1、.第二節 河床演變的基本原理自然界的河流無時不刻都處在發展變化過程之中。在河道上修建各類工程之后，受到建筑物的干擾，河床變化將人為加劇。由于山區河流的發展演變過程十分緩慢，因此，通常所說的河流演變，一般系指近代沖積性平原河流的河床演變。河流是水流與河床相互作用的產物。水流與河床，二者相互制約，互為因果。水流作用于河床，使河床發生變化；河床反作用于水流，影響水流的特性。由因生果，倒果為因，循環往復，變化無窮，這就是河床演變。水流與河床之間相互作用的紐帶泥沙運動。泥沙有時因水流運動強度減弱而為河床的組成部分，有時又因水流運動強度的增強而成為水流的組成部分。換句話說，河床的淤積抬高或沖刷降低，是通過

2、泥沙運動來達到和體現的。因此，研究河床演變的核心問題，歸根結底，還是關于泥沙運動的基本規律問題。一、河床演變分類 天然河流中，河床演變的現象是多種多樣的，同時也是極其復雜的。根據河床演變的某些特征，可將沖積河流的河床演變現象分為以下幾類：（1）按河床演變的時間特征，可分為長期變形和短期變形。如由河底沙波運動引起的河床變形歷時不過數小時以至數天；蛇曲狀的彎曲河流，經裁直之后再度向彎曲發展，歷時可能長達數十年、百年之久。（2）按河床演變的空間特征，可分為整體變形和局部變形。整體變形一般系指大范圍的變形，如黃河下游的河床抬升遍及幾百km的河床；而局部變形則一般指發生在范圍不大的區域內的變形，如淺灘河

3、段的汛期淤積，丁壩壩頭的局部沖刷等。（3）按河床演變形式特征，可分為縱向變形、橫向變形與平面變形。縱向變形是河床沿縱深方向發生的變形，如壩上游的沿程淤積和壩下游的沿程沖刷；橫向變形是河床在與流向垂直的兩側方向發生的變形，如彎道的凹岸沖刷與凸岸淤積；平面變形是指從空中俯瞰河道發生的平面變化，如蜿蜒型河段的河彎在平面上的緩慢向下游蠕動。（4）按河床演變的方向性特征，可分為單向變形和復歸性變形。河道在較長時期內沿著某一方向發生的變化如單向沖刷或淤積稱為單向變形，如修建水庫后較長時期內的庫區淤積以及下游河道的沿程沖刷；而河道有規律的交替變化現象則稱為復歸性變形，如過渡段淺灘的汛期淤積、汛后沖刷，分汊河

4、段的主汊發展、支汊衰退的周期性變化等。（5）按河床演變是否受人類活動干擾，可分為自然變形和受人為干擾變形。近代沖積河流的河床演變，完全不受人類活動干擾的自然變形幾乎是不存在的。二、影響河床演變的主要因素影響河床演變的主要因素，可概括為進口條件、出口條件及河床周界條件三個方面。進口條件主要包括：河段上游的來水量及其變化過程；河段上游的來沙量、來沙組成及其變化過程。出口條件主要是出口處的侵蝕基點條件。通常是指控制河流出口水面高程的各種水面（如河面、湖面、海面等）。在特定的來水來沙條件下，侵蝕基點高程的不同，河流縱剖面的形態及其變化過程會有明顯的差異。河床周界條件泛指河流所在地區的地理、地質地貌條件

5、，包括河谷比降、河谷寬度、河底河岸的土層組成等。三、河床演變的分析方法由于天然河流的來水來沙條件瞬息多變，河床周界條件因地而異，河床演變的形式及過程極其復雜，現階段要進行精確的定量計算，尚有不少困難，但可借助某些手段對河床演變進行定性分析或定量估算。現階段常用的幾種分析途經如下：（1）天然河道實測資料分析；（2）運用泥沙運動基本規律及河床演變基本原理，對河床變形進行理論計算； （3）運用模型試驗的基本理論，通過河工模型試驗，對河床演變進行預測； （4）利用條件相似河段的資料進行類比分析。上述幾種分析方法，可以單獨運用，也可以綜合運用。對于一些重要河流的重要研究課題，有條件時應運用各種方法進行綜

6、合研究和論證，以求得到可靠的結論。上面四種方法中，天然河道實測資料分析方法，是最基本、最常用的方法。這種方法主要包括以下分析內容： 河段來水來沙資料分析：來水來沙的數量、過程；水、沙典型年；水、沙特性值；流速、含沙量、泥沙粒徑分布等。水道地形資料分析：根據河道水下地形觀測資料，分別從平面和縱、橫剖面對比分析河段的多年變化、年內變化；計算河段的沖淤量及沖淤分布；河床演變與水力泥沙因子的關系等。河床組成及地質資料分析：包括河床物質組成；河床地質剖面情況等。此外，還有其它因素，如橋渡、港口碼頭、取水工程、護岸工程等人類活動干擾影響的分析等等。在對上述諸多因素的分析后，再由此及彼、由表及里地進行綜合分析，探明河床演變的基本規律及主要影響因素，預估河床演變的發展趨勢，為制訂合理可行的整治工程方案提供科學依據。四、河床演變的基本原理 河床演變的具體原因盡管千差萬別，但根本原因可歸結為輸沙不平衡。考察任意一條河流的某一特定區域BL(B、L分別為河寬及河長)，當進出這一特定區域的沙量Go、Gi不等時，河床就會發生沖淤變形，寫成數學表達式應為 Git Got =,BLyo (5-1)式中，Go、Gi 分別為流入及流出該區域的輸沙率；yo為在t時段內的沖淤厚度，正為淤，負為沖；,為淤積物的干密度。 顯然，如果進入這一區域的沙量大于該區域水流所能輸送的沙量，河床將淤積抬高；相反，如果