河道演变规律(课堂PPT)

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
河道演变规律
1Байду номын сангаас
河床演变的基本原理
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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，
起因于动床水沙两相流的内在矛盾 外部条件的不恒定性造成
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
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河相关系
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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
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
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影响河床演变的主要因素可概括为
河段上游来水量及其变化过程 河段上游来沙量、来沙组成及其变化过程 河段出口处的侵蚀基点高程及河床周界条件等
目前常用的几种演变分析方法
天然河道实测资料分析 运用泥沙运动基本规律及河床演变基本原理、对河床
若需要进一步分析河床演变的细节，则需仔细分析水 沙过程的年内变化情况，特别是研究浅滩河段年内冲 淤变化规律时，涨水和退水时间的长短、沙峰和洪峰 孰先孰后、洪峰与沙峰的峰型及峰量等，往往关系到 浅滩河段年内冲淤变化及碍航情况
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对水道地形观测资料的整理分析
河道平面变化
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对水道地形观测资料的整理分析
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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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
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
间的冲淤量；
根据计算所得冲淤量，绘制沿程冲淤变化图
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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
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
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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；
变形进行理论计算 运用河流模拟的基本理论，对河床演变进行预测 对条件相类似的河段进行类比分析（在所研究的河段
资料不完备的条件下采用）
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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
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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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河床演变的分析方法
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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)
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
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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
这是由于推移质运动往往采取沙被运动形式，而在天然河流上还往往 采取成型堆积体运动形式造成的。沙波和成型堆积体的存在将原来均 匀一致的水流改造成为在近底部分的收缩段和扩张段，也就是加速区 和减速区交替出现的非均匀水流，泥沙在水流加速区发生冲刷，而在 水流减速区发生淤积，其结果使得整体上仍处于输沙平衡状态的河床， 在局部上己处于输沙不平衡状态，同一瞬间河床高程沿流程呈波状变 化；同一空间点河床高程沿时程呈波状变化。
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
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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