第二章河流特性与河道演变优秀PPT.ppt
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1、第二章河流特性与河道演变第二章河流特性与河道演变第一页,本课件共有65页一、河流的基本概念1、河流、干流、支流、水系2、河谷、河床、山谷、谷底3、洪水河床、中水河床、枯水河床第二页,本课件共有65页二、河流的分段河流沿河长按不同的自然特征可划分为:河源、上游、中游、下游、河口第三页,本课件共有65页第四页,本课件共有65页上游:连接河源,位于河流上段,较大河流的上游往往高山夹峙,沿河有许多峡谷,河床一般窄而深。特点:水流急,落差大,洪水涨落急剧,带有跌水等险滩。中游:河流中段,多位于丘陵地区。特点:河面较宽,河床坡度较平缓,水流较平静。第五页,本课件共有65页下游:河流最下一段,大河流下游位于
2、冲击平原地区。特点:河床较宽,复式断面(图),河槽纵向坡度平缓,流速较小。河口:河流终点,大河流入海洋,小河流入湖泊或其他河流,再者消失沙漠之中。特点:第六页,本课件共有65页河床断面特征第七页,本课件共有65页三、河流的基本特征1、河流长度(谿线)河流长度河流长度指河源到河口的轴线长度。确定河流长度可以在大比例尺的地形图上,用曲线计或两脚规量取。地图的比例尺越大,量得的河长越精确。河流的弯曲程度和两脚规跨度大小,都影响河长的量算结果。两脚规跨度大或河流小弯道过多时,两脚规与曲线计都会因忽略小的弯曲而使量得的结果偏小。河流长度的量算由于采用的方法与选取的河源不同,量得的结果往往有很大出入。第八
3、页,本课件共有65页2、河流动力轴线第九页,本课件共有65页3、河流断面(横、纵)(1)纵断面:沿河流中线(也有取沿程各横断面上的河床最低点)的剖面,测出中线以上(或河床最低点)地形变化转折的高程,以河长为横坐标,高程为纵坐标,即可绘出河流的纵断面图。纵断面图可以表示河流的纵坡及落差的沿程分布。沿水流方向的断面纵断面第十页,本课件共有65页3、河流断面(横、纵)(2)横断面:河槽中某处垂直于流向的断面称为在该处河流的横断面。它的下界为河底,上界为水面线,两侧为河槽边坡,有时还包括两岸的堤防。横断面出称为水断面,它是计算流量的重要参素。常见的断面形式有矩形断面,马蹄形断面等。与水流方向垂直的断面
4、横断面河湾段与直线段河流横断面示意图河湾段与直线段河流横断面示意图第十一页,本课件共有65页4、河流比降河床底部比降越大,水面比降越大落差比降示意图落差比降示意图偏转力引起的横比降偏转力引起的横比降第十二页,本课件共有65页5、水位及水位差上游水位差大,下游水位差小6、河流宽度7、过水断面面积8、流速、流量流速:水流某质点在单位时间内所移动的距离9、含沙量(悬移质、推移质)第十三页,本课件共有65页1、地质特征(1)山区性河流:流经地势高峻,地形复杂的山区地带,河床由难以冲刷的基岩组成(2)平原性河流:流经地带为冲积层(泥沙淤积)2、平面特征(1)山区性河流:急、弯,卡口多(2)平原性河流:河
5、流走势平缓第十四页,本课件共有65页3、横断面特征(1)山区性河流:V、U形;水位上升,宽度变化不大,汇流时间短,净流系数大(2)平原性河流:W、倒三角、抛物线、散乱形;汇流时间大,净流系数小4、纵断面特征(1)山区性河流:纵比降比较大,水面比降也大(2)平原性河流:纵比降比较小,水面比降也小第十五页,本课件共有65页5 泥沙特征(含沙情况比较,颗粒大小,推移质、悬移质)(1)山区性河流:泥沙颗粒粗,推移质多(2)平原性河流:泥沙颗粒细,悬移质多6 水流特征(水位过程线比较(涨落):径流系数=径流量/形成径流的降雨量,汇流时间,河床断面形态)(1)山区性河流:暴涨暴落(2)平原性河流:比较平缓
6、第十六页,本课件共有65页一、水位变化(基本术语)历年最高洪水位、历年最低枯水位平均高水位、平均低水位平均水位、常水位第十七页,本课件共有65页二、水面比降二、水面比降 1、纵比降、纵比降 (1)定义:)定义:河水运动主要是由于重力沿水面方向的作用而产生的,也就是说河水需运动必须要有自上而下的水面坡度纵向比降。(2)计算公式:)计算公式:河段的落差:H=H1-H2 纵比降:i=(H1-H2)/L=H/L第十八页,本课件共有65页(3)纵比降的规律:)纵比降的规律:河流的纵比降一般自河源向河口逐渐减小;小河的比降较大河陡,支流的比降较干流陡。我国长江各段比降见表:河段河段平均比降平均比降河源宜宾
7、0.00121宜宾寸汰0.00026寸汰宜昌0.00018宜昌汉口0.00036汉口吴淞0.00017第十九页,本课件共有65页(4)纵比降的影响因素:)纵比降的影响因素:地层条件:河床土质坚硬,能够抵抗水流的冲刷,比降较大;反之河床土质松软,则比降较平。河床形态:河床放宽,比降减小。例:峡谷比降大,出了峡谷比降突然减小。水位升降变化:详见下图说明。第二十页,本课件共有65页 图aaaa线,河流深槽与浅滩间,如遇断流,形成一系列水塘;图bbbb线,随水流增大,塘内水满,向下溢流,水面比降与滩底坡度近于平行,而深槽处比降则较平缓;图cccc线,流量继续增加,浅滩上水面比降减小,深槽比降相应增大;
8、图dddd线,流量再增加,水位上涨,发生直线的纵断面;图eeee线,流量还增大,河道平面形状影响超过河底起伏的影响,由于深槽通常在河湾地段,对水流阻力大,因此比降增大。第二十一页,本课件共有65页2、横比降、横比降(1)产生原因:河流在弯道处由于离心力和偏转力的作用,会产生横比降。如图所示:偏转力引起的横比降偏转力引起的横比降第二十二页,本课件共有65页(2)计算公式:Ir=tg=C/G式中:Ir:水面横比降 C:单位水体的偏转力 G:单位水体的重力 第二十三页,本课件共有65页由于离心力作用产生的横比降,如图所示:Ir=tg=P/G=V2/Rg式中:Ir:水面横比降V:水流的纵向流速(m/s
9、)R:弯曲半径(m)g:重力加速度(m/s2)P:离心力地球偏转力及离心力综合作用下所产生的横比降为两者的代数和。离心力引起的横比降离心力引起的横比降第二十四页,本课件共有65页三、流速三、流速 1、定义、定义 河流中的流速系指水流某质点在单位时间内所移动的距离,通常以m/s计。2、影响因素影响因素 河底、河岸的形状、河岸的粗糙程度、河底植物生长、河流冰冻、风速、风向等 3、河流的等流速线图、河流的等流速线图 横断面中流速相等各点的连线,见冰冻和畅流时河流横断面上的等流速线图:第二十五页,本课件共有65页封冻期河流等流速线图畅流期河流等流速线图河流的等流速线图河流的等流速线图第二十六页,本课件
10、共有65页4、流速垂线分布曲线流速垂线分布曲线如果把横断面各垂线上诸点所测得的流速绘成曲线,可得到流速沿水深的分布,这种曲线称为流速垂线分布曲线,其形状近似抛物线。第二十七页,本课件共有65页 5 5、流速分布规律、流速分布规律(1)受河周界摩擦力影响,流速自水面向河底逐渐减少,流速自河中向河岸逐渐减少;(2)沿铅垂线上的流速分布,最大流有时在水面,有时在水面下0.2-0.3m水深处;(3)横断面最大流速一般在最大水深处的水面附近;河面结冰后,最大流速移向断面中部。第二十八页,本课件共有65页四、横向环流和螺旋流四、横向环流和螺旋流 1、横向环流、横向环流 水流沿断面的环状运动,对河道演变起重
11、要作用;除在弯道处较明显外,水流流向改变处(分汊及汇合处、江心洲两旁)也会产生环流。自然河流中,环流分布最广的地方是弯曲河道的凹岸。第二十九页,本课件共有65页引起横向环流的力之解剖图横向环流示意图第三十页,本课件共有65页 2、螺旋流、螺旋流 由于纵向水流受横向环流的影响,而使水流成螺旋状向下流动。螺旋流示意图第三十一页,本课件共有65页1 1、定义、定义 深槽、过渡段、枯水期、天然障碍物第三十二页,本课件共有65页2 2、浅滩的组成、浅滩的组成图 浅滩的组成a)平面图;b)沿深泓线纵断面;c)A-B断面1-上边滩;2-下边滩;3-上深槽;4-下深槽;5-沙梗;6-上深槽尖潭;7-下深槽倒套
12、;8-上沙梗;9-下沙嘴;c-鞍凹;8c9滩脊(1)上边滩:或称上沙咀、上岸滩,它位于浅滩鞍槽的上游;(2)下边滩:或称下沙咀、下岸滩,它位于浅滩鞍槽的下游;(3)上深槽:或称上深潭,是浅滩上游的深水河槽部分;(4)下深槽:或称下深潭,是浅滩下游的深水河槽部分;(其中深入上边滩尾部的下深潭的尖端部分,称为沱口,或称尖潭)(5)沙鞍:是连接上下两边滩的一道沙埂,其形状如马鞍,故称沙鞍。沙鞍上最深的部分称作鞍凹。第三十三页,本课件共有65页3 3、浅滩的分类、浅滩的分类(按滩形特征和碍航情况分)(1)正常浅滩 这类浅滩位于蜿蜒性河流两反向河湾之间,且平面形态较好的过渡河段上,上下深槽彼此不相交错,
13、而是通过鞍凹平顺的相连;沙脊前坡与后坡的坡度平缓;鞍凹具有稳定而足够的宽度和深度,水流漫溢的方向与鞍凹的方向一致;这些特点使得这类浅滩对航行有利,一般不需整治,故称好滩。正常浅滩正常浅滩第三十四页,本课件共有65页(2)交错浅滩 这类浅滩多出现在河身较宽的微弯型河段或曲率较大、过渡段很短的蜿蜒性河段上,它的上下深槽交错形成沱口,缺点是从上深槽流出的水量,相当大一部分经上边滩流入下深槽首部的沱口处,以致在两深槽间的沙脊处流量减少、水深不足;另外由于水流分散,还易使船舶偏航,撞上边滩,发生事故。交错浅滩交错浅滩第三十五页,本课件共有65页(3)复式浅滩 这类浅滩多出现在比较顺直或过渡段很长的河段内
14、,它是由两个或数个浅滩组成,一般具有沱口。这类浅滩对航行很不利,特别是长船队通过此类浅滩更困难。为了改善浅滩的航行条件,通常在中间边滩上设置挖槽,进行大量的疏浚挖泥工作,开辟新航道。复试浅滩复试浅滩第三十六页,本课件共有65页(4)散乱浅滩 这类浅滩多出现在河槽宽阔的顺直河段和周期性壅水的河段,它没有明显边滩和滩脊,河床上散布各种大小沙丘,水深很浅,航道散乱。这种浅滩对航运显然是不利的。散乱浅滩散乱浅滩第三十七页,本课件共有65页4 4、浅滩的成因、浅滩的成因(1)在河段突然放宽的地方,过水断面增大,流速降低,水流挟沙力减弱,大量泥沙落於,形成浅滩。(2)在收缩的河段上游,水流因受收缩段的影响
15、,形成壅水,比降变小,流速降低,水流挟沙力减弱,大量泥沙落淤,形成浅滩。(3)在两个河湾的过渡段,由于环流作用的逐渐消失,水流挟沙力减弱,引起大量泥沙落淤,形成浅滩。如果过渡段长和曲率半径大,浅滩就长些,反之,浅滩就短些。(4)在河道分汊处,由于汊道阻力的不同和水流的弯曲,常在汊道之一的入口上游产生较高的壅水,引起泥沙落淤,形成浅滩。在汊道汇合处,由于汊道挟沙数量不同和水流弯曲,在挟沙较多的出口处,常因泥沙落淤,形成浅滩。第三十八页,本课件共有65页(5)在支流汇入的地方,如支流挟带的泥沙颗粒较大,超过了干流的挟沙能力,也会落淤,形成浅滩。(6)横跨河流的一些水工建筑物,如桥梁、水闸等,也能使
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