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河床演变

2020-04-09 21:01

河床受自然因素或人工建筑物的影响而发生的冲淤变化。河床演变是河流动力学的主要研究对象之一。

自然条件下,河床总是处在不断的变化过程中,如河弯的发展、汊道的兴衰、浅滩的冲淤等。在河流上修建水工建筑物以后,河床的冲淤变化必将受到影响,如水库的修建将引起库区泥沙淤积和下游河道冲刷,裁弯取直将引起上下游河势的变化等。

河床演变是水流与河床相互作用的反映。水流作用于河床使河床发生变化,河床又反过来作用于水流影响水流结构,二者相互依存,又相互制约。水流与河床的相互作用表现为泥沙的冲刷、搬运和堆积过程。任一河段在一定水流和泥沙条件下具有一定的输沙能力,如果上游来沙量与输沙能力相适应,则水流处于输沙平衡状态,河床将保持相对稳定;如果上游来沙量与输沙能力不适应,则水流处于输沙不平衡状态,河床将发生相应的冲淤变化。河床的冲淤变化改变了河段的水流和泥沙条件,从而又引起水流输沙能力的变化。冲刷使河床降低,过水断面增大,流速减小,输沙能力减弱,最终会使冲刷停止;淤积使河床升高,过水断面减小,流速增大,输沙能力增加,最终会使淤积停止。因此,水流与河床具有自动调整作用,而使河床演变向着相对平衡的方向发展。

河床演变现象非常复杂,就其表现形式而言,可分为纵向变形和横向变形两种:纵向变形是指沿流程方向的变形,表现为纵剖面和横断面的冲淤变化;横向变形又称平面变形,是指沿与流向垂直的水平方向的变形,表现为河床在平面上的摆动。就其发展方向而言,可分为单向变形和往复变形两种:单向变形指河床在一个相当长的时期内逐渐向一个方向作冲刷或淤积的变化;往复变形指河床在较短时期内作循环往复的冲淤变化。就其影响范围而言,可分为普遍变形和局部变形:普遍变形是指在较长河段上发生普遍冲刷和淤积;局部变形是指河床局部的冲淤变化。上述各种变形现象总是错综复杂地交织在一起的,发生纵向变形的同时往往发生横向变形,发生单向变形的同时往往发生往复变形,加上各种局部变形,从而构成一个极其复杂的河床演变过程。

河床演变与流域的地质、地貌、气候、土壤和植被等都有密切的关系,通常,其主要影响因素是:①流量及其变化过程。②流域来沙量及其组成。③河谷比降。④河床质组成情况。一般说来,河道水流输沙能力基本上由上述第①、第③两项因素所决定,而水流含沙的数量和质量主要由第②项因素所决定,河床边界条件则取决于第④项因素。上述各项因素对不同的河流或河段,其影响的程度也不相同,往往具有区域性的特点。此外,水工建筑物对于河床演变的影响也很大,常常引起河床剧烈的冲淤变化。

河床演变对于水利工程建设和其他国民经济建设部门都有重大影响,例如修建水库以后,由于水库的壅水作用,引起泥沙在库区落淤和回水上延;水库调蓄作用改变天然水沙过程,又会引起下游河道冲刷和岸滩坍塌;即使是一些局部性工程如引水、裁弯和桥渡工程,也会引起河道的冲淤变化。对于这些变化,如果事先不作出预测和及时采取措施,就会影响工程效益,甚至会使工程完全失效。

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