的绝对性
5
使河流经常处于输沙不平衡状态的另一重要原因 是，河流的进出口条件经常处于发展变化过程之 中
进口水沙条件几乎总在变化
这主要是由气候因素，特别是降水因素在数量及地区分布上 的不稳定性造成的，由此产生的水沙量的因时变化比较显著
其它因素，如地形、土壤、植被等也存在一些缓慢的变化， 对进口水沙条件的变化也有一定的影响
出口条件
如果着眼点是前面提到的侵蚀基面，其变化是很缓慢的；
如果着眼点是水流条件的变化，如干支流的相互顶托，潮汐 破对洪水波的影响等，仍可能产生很大的变化
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
32
下荆江弯曲河道
33
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
4
当外部条件，即进口水沙条件、出口侵蚀基点条件和河床 周界条件保持恒定，且整个河段处于输沙平衡状态时，河 段的各个部分仍可能处于输沙不平衡状态
蜿蜒性河流演变机理研究
的影 响有新 的认 识 ． ．
研究 ． 为 因弯道 中 磺 比降 的 存 在 ， 认 使表 流 向凹 串， 而 底流 向凸岸 ， 与纵 向流速组 成螺 旋 流。早 在 ２ Ｏ世
纪３ Ｏ年 代渡 达 波夫 求 导 出横 向流 速 的 垂线 分 布公
式 ；０年 代末 马 卡维 耶夫 提 出基 于椭 圆 型 的环 流 流 ４ 速 分 布公式 ； ０年代 后 期 ， ５ 罗索 夫 斯 基 系 统地 进 行 了环流 理论 的研 究 ， 用 对 数流 速 公 式 提 出 ＿ 套 采 『
差较大， 一遇大水弯颈容易冲开 ， 为 自然裁弯 ， 成 这
是蜿蜒性 词 流演 变 的基 本特 性ｊ
酋先是 弯道 水流横 向环流的研究 ． 提出横比降
为离 心 力 与重 力二 者 之 比 在 工程 中 应 用较 多 的是 罗索夫 斯基 依据 对数公 式 及马 维 耶夫依抛 物 线 公 式分月 导出 的两 个横 比降公式 ． ０ ．
１２ 蜿蜒 性 河流演 变和裁 弯
２ Ｏ世纪 ５ ０年 代 ， 少 科 学 家就 已 对蜿 蜒 性 河 不
１ 以 往 研Βιβλιοθήκη 究概 述 早在公 元前 ３６年， １ 蜀守李 冰修 建都江 堰， 巧妙地 将 凹岸被 侵蚀的 和过 境 的大量泥 沙， 由环流的底 流搬
流 的演 变有 所研 究。认 为在 环 流 的作 用 下 ， 由于 横 向输 沙 的不平 衡 ， 河道 曲率 增 加 ， 心 角增 大 ， 使 中 河 身加 长 ． 整个 河弯 呈 向下 游 蠕 动 的 趋势 困 河弯 两 岸组 成不 同 ， 往往 同岸 相邻 两 个 弯顶 之 间距 离逐 渐 缩 短 ， 成狭 颈称 为 弯 颈 ， 颈 愈来 愈 小 ， 端 水位 形 弯 两
河流为什么是蜿蜒的？
河流为什么是蜿蜒的？
河流之所以是蜿蜒的，最大的原因在于，河水在两岸流动的速度不同。
流速一边快些，另一边则慢些，河水流速较快的一边，河岸受到的冲击力比较大，泥土容易冲塌。
河岸冲塌了，便会使河道弯起来。
河道弯了，便会呈现出如S形的河岸，两岸犹如一凹一凸。
而且会继续发展，水流冲向凹岸，凸岸的一边水流速度较慢，河流带来的碎石和泥土慢慢沉积，经年累月，凹岸会越来越凹，凸岸则会越来越凸，河流便呈现出弯弯曲曲的外貌。
其次，复杂的地形使得河流绝不可能沿着直线方向向前流动，即便是在宽阔的平原地区，河流也总是弯弯曲曲的。
这是因为江河两岸的土壤内部所含的盐碱等化学成分数量不同，也不可能完全溶于水，这就不同程度的改变了两岸土壤承受水流冲击的能力，
第三，地球自转的方向是自西向东，这也会改变河流的直线方向。
有点地理常识的人都知道，北半球河流冲洗右岸比左岸厉害些，南半球的河流则刚好相反。
由于水流是在沿着曲线流动，而当水流在某个地方偏移一些以后，它在离心力的作用下，要压向凹入的一岸，同时河床也要脱离开凸出的一岸，这样河流不但没有机会恢复它的直线方向，反而使偏移越来越大，成了一条弯曲的曲线了，而且曲线率越来越大，
曲率的增大，必然带来离心力的增大，由于离心力的不断加大，与此同时河流又不可能顺河床一边流，总是从一边折向另一边，即从凹入的一边折向最近凸出的一边，于是河流便呈现出了弯弯曲曲的流向。
这样经过千万年的冲刷，无数的重复和循环，再加上由于凸出的一岸水流速度偏慢，泥沙的沉淀越来越多，蜿蜒曲折的河流便形成了。
河流裁弯取直的原因
河流截弯取直现象
蜿蜒型河流是平原地区常见的自然河流型式，美国的密西西比河、俄罗斯的伏尔加河、中国的下荆江、黄河、蓟运河等河流，都是具有代表性的蜿蜒型河流。
在河流演变过程中，因为凹岸不断受到冲刷，而凸岸则一直处于淤积状态，河道的弯曲程度逐渐加剧，演变为河环。
在河环之间地带，称为曲颈。
相邻河弯的曲颈受水流冲击变狭，一旦曲颈被水流切穿，河流随即自行取直，这种水流穿击河道改变河流形态的现象，称为裁弯取直。
裁弯取直这种河流演变的现象多发生在自由流淌的蜿蜒型河流上。
平原地带的河流在曲流的作用下，凹岸受到冲刷，凸岸泥沙沉积，这是蜿蜒型河弯演变过程中最重要的特性。
当蜿蜒型河弯发展到一定程度，两个逆向河弯按某个中心点，呈S形扩张，河弯曲颈缩窄，当水流击穿河弯颈部后自然河流就产生裁弯取直。
发生裁弯取直现象后，裁断的旧河弯就逐渐萎缩，发展成为一种独特的湖泊，因其形似牛轭，故称为牛轭湖；取直后的河流流程缩短，落差变大，经常会加速冲击，形成主槽。
在山地的陡深河弯，也可能因为水流侵蚀曲颈而发生裁弯取直。
原有的河弯被废弃，河床底岩暴露在外，形成离堆山。
关于曲流的形成机制，水利研究部门进行了多次科学试验，发现曲流的形成除河流必须具备一定的流速和含沙量外，还与河床的物质组成有关。
实验表明，由细沙组成的河床，河床容易展宽并形成一些边滩，如组成物质是沙，因稳定性小，所以只能形成一般弯曲的河床，不能
形成蜿蜒曲折的曲流。
如果河床由两种物质组成，下面是沙层，上面是粘土层，此时河床既具有沙层的不稳定性，又具有粘土层的较稳定性，河流在不稳定的沙层上发生弯曲，使粘土层崩塌造成较稳定的边滩，迫使弯流进一步弯曲形成曲流，到一定阶段就出现裁弯取直现象。
河道演变规律
河道演变规律河流演变规律及其机理研究摘要：我国河流分布广泛，与人们生活和国民经济建设密切相关。
河道演变是河流动力学一个重要的研究方向，其相关研究对于整治河道，航运，水利工程，生态保护等方面有着重要的意义。
本文从河道演变基本概念入手，对河道演变的影响因素及各种不同天然河道的演变规律进行了比较全面的描述，并对河道整治提出了相关的建议。
关键词：河道演变；关键因素；演变规律引言天然河流总是处在不断发展和变化之中，在河道上修建水利工程、治河工程或其他工程后，受建筑物的干扰，河床变化将更为显著。
人类在开发利用河流的过程中，要有成效地兴利除弊，必须采取整治措施。
要有效地整治河流，必须充分认识河道演变的基本原理及各类河床特殊的演变规律。
1.河道演变的基本概念河道演变系指在自然情况下或者在受人工建筑物干扰情况下所发生的变化。
这种变化是水流和河床相互作用的结果，河床影响水流结构，水流促使河床变化，两者相互依存，相互制约，经常处于运动和发展的状态之中。
水流和床沙的相互作用是以泥沙运动为纽带的。
在一种水流的情况下，通过泥沙的淤积使河床升高；在另一种水流的情况下，通过泥沙的冲刷，使河床降低。
因此，河道演变的规律是以泥沙运动的规律为基础的。
但是，自然河道的演变过程极为复杂，往往不能直接从泥沙运动的基本规律得到充分解释。
因此我们必须更进一步对河道演变的基本规律进行探讨，才能解决我们所面临的各种河道演变的预测问题。
河道演变的对象有广义和狭义之分。
广义的方面在时间应包括河道生成和发展的历史过程，在空间上应包括河道所流经的河谷的各个部分；而狭义的方面只限于近代的、河道本身的变化。
河道演变发生演变的根本原因是输沙的不平衡造成的河床变形长期积累的结果。
所谓的输沙平衡是对时间或空间的平均情况而言，即使在这种情况下的的输沙平衡，也只是相对的，绝对的输沙平衡在自然界中是不存在的，所以河床总是处在不断发展变化中。
2.河道演变的影响因素影响河道演变的因素是极为复杂的，但归结起来，最主要的因素不外乎气象、地质、地理等方面。
《河道演变规律》课件
影响河道演变的主要因素
01
水流作用
水流是影响河道演变的主要动力因素，包括水流冲刷 、搬运和堆积等作用。
02
泥沙运动
泥沙运动是河道演变的直接表现，泥沙的来源、粒径 、含量等因素直接影响河道的演变。
03
地形地貌
地形地貌是影响河道演变的基础因素，包括流域的地 形、地貌和地质条件等。
04
气候变化
气候变化对河道演变产生重要影响，如降水、气温等 气候因素可以影响水流的强度和泥沙的搬运。
对策略具有重要意义。
河道演变研究有助于提高人们 对河流系统的认识，促进相关
学科的发展和交叉融合。
河道演变研究对于保障人类生 产生活安全，促进可持续发展
具有不可替代的作用。
河道演变研究的展望
01
加强多学科交叉融合，提高研究 水平和深度。
02
借助先进技术手段，如遥感、GIS 、数值模拟等，提高研究的准确 性和可靠性。
结果应用
将预测结果应用于实际工程中 ，指导河道治理和保护措施的 制定。
04
河道演变与人类活动的关系
人类活动对河道演变的影响
01
02
03
04
水利工程
水利工程的建设如水库、水电 站等，改变了河流的流量、流 速和流向，从而影响河道的演 变。
土地利用
土地利用方式的改变，如农业 活动、城市化等，影响了河流 的泥沙输送和河岸的稳定性。
河道演变研究对于河流治理、防洪减灾、水资源开 发等方面具04
河道演变过程可以分为三个阶 段：发育阶段、稳定阶段和退 化阶段。
河道演变过程可以分为三个阶 段：发育阶段、稳定阶段和退 化阶段。
河道演变过程可以分为三个阶 段：发育阶段、稳定阶段和退 化阶段。
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。
第六章河流演变
第六章河流演变第一节河流地质作用及其发育过程一、河流地质作用1.侵蚀作用河道水流在流动过程中，不断冲刷破坏河谷、加深河床的作用，称为河流的侵蚀作用。
按侵蚀作用方向，又分垂向侵蚀(下蚀)、侧向侵蚀(旁蚀或侧蚀)和向源侵蚀（溯源侵蚀）三种情况。
2.搬运作用河流携带大量的物质(泥沙)，不停地向下游方向输送的过程，称为河流的搬运作用。
河流的搬运能力巨大。
据统计，全世界河流每年输入海洋的物质总量约200亿吨。
3.沉积作用河水在搬运过程中，一部分泥沙从水中沉积下来，此过程称为河流的沉积作用。
其堆积物叫河流的冲积物。
二、河流的发育过程在地貌学领域，河流发育和水系形成的时间尺度一般是以地质年代计。
一条完整的河流水系，从初生到趋向成熟，是在漫长的历史年代中缓慢形成的。
河流的发育过程，大致可分为幼年期、壮年期、老年期三个阶段。
图6-1可用来说明河流的一般形成过程。
其中，图(a）表示在陆面上受近代地壳活动的地形控制而形成的一条河流，水流在阶梯状瀑布中，强烈地磨蚀着基岩河床，此时的河流发育属于幼年期阶段。
随着流水侵蚀的均夷作用的进行，湖泊、沼泽消失，峡谷加深，支谷延展，河床坡降逐渐减缓(图(b))，河流发育处于青年时期。
往后，泛滥平原逐渐发育，河谷进一步拓宽，干流显现均衡河流特征，此时接近壮年期阶段(图(c))。
随着侧蚀的不断进行，泛滥平原带宽扩大，形成冲积性准平原，曲流河型形成，河流地貌发育进入相对成熟期或称老年期(图(d))。
再往后，又可能由于地壳运动、气候等因素影响，使河流侵蚀作用而重新“复活”，河谷地貌又现出幼年期的特征，表现出地貌上的“回春”现象。
（a）幼年期(b)青年期(c)壮年期(d)老年期图6-1 河流形成一般过程示意图严格说来，上述河流发育的三个阶段并不是时间概念，而只是把河流发育过程中出观的现象(地貌现象)概括为三个具有一定特征的阶段。
一般说来，一条发育历史较长、规模较大的河流，它的上游往往具有幼年期的特征，而中、下游则具有壮年期和老年期的特征。
河道演变规律课件
支的现象。这些汊道的形成和演变与河床的冲刷和堆积作用密切相关。
河道形态演变规律
河道宽度的变化
随着河流的演变，河道的宽度可能会发生变化。在某些情况下，河道的宽度可能会增加， 而在其他情况下，可能会减小。这些变化取决于多种因素，如河水的冲刷和堆积作用、流 域的植被覆盖和水文条件等。
河道坡度的变化
河道的坡度也可能会随着河流的演变而发生变化。在某些情况下，河道的坡度可能会变得 更加陡峭，而在其他情况下，可能会变得更加平缓。这些变化与河床的冲刷和堆积作用、 河水的流速和流域的地形等因素有关。
物理模型法
根据实际河道的形态和特征，制作物理模型进行 实验，观察河道的演变过程。
数值模拟法
利用计算机技术和数值计算方法，对河道演变进 行数值模拟，得到河道的演变规律。
河道演变模拟软件介绍
MIKE
一款专业的河流和水域建模软件 ，可用于模拟河道的演变过程和 洪水灾害等。
HEC-RAS
美国陆军工程兵团开发的一款河 流分析软件，可用于模拟河道的 水流、泥沙输移和河床演变等。
THANKS
感谢观看
公众参与
提高公众的环保意识和参与度，加强河道保护和管理的社 会监督，形成政府、企业和公众共同参与的河道管理格局 。
国际合作
在全球范围内加强河道演变研究的交流与合作，共享研究 成果和经验，为全球河流保护和可持续发展提供支持。
05
河道演变研究的意义与展 望
河道演变研究的意义
河道演变研究有助于深入理解河流地貌的形成与演化过程，为河流治理和保护提供 科学依据。
河道演变研究有助于预测未来河流的变化趋势，为防洪减灾、水资源管理和生态保 护提供决策支持。
河道演变研究有助于促进地球科学、环境科学等相关学科的发展，推动学科交叉与 融合。
沪河新房桥段蜿蜒型河道演变分析
ｏ ｉｅ ｈ ｎ ｅ ｕ ｌｏ ｔ ｅｐ ｏ ｌ＇ ｌ ｅ ｎ ｉｉｇ ｅ ｖｒ ｎ ｎ ｌｎ ｈ ｉｅ ．Ｉ ｒｅ ｏｂ ｉ ｔｒｃ ｎ ｅｖ ｎ ｙ ｐ ｏｅｔ ｆｒｖ ｒｃ ａ ｎ ｌｂ ｔａｓ ｈ ｅ ｐｅ ｉ ｓａ ｄｌ ｎ ｎ ｉｏ ｍｅ ｔａｏ ｇ ｔｅｒｖ ｒ ｎ ｏ ｄ ｒｔ ｕｌ ｗａｅ ｏ ｓ ｒ ａ ｃ ｒ ｊｃｓ ｓ ｖ ｖ ｄ
会 影 响 周 边 人 民 的 生 存 环 境 。为 了 兴 水 利 、 水 害 ， 究 天 然 蜿 蜒 型 河 道 的成 因 及 其 演 变 特 性 具 有 重 要 的 意 义 ， 除 研 本 文 分 析 了 泸 河 新 房 桥 段 河 道 演 变 规 律 ， 该 段河 道 的 治 理 工 作 具 有 一 定 的 指 导 意 义 。 对
要水 源之 一 。
该 河 段 位 于 泸河 新 房 桥至 灞 交汇 口之 间 ， 如 图 １泸河 新 房 桥 段 河 道 平 面 图所 示 。河 段 全 长 约
３７ ｋ 主 河 道 宽 约 在 ８ ． ｍ， Ｏ～ １ ０ ｍ， 均 比 降 ４ 平
ａ ｅｉ ｖ ａ ｅ ｓ ｓ ｅ ｓ，ｉ ｓ ｎ ｃ ｓ ａ ｙ ｔ ｔ ｙ ｔ ｅ ｆ ｍ ａ ｉ ｎ ｃ ｕｓ ｆｎａ ｕ ａ ｉ ｎｄ ｒ ｌｅ ｅ ｗ ｔｒ ｄｉａ ｔ ｒ ｔｉ ｅ ｅ ｓ ｒ ｏ ｓ ｕｄ ｈ ｏｒ ｔｏ ａ ｅ ｏ ｔ ｒ ｌｓｎｕｏ ｈａ ｅ ｎ ｔ ｈａ ａ ｔ ｉｔｃ ． Ｔ ｈ ｕｓ ｃ ｎｎ ｌａ ｄ ｉｓ ｃ ｒ ｃ ｅ ｓ ｉｓ ｒ ｅ
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博导第7讲分汊型河道的演变规律
二、汊道分沙 习惯上用分沙比表示
m
Qm S m Qm S m QS Qm S m Qn S n
S Ks m Sn
m
m m
1 m
Ks
三、汊道演变 一般共同性演变： 平面的移动； 汊内的纵向冲淤； 洲头洲尾的冲淤； 最为显著的是主支汊的易位。 平面的位移主要取 决于河岸的抗冲能力。表 现为横向的移动，有时还 有向下游的移动。
顺直分汊
弓形分汊
弯曲分汊
复杂分汊
4、有收缩节点控制，纵向输沙基本平衡， 水 流稳定、变幅小
第四节
1、分汊型河段的固定 2、分汊型河段的改善
汊道整治
3、堵汊工程（塞支强干）
江心洲/滩演变 洲头的淤长与冲退主要取决于分流区河岸的 展宽与否。 河岸展宽导致洲头淤长；稳定导致冲刷 洲尾的冲淤主要取决于主支汊汇流角大小。 主支汊交角过大，洲尾发生冲刷；较小促使 洲尾淤积
汊道的纵向冲淤 汛期淤积； 枯季冲刷； 总冲淤幅度不大 注意：
主、支汊易位是汊道演变最显著的特点。
上节回顾
蜿 蜒 型 河 道 演 变 规 律 河段特性 演变规律 形成条件 裁弯工程
Hale Waihona Puke 自然河流的河床演变及整治问题
第7章 分汊型河段的演变及整治
(Bifurcated Reach/Braided reach)
第一节 河段的特性 第二节 演变规律 第三节 形成条件
第四节 汊道整治工程
N. Platte: sand-bed
Feshie: gravel-bed
Yellow River: fine-sand bed
长江中下游分汊型河段最多，从城陵矶 至江阴1150km河段内，分汊河段41处，总长 788.9km，占区间总河长68.6%。
水流蜿蜒弯曲起弯点变化规律研究
0引言自然界中的诸条河流，形态各异，仪态万方。
根据其平面型态及演变规律特性的不同，主要分为顺直型、弯曲型、分汊型、游荡型等四类[1]。
其中，弯曲型河流由于数量众多，流域宽广，对人类社会经济发展影响力巨大，是与我们人类的生产生活关系最为贴切紧密的代表性河流[2-3]。
近几十年来，随着我国经济社会的飞速发展，各种生产活动的开展以及大规模城镇建设活动，对包括弯曲型河流在内的各类河流均造成了极大的外在影响[4-7]和胁迫[8]，导致其流域下垫面条件[9-11]发生了巨大变化，原来随着千万年历史时间沉淀形成的相对平衡和稳定的态势被干扰甚至打破。
在此情势下，针对新的上游来水来沙水文条件以及已发生变化的流域下垫面条件，分析确定新情势下的科学稳定河型，对保持河势稳定，达到河流两岸的长治久安，有着极为重要的现实意义[12]。
而其中首要的，是对弯曲型河流的起弯点的研究工作，以求在确定起弯点后，再辅以其下的合理蜿蜒弯曲外形，实现相对稳定的合理河型。
针对该问题，开展了本次在不同坡度、流量条件下的水流蜿蜒弯曲自流动起弯点变化规律试验研究。
1试验组织与开展1.1试验条件本次试验主要在一台由可任意变坡的长2m，宽1.5m 的钢化玻璃面板和便于套绘水流流路变化的辅助构件，以及相关操作设施共同组成的试验设备上进行。
该设备坡度变化范围为：0~90°。
1.2试验内容为探索水流蜿蜒弯曲起弯点的变化规律，试验中选择水流弯曲起弯点距离（从水流自流动的起点，至水流由顺直型态演化到明显弯曲型态的拐点，两者间的直线距离）与水流出流流量、坡度、流速、水流宽度等不同因素的相关关系和规律进行了研究。
试验中的水流出流流量、坡度、流速、水流宽度等在不同的流量和不同的坡度下进行的水流自流动试验中测算获得。
根据试验坡度，流量的差别，对流量、坡度分为3级不同流量级和3级不同的坡度组合。
具体地，按照出流能力大小的不同，流量分为20~40ml/s、40~60ml/s、60~80ml/s 三级流量组，并将其分别命名为流量组1、流量组2和流量组3。
蜿蜒河段的简介
四、蜿蜒性河段的演变
1、演变特性：河湾常处在发生、发展和死亡 的过程中，变化不居。
2、过程：
（2）新河形成
(1)自然裁弯
裁弯以后，由于裁弯形成的 河流比降较大，流速大，水流
第 舶船，运或四 的舶过都过， 停运急会小弯 靠转或造，道 和不过成过的 起便短不渡曲 航，的利段率 也同弯影过半 有时道响长径 困弯，。或和 难急水就过中 。流域港短心
湍较埠，角 ，小而对过 船，言航大
;
第 给河三 生道， 产占下 部去游 门了滩 带农地 来田多 的不为 影利庄 响的稼
蜿地 蜒， 型蜿 河蜒 段形
速度的相互关系论证蜿蜒性河段形成原因
（1）在顺直河道中，主槽附近有犬牙交错的边滩— ———当然还有河岸
（2）当河水流动的时候，就会冲刷河岸，同时冲刷 边滩，使其缓慢的向下移动
（3）此时边滩的移动会弥补河岸的冲刷从而使河岸 的冲刷停止
（4）边滩冲刷速度 河岸的冲刷速度
（5）假设前者小于后者，被冲刷的河道还没来得及 补充，就会出现一个凹岸
第
利 受二
； 到，
威局
胁部
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发道 生顶 决冲 口大 ，提 对，
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程 不
全
对 河 道 良 性 发 育 不 利 ；
第 一 ， 弯 道 减 缓 了 水 流 的
冲
击
力
，
五 、 不 利 因
素
六、治理措施
1 、 河道裁弯 。 裁弯是裁去弯曲河道的弯曲 部分，使水流顺直。 为防止自然裁弯所带来 的弊害，许 多河流采用了人工措施河道裁弯 取直。人工裁弯分直线裁弯和按河势裁 弯。 按河势裁弯是新河的设计按上下河势成微弯 河线（图） ，先开挖小 断面引河，借水流 冲至设计断面，效果较好，广泛采用。自然 裁弯在防 洪方面可降低洪水位或增大泄洪能 力，在航运方面可以缩短航程等。
蜿蜒河道变迁与其对应治理工法的探讨
蜿蜒河道变迁与其对应治理工法的探讨姜书锋;赵玲【摘要】In recent years, with the rapid growth of population and economic development, resource development and utilization are increasing, which lead to river hydrologic environmental change and biological habitats damage. Winding river is the habitat for aquatic animals and plants, so the treatment should follow the laws of nature and environment ethics, to improve the existing river environment and make river corridor, keeping the river ecosystem balanced. This paper mainly studies the treatment of the second section of Zhangcun Reach 44 km south of Lushi County of Yihe River. Through field investigation and test and engineering planning and design, and for the project combining with the ecological design, with corresponding engineering arrangement in meandering river expected effect.%近年来人口快速成长及经济建设需要，随的人类对资源开发利用增加，而导致河道水文因子环境变迁及生物栖息环境严重破坏，河道治理对于蜿蜒河段是供大自然水生动植物栖息，而遵循自然法则与环境伦理演递，改善现有河道环境及造就河道廊道，让河道生态系维持平衡。
河流动力学知识点汇总
河流动力学是以力学、统计学等方法研究河流在水流、泥沙和河床边界三者共同作用下的变化规律的学科。
河流动力学的研究内容：泥沙运动和河床演变。
Chapter1河流：河槽与其流动的水流。
水系：河流干流和支流的总体。
流域：河流的集水区，由分水线包围所构成。
水系形态规律：二相、三维、不恒定、不均匀。
河道级别——越支越低。
分枝比：级别为x河道数目与比x高一级别x+1河道数目的比值。
（1）河道分枝比规律：在任何一个流域内，水系的平均分枝比接近与一个常数。
（2）河道数量规律：在任何一个流域内，随着河道级别的增加，河道数目不断减少，十分接近与一递减的几何数列。
（3）河道平均长度规律：在任何一个流域内，某一级河道的平均长度与其低一级河道的平均长度的比值为一常数，随着河道级别的增加，河道的平均长度倾向与一递增的几何数列。
（4）河道平均纵比降规律：在任何一个流域内，随着河道级别的增加，河道的平均纵比降倾向与一列递减的几何数列。
（5）河道面积规律：在任何一个流域内。
随着河道级别的增加，河道的平均流域面积倾向与一列递增的几何数列。
直接测量等容粒径：相同体积球体的直径。
d=(6V/π)1/3d=(abc)1/3泥沙的粒径测量筛析法水析沉降法泥沙粒径频直方图泥沙粒径分布的描述方法泥沙粒径累计频率分布曲线！！！！泥沙的水下休止角：静水中的泥沙在颗粒之间的摩擦作用下可以堆积成一定角度的稳定倾斜面而不塌落，该倾斜面与水平面的夹角为泥沙的水下休止角。
Chapter2泥沙沉降速度：单颗泥沙在足够大的静止清水中等速下沉时的速度。
也称水力粗度。
泥沙颗粒在静水中下沉时的运动状态与沙粒雷诺数有关。
W=−13.95νd影响泥沙沉速的因素：颗粒形状、边壁条件、含沙浓度、紊动、絮凝。
在具有一定泥沙组成的床面上，逐渐增加水流强度，直到使床面泥沙有静止转入运动，这种现象称为泥沙的起动。
起动流速和起动拖拽力。
泥沙颗粒由静止状态变为运动状态的临界水流条件称为泥沙的起动条件。
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。
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19世纪50年代, 张瑞瑾提出曲折系数大于1.2为蜿蜒型河段 后来根据实测资料
当K> 1.25, 河型为蜿蜒型河段
当K< 1.15,河型为順直型河段
（4）河型判别标准
第六章 蜿蜒型河段的演变及整治 (meander/wandering reach)
“九曲回肠”的长江下荆江河段 渭河下游，滹沱河下游
1、河型判别
曲线长度和直线长度的比值 K=Lc/Ll Lc 为几何坐标长度 Ll 为连接河段两个端点中心的直线长度
（1）曲折系数K
（2）不同河段的曲折系数K 长江 上荆江曲折系数平均值 1.31 下荆江曲折系数平均值 1.89.
由图中可知：
①环流下部的输沙率恒大于上部；且随z值增大，下 部的愈大与上部； ②造成①的原因是与含沙量沿垂线分布有关； ③横向输沙总是不平衡的；净输移量朝向环流下部 所指方向（凸岸）
纵向输沙：长时段基本处于平衡 洪水期： 弯道段大于过渡段 枯水期： 弯道段小于过渡段
泥沙输沙特点：
①泥沙的异岸输移和同岸输移； ②泥沙沿程的聚散现象。 由弯道凹岸冲刷下来的泥沙，一部分被较 强的环流带到本弯道凸岸淤积，其余的被带到 过渡段或下一个弯道的凸岸淤积下来，只有很 小一部分淤积在更下游的过渡段和弯道凸岸。
人工裁弯是一项根本改变河道现状的工 程措施，一旦决策失误，必会适得其反。 因此，事先进行裁弯勘测规划设计，对 裁弯后的河床演变作出预报，并提出相应对 策，然后付诸实施。
一、裁弯规划设计 人工裁弯取直是一种强制性整治措施， 应遵循因势利导的治河原则，使裁弯新河与 其上下游河道平顺衔接，形成顺乎自然发展 的河势。 裁 弯 规 划 设 计
在半径R的单个弯道内，上游起点和下游 中心角θ： 终点辐射线所构成的夹角。
凹岸：凹向水流的河岸。 凸岸：凸向水流的河岸。
过渡段： 两反向弯道之间的直线段。
横断面形态
弯道段： 呈不对称三角形，凹岸一侧坡陡水深， 凸岸一侧坡缓水浅。 过渡段： 呈对称的抛物线形或梯形。
由弯道段至过渡段断面形态沿程是逐渐变化的。
上游到中部---负比降 中部到下游---正比降
凸岸纵比降：
上游到中部---正比降 中部到下游---负比降
注意：
①并不是只有弯道才能形成环流；
②凡是水流弯曲的部位都存在环流；
③不能以河段的弯曲与否，而应以水流的弯曲 与否来判断是否产生环流； ④在弯道内产生的环流称为弯道环流。
水流动力轴线（主流线） 概念: 纵向水流各断面最 大垂线平均流速处的连线 位置: 弯道入口段或者上游的 过渡段，主流偏靠凸岸 一侧 至弯顶稍上部位，主流 才偏靠凹岸（顶冲点） 顶冲点以下相当长的距 离，主流紧贴凹岸
2、横向变化 表现为：凹岸崩退和凸岸相应淤长，弯道相 应移动。
特点：凹 冲凸淤， 断面形态 相似，冲 淤横断面 面积接近 相等。 崩退面积等于淤长面积面积时，横断面变形平衡。
一般的，凹岸抗冲能力较弱，必然导致河 岸崩塌，过水面积增大，引起横向输沙的不平 衡，从而导致凸岸相应总是趋于淤长的。 结论：横断面变形最本质的原因是横向输沙不平衡。
另外，过渡段两岸冲淤变化强度较弱，冲淤 面积接近相等，断面形态保持不变。
3、纵向变化
弯道: 洪水期冲刷，枯水期淤积； 过渡段:洪水期淤积，枯水期冲刷； 在一年内或者一个长时期内保持平衡。
三、突变 1、分类
2、自然裁弯 自然裁弯 撇弯 切滩
自然裁弯
凹岸冲刷、凸岸淤积导致弯道的移动，这种横
向移动导致弯道的曲率半径减小，弯道上下游 的狭颈变窄，直到在洪水期发生自然裁弯。
引河线路 引河规划设计
引河平均形式 护岸工程规划设计
“引河法”是1933年由福格森提出，即在 选定的引河线路上，先开挖出一条断面较小的 引河，利用水流自身能量，塑造成可通过全河 流量的新河。 引河与老 内裁 裁 河主流线 弯 夹角θ不 外裁 >300
引河长度以裁弯比作为控制标准（3~10）。 裁弯比是指裁弯段老河轴线长与引河轴线长之比。 引河横断面一般设计为梯形，边坡系数由土壤 性质确定。
主要从
阐述其演变规律
纵向变化
1、平面变化
表现为：蜿蜒曲折程度不断加剧，河长增加， 曲折系数K也随之增大。
平面形态发生变化的原因是：凹岸的不断 崩退和凸岸的相应淤长，使河湾在平面上不断 发生位移，并且随弯顶向下游蠕动而不断改变 其平面形状。且变化尺度相当大。
注意：平面变化过程中，各河湾之间过渡 段的中间部位基本不变，只是其长短不等。即 蜿蜒形河段的平面变形，基本是围绕由这些中 间部位联成的摆轴进行的。 平面变形虽然比较大但有一点的限度。
纵断面形态
深泓线沿程 起伏相间。
纵向比降 主 泓 线 在 弯 道 段 较 深 主 泓 线 在 过 渡 段 较 浅
二、水流特性
蜿蜒型河段水流运动 受重力及离心惯性力双重作用； 等压面与二力合力垂直 水位沿横向呈曲线变化 凹岸水位高于凸岸水位 弯道水流特点 水面 横比 降 Jz 凹岸和 横向 纵向垂 凸岸的 线平均 环流 纵比降Jx 流速U 水流 动力 轴线
滩是发生在同一河湾的凸岸。 它形成串沟，从而演变为分汊河段。
自然裁弯使得原河弯淤积成牛轭湖；而切滩不会，
自然裁弯对河势的影响要比切滩大的多。
切滩
第四节 裁弯工程
蜿蜒型河段发展到一定程度，常发生自然 裁弯。自然裁弯可能产生不利影响。因此，为 了使其朝有利方向发展，充分掌握主动权，可 以运用河道发展自然规律，进行人工裁弯。
范围内常近似为圆弧形，用其半径表 示弯曲程度。
曲率半径R的大小与河流尺度和动量有关。 330Q 于军 R 大水出大弯， 曲率半径R： 小河出小弯 330Q 欧阳屡泰 R
0.726 max 1.15 0.726 max 1.15
Q, J 为平滩水位时的流量和比降， Qmax 为年均最大流 量， φ=ө 为中心角。
注意： 撇弯时凹岸淤积。
4、切滩
定义：河弯曲率半径适中， 而凸岸边滩延展较宽且较 低时，遇到较大洪水，水 流弯曲半径大于河湾曲率 半径较多，这时凸岸边滩 被水流切割形成串沟，分 泄一部分流量。
切滩原因：凸岸边滩较 低，抗冲能力较差。
监利河湾切滩
5、自然裁弯与切滩的异同
自然裁弯是在两个河弯之间的狭颈上进行的；切
江心滩、洲，但是没有稳定的江心洲滩，顺直而
且宽浅---游荡指标
典型蜿蜒河段
Incised meanders developed in the Goosenecks of the Colorado Plateau
荆江下游河段
本章主要内容
引河开挖
王庵控导切滩导流示意图
二、河床演变估算 基于输沙平衡原理，联解水流和 估 泥沙方程 算 方 数值模拟 —— 平面二维数学模型 法
讨
取水口的布置
论
凸岸的取水口如何布置? 弯道如何防护? 弯曲河段形成条件与机理? 裁弯取直的应用?
水流动力轴线 随着流量的变化而变化: 低水傍岸/低水走弯 高水居中/高水走滩 （顶冲点）低水上提 （顶冲点）高水下挫 河湾形态的影响 R 0.26R
0.73
0
(
B 0.73 ) (QH 2/3 J 1/ 2 )0.23 H
主流线： （水动力轴线）
(a)
(b)
螺旋流： 纵向环流与横向环流结合起来就形成 了螺旋流。
蜿蜒型河段水流运动 受重力及离心惯性力双重作用； 等压面与二力合力垂直 水位沿横向呈曲线变化 凹岸水位高于凸岸水位 弯道水流特点 水面 横比 降 Jz 凹岸和 横向 纵向垂 凸岸的 线平均 环流 纵比降Jx 流速U 水流 动力 轴线
三、输沙特性
横向环流决定了泥沙运动的特点。横向环流 引起横向输沙问题。 横向输沙：
弯道水流凹岸水位高于凸岸水位，存在 水面横比降，最大值一般在弯道顶点附近。 横比降的水体受力特点，会形成横向环 流，环流方向在上部恒指向凹岸，下部恒指 向凸岸。 横比降的存在使得水流纵比降JZ沿凹岸和 凸岸不同。
表层水流结构特点： 弯道存在横比降 凹岸水位恒高于凸岸 纵向出现负比降
凹岸纵比降：
弯道和过渡段泥沙输移能力
河 段 弯 道 段 过 渡 段 时 期 洪 水 枯 水 洪 水 枯 水 H 大 小 大 小 J 大 n 小 挟沙力 大 小 小 大
小（过渡段壅水 大（河段形态 影响） 及沙波影响） 小（下弯道壅水 影响） 大 小 大
第二节 演变规律
一、演变分类 按照缓急程度 一般演变 河床演变 二、一般演变 蜿蜒型河段作为一整体处于不断演变过程中。 平面变化 横向变化 突变 水沙运动
第一节 河段的特性 第二节 演变规律 第三节 整治措施 第四节 裁弯工程
第一节 河段的特性
一、形态特性
平面形态 由一系列正反相间的弯道和介乎其 间的过渡段衔 接而成。 弯道
曲折系数K ： Lc K Ll
过渡段
几个概念
几个弯道?
弯距L：相邻的三个弯道的首尾弯道的弯顶直线距离 相邻两弯顶的横向距离；表征河段摆幅范围 摆幅Bm： 曲率半径R：单个弯道弯曲程度沿程变化，在一定
新河道常发展较快，2～3年即可发展完整。 例如：下荆江自1860~1949年的近90年中，在 太公湖、西湖、古长堤、尺八口及碾子弯等多 处自然裁弯。 又如：渭河下游自1958~1975年，发生了西毕
家、西李家及金滩等8处自然裁弯。
自 然 裁 弯
3、撇弯
定义：当河弯发展成曲 率半径很小的急弯后， 遇到较大洪水，水流弯 曲半径远大于河湾曲率 半径，这时在主流带与 凹岸急弯之间产生回流， 使原凹岸急弯淤积。