水力學(xué)與河流動力學(xué)在河流泥沙與河流演變研究中的應(yīng)用

摘 要：本身河流就有著不斷運動和變化的特征，在對河流泥沙和河流演變研究過程中，需要清楚的了解河流以及河床變化的規(guī)律，只有這樣才能夠更好的治理河流泥沙等問題。河流動力學(xué)在上世紀(jì)五十年代初開始發(fā)展成為一門獨立的學(xué)科，其通過研究水流和河床之間相互作用的規(guī)律，更好的分析河流運動的情況、河床演變和變形情況，通過實地考察收集、整理觀測的資料，對河流泥沙進行有效的定性分析。因此本文就對水力學(xué)與河流動力學(xué)在河流泥沙與河流演變研究中的應(yīng)用進行分析，希望能夠有效治理我國河流泥沙問題。

關(guān)鍵詞：水力學(xué)；河流動力學(xué)；河流泥沙；河流演變研究

河流動力學(xué)作為一門新興的學(xué)科，將其應(yīng)用在河流泥沙演變過程中，可以直接應(yīng)用動態(tài)研究的理論，針對河流運動的特點，對河流的泥沙運動情況，還有河床變形情況進行深入的分析和探究。這一學(xué)科是建立在尊重河流運動規(guī)律之上的，其有著較強的客觀性特征，有著較大的應(yīng)用前景，能夠有效解決傳統(tǒng)理念無法解決的現(xiàn)象，對河流泥沙進行定性的分析。

一、河流泥沙演變的研究歷程

我國對于河流泥沙研究的起源可以追溯到戰(zhàn)國時期，著名的都江堰工程就是通過科學(xué)利用水流泥沙運動的規(guī)律，通過對都江堰工程的分析，可以發(fā)現(xiàn)其布局完全符合河流力學(xué)的原理[1]。由于我國本身就河流眾多，并且大多數(shù)的河流都有著時空分布不均勻，且攜帶大量泥沙的特點，由于水土流失問題十分越嚴(yán)重，導(dǎo)致大量的泥沙被裹挾到河流中，從而形成了多沙河流。泥沙會造成河道和水庫的淤積問題，這不僅給水利水電工程建設(shè)帶來眾多的問題，還會給沿岸工農(nóng)業(yè)和人們的實際生活帶來嚴(yán)重的影響，那么這也在一方面表示了河流泥沙研究的意義。那么目前隨著我國對于河流泥沙研究工作的推進，還有泥沙學(xué)科的不斷發(fā)展，不僅建立了泥沙學(xué)科的理論體系，還應(yīng)用泥沙運動基本理論，有效解決了我國一些大型水利工程、河道和海岸治理工程的技術(shù)問題。

二、河流動力學(xué)的確立

河流動力學(xué)作為一門新興的學(xué)科，這是社會不斷發(fā)展過程中的產(chǎn)物，其有著較強的先進性，河流動力學(xué)就是在堅持河流運動規(guī)律基礎(chǔ)上提出的。那么河流作為人類生存中不可或缺的重要資源，這對于人類的發(fā)展有著十分重要的意義，可以說，河流對于人們的實際生活與社會發(fā)展都有著十分積極的影響。與此同時，河流運動也存在一定的破壞性，也會存在一定的不利影響，河流動力學(xué)就是相關(guān)人員通過與河流的緊密連接和研究，在對河流泥沙進行定性分析之后提出的，這是一種對河流泥沙運動規(guī)律的客觀認(rèn)識。河流的水勢有著急緩之分，在河流水勢較為湍急的時候，就容易出現(xiàn)沙刷情況，在河流水勢較緩的時候，就容易出現(xiàn)泥沙堆積等問題。

三、水力學(xué)與河流動力學(xué)在河流泥沙與河流演變研究中的應(yīng)用

（一）泥沙運動對于河流的影響

本身河流中就會存在一定的泥沙，河流泥沙的含量就會直接影響河流的清澈程度，那么河流就是在水流與河床的長期作用下形成的，但河流也會反作用于河床[2]。甚至還會導(dǎo)致河床出現(xiàn)變形的情況，而河床又會對水流的結(jié)構(gòu)產(chǎn)生影響，所以說，這兩者之間是有著相互作用和滲透的關(guān)系的。泥沙作為水流和河床之間相互作用的產(chǎn)物，河流的流速對于泥沙的形成有著較大的影響，當(dāng)河流攜帶的泥沙量相對較多，就會導(dǎo)致部分泥沙沉淀，導(dǎo)致河流達(dá)到飽和含沙量的狀態(tài)。當(dāng)河流攜帶的泥沙量相對較小，其就會從河床中獲取泥沙，從而實現(xiàn)飽和含沙量，導(dǎo)致河床沖刷下降。因此，泥沙有時是水流的組成部分，有時也是河床的組成部分，其在實際實際運動過程中，這兩者方面會進行不斷的變化。

（二）泥沙沖淤變化的影響探究

由于河流是一直處于不斷變化的情況下的，這比如沖擊平原河流中的彎曲河段，會因為河身外形彎曲，迫使水流作曲線運動。河流表層水體會因為流速較大，受到較大的離心力作用，底層水體流速較小，其受到的離心力也相對較小，因此表層含沙量較小的清水在流向凹岸的時候，就會對凹岸產(chǎn)生沖刷。而含沙量相對較多的底層水流，就會流向凸岸，致使凸岸出現(xiàn)淤積，由于長期的水流作用，凹岸就會出現(xiàn)不斷后退的情況，而凸岸就會隨著淤積不斷前進，致使整個河流越來越彎。那么這樣就會形成較大的河環(huán)，尤其在大洪水的情況下，水流就會沖開河流的環(huán)頸部，從而出現(xiàn)裁彎曲直的情況[3]。可以說，河流彎道變化的規(guī)律，對于水文、水利工程建設(shè)等都有著十分重要的意義，比如一些淺灘在經(jīng)過多年的枯水期觀測，都能夠保證通航。

（三）人類活動對于泥沙沖淤變化的影響

那么人類在河流上修建水利工程，可以實現(xiàn)防洪、發(fā)電、灌溉等作用，但同時也會帶來很大的不利影響。比如在修建長江三峽水利工程中，大壩上游中很長的水庫區(qū)會讓庫區(qū)回水變動段下游的險灘全部淹沒，提升航道深度，優(yōu)化船只航行條件[4]。但同時在回水變動區(qū)也會出現(xiàn)大量的泥沙堆積情況，導(dǎo)致枯水期的航道深度變淺，影響航行，一些碼頭、支流河還有取水口等都會被淤塞。對于大壩下游的河流來說，由于水庫本身的調(diào)節(jié)作用，其也會在一定程度上提升枯水期的水流量，提升航道深度，但同時也會存在很多不利的影響，比如上流進入水庫的是渾水，當(dāng)泥沙大量堆積的時候就會變成清水。

（四）沖淤變化對于水利工程規(guī)劃設(shè)計的影響

當(dāng)河流動力學(xué)研究的對象是邊界條件較為復(fù)雜，并且在不斷變化中的河流，其演變的因素就會相對較多，導(dǎo)致在實際調(diào)查研究過程中，無法將所有問題利用數(shù)學(xué)知識進行清晰的解決[5]。比如在水利工程、航道工程和港口規(guī)劃設(shè)計過程中，就需要將按照相關(guān)工程建設(shè)的需要，將河道、港口和碼頭，布設(shè)在河床較為穩(wěn)定、水深足夠且水流條件較好的位置，只有這樣才能更好的保證工程的有效運行。要想合理利用、治理河流問題，就要注重在河流沿岸修建水利工程時，要對河流的運動進行充分的分析和研究，在了解河流運動規(guī)律的基礎(chǔ)上，對河流今后的發(fā)展趨勢進行定性、定量的分析，只有這樣才能夠更好的保證工程設(shè)計的有效運行。

結(jié)語：

總而言之，水力學(xué)和河流動力學(xué)作為一種科學(xué)的、新興的河流泥沙演變研究方式，其能夠通過動態(tài)的研究理論，針對河流運動的特性，對河流泥沙的運動情況進行科學(xué)的分析，這是建立在尊重河流運動規(guī)律的基礎(chǔ)上的，可以說，其有著較強的客觀性特征。

參考文獻：

[1]黃磊，方紅衛(wèi)，王靖宇，何國建.河流泥沙磷遷移過程的數(shù)學(xué)模型研究[J].水利學(xué)報，2014，45（04）：394-402.

[2]張世杰，焦菊英，李林育，黃曉華.黃河河龍區(qū)間河流泥沙對相關(guān)重大事件與政策的響應(yīng)[J].地理科學(xué)，2009，29（06）：905-910.

[3]李林育，焦菊英，李銳，陳楊.松花江流域河流泥沙及其對人類活動的響應(yīng)特征[J].泥沙研究，2009（03）：62-70.

[4]薛明華，蘇明旭，蔡小舒.寬頻超聲衰減法測量河流泥沙粒徑分布[J].中國粉體技術(shù)，2009，15（01）：4-7+12.

[5]張信寶，文安邦.長江上游干流和支流河流泥沙近期變化及其原因[J].水利學(xué)報，2002（04）：56-59.

“江蘇高校品牌專業(yè)建設(shè)工程資助項目”（英文標(biāo)志：Top-notch Academic Programs Project of Jiangsu Higher Education Institutions，英文標(biāo)志簡稱：TAPP）

作者簡介：

陳金泉（1997.1）男 籍貫貴州專業(yè)水利水電工程