博导第6讲 蜿蜒型河道的演变规律

第六章蜿蜒型河段的演变及整治(meander/wanderingreach)“九曲回肠”的长江下荆江河段渭河下游，滹沱河下游（1）曲折系数K曲线长度和直线长度的比值K=Lc/LlLc

为几何坐标长度Ll

为连接河段两个端点中心的直线长度1、河型判别（2）不同河段的曲折系数K长江上荆江曲折系数平均值1.31下荆江曲折系数平均值1.89.黄河下游过渡段曲折系数平均值1.33受到整治工程限制的蜿蜒段曲折系数平均值1.21（3）用曲折系数区分顺直与弯曲19世纪50年代,张瑞瑾提出曲折系数大于1.2为蜿蜒型河段

后来根据实测资料当K>1.25,河型为蜿蜒型河段当K<1.15,河型为順直型河段（4）河型判别标准江心滩、洲是分汊河型的标志曲折系数是顺直、弯曲的区分标志游荡河型很宽，但是没有稳定的江心洲滩，顺直而且宽浅---游荡指标IncisedmeandersdevelopedintheGoosenecksoftheColoradoPlateau典型蜿蜒河段荆江下游河段本章主要内容第一节河段的特性第二节演变规律第三节整治措施第四节裁弯工程第一节河段的特性一、形态特性平面形态过渡段弯道曲折系数K

：由一系列正反相间的弯道和介乎其间的过渡段衔接而成。弯距L：摆幅Bm：曲率半径R：几个弯道?几个概念相邻的三个弯道的首尾弯道的弯顶直线距离相邻两弯顶的横向距离；表征河段摆幅范围单个弯道弯曲程度沿程变化，在一定范围内常近似为圆弧形，用其半径表示弯曲程度。曲率半径R：于军欧阳屡泰Q,J

为平滩水位时的流量和比降，

Qmax

为年均最大流量，

φ=ө

为中心角。大水出大弯，小河出小弯曲率半径R的大小与河流尺度和动量有关。凹岸：凹向水流的河岸。中心角θ：在半径R的单个弯道内，上游起点和下游终点辐射线所构成的夹角。凸岸：凸向水流的河岸。过渡段：两反向弯道之间的直线段。横断面形态呈对称的抛物线形或梯形。过渡段：呈不对称三角形，凹岸一侧坡陡水深，凸岸一侧坡缓水浅。弯道段：由弯道段至过渡段断面形态沿程是逐渐变化的。深泓线沿程起伏相间。纵断面形态纵向比降主泓线在弯道段较深主泓线在过渡段较浅二、水流特性受重力及离心惯性力双重作用；等压面与二力合力垂直水面横比降Jz凹岸和凸岸的纵比降Jx横向环流纵向垂线平均流速U水流动力轴线蜿蜒型河段水流运动水位沿横向呈曲线变化凹岸水位高于凸岸水位弯道水流特点

弯道水流凹岸水位高于凸岸水位，存在水面横比降，最大值一般在弯道顶点附近。横比降的水体受力特点，会形成横向环流，环流方向在上部恒指向凹岸，下部恒指向凸岸。

横比降的存在使得水流纵比降JZ沿凹岸和凸岸不同。表层水流结构特点：弯道存在横比降凹岸水位恒高于凸岸纵向出现负比降凹岸纵比降：上游到中部---负比降中部到下游---正比降凸岸纵比降：上游到中部---正比降中部到下游---负比降注意：①并不是只有弯道才能形成环流；②凡是水流弯曲的部位都存在环流；③不能以河段的弯曲与否，而应以水流的弯曲与否来判断是否产生环流；④在弯道内产生的环流称为弯道环流。水流动力轴线（主流线）概念:纵向水流各断面最大垂线平均流速处的连线位置:弯道入口段或者上游的过渡段，主流偏靠凸岸一侧至弯顶稍上部位，主流才偏靠凹岸（顶冲点）顶冲点以下相当长的距离，主流紧贴凹岸水流动力轴线随着流量的变化而变化:低水傍岸/低水走弯高水居中/高水走滩（顶冲点）低水上提（顶冲点）高水下挫河湾形态的影响

主流线：（水动力轴线）(a)(b)螺旋流：纵向环流与横向环流结合起来就形成了螺旋流。受重力及离心惯性力双重作用；等压面与二力合力垂直水面横比降Jz凹岸和凸岸的纵比降Jx横向环流纵向垂线平均流速U水流动力轴线蜿蜒型河段水流运动水位沿横向呈曲线变化凹岸水位高于凸岸水位弯道水流特点横向输沙：横向环流决定了泥沙运动的特点。横向环流引起横向输沙问题。三、输沙特性由图中可知：①环流下部的输沙率恒大于上部；且随z值增大，下部的愈大与上部；②造成①的原因是与含沙量沿垂线分布有关；③横向输沙总是不平衡的；净输移量朝向环流下部所指方向（凸岸）纵向输沙：长时段基本处于平衡洪水期：枯水期：泥沙输沙特点：①泥沙的异岸输移和同岸输移；②泥沙沿程的聚散现象。

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，只有很小一部分淤积在更下游的过渡段和弯道凸岸。弯道段大于过渡段弯道段小于过渡段弯道和过渡段泥沙输移能力第二节演变规律二、一般演变一般演变突变按照缓急程度河床演变一、演变分类水沙运动平面变化横向变化蜿蜒型河段作为一整体处于不断演变过程中。主要从纵向变化阐述其演变规律表现为：蜿蜒曲折程度不断加剧，河长增加，曲折系数K也随之增大。1、平面变化

平面形态发生变化的原因是：凹岸的不断崩退和凸岸的相应淤长，使河湾在平面上不断发生位移，并且随弯顶向下游蠕动而不断改变其平面形状。且变化尺度相当大。

注意：平面变化过程中，各河湾之间过渡段的中间部位基本不变，只是其长短不等。即蜿蜒形河段的平面变形，基本是围绕由这些中间部位联成的摆轴进行的。

平面变形虽然比较大但有一点的限度。表现为：凹岸崩退和凸岸相应淤长，弯道相应移动。2、横向变化特点：凹冲凸淤，断面形态相似，冲淤横断面面积接近相等。崩退面积等于淤长面积面积时，横断面变形平衡。

一般的，凹岸抗冲能力较弱，必然导致河岸崩塌，过水面积增大，引起横向输沙的不平衡，从而导致凸岸相应总是趋于淤长的。结论：横断面变形最本质的原因是横向输沙不平衡。

另外，过渡段两岸冲淤变化强度较弱，冲淤面积接近相等，断面形态保持不变。3、纵向变化弯道:洪水期冲刷，枯水期淤积；过渡段:洪水期淤积，枯水期冲刷；在一年内或者一个长时期内保持平衡。三、突变自然裁弯撇弯2、自然裁弯切滩1、分类自然裁弯凹岸冲刷、凸岸淤积导致弯道的移动，这种横向移动导致弯道的曲率半径减小，弯道上下游的狭颈变窄，直到在洪水期发生自然裁弯。新河道常发展较快，2～3年即可发展完整。例如：下荆江自1860~1949年的近90年中，在太公湖、西湖、古长堤、尺八口及碾子弯等多处自然裁弯。又如：渭河下游自1958~1975年，发生了西毕家、西李家及金滩等8处自然裁弯。自然裁弯3、撇弯定义：当河弯发展成曲率半径很小的急弯后，遇到较大洪水，水流弯曲半径远大于河湾曲率半径，这时在主流带与凹岸急弯之间产生回流，使原凹岸急弯淤积。注意：撇弯时凹岸淤积。4、切滩定义：河弯曲率半径适中，而凸岸边滩延展较宽且较低时，遇到较大洪水，水流弯曲半径大于河湾曲率半径较多，这时凸岸边滩被水流切割形成串沟，分泄一部分流量。切滩原因：凸岸边滩较低，抗冲能力较差。监利河湾切滩5、自然裁弯与切滩的异同自然裁弯是在两个河弯之间的狭颈上进行的；切滩是发生在同一河湾的凸岸。自然裁弯使得原河弯淤积成牛轭湖；而切滩不会，它形成串沟，从而演变为分汊河段。自然裁弯对河势的影响要比切滩大的多。切滩第四节裁弯工程

蜿蜒型河段发展到一定程度，常发生自然裁弯。自然裁弯可能产生不利影响。因此，为了使其朝有利方向发展，充分掌握主动权，可以运用河道发展自然规律，进行人工裁弯。

人工裁弯是一项根本改变河道现状的工程措施，一旦决策失误，必会适得其反。因此，事先进行裁弯勘测规划设计，对裁弯后的河床演变作出预报，并提出相应对策，然后付诸实施。裁弯规划设计引河规划设计护岸工程规划设计引河线路引河平均形式一、裁弯规划设计

人工裁弯取直是一种强制性整治措施，应遵循因势利导的治河原则，使裁弯新河与其上下游河道平顺衔接，形成顺乎自然发展的河势。

“引河法”是1933年由福格森提出，即在选定的引河线路上，先开挖出一条断面较小的引河，利用水流自身能量，塑造成可通过全河流量的新河。裁弯内裁外裁引河与老河主流线夹角θ不>300

引河长度以裁弯比作