河床演变的基本原理
河床演变基本原理
河床演变基本原理王浩霖 201101021530摘要：河床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。
广义上是指河流形成和发展的整个历史过程；狭义方面则仅限于近代冲积河床的演变发展。
天然河流总是处在不断发展变化过程之中。
而且天然河流的河床形态复杂，演变规律差异很大。
人类在开发利用河流的过程中，要有效地整治河流，必须充分认识河床演变的基本原理及各类河床特殊的演变规律。
本文着重讨论平原冲积河流的问题，但所阐明的基本原理对具有一定冲积层的山区河流也是适用的。
关键字：河床演变基本原理平原冲积河流河型一、平原冲积河流的一般特性1.河床形态与山区河流不同，平原河流的河床形态是在特定条件下水流与河床相互作用的结果，因而具有较强的规律性。
平原河流在平面上具有顺直、弯曲、分汊、散乱等四种外形。
其横断面可概括为抛物线形、不对称三角形、马鞍形和多汊形等四类。
河漫滩和成型堆积体是河床形态中涉及的两个基本概念。
河漫滩是位于中水河槽两侧，在洪水时能被淹没的高滩。
河漫滩既有由侵蚀作用造成的，如石质河漫滩，多见于山区河流，滩面较窄，且向中水河槽一侧倾斜；更多的是由堆积作用造成的，如冲积河漫滩，多见于平原河流，滩面较宽，左右河漫滩分别向两侧倾斜，这是洪水漫滩落淤的结果。
成型堆积体是冲积河流的河底分布着各种形式的大尺度沙丘（尺度远大于沙坡）的统称。
成型堆积体的尺度，包括宽度、深度和长度，和河流的尺度（河宽和水深），是同数量级的。
成型堆积体经常处于发展变化之中，是平原河流河床演变中最活跃的因素。
2.河道水流的一般特性2.1河道水流的基本性质（1）河道水流的二相流特性。
天然河道的明渠流是挟带着泥沙的水流运动，本质上属于二相流。
（2）河道水流的三维性。
河道水流的过水断面一般是不规则的，因此河道水流为三维流动。
过水断面的宽深比愈小，三维性愈强烈。
（3）河道水流的不恒定性。
一方面，来水来沙情况随时空的变化；另一方面，由于河床经常处于演变之中，因此河道水流的边界也随时空变化。
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
博导第2讲 河床演变的基本原理
水位（m）
平原河流水流运动：
流速较小，水面比降平缓，水流流态也较平缓。
长江下游江面开阔，水流平稳
3.5 流速(m/s) 2.5 水深(m)
25 20 15
1.5
水深地方流速大
245 600 900 1200 1500 1900 2250 起点距(m)
单流路河道 （single-thread）
汛期淤积壮大，枯季冲刷萎缩 并有平面位移
多流路河道 （multi-thread） 多流路河道的形态和成因更 为多样化、不易给出一个概括性 强又普遍适用的分类方法。
不同河型及其分类
不同河型及其分类
河道的基本平面形态包括：
单流路河道：顺直、弯曲、蜿蜒摆动 多流路河道：江心洲型、分汊型、游荡型，网 状河道。
特殊的，修建水库后坝上下游发生的冲淤改 变成阶梯式的河流纵剖面，不能认为不变。
空 间 特 征
大范围变形
Deformation covering a large area
局部变形 Deformation covering a small area-
演 变 形 式
Longitudinal deformation eg.坝上游沿程淤积和 坝下游沿程冲刷 横向变形 Transverse deformation
河道自身特点及演变 特征。
第三节
河床演变的基本原理
'
河床演变根本原因：输沙不平衡
Gi t Go t BLyo
动床水沙两相流的内在矛盾 引起输沙不 平衡的原因
外部条件的不恒定性 破坏输沙平衡 维持河床演变
河床演变
（3）山区分汊河流的江心洲和心滩位置比较固定，常以两汊居多，二平原地 区中下游河段经常可见多股分汊。 （4）山区河流河床卵石运动在时间分布上具有明显不连续性。同时，卵石的 输沙率有很大波动。由于山区水流湍急，紊动强度大，床面卵石的排列、 结构、粗化层的形成和破坏以及卵石的补给都会深刻地影响卵石运动。 （5）由于山区河流沿程有不少溪沟入汇，在沟口发育形成冲积扇，其伸入干 流部分称为溪口滩，既影响河床演变又影响航运。被分割的冲积扇以及新 形成冲积扇的向外伸展，常会挤压流路，影响泥沙运动，产生新的成型淤 积体。
三、平原河流的河床演变
1、平原河流主要特征
（1）水文泥沙特性
① ② 平原地区坡度平缓，土壤疏松，降雨够径流系数小，因而汇流时间长。 由于平原河流集水面积大，流域降雨分配不均，支流入汇时间有先有后，故洪水通
常没有猛涨猛落现象，洪水持续时间相对较长，流量变化与水位变幅较小。 ③ ④ 流态相对平稳，没有明显的跌水、泡水、急漩、横流等险恶流态。 悬移质以沙、粉沙、粘土为主。悬沙中床沙质与床面泥沙不断交换且呈饱和状态。
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
（3）泥沙运动
组成山区河流河床的泥沙多为卵石、块石和基岩，而水流挟带 的多为细沙、粉沙和黏土。河床除见裸露段外，一般均覆盖有卵 石，故研究山区河流的河床演变，也就是研究卵石的冲刷、搬运 和沉积过程。
① 卵石运动的间歇性、随机性和运动速度 卵石运动有明显的间歇性，呈现出走走停停、不连续、缓慢的运 动特点，停留时间比运动时间长得多。运动与停留时间和流速大小及 床面粗糙情况有关：流速大，床面光滑，停留时间就短，反之就长。 ① 山区河流卵石运输基本规律 洪水期，除个别特殊河段外，流速普遍较大，卵石大量往下游输 移；枯水期，峡谷和深槽输移强度通常很弱，某些河段甚至完全停止 输移。反映在河谷冲淤变化上则为洪水冲谷於滩，枯水冲滩淤谷。
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
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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”
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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
NEW-河床演变中文补充含小结-lastPPT课件
河道主流线（又称水流动 力轴线）的位置、走向以 及河湾、沙洲、心滩等分 布与变化的态势
河床形态平面的变迁、横 断面形态的变化、河床组 成及河道纵比降的调整等
.
13
决定性因素，它综
三、河床演变的主要影响因素？
合反映了流域对该
对于某一具体河段，主要影响因素通常有：河①段、的影响
Dimentional Analysis
- a powerful tool
Two-Phase (flow and sediment)
Motion:
X, Y, Z, W, etc.
Gradation of sediment grain
Settling / fall velocity
Incipient motion / velocity
的淤变整化理规分律析，；预②测、今利后用发河展流的动趋力势学，原为理对河床变形进行
概河化流理控制论和计治算理；提③供、依通据过河工模型和数学模型试验，对河
床演变进行模拟、预测；④、利用条件相似的河段进行类
比分析。
在对具体河段进行河床演变分析时，实测资料的整理
与分析总是一项基本的，也是非常重要的工作。
.
Flow structure Log-law Turbulence: (Hydraulic smooth, Transitional， and Rough) Shear stress Bed shear stress Shear velocity Hydraulic resistance
2
Sediment
顺直河段河槽中浅滩的阻水作用导致深槽和浅滩冲淤交替 发生，即枯水刷滩，洪水刷槽。
河床演变基本原理 平原冲积河流一般特性、河床演变分类和影响因素 PPT
中水河槽分汊，一般为双汊，也有多汊的. 形态特征 各汊周期性地交替消长。 演变特征
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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
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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
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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： 凹岸冲蚀，凸岸淤长；
河身在无约束条件下向下游蜿蜒蛇行； 约束弯道： 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 2 不同河型的特点
图8-1
3
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
4
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。
5
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）。
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 散乱型或游荡型
江心洲、心滩稳定、成型
河床演变名词解释
河床演变名词解释
河床演变是河流开发过程中发生的连续性变化过程。
它是地貌学和同位素地球化学等学科之间的一个重要接口，它使有机沉积和无机沉积的当量相结合，为形成新的河流沿岸代表和最终湖泊而介入。
河床演变包括以下几个方面：
一、泥沙累积
泥沙累积是河流过程中最基础也是最重要的一个组成部分。
河床物质会在洪水洪侵下被沿河输送和大量累积在河床上。
二、河床腐蚀
河床腐蚀，也称河床侵蚀，通常指的是由洪水通过冲刷和冲积作用，使河段变得更深、更陡，从而改变了原来的河床形态。
三、流通床抬升
流通床抬升是指由潮汐动力或气候变化引起的水位升高，使河床灌溉水淹没而产生的抬升作用。
四、代向床抬升
代向床抬升是指水流伴随沉积物被累积到河床上，从而使河床升高而发生的抬升作用。
五、地形抬升
地形抬升是指随着构造活动造成地形变化，导致山脉变高，从而导致河床抬升而发生的作用。
六、河流分支
河流分支是指河流在河流淤积变化下，由于水流路线被阻挡，新的支流形成的现象，从而改变了河流的分要结构。
七、河口展开
河口展开是河口在河道演变过程中，河口处的河流广度和深度发生对比，导致河口往海洋方向展开，使得河口的宽度和海岸功能越来越重要的演变现象。
河床演变
3.1主要问题
理论
目前国内外对河床演变中的诸如河床自动调整机理、河相 关系、不同河型的成因等重要问题，并无完全一致的定论，许 多方面尚在争议之中 。 河型转化过程在时间和空间上的非线性特性。时间上；河 型转化过程中因水沙条件变化过程的统计涨落而可能出现的突 变现象 。空间上；局部河势的发展趋势有可能完全不同于整体 河段的河型转化趋势 对边界条件的限定和对河流系统的判定（开放系统还是封闭 系统）。 变量 径流过程、水力比降、含沙量、泥沙粒径等主要控制变量 引发的河型转化既可能是渐变、也可能是突变。
稳定性理论：由稳定性理论出发研究河形问 题的方法，一般都是先假定河床上有一个小 的周期性的可衰减、可增大也可稳定的扰动， 结合反映床面沙波形态的阻力公式及泥沙纵 向和横向输沙的连续方程求解得到扰动传播 的有关参数，最后根据初始扰动有关参数随 时间变化的稳定性分析或根据假定来给出相 应的河流平面形态。
1.5河型分类
国外：Leopold 和Wolman的顺直、弯曲、辨 状3 种。 Leopold 和Wolman的分类法偏重于平 面形态的描述, 没有明确区分不同类型河流 的演变特性 国内：顺直型，弯曲型，游荡型，分汊型
2.1河型转化机理及判别指标
关于河型的成因及转化有不同的出发点， 也有不同的成果，大致有如下几类：从河道 边界组成出发；从河道形态出发；从地壳运 动出发；从水动力学出发；从能量耗散出发； 从来水来沙条件出发。
河床演变
1.概念定义
河床演变是指河流在自然条件下，受两 岸的土质、植被影响，或受人工建筑物的影 响时所发生的变化，是水流与河床相互作用 的结果，水流作用于河床，使河床发生变化， 河床的变化又反过来影响水流结构。水流与 河床构成一个矛盾的统一体，他们互依互存、 相互影响、相互制约。不同类型河流的河床 演变规律各不相同。
河流动力学2007-C5河床演变for教学楼
涵
义
广义：河道从河源到河口所流经河谷的各个部分 的形成和发展的全部历史，属地貌学的研 究范畴 狭义：只限于近代冲积河道的演变发展，属河流 动力学的研究范畴
河床演变常见的现象
垂向上的上抬下切 横向上的拓宽和缩窄 局部地形的左右、上下摆动
0
第五章 河床演变
5.1 河床演变的基本概念 5.1.1
二
第五章 河床演变
5.1 河床演变的基本概念 5.1.3
㈡水流与河床的自动调整作用
水流与河床的自动调整作用：河床变形是由于输沙不平衡引起的， 而河床变形本身又是朝着输沙平衡的方向发展的。
三、河床演变的基本原理
㈠河床演变的基本原理是水流与河床的自动调整作用
①S ①S S S S S ②S ②S S S
第五章 河床演变
5.3 弯曲河道的演变
㈠河道平面形态
一、演变特点
5.3.1.1
中水河槽左右弯曲，两个反弯河段由直线段过渡，主流蜿蜒曲折(图) 河底高低不平，滩槽相间，弯道为深槽，过渡段为浅滩，滩槽水深
相差较大(图) 。
㈡常出现的地方
河谷较宽，两岸无对称控制 河床、河岸易冲，河岸更易冲 流量变幅小，中水历时长 比降平缓，流速不大 一般出现在河流的中下游，我国分布很广。
水流与河床的相互作用是通过泥沙交换进行的；河床组成变化是水 中泥沙与河床泥沙相互交换实现的；输沙不平衡，必然引起河床的 各种变形。
一
第五章 河床演变
5.1 河床演变的基本概念 5.1.2
㈠从变形的表现形式分
二、河床变形分类
①纵向变形：河床沿程纵深方向发生的变形(图5-1) ②横向变形：河床沿垂直于流向的水平方向上发生的变形(图5-2)
11.4.7(6周)四 11.4.12(7周)二 11.4.14(7周)四
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
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。
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
河床演变的基本原理
河床演变的基本原理河床演变的基本原理第二节河床演变的基本原理自然界的河流无时不刻都处在发展变化过程之中。
在河道上修建各类工程之后，受到建筑物的干扰，河床变化将人为加剧。
由于山区河流的发展演变过程十分缓慢，因此，通常所说的河流演变，一般系指近代冲积性平原河流的河床演变。
河流是水流与河床相互作用的产物。
水流与河床，二者相互制约，互为因果。
水流作用于河床，使河床发生变化；河床反作用于水流，影响水流的特性。
由因生果，倒果为因，循环往复，变化无穷，这就是河床演变。
水流与河床之间相互作用的纽带一泥沙运动。
泥沙有时因水流运动强度减弱而为河床的组成部分，有时又因水流运动强度的增强而成为水流的组成部分。
换句话说，河床的淤积抬高或冲刷降低，是通过泥沙运动来达到和体现的。
因此，研究河床演变的核心问题，归根结底，还是关于泥沙运动的基本规律问题。
一、河床演变分类天然河流中，河床演变的现象是多种多样的，同时也是极其复杂的。
根据河床演变的某些特征，可将冲积河流的河床演变现象分为以下几类：（1）按河床演变的时间特征，可分为长期变形和短期变形。
如由河底沙波运动引起的河床变形历时不过数小时以至数天；蛇曲状的弯曲河流，经裁直之后再度向弯曲发展，历时可能长达数十年、百年之久。
（2）按河床演变的空间特征，可分为整体变形和局部变形。
整体变形一般系指大范围的变形，如黄河下游的河床抬升遍及几百km的河床；而局部变形则一般指发生在范围不大的区域内的变形，如浅滩河段的汛期淤积，丁坝坝头的局部冲刷等。
（3）按河床演变形式特征，可分为纵向变形、横向变形与平面变形。
纵向变形是河床沿纵深方向发生的变形，如坝上游的沿程淤积和坝下游的沿程冲刷；横向变形是河床在与流向垂直的两侧方向发生的变形，如弯道的凹岸冲刷与凸岸淤积；平面变形是指从空中俯瞰河道发生的平面变化，如蜿蜓型河段的河弯在平面上的缓慢向下游蠕动。
（4）按河床演变的方向性特征，可分为单向变形和复归性变形。
第三章河床演变2007
二、河相关系式
• 1、纵剖面河相关系式： • 河床纵剖面是非连续的光滑曲线，一般呈波 浪形或阶梯型。在实际问题分析中，近似处 理成连续的光滑曲线 • 纵比降：沿程河相关系 1.3 黄河下游 J=41d50 荆江河段 J=25d50
2.38
河流纵剖面及其影响因素
• 纵剖面一般是下凹的，可用指数、对数或幂函 数曲线描述。 • 下凹度，A 为一半河道长度处，河底距纵剖面 上下游端点连线的长度。
三、河床演变的特点
• • • • • 1、河床演变的绝对性； 2、影响河床演变因素的相对性 3、河床变形的集中性； 4、河床变形的滞后性； 冲积河流的河道形态是在一定外界条件 下由水流和泥沙运动塑造而成的。演变 的物理过程涉及到的变量很多，可以应 用的力学和数学定律及条件却不够，许 多问题不能进行精确的分析运算，常常 需要依赖于简化假定。
• 马卡维也夫计算方法： • (1) 将历年或典型年的流量分级； （2）确定各级流量出现的频率； （3）绘制河段的Q~J关系； m （4）计算每级流量的Q JP m • (5)绘制Q~ Q JP关系； m • （6）从图中查出Q JP最大值的Q。 • 平滩流量（bankfull discharge） • 平滩水位（bankfull stage) ：指在滩槽分明的河道 里，主槽充满后，与新生河漫滩表面齐平的水位。
2、河道演变过程研究的时间尺度
• Schumm在1971年提出可以把时间尺度分为三 种：稳定时段（量级为天）、准衡时段（量级 为百年）和地质时段（量级为百万年）。 • 对于实际工程有重要影响的的泥沙输运问题其 时间尺度限于百年以内，流域中的气候、地形、 植被、岩性可视为确定的自变量，地质构造可 以忽略，侵蚀基面视为稳定。河道形态的因变 量包括：流量、输沙率、泥沙粒径、河谷比降、 岸壁阻力等。如果研究的是地质时间尺度，则 气候、地形、植被、岩性不再是确定的自变量， 而为不确定因变量。见表6-1。
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第二节河床演变的基本原理
自然界的河流无时不刻都处在发展变化过程之中。
在河道上修建各类工程之后，受到建筑物的干扰，河床变化将人为加剧。
由于山区河流的发展演变过程十分缓慢，因此，通常所说的河流演变，一般系指近代冲积性平原河流的河床演变。
河流是水流与河床相互作用的产物。
水流与河床，二者相互制约，互为因果。
水流作用于河床，使河床发生变化；河床反作用于水流，影响水流的特性。
由因生果，倒果为因，循环往复，变化无穷，这就是河床演变。
水流与河床之间相互作用的纽带—泥沙运动。
泥沙有时因水流运动强度减弱而为河床的组成部分，有时又因水流运动强度的增强而成为水流的组成部分。
换句话说，河床的淤积抬高或冲刷降低，是通过泥沙运动来达到和体现的。
因此，研究河床演变的核心问题，归根结底，还是关于泥沙运动的基本规律问题。
一、河床演变分类
天然河流中，河床演变的现象是多种多样的，同时也是极其复杂的。
根据河床演变的某些特征，可将冲积河流的河床演变现象分为以下几类：
（1）按河床演变的时间特征，可分为长期变形和短期变形。
如由河底沙波运动引起的河床变形历时不过数小时以至数天；蛇曲状的弯曲河流，经裁直之后再度向弯曲发展，历时可能长达数十年、百年之久。
（2）按河床演变的空间特征，可分为整体变形和局部变形。
整体变形一般系指大范围的变形，如黄河下游的河床抬升遍及几百km的河床；而局部变形则一般指发生在范围不大的区域内的变形，如浅滩河段的汛期淤积，丁坝坝头的局部冲刷等。
（3）按河床演变形式特征，可分为纵向变形、横向变形与平面变形。
纵向变形是河床沿纵深方向发生的变形，如坝上游的沿程淤积和坝下游的沿程冲刷；横向变形是河床在与流向垂直的两侧方向发生的变形，如弯道的凹岸冲刷与凸岸淤积；平面变形是指从空中俯瞰河道发生的平面变化，如蜿蜒型河段的河弯在平面上的缓慢向下游蠕动。
（4）按河床演变的方向性特征，可分为单向变形和复归性变形。
河道在较长时期内沿着某一方向发生的变化如单向冲刷或淤积称为单向变形，如修建水库后较长时期内的库区淤积以及下游河道的沿程冲刷；而河道有规律的交替变化现象则称为复归性变形，如过渡段浅滩的汛期淤积、汛后冲刷，分汊河段的主汊发展、支汊衰退的周期性变化等。
（5）按河床演变是否受人类活动干扰，可分为自然变形和受人为干扰变形。
近代冲积河流的河床演变，完全不受人类活动干扰的自然变形几乎是不存在的。
二、影响河床演变的主要因素
影响河床演变的主要因素，可概括为进口条件、出口条件及河床周界条件三个方面。
进口条件主要包括：河段上游的来水量及其变化过程；河段上游的来沙量、来沙组成及其变化过程。
出口条件主要是出口处的侵蚀基点条件。
通常是指控制河流出口水面高程的各种水面（如河面、湖面、海面等）。
在特定的来水来沙条件下，侵蚀基点高程的不同，河流纵剖面的形态及其变化过程会有明显的差异。
河床周界条件泛指河流所在地区的地理、地质地貌条件，包括河谷比降、河谷宽度、河底河岸的土层组成等。
三、河床演变的分析方法
由于天然河流的来水来沙条件瞬息多变，河床周界条件因地而异，河床演变的形式及过程极其复杂，现阶段要进行精确的定量计算，尚有不少困难，但可借助某些手段对河床演变进行定性分析或定量估算。
现阶段常用的几种分析途经如下：
（1）天然河道实测资料分析；
（2）运用泥沙运动基本规律及河床演变基本原理，对河床变形进行理论计算；（3）运用模型试验的基本理论，通过河工模型试验，对河床演变进行预测；（4）利用条件相似河段的资料进行类比分析。
上述几种分析方法，可以单独运用，也可以综合运用。
对于一些重要河流的重要研究课题，有条件时应运用各种方法进行综合研究和论证，以求得到可靠的结论。
上面四种方法中，天然河道实测资料分析方法，是最基本、最常用的方法。
这种方法主要包括以下分析内容：
河段来水来沙资料分析：来水来沙的数量、过程；水、沙典型年；水、沙特性值；流速、含沙量、泥沙粒径分布等。
水道地形资料分析：根据河道水下地形观测资料，分别从平面和纵、横剖面对比分析河段的多年变化、年内变化；计算河段的冲淤量及冲淤分布；河床演变与水力泥沙因子的关系等。
河床组成及地质资料分析：包括河床物质组成；河床地质剖面情况等。
此外，还有其它因素，如桥渡、港口码头、取水工程、护岸工程等人类活动干扰影响的分析等等。
在对上述诸多因素的分析后，再由此及彼、由表及里地进行综合分析，探明河床演变的基本规律及主要影响因素，预估河床演变的发展趋势，为制订合理可行的整治工程方案提供科学依据。
四、河床演变的基本原理
河床演变的具体原因尽管千差万别，但根本原因可归结为输沙不平衡。
考察
任意一条河流的某一特定区域BL(B、L分别为河宽及河长)，当进出这一特定区域的沙量Go、G i不等时，河床就会发生冲淤变形，写成数学表达式应为
G iΔt― G oΔt =ρ,BLΔy o (5-1) 式中，G o、G i分别为流入及流出该区域的输沙率；Δy o为在Δt时段内的冲淤厚度，正为淤，负为冲；ρ,为淤积物的干密度。
显然，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，河床将淤积抬高；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。
这就说明，河床演变是输沙不平衡的直接后果。
引起河流输沙不平衡的原因是异常复杂的，主要涉及到上游来水来沙条件、出口侵蚀基点条件以及河床周界条件等方面。