第七章河床演变分析及河床变形计算课件

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,第七章 河床演变分析及河床变形计算,第七章 河床演变分析及河床变形计算,1,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：,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。,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。,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。,引言目的：对河床变形作出定性、定量的预测。,2,一、河床演变分析,一、河床演变分析,3,1、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,河床演变分析的基本原则,1、以河床演变的基本理论为指导河床演变分析的基本原则,4,1、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),河床冲淤变形分析,1、历史演变分析河床冲淤变形分析,5,河床冲淤变形分析,2、近期演变分析,纵向变形分析,套绘历年深泓线剖面图,(Fig7-3),根据历年横断面图计算冲淤量,(Fig7-4),根据水文站输沙量资料计算冲淤量,绘制枯水水位历年变化图,(Fig7-5),绘制历年流量水位关系图,平面变形分析,套绘平面地形图,(Fig7-6),套绘横断面图,(Fig7-7),河床冲淤变形分析2、近期演变分析纵向变形分析平面变形分,6,1、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),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19551961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、确定水文年类型来水来沙条件分析2、来水来沙条件的多年周,7,1、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,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、地质资料分析河床边界条件分析2、地貌资料分析,8,1、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,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,1、绘制水力泥沙因子的沿程变化图水沙特性分析2、套绘历年水,9,河床演变的综合分析,。,河床演变的综合分析。,10,二、河床变形计算,二、河床变形计算,11,基本方程,泥沙连续方程的推导见,图7-16,基本方程泥沙连续方程的推导见图7-16,12,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。,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，,13,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,变形计算中的若干问题1、计算年的选择,14,三、河床细部变形计算,。,三、河床细部变形计算。,15,四、河床变形极限平衡计算,四、河床变形极限平衡计算,16,淤积平衡状态,冲刷平衡状态,极限平衡状态分类,淤积平衡状态极限平衡状态分类,17,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,K,、,M,的确定,S,只含床沙质,沉速取床沙平距沉速,极限状态估算1、目的：算出极限平衡状态下的J、B、H、V等,18,极限状态估算,3、冲刷平衡状态计算,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,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：,极限状态估算3、冲刷平衡状态计算冲刷终止状态计算方法,19,第七章河床演变分析及河床变形计算课件,20,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,Fig7-11795年：顺直河道,21,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,Fig7-3除4#断面在1971年有少量淤积外，其余河段均为,22,Fig7-4,78断面间淤积，其余全部冲刷，且冲刷还不均匀,Fig7-478断面间淤积，其余全部冲刷，且冲刷还不均匀,23,Fig7-5,19201938：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,19461954：枯水位交替，说明淤积冲刷交替进行,Fig7-519201938：枯水水位不断升高，说明河床不,24,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,Fig7-6都天庙凹冲凸淤，且速度均快,25,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,Fig7-7断面呈“V”型,26,Fig7-8,Fig7-8,27,Fig7-9,1955年：丰水枯沙年,1964年：中水中沙年,1958年：枯水丰沙年,Fig7-91955年：丰水枯沙年,28,Fig7-10,图7-10 黄河秦厂站1954年流量、含沙量过程线,79月：,冲刷,114：,淤积,Fig7-10图7-10 黄河秦厂站1954年流量、含沙量,29,Fig7-11,Fig7-11,30,Fig7-12,图7-12 水流泥沙特性因素空间变化比较图,Fig7-12图7-12 水流泥沙特性因素空间变化比较图,31,Fig7-13,Fig7-13,32,Fig7-14,Fig7-14,33,Tab7-1,Tab7-1,34,Fig7-15,Fig7-15,35,Fig7-16,Fig7-16,36,Fig7-17,流量,Fig7-17流量,37,Fig7-18,Fig7-18,38,Fig7-24,Fig7-24,39,Fig7-25,Fig7-25,40,Fig7-26,Fig7-26,41,第七章河床演变分析及河床变形计算课件,42,