博導(dǎo)第6講 蜿蜒型河道的演變規(guī)律課件

第六章蜿蜒型河段的演變及整治(meander/wanderingreach)“九曲回腸”的長江下荊江河段渭河下游，滹沱河下游（1）曲折系數(shù)K曲線長度和直線長度的比值K=Lc/LlLc

為幾何坐標(biāo)長度Ll

為連接河段兩個端點(diǎn)中心的直線長度1、河型判別（4）河型判別標(biāo)準(zhǔn)江心灘、洲是分汊河型的標(biāo)志曲折系數(shù)是順直、彎曲的區(qū)分標(biāo)志游蕩河型很寬，但是沒有穩(wěn)定的江心洲灘，順直而且寬淺---游蕩指標(biāo)IncisedmeandersdevelopedintheGoosenecksoftheColoradoPlateau典型蜿蜒河段荊江下游河段本章主要內(nèi)容第一節(jié)河段的特性第二節(jié)演變規(guī)律第三節(jié)整治措施第四節(jié)裁彎工程彎距L：擺幅Bm：曲率半徑R：幾個彎道?幾個概念相鄰的三個彎道的首尾彎道的彎頂直線距離相鄰兩彎頂?shù)臋M向距離；表征河段擺幅范圍單個彎道彎曲程度沿程變化，在一定范圍內(nèi)常近似為圓弧形，用其半徑表示彎曲程度。凹岸：凹向水流的河岸。中心角θ：在半徑R的單個彎道內(nèi)，上游起點(diǎn)和下游終點(diǎn)輻射線所構(gòu)成的夾角。凸岸：凸向水流的河岸。過渡段：兩反向彎道之間的直線段。深泓線沿程起伏相間?？v斷面形態(tài)縱向比降主泓線在彎道段較深主泓線在過渡段較淺二、水流特性受重力及離心慣性力雙重作用；等壓面與二力合力垂直水面橫比降Jz凹岸和凸岸的縱比降Jx橫向環(huán)流縱向垂線平均流速U水流動力軸線蜿蜒型河段水流運(yùn)動水位沿橫向呈曲線變化凹岸水位高于凸岸水位彎道水流特點(diǎn)

彎道水流凹岸水位高于凸岸水位，存在水面橫比降，最大值一般在彎道頂點(diǎn)附近。橫比降的水體受力特點(diǎn)，會形成橫向環(huán)流，環(huán)流方向在上部恒指向凹岸，下部恒指向凸岸。

橫比降的存在使得水流縱比降JZ沿凹岸和凸岸不同。表層水流結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：彎道存在橫比降凹岸水位恒高于凸岸縱向出現(xiàn)負(fù)比降凹岸縱比降：上游到中部---負(fù)比降中部到下游---正比降凸岸縱比降：上游到中部---正比降中部到下游---負(fù)比降注意：①并不是只有彎道才能形成環(huán)流；②凡是水流彎曲的部位都存在環(huán)流；③不能以河段的彎曲與否，而應(yīng)以水流的彎曲與否來判斷是否產(chǎn)生環(huán)流；④在彎道內(nèi)產(chǎn)生的環(huán)流稱為彎道環(huán)流。水流動力軸線隨著流量的變化而變化:低水傍岸/低水走彎高水居中/高水走灘（頂沖點(diǎn)）低水上提（頂沖點(diǎn)）高水下挫河灣形態(tài)的影響

主流線：（水動力軸線）(a)(b)受重力及離心慣性力雙重作用；等壓面與二力合力垂直水面橫比降Jz凹岸和凸岸的縱比降Jx橫向環(huán)流縱向垂線平均流速U水流動力軸線蜿蜒型河段水流運(yùn)動水位沿橫向呈曲線變化凹岸水位高于凸岸水位彎道水流特點(diǎn)橫向輸沙：橫向環(huán)流決定了泥沙運(yùn)動的特點(diǎn)。橫向環(huán)流引起橫向輸沙問題。三、輸沙特性縱向輸沙：長時(shí)段基本處于平衡洪水期：枯水期：泥沙輸沙特點(diǎn)：①泥沙的異岸輸移和同岸輸移；②泥沙沿程的聚散現(xiàn)象。

由彎道凹岸沖刷下來的泥沙，一部分被較強(qiáng)的環(huán)流帶到本彎道凸岸淤積，其余的被帶到過渡段或下一個彎道的凸岸淤積下來，只有很小一部分淤積在更下游的過渡段和彎道凸岸。彎道段大于過渡段彎道段小于過渡段彎道和過渡段泥沙輸移能力第二節(jié)演變規(guī)律二、一般演變一般演變突變按照緩急程度河床演變一、演變分類水沙運(yùn)動平面變化橫向變化蜿蜒型河段作為一整體處于不斷演變過程中。主要從縱向變化闡述其演變規(guī)律

平面形態(tài)發(fā)生變化的原因是：凹岸的不斷崩退和凸岸的相應(yīng)淤長，使河灣在平面上不斷發(fā)生位移，并且隨彎頂向下游蠕動而不斷改變其平面形狀。且變化尺度相當(dāng)大。

注意：平面變化過程中，各河灣之間過渡段的中間部位基本不變，只是其長短不等。即蜿蜒形河段的平面變形，基本是圍繞由這些中間部位聯(lián)成的擺軸進(jìn)行的。

平面變形雖然比較大但有一點(diǎn)的限度。表現(xiàn)為：凹岸崩退和凸岸相應(yīng)淤長，彎道相應(yīng)移動。2、橫向變化特點(diǎn)：凹沖凸淤，斷面形態(tài)相似，沖淤橫斷面面積接近相等。崩退面積等于淤長面積面積時(shí)，橫斷面變形平衡。

一般的，凹岸抗沖能力較弱，必然導(dǎo)致河岸崩塌，過水面積增大，引起橫向輸沙的不平衡，從而導(dǎo)致凸岸相應(yīng)總是趨于淤長的。結(jié)論：橫斷面變形最本質(zhì)的原因是橫向輸沙不平衡。

另外，過渡段兩岸沖淤變化強(qiáng)度較弱，沖淤面積接近相等，斷面形態(tài)保持不變。3、縱向變化彎道:洪水期沖刷，枯水期淤積；過渡段:洪水期淤積，枯水期沖刷；在一年內(nèi)或者一個長時(shí)期內(nèi)保持平衡。三、突變自然裁彎撇彎2、自然裁彎切灘1、分類自然裁彎凹岸沖刷、凸岸淤積導(dǎo)致彎道的移動，這種橫向移動導(dǎo)致彎道的曲率半徑減小，彎道上下游的狹頸變窄，直到在洪水期發(fā)生自然裁彎。新河道常發(fā)展較快，2～3年即可發(fā)展完整。例如：下荊江自1860~1949年的近90年中，在太公湖、西湖、古長堤、尺八口及碾子彎等多處自然裁彎。又如：渭河下游自1958~1975年，發(fā)生了西畢家、西李家及金灘等8處自然裁彎。自然裁彎3、撇彎定義：當(dāng)河彎發(fā)展成曲率半徑很小的急彎后，遇到較大洪水，水流彎曲半徑遠(yuǎn)大于河灣曲率半徑，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。注意：撇彎時(shí)凹岸淤積。4、切灘定義：河彎曲率半徑適中，而凸岸邊灘延展較寬且較低時(shí)，遇到較大洪水，水流彎曲半徑大于河灣曲率半徑較多，這時(shí)凸岸邊灘被水流切割形成串溝，分泄一部分流量。切灘原因：凸岸邊灘較低，抗沖能力較差。監(jiān)利河灣切灘5、自然裁彎與切灘的異同自然裁彎是在兩個河彎之間的狹頸上進(jìn)行的；切灘是發(fā)生在同一河灣的凸岸。自然裁彎使得原河彎淤積成牛軛湖；而切灘不會，它形成串溝，從而演變?yōu)榉帚夂佣?。自然裁彎對河勢的影響要比切灘大的多。切灘第四?jié)裁彎工程

蜿蜒型河段發(fā)展到一定程度，常發(fā)生自然裁彎。自然裁彎可能產(chǎn)生不利影響。因此，為了使其朝有利方向發(fā)展，充分掌握主動權(quán)，可以運(yùn)用河道發(fā)展自然規(guī)律，進(jìn)行人工裁彎。

人工裁彎是一項(xiàng)根本改變河道現(xiàn)狀的工程措施，一旦決策失誤，必會適得其反。因此，事先進(jìn)行裁彎勘測規(guī)劃設(shè)計(jì)，對裁彎后的河床演變作出預(yù)報(bào)，并提出相應(yīng)對策，然后付諸實(shí)施。裁彎規(guī)劃設(shè)計(jì)引河規(guī)劃設(shè)計(jì)護(hù)岸工程規(guī)劃設(shè)計(jì)引河線路引河平均形式一、裁彎規(guī)劃設(shè)計(jì)

人工裁彎取直是一種強(qiáng)制性整治措施，應(yīng)遵循因勢利導(dǎo)的治河原則，使裁彎新河與其上下游河道平順銜接，形成順乎自然發(fā)展的河勢。

“引河法”是1933年由福格森提出，即在選定的引河線路上，先開挖出一條斷面較小的引河，利用水流自身能量，塑造成可通過全河流量的新河。裁彎內(nèi)裁外裁引河與老河主流線夾角θ不>300

引河長度以裁彎比作為控制標(biāo)準(zhǔn)（3~10）。裁彎比是指裁彎段老河軸線長與引河軸線長之比。