河床演变学-第二章

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1、第一节弯曲河流形态特征第二节弯道水流运动特性第三节弯曲性河流的泥沙运动第四节弯曲性河流的演变规律第八章弯曲性河流的河床演变第一节弯曲河流形态特征弯曲性河流是冲积平原河流中最常见的一种河型；著名的弯曲性河流：我国渭河、汉江下游长江下荆江河段有“九曲回肠”之称世界上河流以弯曲性河流居多（分汊性流次之，游荡型河流较少，顺直型河流最少）。弯曲河流是一种最稳定的河流一、形态要素弯曲性河流由一系列弯道和与之相联结的直段所组成。第一节弯曲河流形态特征河道具有一定曲率部分连接上、下两弯道段的直线部分一、形态要素第一节弯曲河流形态特征弯道中心角（）-弯道段自进口至出口所包含的中心角曲率半径

2、（R）-弯道中心线的半径河宽（B）-过渡段断面水面宽度摆幅-上、下反向外包线之间的垂直距离弯距（或河弯跨度）Lm-相邻同侧弯道顶点间的距离曲折率，-上下两过渡段中点间河道中心线长度L与直线距离l之比≥1.5称弯曲性河流,<1.5称顺直性河流第一节弯曲河流形态特征二、形态特征平面：弯段与直段相间凹岸与凸岸对应上下河弯反向，呈“S”形纵向：弯道段深槽与过渡段浅滩相间横断面：凹岸深槽与凸岸边滩相对，弯道段断面呈不对称三角形，过渡段断面为抛物线形。第一节弯曲河流形态特征二、形态特征法国水力学家法格（O.Fargue）根据Giroude河流的长期观察，于1908年提出弯曲河流形

3、态规律Fargue定律假定S为上下两弯道顶点沿深泓线的距离，则深槽最深处位于弯道顶点下游S/4（此处环流最强，又是水流加速区）；浅滩最浅处位于两弯之间转折点下游S/4（环流转向）；此与所处部位的水流强度密切相关。弯道曲率半径越小，水深越大。（R越小，环流越强）弯道纵剖面水深变化与曲率半径变化相一致。若前者呈连续变化或突变，则后者也呈连续变化或突变。（说明H是R的连续函数）对一定曲率的河段，沿弯道向下游，深度先增后减，存在一定长度的弯道深槽。Fargue定律所揭示的河床形态规律，与弯道水流特性密切相关，分析弯道水流特性，就不难对河床形态规律作出合理的解释。第一节弯曲河流形态特

4、征三、弯道河相关系据大量资料统计，大小不同的弯曲性河流，若不看比尺，则外形极为相似，河弯形态与过渡河宽B之间存在一定关系。或表明：只要河流发育成弯曲性河流，则其平面外形能保持相似，而与河流大小、挟沙多寡及床沙组成粗细等无关。第一节弯曲河流形态特征三、弯道河相关系弯道段中心线曲率半径和中心角是两个重要因素，分析下荆江资料的两者关系式为—多年平均最大流量弯道中心角越大，弯道曲率半径越小，河流越弯曲。第二节弯道水流运动特性弯道水流呈三维的螺旋状向前运动，螺旋流在横断面投影为封闭的横向环流。研究弯曲河流的水流特性，除考虑纵向水流外，应充分重视弯道环流的作用，弯曲河流形成发展与弯道环

5、流密切相关。第二节弯道水流运动特性一．弯道纵向水流主流线位置主流线（水流动力轴线）：沿程各断面最大垂线平均流速所在点的联线。深泓线：指沿程各断面最大水深所在点的联线。主流线与深泓线未必重合弯道主流线一般在弯道上游过渡段偏近凸岸，进入弯道后逐渐向凹岸转移，至弯顶稍上部位紧贴凹岸，主流逼近凹岸的位置叫“顶冲点”，自顶冲点向下相当长的距离内，主流贴近凹岸。第二节弯道水流运动特性一．弯道纵向水流2.主流线随流量变化规律与“低水傍岸，高水居中”相应，顶冲点位置随流量变化规律是“低水上提，高水下挫”，低水时顶冲点在弯顶附近，高水时弯顶以下。产生这种现象的原因一方面与惯性有关。“低水傍岸

6、，高水居中”第二节弯道水流运动特性一．弯道纵向水流3.影响主流线位置的因素上游河势的变化势必引起下游主流线的变化。河道平面形态河道规则平顺，则主流线位置变化就不大。H、J、n沿横断面分布变化，流速必随之变化，从而影响主流线位置。第二节弯道水流运动特性一．弯道纵向水流4.纵向比降J弯道凹岸水面为上凸曲线，凸岸水面为下凹曲线弯道上段J凹J凸凹岸弯道上段小于弯道下段凸岸弯道上段大于弯道下段枯水期J弯J直枯水时过渡段内浅滩阻水壅水，从而使弯道段至过渡段比降较小，过渡段至弯道段比降较大洪水时，边滩阻水，进口段水位抬高，弯道段比降增大，过渡段比降

7、较小。第二节弯道水流运动特性二、弯道环流水流经过弯道作曲线运动时，产生指向外法线方向的离心力，水流为了平衡这个离心力，就必然使凹岸水位抬高，凸岸水位降低。（两种质量力作用下，水面力图与外合力方向相垂直）即凹岸水位大于凸岸，尤以弯顶附近显著，形成水面横比降。第二节弯道水流运动特性二、弯道环流水面横比降与超高1、通过外力平衡方程求解横比降Jy取长、宽各为1单位的水柱分析水柱沿横向受力为水压力离心力摩阻力因水柱底面积很小而忽略不计第二节弯道水流运动特性二、弯道环流水面横比降与超高y方向的力平衡方程为即第二节弯道水流运动特