第六章 河床变形计算.pptVIP

Fig7-13 Fig7-14 Tab7-1 Fig7-15 Fig7-16 Fig7-17 流量 Fig7-18 Fig7-24 Fig7-25 Fig7-26 第七章 河床演变分析及河床变形计算 引言 目的：对河床变形作出定性、定量的预测。 河床变形预测方法： ⑴河床演变分析 根据历史实际观测资料对河道历史演变过程进行分析，再根据现在的河床边界条件，定性预测河道以后的发展趋势。 ⑵河床变形计算 根据水流泥沙运动的基本理论和河床演变的基本原理，建立数学模型，依据一定的初始和边界条件，定量求解河道的冲淤变化过程。 ⑶河工模型试验 利用水流泥沙运动的相似理论和原理，制作实体(物理)模型来模拟原型的边界及动力条件，从而预测河道的发展。 一、河床演变分析 1、以河床演变的基本理论为指导 2、以主要影响因素为主线 3、以天然河道的实测资料为基础 ㈠河床演变分析的基本原则 1、历史演变分析 目的：了解目前河床演变处于何种阶段及演变的位置、规模和速度 方法：套绘地形、河势、航道等图(Fig7-1) ㈡河床冲淤变形分析 ㈡河床冲淤变形分析 2、近期演变分析 ⑴纵向变形分析 ①套绘历年深泓线剖面图(Fig7-3) ②根据历年横断面图计算冲淤量(Fig7-4) ③根据水文站输沙量资料计算冲淤量 ④绘制枯水水位历年变化图(Fig7-5) ⑤绘制历年流量～水位关系图 ⑵平面变形分析 ①套绘平面地形图(Fig7-6) ②套绘横断面图(Fig7-7) 1、确定水文年类型 目的：水文系列较长，逐一分析费时费力，可选代表性年份分析 方法：统计径流量、输沙量特征值；多年平均径流量、输沙量 类型：丰水丰沙、中水枯沙、枯水枯沙…… (Fig7-9) ㈢来水来沙条件分析 2、来水来沙条件的多年周期性变化特性 来水来沙的多年周期性变化一般会引起河床演变的多年周期性变化 洪水大的年份冲刷较多，但接着的中、枯水年份淤积较多，力求平衡 实例：长江1954年为特大洪水而含沙量又特别小的年份，造成中下游顺直微弯河段普遍冲刷，分汊河段普遍淤积，而后1955～1961连续7年枯水年，河床又恢复原来的准平衡。 3、来水来沙条件的年内周期性变化特性 来水来沙的年内周期性变化一般会引起河床演变的年内周期性变化 正常浅滩的洪淤枯冲和弯曲河段的洪水走直枯水挫弯为典型例子 实例(Fig7-10) 1、地质资料分析 河床由松散细沙造成时，易冲，演变剧烈，河床不稳定 河床由粘土、卵石、基岩组成时，则较稳定 ㈣河床边界条件分析 2、地貌资料分析 分析阶地、突咀、卡口、堤防特殊地貌等对河床演变的影响 1、绘制水力泥沙因子的沿程变化图 主要有水深、河宽、比降、流速、含沙量、挟沙力(Fig7-12) 7-13 ㈤水沙特性分析 2、套绘历年水流动力轴线图 可分析出水流最大动量所在位置 水流动力轴线通过的位置多为深槽 水流动力轴线贴岸，则河岸易冲刷 ㈥河床演变的综合分析。。 二、河床变形计算 ㈠基本方程 泥沙连续方程的推导见图7-16 ㈡有限差分计算方法 有限差分方法：将计算河段化分为若干短河段，并假定每个短河段为恒定水流。 ㈢变形计算中的若干问题 1、计算年的选择 2、流量的分级及时段的划分 3、河段及典型断面的划分 4、糙率的确定 5、输沙率的计算 6、泥沙颗粒组成的确定 7、床沙粗细化的影响 8、冲淤方式的假定 三、河床细部变形计算。。 四、河床变形极限平衡计算 淤积平衡状态 冲刷平衡状态 ㈠极限平衡状态分类 ㈡极限状态估算 1、目的：算出极限平衡状态下的J、B、H、V等水流要素 2、淤积平衡状态计算 注意： 造床流量 平衡时的糙率值 宽深比系数ξ K、M的确定 S只含床沙质 沉速取床沙平距沉速 ㈡极限状态估算 3、冲刷平衡状态计算 ⑴冲刷终止状态 冲刷终止于比降调平 冲刷终止于抗冲铺盖层 ⑵计算方法 冲刷终止于比降调平时： 冲刷终止于抗冲铺盖层时： Fig7-1 1795年：顺直河道 1868年：出现4个小沙洲 1927年：多洲合一成嘉 鱼洲 1959年：扩大成新堤洲 Fig7-3 除4#断面在1971年有少量淤积外，其余河段均为单向冲刷 Fig7-4 7～8断面间淤积，其余全部冲刷，且冲刷还不均匀 Fig7-5 1920～1938：枯水水位不断升高，说明河床不断淤积 1954年后：枯水水位不断降低，说明河床不断冲刷 1946～1954：枯水位交替，说明淤积冲刷交替进行 Fig7-6 都天庙凹冲凸淤，且速度均快 和畅洲头冲尾淤，江心洲不断下移，但头冲快而尾淤慢 主流线不断左移引起凹岸冲刷，下移引起和畅洲头崩坍后退 Fig7-7 断面呈“V”型 凹冲凸淤，河床向右岸摆动 深泓向右移动了300多米 Fig7-8 Fig7-9 1955年：丰水枯