黄河河势演变中科氏力的作用

《黄河河势演变中科氏力的作用》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。

1、水利学报年月第卷第期文章编号黄河河势演变中科氏力的作用李国英黄河水利委员会河南郑州摘要通过理论分析得到了科氏力使黄河水流运动向右岸偏转的机理并给出了河流水面横比降与科氏力的定量关系以及不同纬度黄河各河段的科氏力大小在详细分析黄河堤防决口记载河道面积分布控导工程位置入海流路偏向等资料的基础上得出尽管单位面积河岸短期内受到的科氏力在量值上较小但由于长期作用在河流发育与河势演变中的作用不容忽视的结论在黄河堤防工程设计河道整治规划控导工程布置和入海流路选择等方面的研究和治河实践中应重视科氏力所引起的流路改变以及由此导致的河岸侵蚀变形关键词科氏力河势演变黄河中图分类号文献标识

2、码科氏力概念在旋转参照系中进行直线运动的质点由于惯性的作用在运动过程中力图保持自己原有的速率和方向即有沿着原有运动方向继续运动的趋势但由于参照系本身是旋转的在经历了一段时间的运动之后质点的位置会有所变化而质点原有运动趋势的方向如果以旋转参照系的视角去观察就会发生一定程度的偏转根据牛顿力学理论以旋转体系为参照系质点的直线运动偏离原有方向的倾向被归结为一个外加力的作用法国数学家科里奥利于年研究确认在地球表面运动的物体受到的外加力为一种惯性力它与惯性离心力一样都不是真实存在的力而是人为引进的一种力其目的是使非惯性系中的方程也能写成类似于牛顿方程的形式即为作用于物体上的力为

3、物体的质量为物体的加速度由于这种惯性力为科里奥利首次提出故后人将其命名为科里奥利力简称科氏力其数学表达式为式中为科氏力为物体的质量为物体的运动速度为地球自转角速度为运动物体所在的纬度科氏力的方向总是与物体的运动方向垂直在北半球它指向物体运动方向的右方使物体运动向原来方向的右侧偏转在南半球它指向物体运动方向的左方使物体运动向原来方向的左侧偏转科氏力在河势演变中的作用科氏力的绝对量值不大对于运动着的水体其质量式中为水的体积为水的容重?为重力加速度?令计算河段水体接触的单侧河岸面积为计算河段的平均水面宽为则收稿日期作者简介李国英河南禹州人教授级高级工程师研究方向为黄河治理

4、与管理这样单位面积所受的科氏力为若以黄河内蒙古河段三湖河口断面为计算断面该断面所处纬度年月日平均水面宽平均流速水的平均容重?则该断面单位面积所受的科氏力?若以黄河下游河段花园口断面为计算断面该断面所处纬度年月日平均水面宽平均流速水的平均容重则该断面单位面积所受的科氏力?从以上分析可以看出无论是纬度的黄河内蒙古三湖河口断面还是纬度的黄河下游花园口断面单位面积上所受的科氏力绝对量值均不大正因为如此在一般的研究或生产实践中往往忽略这一项力的存在甚至认为此项力可以为其它的力所抵消科氏力的长期作用不容忽视河流发育与河势演变是基于长时间尺度的在长时间尺度中河流一直对其右岸起着作

5、用在足够长的时间内该作用力所做的功足以能够引起河岸的侵蚀变形或使其主流线发生偏转这一结论在国内外河流上均可以找到例证例如自然地理中有一条著名的从实际观察总结出来的规律即柏尔定律北半球河流右岸比较陡峭南半球则左岸比较陡峭这可以用科氏力概念进行说明北半球在科氏力作用下对顺直河床右岸冲刷甚于左岸长期积累的结果致使右岸比较陡峭将图设想成从北极高空所得的北半球俯视图从西向东的河流河水有图示的流速对应的科氏力指向河床右岸平衡此力的必定是右岸对河水的真实推力河水对右岸的反作用力形成了可观察到的河床右岸比左岸较强冲刷的现象自然界中河流很难保持较长距离或较长时间的顺直其主要原因是主流

6、线受河床自然边界条件或人工边界条件的影响以及受科氏力的作用而偏离河心一旦一侧河岸受到冲击下游水流便反复折射于是受冲击的河岸便迅速后退河床也就逐渐弯曲许世远王靖泰李萍认为科氏力造成了长江口涨落潮动力轴的分异促进了河道的分汊和心滩的发育是塑造长江三图北半球自西向东角洲发育模式的一个经常起作用的因素长江口的潮汐比黄河流所受科氏力示意河口的涨落幅度要大得多感潮段也长得多涨潮流逆流而上北岸受科氏力作用北岸的潮位一般较南岸高出反映了科氏力作用形成的水面横比降的现象退潮时顺流而下南岸受科氏力作用因此导致长江口的涨潮流偏北岸落潮流偏南岸珠江三角洲上的干流河床特征河汊兴衰汊道分流以及

7、水流运动都普遍存在着偏右的现象叶汇曾对珠江三角洲形成发育史进行过深入研究发现多年以来北江三角洲上端网河区左侧的汊流具有自上而下逐条依次淤塞主流归于右侧汊道的特点由式可知科氏力与河流流速水面宽度水的容重及所处纬度成正比因此发生大洪水过程时北半球河流右岸所受的科氏力明显增大因为大洪水时流量较大由此使流速和水面宽度增大特别是发生高含沙大洪水时水的容重明显增大若含沙量水的容重将达到含沙量科氏力的作用不仅使北半球河流主流线向其右岸偏转而且会使右岸水面高于左岸水面在平面直角坐标系中设方向代表河流方向方向代表河流横断面方向见图在方向的运动方程为式中为河流在方向上的流速为河流在