调水系统中水文情势的改变意味着河槽输水能力的下降或提高，河床演变过程的减弱或增强。考虑河床演变过程可能的发展方向时，必须要明确各种水工建筑物造成的水位情况和水质的预测。带走的泥沙沉积在尤戈河河口段和在小北德维纳河上游形成浅滩，由于泥沙沉积使得浅滩上的航行条件恶化。......
2023-06-30
山区河流的河床演变过程
【摘要】：图9-3都江堰卵石河床河床的冲刷与粗化是一个十分普遍的现象，当河道水沙条件改变引起床面冲刷时都会出现粗化。目前对水沙交汇区水流特征研究较多，但对入汇型河道的三维水流结构、泥沙运动及床面形态演化的
9.1.3.1 清水冲刷河床粗化
清水冲刷河床粗化规律研究是河床演变学的重要基础课题之一。例如，岷江紫坪铺水利枢纽工程蓄水运行后，清水下泄对都江堰长期冲刷影响将涉及都江堰工程枢纽主要建筑物冲刷(图9-2 ～图9-4)。在紫坪铺水利枢纽工程兴建后，鱼嘴、飞沙堰和宝瓶口三大主体工程以及百丈堤、杩脚沱护岸工程、内外金刚堤、人字堤、二王庙顺堤等辅助工程的安全保护是确保都江堰工程的必要条件。为此，需要正确预报紫坪铺工程修建前后都江堰河道演变发展趋势，在水流坐弯或冲刷严重的部位，加以适当的、必要的、经济合理的保护措施，并把这种河势稳定地控制住，避免河道中冲刷部位不断变化，把冲刷部位相对固定下来，减少冲刷深度，形成稳定的卵石河道，从而保证都江堰工程在紫坪铺水利枢纽工程清水下泄长期冲刷下的安全。
图9-2 鱼嘴冲刷
图9-3 都江堰卵石河床
河床的冲刷与粗化是一个十分普遍的现象，当河道水沙条件改变引起床面冲刷时都会出现粗化。1973年汛后都江堰河段鲤鱼沱床沙的坑测结果表明，河床表层全部由大于40mm 卵石组成，次表层中的50%小于40mm，说明河床粗化很明显(曹叔尤等，2000)。粗化程度高低，对水流输沙能力、动床水流阻力影响颇大，直接影响着河床冲淤演变及其水面线的准确计算。
图9-4 飞沙堰上游河道冲淤地形
图9-5 马边河上游河段推移质级配
河床的冲刷与粗化的基本条件是泥沙颗粒分布宽，其中大颗粒有一定比例。表9-2是岷江上游至都江堰河段的河床级配，其D50均在100mm 以上。图9-5和表9-3为马边河上游河段推移质代表粒径及推移质颗粒级配曲线，其中D90接近1.0m。
表9-2 岷江上游各河段河床级配成果表
河床的冲刷与粗化的主要原因是冲刷过程中粗细沙粒投入运动的数量与床沙级配并不成比例。实际情况是，起初细颗粒起动输移较多，久而久之，床沙组成逐渐变粗，起动颗粒越来越少，最终在床面上形成一较稳定的抗冲粗化层。由此强化了河床的抗冲能力，制约了冲刷的进一步发展。如水利枢纽蓄水运行初期，下游河道因遭受下泄清水冲刷而使床沙粗化，同时引起河道水位、河床变形、河床演变及航道条件等一系列变化。这些变化对防洪、发电、航运等有重要影响。天然河道由于自然或人为因素，当河段来水来沙条件与其挟沙能力不相适应时，床沙会发生粗化或细化。床沙粗细化是预报坝下河床冲刷深度、挟沙能力和河相关系的关键。
表9-3 马边河上游河段推移质代表粒径
9.1.3.2 山区入汇型河道演变特性
水沙交汇区在我国的大小河流和水利工程中广泛存在着。入汇型河道的水沙运动受众多因素影响及其工程应用目的之差异显得极其复杂。目前对水沙交汇区水流特征研究较多，但对入汇型河道的三维水流结构、泥沙运动及床面形态演化的研究还稍显不足。王协康等(2005)，刘同宦等(2005，2006)通过水槽试验研究入汇角为30°时支流斜接主流入汇型河道的水沙运动情况。试验结果表明:
(1)清水冲刷过程中，推移质运动具有间歇性、脉动性，其输沙率随时间大幅度变化。单一主流中，河道泥沙呈“波”状输移，冲刷自上游往下游发展，其冲刷程度自上游往下游递减。随着流量的增大，单一主流的上游断面冲刷越严重，累积输沙量随之增大。
(2)支流来清水时，主流最强冲刷带在入汇口下游剪切面附近发生。在试验初期，主流输沙率脉动强、峰值大，输沙率随汇流比增大而增大，在入汇口下游迅速形成冲刷深槽;在试验后期，输沙率强度变小、脉动周期变长、峰值变小，随着汇流比增大，输沙率值变小，稳定后的冲刷深槽的范围随之增大。不同汇流比下的累积输沙量与单一主流的累积输沙量相比呈现不同的演化趋势。
(3)支流有来沙时，部分来沙成为主流冲刷的补给，另一部分随水流向下输移，使主流累积输沙量单调增加。当汇流比较小时，入汇口下游主流断面由于支流来沙淤积而使其过水面积变化很大，甚至减小。当汇流比较大时，主流上游断面输沙能力减弱，若主流挟沙能力超过了支流和主流上游来沙能力，在入汇口下游的收缩区内仍会出现冲刷深槽，若主流挟沙能力不足以全部带走支流来沙和主流自身输沙时，会在入汇口下游造成淤积。由于分离区的存在，会在入汇口下游主流右侧形成局部推移质淤积三角洲。
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