弯曲宽浅河段水流运动特性及河道冲淤演变分析

本段 为 弯道段 ， 道 的右岸 为 凹岸 ， 岸为 凸岸 ， 河 左 断
面形 态是 典型 的不 对称 “ ” ， 流运 动也 显 现 出弯 道 Ｖ型 水
水流 的特 征 ： 道深 泓 位 于 凹 岸 ， 河 枯水 期 水 流在 主 槽 内
降则大于凸岸。弯顶以上的水面纵 比降宽浅河段既具有 弯曲型河流的一般特点 ， 弯 又具有 自身特殊的特点和 演变规律 。该文 以汉江兴 隆至新泗港这 一
典型 的弯曲宽浅河段 为例 ， 用 ２ ０ 利 ０ ５年 实测河道地形与水流 资料 ， 采用数 学模 型计 算模 拟 了河段 内的水流运动 ， 究了弯 研
速 横 向分 布均 为不对 称 形 态 ， 主流 靠 近本 河段 的 凹岸 ， 即左岸 。 当流量 增加 时 ， 主流也 逐渐 离开 凹岸 。
２ １ ２ 流速 的沿程 变化 ．． ２ 水 流运 动特 性分 析
表 ２给 出 了不 同流 量 级 下 断 面最 大 垂 线平 均 流 速 的统计 结果 。从 表 中可 以看 出 ：
以定性 比较 不同流 量 级 水 流运 动 变 化 规 律 。计 算 边
界条 件见 表 １ 。
表 １ 水 流 运 动 计 算 边 界条 件
流动 ， 此时 流速分 布也 呈 现不对 称性 ， 主流贴 近 凹岸 ， 凸
岸 边滩 处 流速较 小 ； 随着 流量 的增加 。 流漫 滩 ， 时流 水 此
（ ．广 东省 水利 水 电科 学研 究院 ， 东省 水动 力学应 用研 究重 点 实验 室 ， 东 广 州 ５ ０ １ ； １ 广 广 １６０ ２ ．中水珠 江规 划勘 测设 计有 限公 司 ， 东 广 ｔ ５０ １ ； 广 ＇ １６ ０ １ ＂ ｔ
３ ．武 汉大 学水 资源 与水 电工程 科 学 国 家重 点 实验 室 ， 北 武汉 湖
２１ 流 速分 布 的沿程 变化 ． 兴 隆河 段 由两段 顺 直过渡 段 、 个 弯道 与弯 道 的衔 一 接 段 以及两 个 弯道段 组 成 ， 河 道 边 界 的 约束 ， 流 运 受 水
动 表现 出不 同 的特 点 。一 方 面不 同河 段 流 速 横 向分 布 形 态不 同 ； 另一方 面 ， 随着 流量 的增 加 ， 流速分 布 的形态
关 键 词 ： 曲 宽浅 河段 ； 流 运 动 ； 弯 水 河床 冲 淤 ； 江 兴 隆 至 新 泗 港 段 汉
中图分类号 ：Ｖ ４ Ｔ １７
文献标识码 ： Ｂ
文章编号 ：０ ８— ｌ２ ２ １ ）７— ０ ０— ４ １０ ０ １ （ ０ １ ０ ０ １ ０
引 言
型 的弯 曲宽浅 河段 ， 由长 坨 垸顺 直过 渡 段 、 天 星 弯 道 满 与聂 家场 弯道 两个 反 向弯 道 段 组 成 。兴 隆 闸 至 长坨 垸
当流量 增 大时 ， 流漫滩 ， 水 断面过 水 面积增 大 ， 水面 比降
急剧 减小 ， 为 ０ ５ ‰ ～ ． １ ２ 约 ． １ 。 ０ ９ ％ ～３ 和 ３ ～４ 河 段
速 横 向分 布仍然 为不 对称 形态 ， 但最 大流 速位 置开 始离
开 右岸 （ 凹岸 ） 向河 心移动 。 ，
３ ）聂 家场 滩段
本 段 同样为 弯道 段 ， 与 上 游 的满 天 星滩 段 反 向 ， 但 因此其 流速 分布 也 与满 天 星 滩段 不 同 ： 同流 量 下 ， 不 流
１ １ 河 道概 况 ．
兴 隆至 新泗 港河 段位 于汉 江下 游 河段 的 中段 ， 起 上
兴隆镇 ， 至新泗港 ， 下 长为 ２ 余 ｋ ０ ｍ。河段上接多宝湾 弯道段 ， 下与泽 Ｅ弯道相连。兴隆至新泗港河段属于典 ｌ
流量时的河床地形与数模计算地形不相匹配 ， 但仍然可
收稿 日期 ：０ １ ０ ２ １ — ５—１ ０；
比降 随着 流量 的增 加呈 减 小 的趋 势 ： 量 较 小 时 ， 面 流 水
图 ３ 不同流量下水流动力轴线示意
表 ４ 不 同流 量 水 流 动 力轴 线 曲 率 半 径
比降较大 ， 流量较大时， 面比降减小。例如 当流量小 水 于 ２７ ７ ｓ ， 面 比降较 大 ， 为 １３％ｅ ． １ ； １ｍ ／ 时 水 约 ．３ ～２８％ｏ
曲 宽 浅 河段 水 流 的 运 动 特 性 ． 包括 河 道 流 速 分 布 的 沿程 变化 、 面 纵 比 降 的 变化 和 水 流 动 力 轴 线 年 内的 摆 动 等 ， 探 讨 了 水 并
弯曲宽浅河段 水流运动与河床 冲淤 演变之 间的关 系。研 究成果为航运 、 防洪、 取水等部 门提供 了基 本资料。
２１ ０ １年 ７月 第 ７期
广 东 水 利 水 电
Ｎ ． Ｊ１ ０ １ ｏ７ ｕ． １ ２
这 种现 象 在 凹 、 凸岸 均 存 在 ， 以 凹岸 更 为 明 显 。这 些 而 现 象都 是 由弯道 的水 流特 性决 定 的 。
２７ ７ ｓ ，二 者 的 差 距 逐 渐 增 加 ，当 流 量 为 １ｍ ／ 时
１ ）断 面最 大 垂 线 平 均 流速 沿 程 变 化 的 主要 特 征 是， 满天 星 弯道段 的流速 小 于 其 上 游兴 隆 至长 坨 垸 ， 也 小 于其 下游 的聂 家场 弯道段 。每一级 流量 下 ， 断面最 大 垂线 平 均流 速值 均 出现 在满 天 星弯顶 下游 的 ３断 面 。
一
１５０ 满天 星 弯道段 弯 顶 处 河 宽很 大 ， 岸 堤距 最 宽 ０ ｍ； 两 处 为 ５ ｍ， ｋ 其下 逐 渐 缩 窄 ， 图 １ 见 。兴 隆 至 新 泗 港 河 段 河床 、 岸抗 冲性 较差 ， 河 无论 在顺 直 过渡段 还 是弯 道段 ，
主流 摆 动较 大 ， 滩变 化频 繁 Ｊ 洲 。
同流 量下 ， 曲宽 浅河 段 水 流 动 力 轴 线 的摆 动情 况 ， 弯 并
探讨 弯 曲宽浅 河段 水 流 运 动 与河 床 冲淤 演 变 之 间 的关 系 。采用 ２０ ０５年 实 测水 面 线 和 典 型 断面 流 速 资料 ， 对 模 型进行 率定 和验 证 ， 定 和 验 证 的结 果 较 好 ， 合 水 率 符 力计 算规 范 的要求 。本文 用 到 的高 程 均为黄 海 高程 系 。
为 流速较 小 的缓 流 区。 ２ ）满天 星滩 段
计算结果表明： 同河段水面比降不 同， 不 水面 比降 总体呈沿程减小的趋势。兴隆 闸到长坨垸顺直过渡段 的比降最大， 满天星弯道下段和聂家场弯道段的比降相 对较缓。其中， 进入弯道 以后 ， 弯顶 以上 ， 凸岸水面比降
较陡 ， 凹岸 很缓 ， 凸岸 比降 大 于 凹岸 ， 顶 以 下 ， 岸 比 弯 凹
修 回 日期 ：０ １— ５一ｌ ２１ ０ ８
作者简介 ： 吴娱 （９ ４一） 女 ， １８ ， 硕士研究生 ， 主要从 事环境与＿ 丁程泥沙 和治河 防洪方 面的研究。
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１ ・ ０
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吴娱 ， ： 曲宽浅河段水流运 动特 性及河道冲淤演变分析 等 弯
Ｎ ． Ｊ１２ １ ｏ７ ｕ．０ １
９５ ３ ｓ ， 家 场 弯 道水 流 动 力 轴 线 的 曲 率 半 径 达 ２ｍ ／ 时 聂 到 ５６ ｌ 远大 于满 天星 弯道 的 １８６ １ｍ， ５ ｍ。
弯道水流在作曲线运动时， 要求有一定的向心力 ， 而
且汛期弯道 壅水 ， 凹岸 比凸岸 壅水 的幅 度要 大 ， 这样 水 面 要产生横 比降 ， 弯顶 处 的横 比降最 大 。水 流 进 入 弯道 而
道 右侧 ， 河道 断面 形 态呈不 对称 的“ 型 。枯 水期 由于 Ｖ” 水 流主要 在 河道 主槽 内流 动 ， 流速 的横 向分 布不对 称程 度较 低 ， 随着 流量 的增 加 ， 流逐 渐 漫滩 ， 水 该段 断 面流速
１ ）不 同河段 水面 比降的变 化
横向分布不对称状开始加剧 ， 主流位于河道右侧 ， 左侧
为多 宝湾 弯道 与满 天星 弯道 之 间的顺 直过 渡段 ， 段进 河 口处 宽 约 为 ３ ０ 往 下 游 逐 渐 放 宽 ， 口 处 宽 达 ０ ｍ， 出
弯 曲宽 浅河 段 除 了具 有 一 般 性 弯 曲河 段 所 具 有 的 存 在横 比降及环 流 ， 以及 深槽 及航 道一 般位 于 弯道 凹岸 等 特点 外 ， 还具有 河槽 较 宽 、 滩槽 高差 不大 、 床不抗 冲 河 等 特点 。 因此 ， 在年 内以及年 际 间来水 来 沙条 件改 变 的 情 况下 ， 曲宽 浅河 道 水 流结 构 （ 速 、 面 比 降 、 流 弯 流 水 水 动 力轴 线 等 ） 随 之 发 生 相 应 变 化 ， 势 必 对 航 道 、 将 这 防 洪、 取水 等 工程 产 生影 响 Ｊ 。这些 变 化 和 影 响有 别 于
般性 的 弯 曲河 段 。 本 文 采用美 国密西 西 比大 学研 发 的 Ｃ ＨＥ Ｄ数 学 Ｃ ２
模 型模 拟 其 水 流 运 动 ， 以汉 江 兴 隆 至新 泗 港 河 段 为 并 例 ， 究 弯 曲宽浅 河段 水 流 的 运 动 特性 ， 析 断 面 流速 研 分 分布 和水 面纵 比降 的沿 程变 化 和随 流量 的变 化 ， 究不 研
１ 概况
图 １ 兴 隆 至 新 泗 港 河 段 河 势 示 意
１２ 水流 运动 计算 条件 ． 水 流 运动 规律 的 计算 采 用 ２ ０ ０５年 １ 枯 水 期 实 １月 测河床 地形 ， 择从 枯水 流量 到洪 水 流量共 ５个 流量 级 选 进行计 算 ， 尽管 洪水 期 河 床 地 形将 会 发 生 变 化 ， 即洪 水
直段
兴
新 泗 港
２ ２ 水 面 比降 的变化 ． 表 ３列 出了不 同流量 下河 段水 面纵 比降 。
表 ３ 不同流量水面纵比降 （ 。 ‰）
图 ２ 断面 垂 线 平 均 流 速 的横 向分 布
２ １１ 不 同河段 流速 横 向分布 形态 特点 ．．
１ ）兴 隆至 长坨 垸 兴 隆至 长坨垸 河 段为顺 直 过渡段 ， 河道深 泓 位于河
后 ， 比降的取得 通过 凸岸水 面急剧 降 低 ， 凹岸水 面升 横 而 高来实现 ， 过了弯顶 以后 ， 凸岸水位 回升 ， 凹岸水位 较大 幅
度降低 ， 渐渐与 下游水 面线 的衔 接。所 以 ， 在弯 顶 以上 凸
岸纵比降大于凹岸， 而弯顶以下 ， 则正好相反。
２ ）不 同河 段水 面 比降 随流量 变化 的规 律不 同 不 同河 段 的水 面 比降均 随流量 的变化 而改 变 ， 变 但 化 的规 律 不 同 ： １ ～２ 为顺 直 段 到 弯 顶 河 段 ， 着 流 量 随 的增加 ， 道 的壅水 作用 逐 渐 显 现 出来 ， 弯 因此 １ ～２ 的
２ ）同一 断 面最大 垂线 平均 流速 随着 流量 的变化 逐
渐增 大 。
表 ２ 断面 最 大 垂 线 平 均 流速
变 化也 不 同 。在 ２０ ０５年 １ １月地形 上 ， 同流量 下 断 面 不 垂线 平均 流 速 的横 向分 布计 算 结 果见 图 ２ 。其 中 ， １断 面位 于顺 直段 ， 面位 于第 一 个 弯 道 顶 部 ， 面位 ２断 ３断 于第 一 个弯 道与第 二个 弯道 之 间 的衔 接 段 ， 面 位 于 ４断 第二 个弯 道 的顶部 ， ５断面位 于第 二个 弯 道 出来 后 的顺
第 ７期
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广 东 水 利 水 电
ＧＵＡＮＧＤ０ＮＧ ＡＴＥＲ Ｗ ＲＥＳ ０ＵＲＣＥＳ ＡＮＤ ＨＹＤＲＯＰＯＷ ＥＲ
Ｎｏ ７ ．
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弯 曲宽 浅河 段水流运动特性及河道冲淤演变分析
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