第第頁04河床演變學(第四章第一節、第二節)河床演化學

第四章

整治建筑物及整治手段

第一節河道整治規劃1、河相關系的概念河相關系的數學表達式U=f3(Q,G,d)B=f1(Q,G,d)h=f2(Q,G,d)J=f4(Q,G,d)

式中，、、分別為河寬水深和縱比降；分別為河寬、式中，B、h、J分別為河寬、水深和縱比降；Q、G分別為來水量、來沙量，d代表河槽的分別為來水量、、分別為來水量來沙量，代表河槽的邊界條件。1

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第三節2、均衡形態的特點

河相關系

①、均衡形態下河道的主要幾何尺寸不變；均衡形態下河道的主要幾何尺寸不變；②、此時存在一種自動調整的負反饋機制；此時存在一種自動調整的負反饋機制；③、均衡形態下水流和泥沙變量之間達到某種平衡；均衡形態下水流和泥沙變量之間達到某種平衡；④、所謂均衡形態并不意味著一成不變，而只是就空所謂均衡形態并不意味著一成不變，間和時間的平均狀況而言；間和時間的平均狀況而言；⑤、均衡形態涌現的概率較大，是一種有代表性的形均衡形態涌現的概率較大，態。2

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第三節3、均衡狀態的判據

河相關系

①、以河道形態隨時間的改變為判據河道形態——相對穩定河道形態相對穩定②、以河道內泥沙的輸運過程為判據輸沙平衡③、以河道的輸沙耗能效率為判據能耗最小

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第三節

河相關系

4、沿程河相關系沿程河相關系是指不同河流的斷面上或同一河流沿程的不同斷面上斷面尺寸與特征流量特征流量之間的關沿程的不同斷面上斷面尺寸與特征流量之間的關稱為沿程河相關系。系，稱為沿程河相關系。5、斷面河相關系斷面河相關系是指同一河流上的同一斷面，斷面河相關系是指同一河流上的同一斷面，在不同流量下的斷面尺寸與流量的關系。同流量下的斷面尺寸與流量的關系。6、沿程河相關系和斷面河相關系的區分7、河相關系的討論意義、4

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第三節

河相關系

8、河相關系的討論方法、

①、閱歷公式法②、理論分析的半閱歷公式法水流連續方程水流運動方程挾沙力方程Q=UBh

U=

12/31/2hJn3

US=kghω

m

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第三節

河相關系

二、早期的河相關系1、肯尼迪公式(1895年)、肯尼迪公式(年U=0.84h0.64h=1.11q0.61

肯尼迪河相關系的特點

2、拉塞的人工渠道均衡理論(1929年、拉塞的人工渠道均衡理論(年

)

χ=2.668Q1/2

Q1/3R=0.4671/3f

f5/3J=0.000561/6Q

拉塞河相關系的特點6

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第三節

河相關系

二、早期的河相關系3、河床橫斷面河相關系、①、格魯什科夫寬深關系式不同河型的ζ值不同河型的值河名長江漢江黃河河段及河

型荊江，曲折型河段馬口以下，曲折型河段高村以上，游蕩型河段Bm=ζh7

Bh

=ζ

ζ2.23~4.452.019.0~32.0

②、阿爾圖寧寬深關系式

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第三節

河相關系

三、近代河相關系

追求的目標1、量綱分析法、BQ=A1d2gdJdhQ=A2d2gdJd

*1

*2

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第三節

河相關系

2、聯解公式法、水流連續方程水流運動方程挾沙力方程Q=UBh

12/31/2U=hJnUS=kghω3m

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第三節2、聯解公式法、

河相關系

㈠、河寬閱歷公式作為補充的第四個約束條件1、謝鑒衡方法(補充寬深關系式、謝鑒衡方法(水流連續方程挾沙力方程Q=UBh3

B=ζh

作為第四個獨立方程)作為第四個獨立方程)12/31/2U=hJnBh=ζ

水流運動方程m

US=kghω

閱歷河相關系式

理論上就可求得反映準平衡狀態下，河流的河相特征值與來水來沙間的基本關系式(3-34)~(3-37)10

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第三節2、聯解公式法、

河相關系

㈠、河寬閱歷公式作為補充的第四個約束條件2、明宗富方法、(將他自己整理實測資料得到寬深關系式、明宗富方法、B0.8α作為補充方程)作為補充方程)=hd0.065

水流連續方程挾沙力方程

Q=UBh3

水流運動方程m

U=

12/31/2hJn

US=kghω

B0.8α=0.065閱歷河相關系式hd

可得到與謝鑒衡河相關系式類似的方程式(3-47)~(3-50)。11

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第三節2、聯解公式法、

河相關系

㈡、竇國仁最小活動性假說(將最小活動性假說作為補充方程)竇國仁最小活動性假說(將最小活動性假說作為補充方程)①、竇國仁最小活動性假說基本觀點在給定來水來沙條件及河床邊界條件下，河床在沖淤改變過程中力求建立活動性最小的斷面形態。②、河床的活動性指標的表達式及各項的含義Kn

=

Q

f

Qm

UλaUcb

2B+0.15h

③、活動性最小假說的數學表達形式Kn=0或UKn=0或BKn=0h

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第三節2、聯解公式法、

河相關系

㈡、竇國仁最小活動性假說(將最小活動性假說作為補充方程)竇國仁最小活動性假說(將最小活動性假說作為補充方程)④、將最小活動性假說作為補充方程推導河相關系式水流連續方程Q=UBh

12/31/2水流運動方程U=hJnm

U3挾沙力方程S=kghωKn=0或最小活動性假說U

Kn=0或B

Kn=0h

可得到河相關系式(3-54)~(3-57)。13

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第三節2、聯解公式法、㈢、能耗最小假說

河相關系

①能耗最小假說的表

達形式：a、單位時間、單位長度水體中的能耗最小、單位時間、b、單位時間、單位水體中的能耗最小、單位時間、c、單位時間、單位床面水體中的能耗最小、單位時間、γQJ=min

γUJ=minγQJB=min

河床演化學

第三節2、聯解公式法、㈢、能耗最小假說

河相關系

④、將能耗最小假說作為補充方程推導河相關系式水流連續方程挾沙力方程Q=UBhU3S=kghω

12/31/2水流運動方程U=hJnm

能耗最小假說γQJ=min或γUJ=min或

γQJB

=min

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第三節

河相關系

3、Leopold沖積河流水力幾何關系(即河相關系)、沖積河流水力幾何關系(沖積河流水力幾何關系即河相關系)①、表達式

B=α1Qβ1

U=α3Qβ3

h=α2Qβ2②、公式中系數與指數的約束關系

J=α4Qβ4α1α2α3=112/31/2α3=α2α4nα2mS=Kgωmm

Q=BhU12/31/2U=hJnU3S=Kghωm

β1+β2+β3=1

2β2β4+=β332

3β3β2=0

α33m16

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第三節

河相關系

3、Leopold沖積河流水力幾何關系(即河相關系)、沖積河流水力幾何關系(沖積河流水力幾何關系即河相關系)③、公式中系數與指數的大小

河床演化學

思索題1、河相關系指什么？數學表達式如何？不同河型的河相關系式有什么不同？2、在什么狀況下，可以認為沖積河流處于平衡狀態、形