河床演变的基本规律.docx

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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

渭河下游蜿蜒型河段

图5-17

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

图5-18蜿蜒型河段的平面及剖面

形态

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。

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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。

从平面变化看，随着凹岸冲刷和凸岸淤长进程的发生，其蜿蜒程度不断加剧，河长增加，弯曲度愈来愈大（图5-20）（邵学军王兴奎）。

但整个平面变形过程，似乎基本上是围绕各河弯之间过渡段的中间部位联成的摆轴所进行（图5-21）。

图5-21下荆江尺八口河弯历史变迁

蜿蜒型河段的另类演变现象是，在特殊条件下可能发生突变。

主要有自然裁弯、撇弯和切滩三类情况。

（1）自然裁弯。

这种现象的发生，首先是由于某些原因使蜿蜒型河段同一岸两个弯道的弯顶崩退而形成急剧河环和狭颈，当狭颈发展到起止点相距很近、水位差较大时，如遇大水年，水流漫滩，在比降陡、流速大的情况下，便可冲开

狭颈而形成新河。

我国长江下荆江、汉江下游和渭河下游河道，历史上曾多次发生过自然裁弯。

图5-22为1950年下荆江碾子湾自然裁弯示意

（2）撇弯。

当河弯发展成曲率半径很小的急弯后，遇到较大的洪水，水流弯曲半径远大于河弯曲率半径，这时在主流带与凹岸急弯之间产生回流，造成原凹岸急弯部位淤积，这种现象称之为撇弯。

下荆江上车湾撇弯如图5-23所示。

（3）切滩。

在曲率半径适中的河湾中，当凸岸边滩延展较宽且较低时，遇

到较大的洪水年，水流弯曲半径大于河岸的曲率半径较多，这时凸岸边滩被水流切割而形成串沟并分泄一部分流量，这种现象称之为切滩。

长江下荆江监利河湾曾于1970年发生切滩，如图5-24所示

图5-24下荆江监利河弯切滩

图5-23下荆江上车湾撇弯

三、分汊型河段

分汊型河段是冲积平原河流中常见的河型之一。

我国许多江河都存在这种河型，特别是长江中下游最多。

分汊型河段的平面形态是，上、下两端窄而中间宽。

中间段可能是两汊或多汊，各汊之间为江心洲。

图5-25为两汊情况。

分流比大于50%勺汊道为主汊，分流比小于50%为支汊。

自分流点至江心洲头为分流区，洲尾至汇流点为汇流区,中间则为分汊段。

图5-26为天然河流分汊河段照片。

分汊型河段的横断面，在分流区和汇流区，均呈中间部位凸起的马鞍形；在汊道段，则为江心洲所分隔的复式断面（图5-28）。

分汊型河段的纵剖面，从宏观看，呈两端低中间高的上凸形态，而几个连续相间的单一段和分汊段，则呈起伏相间的形态，与蜿蜒型河段的过渡段和弯道段的纵剖面形态相似。

图5-29为长江镇扬河段河床纵剖面。

图5-29长江镇扬河段河床纵剖面

分汊型河段的演变，受诸多因素影响而较为复杂。

其共同性的演变规律表现为汊道外形的平面移动，洲头、洲尾的冲淤消长，汊道内河床的纵向冲淤，以及主、支汊的易位。

主、支汊易位是分汊型河段最具历史意义的演变特点。

即在经历一定时期的演变之后，原先的主汊变为支汊，而原支汊变为主汊。

在易位发生过程中，原主汊河床单向淤积，河床抬高，断面尺度缩小；原支汊则单向冲刷，河床下切，断面尺度扩大。

发生主、支汊易位的原因是多方面的，其中最主要的是汊道上游水流动力轴线的摆动，从而引起汊道分流比、分沙比的改变所致。

例如，长江武汉天兴洲汊道、马鞍山江心洲汊道，都是主、支汊易位的例子。

除上述共同的演变规律外，由于分汊类型的不同，分汊型河段尚有其各自的特点。

顺直型分汊河段的演变特点与顺直单一河段基本相同。

微弯分汊型河段，大都是顺直分汊型河段进一步发展演变而成的，这类汊道演变到一定程度，主、支汊逐渐趋向稳定，但当弯曲一汊的凹岸是广阔易冲的河漫滩时，将会发展成鹅头分汊型河段。

图5-30长江陆溪口汊道

1960年后，左汊入口段已淤浅变窄，难以通航，而

鹅头型汊道，由于凹岸一汊既长又弯，另一汊较短且直，原来单一的江心洲，有可能被水流分割成两个甚至几个。

这样，便成为多汊河段。

一经形成多汊，其稳定性就愈来愈差。

例如长江陆溪口汊道，右汊及中汊则逐渐成为通航汊道，如图5-30所示。

四、游荡型河段

游荡型河段是一种有独特地貌特征的河型，在世界各地广泛存在。

我国黄河下游孟津〜高村河段，永定河下游芦沟桥~梁各庄河段，汉江丹江口〜钟祥河段，渭河咸阳〜泾河口河段，都是典型的游荡型河段。

游荡型河段的显著特点是，河床宽浅散乱，主流摆动不定，河势变化急剧。

因此，对防洪、航运、工农业用水等各部门常常带来不利影响。

从平面形态看，游荡型河段河身比较顺直，曲折系数一般不大于1.3。

在较长的范围内，往往宽窄相间，呈藕节状。

河段内河床宽浅，洲滩密布，汊道交织。

如图5-31所示。

图5-31游荡型河段

游荡型河段的河床纵比降较大。

如黄河下游游荡型河段的比降在（1.5〜4.0）x10-4之间，永定河下游约为5.8x10-4，汉江襄阳〜宜城约为1.8x10-4o

游荡型河段的横断面相当宽浅。

图5-32为黄河花园口大断面，河宽竞达数千米，而滩槽高差则很小。

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距离/m

图5-32黄河花园口断面

游荡型河段的主要演变规律如下：

1.多年平均河床逐步抬高。

如黄河下游花园口至高村河段，在1950〜1972

年的20多年内，河床平均抬高速度为5.9~9.7cm/a。

2.年内汛期主槽冲刷，滩地淤积；非汛期，则主槽淤积，滩地崩塌。

从一个水文年看，主槽虽有冲有淤，但在长时期内，仍表现为淤积抬高，而滩地则主要表现为持续抬高。

一部分滩地虽然坍塌后退，但另一部分滩地又会淤长，长时期内变化不大。

3.

主槽平面摆动，摆幅大，河势变化剧烈。

主槽的平面摆动直接与主流的摆动不定有关。

图5-33（a）为永定河芦沟桥以下游荡型河段河势的变化，1920〜

图5-33游荡型河段河势变化

（a）永定河芦沟桥以下河段

（b）黄河柳园口河段

1956年主槽曾发生多次摆动；与之相应滩槽也几经变化。

由此可见，“永定河”的命名，表达了人们对这条河流的美好愿望。

黄河下游游荡型河段的主槽摆动更为剧烈。

据秦厂~柳园口河段的实测资料，在一次洪峰涨落过程中，河槽深泓线的摆动宽度每天竟达130m图5-33（b）为柳园口河段多年河势变化。

由图可知，1951〜1972年主流线沿着4条基本流路多次发生变化，最严重的一次为1954年8月下旬,在一次洪峰过程中，柳园口附近主流一昼夜内南北摆动竟达6km以上，其变化速度是惊人的。