基本介紹
- 中文名：河床演變
- 外文名：river channel process
- 分類：縱向變形和橫向變形
簡介,分類,形成過程,影響河床演變的因素,河床演變的研究方法,
簡介
沖淤作用導致流程方向上河床高程的變化稱縱向變形，與水流垂直的水平方向的變形，則稱橫向變形。這兩種變形，在一般情況下，都是交織在一起的。按河床演變發展進程，分為在相當長時期內河床單一地朝某一方向發展的單向變形，如有些河流多年來河床一直不斷淤積抬高；河床周期性往復發展的復歸性變形，如淺灘在枯水期沖刷，在洪水期淤積，如此周期重複演變。此外，還有一些局部變形。河道輸沙不平衡是河床演變的根本原因。當上游來沙量大於本河段的水流挾沙力時，水流沒有能力把上游來沙全部帶走，產生淤積，河床升高。當上游來沙量小於本河段的水流的挾沙力時，便產生沖刷，河床下降。在一定條件下，河床發生淤積時，淤積速度逐漸減少，直至淤積停止，河床發生沖刷時，沖刷速度逐漸減低，直至沖刷停止。這種現象稱為河床和水流的自動調整作用。
分類
河床在自然情況下,或受人為干擾後,發生的沖淤變化。河床演變就其表現形式而言，有縱向變形和橫向變形。縱向變形是河床縱剖面和橫斷面的沖淤變化。橫向變形是河流在平面上的擺動。河床演變就發展方向而言，有單向變形和往復變形。單向變形是河床在較長時期內向沖刷或淤積方向的發展。往復變形是河床在一定時期內的沖淤交替變化。河床演變就影響範圍而言，有長河段的普遍變形和局部變形。各種形式的河床變形往往是錯綜複雜地交織在一起的。
形成過程
河床演變是水流與河床不斷相互作用的過程，在這一過程中，泥沙運動是紐帶。任一河段在特定水流條件下有一定挾沙能力。當上游來沙量與水流挾沙能力互相適應時,水流處於輸沙平衡狀態,河床保持相對穩定；如上游來沙量與水流挾沙能力不適應,水流輸沙不平衡,河床就產生相應沖淤變化。河床變化反過來又會改變水流條件，從而引起水流挾沙能力的變化，變化的趨勢是儘量使上游來沙量與水流挾沙能力相適應，使河床保持相對平衡，這一過程稱為河流的自動調整作用。
河床演變
河床演變根據河流的形態和演變特點，常將河流分為順直、彎曲和分汊三種河型。在分汊河型中又常分出一種新類別叫做遊蕩型(見圖)。①順直型河道：平面外形順直或略彎曲，兩岸有交錯邊灘，縱剖面灘槽相間,其演變特點是淺灘和深槽周期性沖淤變化,邊灘不斷順流下移，深槽、淺灘和深泓線不斷轉換位置。②彎曲型河道：又稱蜿蜒型河道。其平面外形彎曲，兩個彎道間以直段相連,縱剖面灘槽交替,彎道凹岸為深槽，過渡段為淺灘。其演變特點是彎道凹岸不斷崩退，凸岸邊灘不斷淤漲,曲率越來越大,當發展到一定程度時，可發生撇彎甚至自然裁彎取直，老河淤死形成牛軛湖，新河又繼續向彎曲發展。③分汊型河道：平面外形比較順直、寬淺，江心有一個或多個沙洲，水流分成兩股以上汊道，其演變特點是洲灘不斷變化，汊道興衰交替。在這類河型中，洲汊較多，穩定性較弱，沖淤變化迅速的河段常稱為遊蕩型河道。在上述各種河型之間，還有各種過渡型態。
沖積性河流在長期發展過程中形成了相對平衡或準平衡狀態，其河床形態與流域來水來沙和河床邊界條件間存在著一定的關係，稱為河相關係。這種關係，可用來預報來水來沙和邊界條件改變後河床的沖淤臨界狀態，並可作為治河工程規劃的參考性依據。
在河流上興建水庫或其他工程設施都將改變天然河流的來水來沙或河床邊界條件，從而破壞了河流的平衡狀態，引起河床的沖淤變化。這種變化對於水利工程建設和許多國民經濟部門產生程度不同的影響，常常需要預先作出估計，並擬訂相應工程措施以防止其不利影響。為預測河床沖淤變化過程，可以採用物理模型試驗和數學模型計算，或二者相結合的方法。
影響河床演變的因素
河流河床演變的根本原因是輸沙不平衡。 若上游來沙量與本河段的輸沙能力不相適應， 本河段河床就要發生變形。上游來沙量大於本河段輸沙能力時，水流不能將上游來沙全部輸送走，部分泥沙就將在本河段發生淤積；上游來沙量小於本河段輸沙能力時， 來沙量不能滿足本河段輸沙能力的要求， 從而將使河床發生沖刷。 河床縱向變形是由縱向輸沙不平衡所引起， 橫向變形是由橫向輸沙不平衡所引起， 局部變形是由局部輸沙不平衡所引起。 河床沖淤使水流和泥沙條件發生了變化， 從而又會引起水流輸沙能力的變化。 河床淤高使本河段斷面減小， 比降增大、 流速增大， 床沙變細， 因而水流輸沙能力逐漸增大，上遊河段由於受本河段淤積的影響而產生壅水， 水深增大， 比降和流速都將減小， 水流的輸沙能力也相應減小。 結果將出現上游來沙量逐漸減少，而本河段的水流輸沙能力則逐漸增大， 因而淤積將逐漸停止。 反之， 河床沖刷使得本河段斷面增大， 比降減小; 而上遊河段斷面減小， 比降增大。 結果使得上游來沙量增大， 本河段輸沙能力減小， 終至達到輸沙平衡， 使沖刷停止。 這就是河床和水流的 “自動調整作用”， 即在沖刷和淤積的發展過程中， 河床和水流進行調整， 通過改變河寬、 水深、 比降和床沙組成等使本河段的輸沙能力與上游來沙條件相適應， 從而促使沖淤向其停止方向發展。 由於輸沙不平衡所引起的河床變形是絕對的， 而輸沙平衡使河床處於穩定狀態則是相對的。 這一方面是上游的來沙情況總是不停的變化著， 將引起輸沙平衡的破壞， 而河床上的大小沙體運動是始終存在的， 從而使河床經常處於不斷變化之中。 影響河床演變的因素非常複雜， 主要的影響因素可概括為： 由於氣候及流域等條件造成的來水量及其變化過程; 來沙量、 來沙組成及其變化過程; 河床形態和地質條件以及人類活動等。
河床演變的研究方法
對天然河道的實測資料進行分析， 分析河道的歷史演變過程；從河道形態、 水流和泥沙特徵， 推斷出今後一個時期的發展趨勢。套用泥沙運動的基本理論和河床演變的基本原理，對未來的河床變形進行理論計算。 通過模型試驗， 對河床演變進行預測。
