首页 理论教育 平原河流的河床演变探析

平原河流的河床演变探析

时间:2023-06-20 理论教育 版权反馈
【摘要】:图6.2-9下荆江上车湾河湾撇湾图[19]图6.2-10下荆江沙滩子河湾凸岸切滩[19]6.2.4.3分汊型河流演变分汊型河段是冲积平原河流中常见的一种河型,多存在于河谷宽阔、沿岸组成物质不均匀、上游有节点或较稳定的边界条件的河段中。

平原河流的河床演变探析

平原冲积河流按其平面型式及演变过程可以分顺直型(微弯型)、弯曲型、分汊型、游荡型等四种基本类型。

(1)顺直型河段的主要特点为:中水河槽顺直,边滩呈犬牙交错状分布,并在洪水期向下游平移。

(2)弯曲型河段的主要特点为:中水河槽具有弯曲外形,深槽紧靠凹岸,边滩依附凸岸,凹岸蚀退,凸岸淤长,河身在无约束条件下向下游蜿蜒蛇行,在有约束条件下平面形态基本保持不变。

(3)分汊型河段的主要特点为:中水河槽分汊,一般为双汊,也有多汊的。各河汊道周期性地交替消长。

(4)游荡型河段的主要特点为:沙滩密布,汊道纵横,而且变化十分迅速。

6.2.4.1 顺直型河流演变

顺直型河段指某些河身比较顺直的河段。天然河流中,顺直型河段常见于两岸为抗冲性强的黏土和砂黏土河段,或者狭窄、顺直的河谷河段,或者弯曲型河流的过渡段等,一般不太长。

从平面看,顺直型河段河身比较顺直,河槽两侧分布有犬牙交错的边滩和深槽,上下深槽之间存在较短的过渡段,常称浅滩。顺直型河段的曲率系数较小,如长江、北江等30余处顺直河段的曲折系数都小于1.15。边滩的大小随河道尺度而变化。统计某些顺直型河段的边滩宽度b和长度L与河宽B的关系,有式(6.2-10)。边滩长度约为宽度的5倍。

顺直型河段虽然边界顺直,但边滩会迫使主流弯曲,从而产生横比降,产生横向环流,但顺直型河段的环流强度比弯曲型河流小得多。

顺直型河流河床演变特点如下:

(1)边滩顺流下移,深槽和浅滩冲淤交替,同步下移。边滩迎水坡不断冲刷,背水坡不断淤积,整个边滩不断向下游移动,深槽、浅滩同步下移。枯水期浅滩水面比降大,发生冲刷,冲刷下来的泥沙在下一个深槽中淤积下来,洪水期深槽水面比降比较大,发生冲刷,泥沙又被从深槽搬运到下一个浅滩上淤积下来,如图6.2-6所示。

图6.2-6 维斯雷河演变示意图[19]

(2)河床周期性展宽和缩窄。由于边滩的发展,对岸将产生冲刷,因而枯水以上的河槽展宽了。当边滩发展过宽时,水流绕过边滩时阻力加大,在洪水期就可能发生切滩现象,被切割的边滩成为心滩,而河槽则被心滩分成汊道。但由于新汊道短而直,易于冲刷扩大,而旧河道则相应逐渐淤塞,河槽又恢复单股河床,河宽又缩窄了,如此循环发展。

6.2.4.2 弯曲型河流演变

弯曲型河流是冲积平原河流最常见的一种河型。弯曲型河流一般多出现在河流中下游,多存在于河谷比较宽广、两岸缺少控制性地物的河段中,其河岸和河底均由可冲刷土壤构成,但河岸抗冲能力比河底小。在我国这种河型分布得十分广泛。如海河流域的南运河,淮河流域的汝河下游和颍河下游,黄河流域的渭河下游,长江流域汉江下游、长江下荆江河段等,都是典型的弯曲型河段。

弯曲型河流平面形态一般是左弯右曲,两个相反弯道之间,由直线过渡段相连。弯曲型河流的曲折系数较大,如下荆江的曲折系数原为2.84,几经裁弯取直后,降为1.89,南运河的曲折系数为1.96。弯道的弯曲程度与河流尺度和动量有关,“大河出大弯,小河出小弯”。弯道段的横断面为不对称的三角形,凹岸一侧坡陡水深,凸岸一侧坡缓水浅。过渡段基本是呈对称的抛物线形或梯形。由弯道段至过渡段断面形态沿程是逐渐变化的。从纵剖面看,其深泓线是沿程起伏相间的,弯道段高程较低,而过渡段高程则较高。

弯曲型河段的水流运动受重力和离心惯性力的双重作用,既有纵向流动,也有横向环流,二者共同作用使水流形成了螺旋流。弯道水位沿横向呈曲线变化,凹岸一侧的水位高于凸岸一侧的水位,水面存在横比降,最大值一般在弯道顶点附近。在弯道进口段或在弯道上游的过渡段,主流常偏靠凸岸一侧;进入弯道后,主流逐渐向凹岸转移,至弯顶稍上部位,主流才偏靠凹岸,主流逼近凹岸的位置称为顶冲点,自顶冲点以下相当长的距离内,主流则紧贴凹岸。弯道水流主流线的另一特点是低水傍岸,高水居中,俗称低水走弯,高水走滩。与此相应,主流对凹岸的顶冲部位,则出现低水上提,高水下挫现象。一般低水时顶冲部位在弯顶附近或弯顶稍上,高水时顶冲部位在弯顶以下(图6.2-7)。横向环流使弯道下部的输沙率大于上部的输沙率,横向输沙总是不平衡。在横向水流和纵向水流共同作用下,由弯道凹岸冲刷下来的泥沙,一部分被较强的环流带到本弯道的凸岸淤积,其余的被带到过渡段或下一个弯道的凸岸淤积下来,只有很小一部分会淤积在更下游的过渡段和弯道凸岸。过渡段淤积及一部分凸岸边滩淤积只是暂时的,在尔后因水流条件变化而产生的冲刷过程中,这部分泥沙又将被冲走。

图6.2-7 弯曲型河流洪水、枯水主流线图[19]

弯曲型河流河床演变特点如下:

(1)平面上河湾会发展和蠕动,使曲折程度加剧,河身加长(图6.2-8)。最常见的蠕动形式是第一个弯道不断向右蠕动,第二个弯道不断向左蠕动,第三个弯道又不断向右蠕动,整个河段也缓慢地向下游蠕动。(www.xing528.com)

图6.2-8 下荆江簰洲湾演变图[19]

(2)从横向变形上看,受螺旋流作用,凹岸崩退和凸岸淤长。从纵向变形看,弯道段洪水期冲刷而枯水期淤积,过渡段则相反。年内淤积不一定平衡,但从较长时期看,基本上淤积冲刷平衡。

(3)自然裁弯和撇弯切滩。随着弯道的发展,河道越来越弯,终至形成很长的河环,此时河湾的起点和终点相距很近,当洪水漫滩时,存在较大比降,容易形成串沟,并逐渐发展扩大成新河,而老河则逐渐淤死,从而形成自然裁弯。当河湾发展成曲率半径很小的急弯后,主流改趋凸岸,凹岸逐渐淤积,这一现象称为撇弯(图6.2-9)。当凸岸边滩延展较宽,遭遇大洪水时,凸岸边滩被水流切割形成串沟,分泄一部分流量。这种现象称为切滩(图6.2-10)。

图6.2-9 下荆江上车湾河湾撇湾图[19]

图6.2-10 下荆江沙滩子河湾凸岸切滩[19]

6.2.4.3 分汊型河流演变

分汊型河段是冲积平原河流中常见的一种河型,多存在于河谷宽阔、沿岸组成物质不均匀、上游有节点或较稳定的边界条件的河段中。我国各流域内都存在这种河型,例如珠江流域的北江、东江,黑龙江流域的黑龙江、松花江,长江流域的湘江、赣江、汉江等。分汊型河流一般多出现在河流的中下游。长江中下游这种河段最多,在城陵矶至江阴1150km河段内,就有分汊河段41处,总长788.9km,占区间河长的68.6%。

分汊型河流一般形态为:中水河槽呈宽窄相间的藕节状,窄段为单一河槽,水深较大;而宽段则有一个或几个江心洲存在,将水流分成两股或多股,汊道中水深较小,在分流口和汇流口处常有浅滩存在。

分汊型河流河床演变特点如下:

(1)洲滩的移动和分合。洪水期水流漫过江心洲,由于洲面水深小,糙率大,流速低,一部分悬沙会在洲上落淤,使得江心洲不断增高。一般情况下,江心洲头部由于受到水流的顶冲和环流的作用会不断崩坍后退,而尾部则在螺旋流作用下不断淤积延伸,因而整个江心洲就以缓慢的速度向下游移动。在江心洲运动过程中,江心洲体积不断扩大。在大多数情况下,江心洲的扩大是通过几个较小的江心洲合并实现的。当汊道衰亡时,江心洲靠向一岸,转化为河漫滩

(2)河岸的崩坍和弯曲。自然界中汊道的一支或两支往往具有微弯的外形,由于入口部分环流的作用,进入凹岸一侧的含沙量较小,它将逐渐发展,特别是顶冲点处的河岸,将不断崩坍后退,冲刷的泥沙则在对岸江心洲上淤积。而另一侧则逐渐衰退,当凹岸主汊弯曲发展到一定程度时,河岸不再崩坍,将逐渐稳定,其支汊也相应稳定下来。但当凹岸为广阔的河漫滩时,凹岸支汊将不断弯曲发展,顶冲点不断下移,江心洲也相应向凹岸一侧淤长,汊道将发展成为鹅头型分汊河道。

(3)汊道的兴衰和交替易位。如果上游水流条件不变,弯曲的汊道由于河身加长,河床曲折,水流阻力加大,因而分流比不断减小,弯汊就会逐渐衰亡,直汊则逐渐发展为单一河道。天然情况下,上游水流条件是不可能不变的,支汊可能衰退到一定阶段就停滞。受上游主流摆动的影响,分流分沙发生变化,主汊和支汊会发生交替易位现象。复杂分汊河段多发生在河道极度展宽处,形态极为复杂,各汊水流及泥沙因素较紊乱,分流分沙情况常发生变化,其演变规律因此十分复杂,但也不外乎一汊的发展依赖于其他汊道的衰退。

6.2.4.4 游荡型河流演变

当河流比降较陡,河床和河岸的物质为抗冲能力较差的细颗粒散粒泥沙时,容易形成宽浅、水流散乱、主槽摆动不定的游荡型河段。游荡型河流在世界各地广泛存在。我国黄河下游孟津至高村河段,永定河下游卢沟桥至梁各庄河段,汉江丹江口钟祥河段,渭河咸阳至泾河口河段都是典型的游荡型河段。此外,冰水沉积平原和半干旱地区的卵石河流大多属游荡型河流。

从平面看,游荡型河流河身比较顺直,曲折系数一般不大于1.3。在较长的范围内,往往宽窄相间,呈藕节状。河段内河床宽浅,洲滩密布,汊道交织。游荡河段的纵比降比弯曲河段大,横断面宽浅,曲折系数相当大。水流流速大,水深小。水流含沙量大,而且同流量下的含沙量变化大,流量与含沙量的关系不明显。

游荡性河段的演变特点如下:

(1)平面变化的基本特点是,主流摆动不定,主槽位置也相应摆动,且摆幅相当大,河势变化剧烈。变化的主要原因有河床淤积抬高,主流袭夺新道;洪水漫滩拉槽,主流改道;沙滩移动,主流变化;上游主流方向改变等。

(2)游荡型河段年内的冲淤变化,一般是汛期主槽冲刷,滩地淤积,而非汛期则主槽淤积,滩地崩塌。这一规律与河段的水力、泥沙因素及河道形态有关。

(3)窄段对主流的摆动有一定的钳制作用。游荡型河段多呈宽窄相间的藕节状,在宽段主流变化剧烈,在窄段由于两岸土质较好或受人工建筑物的控制,形成了“节点”。窄段水流归顺,沙滩较少,主流摆动幅度小,且当上游河势发生变化时,“节点”还有一定的调整作用,使得下游流路较为稳定。

免责声明:以上内容源自网络,版权归原作者所有,如有侵犯您的原创版权请告知,我们将尽快删除相关内容。

我要反馈