河道演變規(guī)律(共5頁(yè))

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上河道演變規(guī)律及其機(jī)理研究摘要：我國(guó)河流分布廣泛，與人們生活和國(guó)民經(jīng)濟(jì)建設(shè)密切相關(guān)。河道演變是河流動(dòng)力學(xué)一個(gè)重要的研究方向，其相關(guān)研究對(duì)于整治河道，航運(yùn)，水利工程，生態(tài)保護(hù)等方面有著重要的意義。本文從河道演變基本概念入手，對(duì)河道演變的影響因素及各種不同天然河道的演變規(guī)律進(jìn)行了比較全面的描述，并對(duì)河道整治提出了相關(guān)的建議。關(guān)鍵詞：河道演變；關(guān)鍵因素；演變規(guī)律引言天然河流總是處在不斷發(fā)展和變化之中，在河道上修建水利工程、治河工程或其他工程后，受建筑物的干擾，河床變化將更為顯著。人類在開發(fā)利用河流的過程中，要有成效地興利除弊，必須采取整治措施。要有效地整治河流，必須充分認(rèn)識(shí)河

2、道演變的基本原理及各類河床特殊的演變規(guī)律。1.河道演變的基本概念河道演變系指在自然情況下或者在受人工建筑物干擾情況下所發(fā)生的變化。這種變化是水流和河床相互作用的結(jié)果，河床影響水流結(jié)構(gòu)，水流促使河床變化，兩者相互依存，相互制約，經(jīng)常處于運(yùn)動(dòng)和發(fā)展的狀態(tài)之中。水流和床沙的相互作用是以泥沙運(yùn)動(dòng)為紐帶的。在一種水流的情況下，通過泥沙的淤積使河床升高；在另一種水流的情況下，通過泥沙的沖刷，使河床降低。因此，河道演變的規(guī)律是以泥沙運(yùn)動(dòng)的規(guī)律為基礎(chǔ)的。但是，自然河道的演變過程極為復(fù)雜，往往不能直接從泥沙運(yùn)動(dòng)的基本規(guī)律得到充分解釋。因此我們必須更進(jìn)一步對(duì)河道演變的基本規(guī)律進(jìn)行探討，才能解決我們所面臨的各種河道

3、演變的預(yù)測(cè)問題。河道演變的對(duì)象有廣義和狹義之分。廣義的方面在時(shí)間應(yīng)包括河道生成和發(fā)展的歷史過程，在空間上應(yīng)包括河道所流經(jīng)的河谷的各個(gè)部分；而狹義的方面只限于近代的、河道本身的變化。河道演變發(fā)生演變的根本原因是輸沙的不平衡造成的河床變形長(zhǎng)期積累的結(jié)果。所謂的輸沙平衡是對(duì)時(shí)間或空間的平均情況而言，即使在這種情況下的的輸沙平衡，也只是相對(duì)的，絕對(duì)的輸沙平衡在自然界中是不存在的，所以河床總是處在不斷發(fā)展變化中。2.河道演變的影響因素影響河道演變的因素是極為復(fù)雜的，但歸結(jié)起來(lái)，最主要的因素不外乎氣象、地質(zhì)、地理等方面。在研究這些因素最河道演變的影響時(shí)應(yīng)該區(qū)別兩個(gè)問題。一個(gè)是河流形成的歷史過程，另一個(gè)是河

4、流目前的河道演變特性。就河流形成的歷史過程來(lái)看，其主要作用的動(dòng)力因素有如下四種：地殼的構(gòu)造作用、水流作用、冰川作用和風(fēng)化作用，其中最主要的因素是水流作用，其他因素不能單獨(dú)創(chuàng)造河道，它們只能在在河道形成過程中配合水流的侵蝕、搬運(yùn)和堆積作用，對(duì)河道產(chǎn)生一定程度的影響。就河道目前的演變特性而言，與河道的形成不同，完全取決于上述動(dòng)力因素在現(xiàn)階段的情況。由于冰川作用僅限于部分河流的河源地區(qū)，地質(zhì)構(gòu)造運(yùn)動(dòng)和風(fēng)化作用進(jìn)行的異常緩慢，因此在研究河流目前的河道演變特性，可以只著眼于現(xiàn)階段的水流作用，尤其是水流與河床的相互作用。對(duì)于任意具體河段，影響水流與河床相互作用的因素主要由以下四點(diǎn)：（1）河段的來(lái)水量及其變

5、化情況；（2）河段的來(lái)沙量及其變化情況；（3）河段的河谷比降；（4）河段的河床地質(zhì)情況。除此之外，植物復(fù)被及人類活動(dòng)也有一定程度的影響，特別是各種大型水利工程的興建和水土保持事業(yè)的發(fā)展，這種影響可以達(dá)到相當(dāng)大的規(guī)模。具體這些因素如何對(duì)河道演變產(chǎn)生影響，這里不再詳述。3.不同地區(qū)河流的演變規(guī)律河流一般分為山區(qū)河流和平原區(qū)河流兩大類型。對(duì)于較大的干流，山區(qū)河流多為河流的上游段，而平原河流多為河流的下游段，位于上下游之間的中游段則往往兼具山區(qū)河流和平原河流的特性。對(duì)于較小的之流，其本身上游段、中游段和下游段可能均位于山區(qū)，也可能均位于平原區(qū)。山區(qū)河流和平原區(qū)河流由于自然地理、地質(zhì)條件的顯著差異，其演

6、變過程迥然不同，接下來(lái)將分別闡述。3.1 山區(qū)河流演變規(guī)律山區(qū)河流流經(jīng)地勢(shì)高峻，地形復(fù)雜的山區(qū)。其演變過程主要體現(xiàn)為水流在由構(gòu)造運(yùn)動(dòng)所造成的原始地形上不斷切削過程。水流的切削作用，亦即侵蝕作用，表現(xiàn)在兩個(gè)方面，一個(gè)是水流對(duì)組成河床的巖石的動(dòng)力磨損作用，另一個(gè)是水流對(duì)巖石的化蝕作用。山區(qū)河流中的水流堆積作用或者完全不存在，或者極為微弱，除了部分由于地殼的上升或下降，海平面的上升，或由氣候變化造成的河床徑流量的巨大縮減等，能在河段的一小部分形成少量的卵石堆積層外，一般不存在近代的堆積層。由于山區(qū)的河流以下切為主，河谷斷面往往為發(fā)育不全的V字形或U字形。兩岸谷坡陡峻、坡面呈直線或曲線形，在巖層抗沖性

7、能顯著不同的條件下，也能形成被稱為侵蝕階地的階梯形，谷底與谷坡之間常無(wú)明顯界限。河面比較狹窄，中水河床和洪水河床之間無(wú)明顯分界線，對(duì)于不存在卵石邊灘的U形河谷，枯水河床和中水河床之間也無(wú)明顯分界線。河床的寬深比一般都遠(yuǎn)較100為小，某些峽谷河段的寬深比往往僅為1020，非峽谷河段寬深比多隨水深增加而減小，而峽谷河段寬深比則隨水深變化不大。山區(qū)河流的平面形態(tài)極為復(fù)雜，兩岸與河心常有巨石突出，岸線極為不規(guī)則。河床的縱剖面一般比較陡峭，形式也很不規(guī)則。由于河底主要由巖石組成，侵蝕作用進(jìn)行緩慢，除因兩岸亂石墜落，或河底卵石堆移以及泥沙的臨時(shí)性落淤使局部河床略有變化外，河道基本上是穩(wěn)定的。3.2平原沖積

8、河流的的演變規(guī)律流經(jīng)沖積平原的河流，雖然由于外在條件的差異，不同河流的不同河段，都有各自的的特點(diǎn)，但是，它們之間也有一些共同點(diǎn)，通過對(duì)這些共同點(diǎn)的分析，可以將河段按其河床形式及演變過程進(jìn)行分類。根據(jù)對(duì)大量實(shí)測(cè)資料的分析，可以按平面形式的不同，將平原河流的河段分為四種不同的類型：順直型河段、蜿蜒型河段、分汊型河段、游蕩型河段。3.2.1順直型河段演變規(guī)律從平面上看，這種河段的河身比較直，河槽兩側(cè)分布有犬牙交錯(cuò)的邊灘和深槽，上下深槽之間常存在較短的過渡段，常稱淺灘。順直型河段深泓線縱剖面特性與蜿蜒型河段相似，沿程起伏相同，但變幅較小。順直型河段的河相系數(shù)在1.397.8之間，變化范圍較大，但對(duì)同一

9、河段則變化較小。順直型河段演變的最主要特征是相互交錯(cuò)的邊灘向下游移動(dòng)，與此相應(yīng)，深槽和淺灘也同步向下游移動(dòng)。交錯(cuò)邊灘向下游移動(dòng)，可以看成是推移質(zhì)運(yùn)動(dòng)的一種體現(xiàn)形式。根據(jù)水流、泥沙的運(yùn)動(dòng)特點(diǎn)，邊灘頭部的流速和推移質(zhì)輸沙率都大于灘尾，故灘頭體現(xiàn)為沖刷后退，灘尾則淤積下延，整個(gè)邊灘向下游緩慢移動(dòng)。同一河岸，上一邊灘灘尾的淤積下延和下一邊灘的沖刷后退所引起的兩邊灘間深槽的變化，則表現(xiàn)為深槽首部淤積，尾部沖刷，整個(gè)深槽相應(yīng)下移。邊灘和深槽的下移，使位于其間的淺灘也相應(yīng)下移。所以順直河段的演變是通過推移質(zhì)運(yùn)動(dòng)使邊灘、深槽和淺灘作為一個(gè)整體下移的。至于流量變化對(duì)演變的影響，根據(jù)水流隨流量變化的特點(diǎn)，枯水期淺

10、灘沖刷，深槽淤積，洪水期則淺灘淤積，深槽沖刷。參與這一變化的，除推移質(zhì)外，還有懸移質(zhì)中的床沙質(zhì)。順直型河段的演變，除體現(xiàn)在邊灘下移外，根據(jù)河岸土質(zhì)情況，還可能呈現(xiàn)出周期性變化。當(dāng)河段河岸抗沖性較強(qiáng)，而由沙粒組成的河床活動(dòng)性很大，當(dāng)邊灘向下游移動(dòng)時(shí)，兩岸可沖刷的河岸被邊灘所掩護(hù)而停止沖刷。與此相應(yīng)，前期受邊灘掩護(hù)的河岸則重新被水流所沖刷。這樣經(jīng)過一段時(shí)間后，較長(zhǎng)河岸內(nèi)兩岸內(nèi)都會(huì)發(fā)生沖刷，河床遂逐漸展寬。當(dāng)展寬到一定程度后，邊灘受水流切割作用而成為江心洲或江心灘。以后隨著某一汊的淤塞，江心洲又與河岸相連，岸線向河心推進(jìn)，河道再一次束窄。此后，展寬與束窄交替出現(xiàn)。3.2.2蜿蜒型河段演變規(guī)律蜿蜒型河

11、段是平原沖積河流最常見的一種河型，比如黃河、長(zhǎng)江等都是典型的蜿蜒型河段。從平面上看，蜿蜒型河段是由一系列正反相間的彎道和介乎其間的過度段銜接而成的。彎道的水流受慣性離心力和科里奧利力的作用，凹岸一側(cè)水位恒高于凸岸一側(cè)，這一力學(xué)現(xiàn)象決定了彎道水流結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)。蜿蜒型河段的演變現(xiàn)象，按其緩急輕重程度，可分為兩種情況：一種是經(jīng)常發(fā)生的一般演變，另一種是在特殊條件下發(fā)生的突變。一般演變又可分為三方面的變化：平面變化、橫向變化、縱向變化。（1）平面變化。蜿蜒型河段由于存在橫向?qū)偕匙饔?，凹岸的不斷崩退，凸岸相?yīng)淤長(zhǎng)，并且隨彎頂向下游蠕動(dòng)，導(dǎo)致蜿蜒曲折的程度不斷加劇，河長(zhǎng)增長(zhǎng)，曲折系數(shù)也隨之增大。平面變形時(shí)河

12、彎固然不斷變化，但各河彎之間過渡段的中間部位則基本不變，只是過渡長(zhǎng)短不等而已。（2）橫向變化。橫向變化反映在橫斷面的變形上，橫斷面變形主要變現(xiàn)為凹岸崩退和凸岸相應(yīng)淤長(zhǎng)。過渡段兩岸也會(huì)發(fā)生一定程度的沖淤變化，但強(qiáng)度較弱，兩岸沖淤面積接近相等，斷面形態(tài)保持不變。（3）縱向變化。蜿蜒型河道的縱向變形為彎道段洪水期的沖刷而枯水期淤積，過度段則相反。年內(nèi)沖淤變化雖不能的到完全平衡，但就長(zhǎng)時(shí)間的平均情況而言，基本上是平衡的。蜿蜒型河道的突變包括自然裁彎、撇彎和切灘現(xiàn)象。蜿蜒型河段的發(fā)展由于某些原因，使同一岸兩個(gè)彎道的彎頂崩退，形成急劇河床和狹頸。狹頸的起止點(diǎn)相距很近，而水位差較大，如遇水流漫談，在比降陡、

13、流速大的情況下便可將狹頸沖開，分泄一部分書水流二形成新河。這種現(xiàn)象就是自然裁彎。當(dāng)河段發(fā)展成曲率半徑很小的急彎后遇到大的洪水水流彎曲半徑遠(yuǎn)大于河彎曲率半徑，這時(shí)在主流帶與凹岸急彎之間產(chǎn)生回流，使原凹岸急彎淤積。這種突變稱為撇彎。撇彎時(shí)凹岸是淤積的，有異于彎道演變的一般規(guī)律。河彎曲率半徑適中，而凸岸邊灘延展較寬且較低時(shí)，遇到大的洪水，水流彎曲半徑大于河彎曲率半徑較多，這時(shí)凸岸邊灘被水流切割而形成串溝，分泄一部分流量，這種突變稱為切灘。產(chǎn)生這一現(xiàn)象主要原因是凸岸邊灘較低，抗沖能力較差。3.2.3分汊型河段演變規(guī)律分汊型河道是平原沖積河流中一種常見的河型，我國(guó)各流域內(nèi)都存在這種河型，例如黑龍江流域的

14、黑龍江、松花江，長(zhǎng)江流域的湘江、漢江等。分汊型河段由于水流和泥沙分股輸移，這樣的水、沙狀況往往是難以穩(wěn)定的容易引起汊道河段的變化，給國(guó)民經(jīng)濟(jì)各部門帶來(lái)一些不利影響。研究分汊型河道演變規(guī)律，以便有效進(jìn)行整治，是一項(xiàng)很重要的工作。單個(gè)的分汊河段，其平面形態(tài)是上端放寬、下端收縮而中間最寬。中間段可能是兩汊，也可以是多汊，各汊之間為江心洲。自分流點(diǎn)至江心洲頭為分流區(qū)，洲尾至匯流點(diǎn)為匯流區(qū)，中間則為分汊段。分汊型河段的演變極為復(fù)雜，一般來(lái)說，其演變主要表現(xiàn)為沙洲和河道兩岸岸線的平面變化，分流分沙比變化，汊內(nèi)的斷面和縱向沖淤等。河道分汊后，如果一岸的抗沖能力較強(qiáng)，另一岸較弱，隨著河岸的坍塌后退，則一汊會(huì)單

15、向移動(dòng)，江心洲相應(yīng)展寬。如果河流在坍塌后退的同時(shí)，也向下游發(fā)展，則汊道表現(xiàn)為橫向擺動(dòng)與下游的平面變形。如果分流區(qū)河岸展寬，則洲頭向上游淤長(zhǎng)且洲頭比較平緩。如果分流區(qū)河岸相對(duì)穩(wěn)定，則洲頭一般表現(xiàn)為沖退且洲頭比較陡峻。主、支汊易道是汊道演變的特點(diǎn)之一，多發(fā)生在順直型分汊河段主要是上游水流動(dòng)力軸線的擺動(dòng)，引起分汊河道入口分流分沙的變化，導(dǎo)致主、支汊河道易位。對(duì)于彎曲型汊道和鵝頭型汊道，有一種演變特點(diǎn)是值得注意的，根據(jù)彎道的演變特點(diǎn)主汊的凹岸側(cè)不斷沖刷后退，凸岸側(cè)相應(yīng)淤長(zhǎng)，由于主汊的位置不斷變動(dòng)，河道中間的江心洲位置和大小也跟著變化。當(dāng)主汊道從凹岸側(cè)擺動(dòng)到凸岸側(cè)，水流切割河道凸岸邊灘形成新的汊道，這個(gè)

16、新的汊道逐漸發(fā)展成主汊時(shí)，表示該汊道演變進(jìn)入一個(gè)新的周期。3.2.4游蕩型河段的演變規(guī)律游蕩型河段在世界各地廣泛分布，如南亞的布拉馬普特拉河，即雅魯藏布江下游，我國(guó)黃河下游孟津高村段都屬于這類河型。游蕩型河段河床寬淺散亂，主流擺動(dòng)不定，河勢(shì)變化急劇，常給防洪、航運(yùn)、工農(nóng)業(yè)用水等各部門帶來(lái)不利影響。從平面形態(tài)來(lái)看，游蕩型河段河身比較順直，曲折系數(shù)一般不大于1.3.在較長(zhǎng)的范圍內(nèi)，往往寬窄相間，類似藕節(jié)狀。河段內(nèi)河床寬淺，洲灘密布，汊道交織。河道縱比降陡峻，河相系數(shù)相當(dāng)大，例如黃河高村段的河相系數(shù)可達(dá)1932，個(gè)別段達(dá)60。游蕩型河道演變規(guī)律主要由以下三點(diǎn)：（1）多年平均河床逐步抬高。游蕩型河道除

17、特殊情況外，其河床主要以淤積為主，因此導(dǎo)致水位抬高。（2）年內(nèi)沖淤變化規(guī)律。游蕩型河段年內(nèi)的沖淤變化，一般是汛期主槽沖刷，灘地淤積，而非汛期則主槽淤積，灘地崩塌。這一規(guī)律與河段的水力、泥沙因素及河道形態(tài)有關(guān)。（3）平面規(guī)律變化。在平面變化上，表現(xiàn)為主流擺動(dòng)不定，主槽位置也相應(yīng)擺動(dòng)，且擺幅相當(dāng)大，導(dǎo)致河勢(shì)變化劇烈。4.結(jié)語(yǔ)河道演變是一門復(fù)雜的學(xué)科，因?yàn)楹恿餍问蕉嘧?，水流特性較為復(fù)雜哦，目前很多領(lǐng)域仍然無(wú)法做準(zhǔn)確的定量分析。但對(duì)于河道演變的研究又是相當(dāng)重要的，在歷史上，黃河，淮河的多次改道泛濫給沿河兩岸的人民帶來(lái)了深重的災(zāi)難，因此研究河道演變規(guī)律對(duì)于防洪防澇，保護(hù)人民生命財(cái)產(chǎn)尤為重要，除此之外在航運(yùn)、生態(tài)、水利等各領(lǐng)域都離不開對(duì)河道演變的研究。只有掌握了河道演變的基本原理，我們才能科學(xué)地對(duì)河道進(jìn)行人為的干預(yù)和改造，比如在在多沙的河道上修建水利樞紐，人為的調(diào)節(jié)河流的水流和輸沙特性；沿河修筑堤壩，植樹造林，減少水流對(duì)河岸的沖刷作用等。幾十年來(lái)，我們已經(jīng)取得了豐碩的成果，黃河的治理，