河道断面形态变化对水流输沙影响

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1、．332．第六届全国泥沙基本理论研究学术讨论会论文集河道断面形态变化对水流输沙影响茹玉英王万战常温花连慧君李萍(黄河水利科学研究院郑州450003)摘要：本文主要研究河床边界条件对输沙的影响，从理论上分析河道横断面变宽浅和平面上河流出汊后，对流速及河流输沙能力产生的影响，并对此影响给以定量表示。分析表明：在流量一定情况下，当河宽变宽后，流速和水深减小，导致挟沙能力降低；河流在平面上出汉后，导致淤积加重，即“分汊加淤”。关键词：断面形态分汉淤积比输沙能力1引言影响河流输沙能力大小的因素主要有水流强度和河床边界条件等，水流强度主要是指流速或流量，河床

2、边界条件主要指横断面形态(断面宽或窄)、平面形态(河势及分汊情况)及纵剖面(比降)。水流条件和边界条件两者相互影响，共同制约着河流的输沙特性。众所周知，宽浅断面比窄深断面输沙能力减小且“分汊加淤”(分汊使淤积加重)，但这仅是定性概念，其定量关系如何?本文主要研究河床边界条件对输沙的影响，从理论上分析了河道横断面变宽浅和平面上河流出汊后，对流速以及对河流输沙能力产生的影响，并对此影响给以定量表示。2河道变宽对输沙影响河道变宽可以是同一断面因冲刷塌滩而展宽或河流的扩散段。在同流量条件下，河道变宽后，引起水深(办)、流速(功等因素的变化。因此，挟沙能力

3、(＆)也将发生相应的变化。下面的推导结果表明，在一定条件下，河道变宽可引起挟沙能力(S+)降低。为了简化推导工作，假定水流为恒定均匀流，上游河段河宽为风、水深为％、流速为go；其下游河宽、水深、流速分别为B、h和V；＆o和＆分别为上下游段的挟沙能力。根据水量平衡公式：Bo％Vo=BhV；设B=蛾，假定比降，以及糙率n沿程不变。1由曼宁公式V=土h2／3j¨2，得V=K--O·4％h=K—o_6tlo基金项目：国家自然科学基金会、水利部黄河水利委员会黄河联合研究基金项目(50339050)。作者简介：茹玉英，女，1960年出生，河南渑池人，高级工程

4、师。三、泥沙运动基本理论及泥沙输移。333‘由黄河上常用的几种挟沙能力公式[11，估算其因河宽变化引起的挟沙能力变化如下：S·=K-。'6S*o卜n翕一·坏司K-0"456S,o(＆扎。7刀V2万．2s，钚变]一‘25＆。卜斟4(痧刳可见，在上述简化条件下，河道的变宽可引起水深、流速及挟沙能力降低。当肛3(即河道拓宽为原来的3倍)n,-t，则流速、水深仅为原来的64％及52％，挟沙能力为原来的25％一60％。3“分汊加淤”分析许多专家学者曾对分水分沙引起的冲淤情况作了大量探讨，得出了“分流必淤”的规律[21。在此参考其法，分析河流因分汉而导致的淤

5、积加重，称为“分汉加淤”。具体推导过程如下：假定输沙能力QSK与流量Q的平方成正比，即Qs矿KQ2；分流含沙量S等于来流含沙量S，即墨=S。设单股河的流量、输沙率、含沙量、输沙能力分别为Qo、Q叭So、Qsxo，分汉时，这些量分别为Q，、Q叭sf、Qsx，(i为汉数编号)，且Q册=CQsxo，C为来沙偏大或偏小系数，C=I为原河道处于冲淤平衡状态，C>1为淤积状态。第i条汊河的分流比，7产警，(∑叩产1)。第i条汊河的淤积率为AQ肼=Q口一Qsxi=(叩f·Qo)-sf—K(77fQo)2=qlQso—q÷QSKo=研90一等90各汊淤积率的总和

6、为∑△鲸=酝o∑Irli一吉777)总的淤积比为西=骠=rli-石1中一吉∑即≯(1)从式(1)看出，来沙情况(C)及分汉情况(哺)不同，总的淤积比也随之而变。下面分别讨论。(1)C=l，即原河道处于冲淤平衡状态，又分两种情况：．334．第六届全国泥沙基本理论研究学术讨论会论文集①若，2汊平均分流，则1r／i=——12,7汹何=去蛾：l一!(2)这说明，淤积比随汉数的增多而增大。当n=l，即不分汊时，咖l=0；当分汊数无限大时，函寸1，即来沙全部淤积。②"汊分流不均，即各汊的分流比r／i不等时因为12,7伽·巴)2=吉所以西22l一∑叩?<1一i

7、l(3)即不均匀分流比均匀分流的淤积t94-,(同汊数)。(2)C>1，即原单股河道处于淤积状态，则淤积比为锄l=1一i1厶矶2>吼(4)即当原河道处于淤积状态时，同样的分汊状况，其淤积比比原河道处于冲淤平衡状态时的为大。(3)C<1，即原河道处于冲刷状态，则淤积比为：蛾1=l—il厶研2<西2(5)即当原河道处于冲刷状态时，同样的分汊状况，其总的淤积比较原河道处于冲淤平衡状态时为小，由于C一般接近于1，故石1厶Ⅳf2>1的范围很小，从图1看出，在均匀分汉的情况下，只要有汉，河道仍为淤积。均匀分汉数图1总淤积比与均匀分汊数关系三、泥沙运动基本理论

8、及泥沙输移·335·由图1可知，同样的分汊状况，即77f-一1，西=1一÷，那么，当原河道淤积愈严n(一力重，即C愈大，则分汉后，河道淤