水沙變化條件下不同邊界彎曲河道演變特征研究

陳羿名 渠庚 鄭承太 胡呈維 欒華龍

摘要：彎曲河道具有迂回曲折的外形和蜿蜒蠕動(dòng)的動(dòng)態(tài)特征，其形成、發(fā)展和演變是受多種因素綜合影響的復(fù)雜過程。為研究水沙變化條件下彎曲河流的河道演變特征，采用自然模型法在室內(nèi)水槽中塑造出相對(duì)自然的彎曲河道，設(shè)置有、無護(hù)岸措施兩種工況進(jìn)行模型試驗(yàn)。結(jié)果表明：在有護(hù)岸措施條件下，河道縱剖面

上游段沖刷下切、下游段變化不大，河道整體比降呈減小趨勢(shì)，河道深泓彎曲度減小，其演變響應(yīng)特性對(duì)含沙量的變化更敏感；在無護(hù)岸措施條件下，河道灘槽演變調(diào)整作用較強(qiáng)，縱剖面呈整體式下切，且下游段縱剖面下切幅度較上游段大，河道深泓彎曲度逐漸增大，其演變響應(yīng)特性對(duì)流量的變化更敏感。彎曲河道發(fā)生演變的實(shí)質(zhì)是變化的水沙條件與河道形態(tài)調(diào)整之間相互適應(yīng)的過程，演變的最終趨勢(shì)是河道的形態(tài)結(jié)構(gòu)與水沙條件達(dá)到相互協(xié)調(diào)的平衡狀態(tài)。

摘要：彎曲河道； 水沙變化； 河道演變； 自然模型； 護(hù)岸措施

中圖法分類號(hào)： TV142

文獻(xiàn)標(biāo)志碼： A

DOI：10.16232/j.cnki.1001-4179.2024.01.003

0 引 言

彎曲河道具有迂回曲折的外形和蜿蜒蠕動(dòng)的動(dòng)態(tài)特征［1］，其形成、發(fā)展和演變是受多種因素綜合影響的復(fù)雜過程［2］。在河道上游修建水庫(kù)后，下游彎曲河道的水沙條件發(fā)生變化，水沙運(yùn)動(dòng)和河道演變特征隨之改變。如三峽工程運(yùn)用后，下荊江部分彎曲河道灘槽沖淤變化幅度較大，凹岸深槽明顯淤積、凸岸邊灘大幅沖刷（而非建庫(kù)前彎曲河道凹岸崩退、凸岸淤長(zhǎng)的一般變化規(guī)律）［3］，彎頂斷面形態(tài)由偏“V”形向“W”形調(diào)整，單深槽逐漸轉(zhuǎn)化為雙深槽［4］，彎道“撇彎切灘”的現(xiàn)象日益明顯，局部河段河勢(shì)發(fā)生明顯調(diào)整［5-6］。

前人針對(duì)彎曲河道的水沙運(yùn)動(dòng)與河道演變規(guī)律開展了大量的原型觀測(cè)分析、水槽試驗(yàn)以及數(shù)值模擬研究。實(shí)測(cè)資料分析的內(nèi)容主要為河道形態(tài)演變規(guī)律和河彎演變過程中發(fā)生的“切灘撇彎”現(xiàn)象，姚仕明等［7-8］通過實(shí)測(cè)資料分析發(fā)現(xiàn)，丹江口水庫(kù)建成后，下游的皇莊至岳口彎曲段，彎道水動(dòng)力軸線出現(xiàn)偏離凹岸趨中的現(xiàn)象；周祥恕等［9］研究結(jié)果表明，三峽水庫(kù)運(yùn)用后，下荊江來家鋪彎道段主流出現(xiàn)擺動(dòng)，細(xì)沙大幅度減少，導(dǎo)致凸岸邊灘、高灘沖刷后退。水槽試驗(yàn)研究的主要內(nèi)容包括彎道橫向侵蝕、河床演變影響因素及規(guī)律等，如Hong等［10］在室內(nèi)通過人造洪水研究了洪水對(duì)彎曲河道的影響作用；Constantinescu等［11］通過對(duì)比圓心角為135°和193°的彎曲河道演變情況，指出曲率較大的彎道具有更復(fù)雜的水動(dòng)力學(xué)和沖淤特性；余明輝等［12］研究了彎道段凹岸坡腳處成型崩塌體在水力作用下的輸移過程，及其對(duì)岸坡穩(wěn)定性與河床沖淤的交互影響作用；岳紅艷等［13］采用不同粒徑的新型復(fù)合塑料沙研究了彎曲河道二元結(jié)構(gòu)河岸崩塌過程。隨著計(jì)算機(jī)硬件和軟件的發(fā)展，數(shù)值模擬也逐漸成為彎曲河道演變規(guī)律研究的手段之一，如Ikeda等［14］在假設(shè)河岸侵蝕速率與近岸流速成正比的基礎(chǔ)上，開發(fā)了用于模擬彎曲河道形成和演變的數(shù)學(xué)模型，此模型隨后被許多學(xué)者借鑒應(yīng)用［15］；Odgaard［16］假設(shè)河岸的沖刷速率與河岸附近的水深成正比，通過線性化處理，得到了彎道演變的模型；但Darby等［17］認(rèn)為上述模型存在河岸侵蝕系數(shù)不是根據(jù)泥沙的性質(zhì)決定，而是通過率定得到，以及模型對(duì)河寬的變化考慮較少等缺點(diǎn)，并利用動(dòng)網(wǎng)格建立了彎道平面二維模型。

上述有關(guān)彎道河床演變規(guī)律方面的研究中，原型觀測(cè)分析僅能基于實(shí)測(cè)資料，難以研究河道邊界條件對(duì)河道演變的影響，水槽試驗(yàn)和數(shù)值模擬研究大多為概化模型，在建模過程中一般含有較多簡(jiǎn)化和假設(shè)，難以真實(shí)地反映水沙條件和邊界條件對(duì)自然彎曲河道演變的影響。本文采用自然模型法，在室內(nèi)水槽中塑造出相對(duì)自然的彎曲河道，通過改變上游來流的水沙條件和河道邊界條件，分析在有、無護(hù)岸措施條件下，水沙條件發(fā)生變化時(shí)彎道段的灘槽演變特性。

1 自然模型構(gòu)建

試驗(yàn)水槽長(zhǎng)50 m、寬6 m，分為進(jìn)口過渡段、試驗(yàn)段、出口過渡段和尾門4個(gè)部分（見圖1）。水槽導(dǎo)墻兩側(cè)設(shè)置有固定的水位站混凝土墩，用以固定水位站測(cè)針。試驗(yàn)過程中，通過調(diào)節(jié)尾門開度來調(diào)節(jié)尾門水位，進(jìn)而控制模型水位和流速，使之達(dá)到試驗(yàn)要求。

1.1 模型水槽設(shè)計(jì)

試驗(yàn)水槽全長(zhǎng)50 m，中間試驗(yàn)段長(zhǎng)34 m。試驗(yàn)開始前，先在水槽底部鋪上一定厚度的模型沙，水槽中間預(yù)留一條斷面為梯形的順直渠槽，梯形斷面的坡比為1∶1，渠槽縱向比降為1‰。試驗(yàn)段上游側(cè)鋪沙向上游延伸2 m，上游側(cè)預(yù)留一定長(zhǎng)度的過渡段，下游側(cè)鋪沙向下游延伸2 m，同樣預(yù)留一定長(zhǎng)度的過渡段。

1.2 模型沙鋪設(shè)

為了模擬天然彎曲河道的演變特征，采用中值粒徑分別為0.2 mm和0.5 mm的塑料合成模型沙進(jìn)行試驗(yàn)，濕容重為1 380 kg/m3。為模擬天然沖積性河道河床泥沙的分層狀態(tài)，模型沙采取分層鋪設(shè)方式（見圖2），以利于河道的刷深和形態(tài)的塑造。試驗(yàn)過程中模型進(jìn)口采用中值粒徑為0.2 mm的模型沙。初始水槽形態(tài)全景圖見圖3。

1.3 穩(wěn)定彎曲河道造床過程

1.3.1 造床試驗(yàn)要素確定

在正式試驗(yàn)開始前，根據(jù)自然模型法的要求進(jìn)行了多組嘗試性試驗(yàn)，通過對(duì)嘗試性試驗(yàn)獲取的試驗(yàn)資料進(jìn)行分析，確定了合適的造床相關(guān)試驗(yàn)要素，如表1所列。

1.3.2 穩(wěn)定彎曲河道形成

按照表1的水沙條件放水運(yùn)行4個(gè)循環(huán)周期后，所形成的彎曲河道整體趨于穩(wěn)定，局部小范圍仍有小幅度沖淤交替變化，采用人工回填模型沙的方式補(bǔ)齊被沖刷的凸岸邊灘，使彎曲河道保持相對(duì)理想的彎曲形態(tài)。彎曲形態(tài)修補(bǔ)工作完成后，用粒徑為3～6 mm的碎瓜米石對(duì)易沖刷崩退的岸段加以護(hù)岸，以限制河道在隨后的放水試驗(yàn)中持續(xù)崩岸展寬，碎瓜米石護(hù)岸范圍為河床至灘地，護(hù)岸厚度約為1 cm（見圖4）。

對(duì)修補(bǔ)后的彎曲河道模型繼續(xù)按照表1的水沙條件循環(huán)放水，每完成一個(gè)循環(huán)周期，采用ABF 2-3二維地形測(cè)量系統(tǒng)對(duì)河道模型進(jìn)行一次地形測(cè)量，并用大疆無人機(jī)航拍記錄一次河道整體形態(tài)，直至河床地形和河道形態(tài)不再發(fā)生明顯的變化，即認(rèn)為彎曲河道模型已達(dá)到輸沙相對(duì)平衡狀態(tài)（見圖5）。

2 水沙變化條件下彎曲河道演變研究

2.1 試驗(yàn)工況

利用上述已達(dá)到輸沙平衡的自然彎曲河道模型開展水沙變化條件下彎曲河道演變?cè)囼?yàn)，試驗(yàn)設(shè)置A、B兩組工況，水沙條件相同（詳見表2），但河道邊界不同。工況A的初始條件直接采用已達(dá)到輸沙平衡的自然彎曲河道模型，來水來沙減小，有護(hù)岸;工況B同樣也是來水來沙減小，但河道兩岸不再加以碎瓜米石護(hù)岸，且不設(shè)置任何人工干預(yù)措施。模型設(shè)置了14個(gè)監(jiān)測(cè)斷面，對(duì)水位、斷面的流速、含沙量進(jìn)行測(cè)量。試驗(yàn)過程中選擇一個(gè)彎道段（J7～J12）為主要研究對(duì)象（各監(jiān)測(cè)斷面平面布置情況見圖6）。

2.2 模型試驗(yàn)結(jié)果

2.2.1 河道形態(tài)和地形變化

圖7展示了在有、無護(hù)岸措施兩種情況下不同監(jiān)測(cè)時(shí)期河道整體形態(tài)的變化情況。從河道的整體形態(tài)變化來看，在有護(hù)岸措施的情況下，河道的整體形態(tài)維持相對(duì)穩(wěn)定，河道達(dá)到相對(duì)平衡前，在洪、中、枯交替流作用下，河道內(nèi)淺灘有交錯(cuò)變化的趨勢(shì)。

在無護(hù)岸措施的情況下，河道整體形態(tài)發(fā)生了較大的調(diào)整，河道上下游段表現(xiàn)出了不同的演變趨勢(shì)。從上游段的形態(tài)變化來看，主要形成了交錯(cuò)邊灘，深槽略有趨直的趨勢(shì)。從下游段的形態(tài)變化來看，彎道段凹岸持續(xù)崩退而凸岸持續(xù)淤長(zhǎng)，彎道段彎曲程度不斷增大，直至96 h 形成“Ω”形彎道，彎道頸口達(dá)到最窄，隨后頸口又出現(xiàn)展寬趨勢(shì)，緊鄰的上游側(cè)彎曲程度也逐步增大。

圖8展示了在有、無護(hù)岸措施兩種情況下不同監(jiān)測(cè)時(shí)期河道典型監(jiān)測(cè)斷面的地形變化情況。其中，J8斷面和J10斷面分別為彎道進(jìn)口斷面和彎頂斷面。在有護(hù)岸措施的條件下，水沙條件改變后，J8斷面深泓向凹岸一側(cè)移動(dòng)，而凸岸側(cè)原有深泓則出現(xiàn)淤積，新刷出的深泓與原有深泓相比深度更深；J10斷面凸岸一側(cè)出現(xiàn)淤積，而凹岸一側(cè)略有沖刷。而在無護(hù)岸措施的條件下，河道橫斷面形態(tài)調(diào)整較大，河岸崩退明顯。J8斷面深槽由原來的凹岸側(cè)移動(dòng)至凸岸側(cè)，有明顯的的切灘特征。J10斷面凹岸側(cè)和凸岸側(cè)河岸均出現(xiàn)崩退，斷面形態(tài)有從偏“V”形轉(zhuǎn)向偏“W”形的趨勢(shì)，且凸岸側(cè)出現(xiàn)了突發(fā)式崩退。

試驗(yàn)表明，當(dāng)水沙條件發(fā)生變化，在有護(hù)岸措施的情況下，由于河道邊界存在護(hù)岸措施的強(qiáng)力約束作用，河道橫向抗侵蝕能力較高，河道岸線基本穩(wěn)定，整體形態(tài)不會(huì)產(chǎn)生較明顯的調(diào)整。河道地形會(huì)發(fā)生調(diào)整，由于洪水期流量削減，來流過程流量變幅減小，致使凸岸淺灘在洪水期灘面流速減小，淺灘部分容易出現(xiàn)淤積抬高，而凹岸側(cè)主流趨于深槽并集中，致使凹岸側(cè)有刷深趨勢(shì)。而在無護(hù)岸措施的條件下，河道的整體形態(tài)和地形會(huì)有較大的調(diào)整，且產(chǎn)生的調(diào)整作用在河道的上、下游段并不相同。造成這種現(xiàn)象的原因主要是上、下游段河道邊界條件不同。雖然上、下游河道均未采取任何護(hù)岸措施，河道的橫向抗侵蝕性差異并不大，但在初始時(shí)，下游段河道邊界彎曲程度較上游段大，上、下游段在初始時(shí)河道邊界彎曲度的不同可能是造成上、下游段河道產(chǎn)生差異性調(diào)整的重要原因。

2.2.2 河道深泓彎曲系數(shù)變化

圖9展示整個(gè)河道的深泓彎曲系數(shù)隨試驗(yàn)累計(jì)歷時(shí)的變化情況。當(dāng)來流水沙條件發(fā)生變化時(shí)，在有護(hù)岸措施的情況下，河道的深泓彎曲系數(shù)整體呈減小趨勢(shì)。流量的減小和含沙量的增大，均會(huì)促使河道的彎曲系數(shù)向增大的方向演變［18］。而在該組試驗(yàn)中，水沙條件發(fā)生變化時(shí)，如果僅考慮最大流量減小所產(chǎn)生的影響，那么河道的彎曲系數(shù)會(huì)增大；如果僅考慮來流含沙量減小所產(chǎn)生的影響，那么河道的彎曲系數(shù)會(huì)減小。在兩種因素共同作用下，河道彎曲系數(shù)向減小的趨勢(shì)發(fā)展，說明這時(shí)含沙量的減小是影響河道彎曲度變化的主要因素。而在無護(hù)岸措施情況下，河道的深泓彎曲系數(shù)整體呈增大趨勢(shì)。這說明，流量的減小所產(chǎn)生的使河道彎曲系數(shù)增大效應(yīng)，超過了含沙量的減小所產(chǎn)生的使河道彎曲系數(shù)減小的效應(yīng)，即流量減小是影響河道彎曲度變化的主要因素。

2.2.3 河道縱剖面變化

河道縱剖面是從河源到河口河床床面最低點(diǎn)的連線。根據(jù)J2～J13斷面所測(cè)得的地形數(shù)據(jù)資料，以J2斷面為起始斷面，J13斷面為終止斷面，繪制出J2～J13河段河道縱剖面隨試驗(yàn)歷時(shí)的變化情況（見圖10）。

上游來流水沙條件發(fā)生變化后，在有護(hù)岸措施的情況下，河道縱剖面整體呈下切趨勢(shì)，從沿程縱剖面下切的幅度來看，這種下切趨勢(shì)是以下游段某一侵蝕基準(zhǔn)為支點(diǎn)呈旋轉(zhuǎn)式下切，上游段河道縱剖面下切的幅度較下游段下切的幅度大。從整體河道縱剖面比降變化來看，河道縱剖面平均比降向減小的趨勢(shì)發(fā)展。

而在無護(hù)岸措施情況下，河道縱剖面隨試驗(yàn)歷時(shí)的變化情況表現(xiàn)出了不同的特點(diǎn)。從河道縱剖面整體變化情況來看，河道縱剖面整體呈下切發(fā)展趨勢(shì)；從河道縱剖面沿程調(diào)整的幅度來看，下游段縱剖面下切的幅度較上游段大，河道縱剖面比降有增大的趨勢(shì)；從變化的趨勢(shì)來看，隨著試驗(yàn)持續(xù)進(jìn)行，縱剖面持續(xù)性下切會(huì)逐漸向上游段發(fā)展，河道縱剖面比降在最終河道恢復(fù)到新的平衡態(tài)時(shí)有再次減緩的趨勢(shì)。

試驗(yàn)表明：在有護(hù)岸措施條件下，當(dāng)河道內(nèi)水流含沙量銳減時(shí)，河床由于受到?jīng)_刷而致使河道縱剖面侵蝕下切，由于水流挾沙量沿程恢復(fù)等原因，沿程水流對(duì)河床的沖刷能力減弱，從而使得下游段河道縱剖面下切的幅度較上游段小。

當(dāng)河道水沙條件發(fā)生變化而失去平衡時(shí)，河流會(huì)產(chǎn)生一定的調(diào)整作用，這種調(diào)整作用驅(qū)使河流演變至新的平衡狀態(tài)。當(dāng)上游來沙減少時(shí)，河道會(huì)向縱剖面平均比降減小的趨勢(shì)發(fā)展，是因?yàn)楹拥辣冉档臏p小會(huì)導(dǎo)致水面比降隨之減小，進(jìn)而使得河道內(nèi)水流流速減小，水流挾沙力減小，從而減弱對(duì)河道的沖刷，直至河流恢復(fù)到新的平衡狀態(tài)。

而在無護(hù)岸措施情況下，當(dāng)上游來流水沙條件變化而使來流含沙量減小時(shí)，河道縱剖面同樣會(huì)出現(xiàn)下切現(xiàn)象。河道通過產(chǎn)生這種調(diào)整作用以適應(yīng)新的水沙條件，而這種調(diào)整作用沿程表現(xiàn)出不一致性，下游段調(diào)整作用較強(qiáng)而上游段較弱。對(duì)于縱剖面變化而言，使得下游段調(diào)整作用較強(qiáng)的原因是下游段水流下切能力較強(qiáng)。河道中水流流態(tài)為緩流，水面比降與河道比降密切相關(guān)，河道縱比降越大，則水面縱比降也越大，單位水體所具有的能量越高，從而使水流對(duì)河道縱剖面的下切能力越強(qiáng)。隨著演變過程中河道的持續(xù)下切，河道抗下切能力也會(huì)隨著床沙組成的變化而增強(qiáng)，這種增強(qiáng)作用主要表現(xiàn)為兩個(gè)方面：一方面是床沙沿程組成不同；另一方面是隨著試驗(yàn)的進(jìn)行整個(gè)河段床沙會(huì)逐步粗化。在兩方面因素作用下，河道整體縱剖面比降由下游向上游逐步減緩，下切幅度隨著試驗(yàn)的進(jìn)行而逐步減小。

2.2.4 主流線與深泓線變化

圖11展示了河道內(nèi)深泓線和主流線的平面位置變化情況。在有護(hù)岸措施的條件下，從深泓線隨試驗(yàn)歷時(shí)的變化情況來看，深泓線在整個(gè)河段的擺動(dòng)趨勢(shì)是逐步向河道各段的凹岸側(cè)貼近；從深泓線沿程的擺

動(dòng)幅度變化情況來看，河道上游段深泓線擺動(dòng)的幅度較河道下游段的擺動(dòng)幅度大。從主流線隨試驗(yàn)歷時(shí)的變化情況來看，主流線在整個(gè)河段的擺動(dòng)趨勢(shì)具有一定的趨中性，相比于周期1，周期3和周期5時(shí)主流線相對(duì)偏離了河道各段的凹岸側(cè)；從主流線沿程的擺動(dòng)幅度變化情況來看，河道中上游段主流線擺動(dòng)的幅度較河道的中下游段擺動(dòng)幅度大，在各彎道段主流頂沖點(diǎn)的位置無明顯變化。從深泓線和主流線的相對(duì)位置變化來看，周期1時(shí)深泓線和主流線相對(duì)偏離度最大，周期3時(shí)次之，周期5時(shí)最小，但深泓線和主流線并不重合。

而在無護(hù)岸措施的情況下，深泓線和主流線在河道演變過程中具有以下特點(diǎn)：從深泓線平面位置變化來看，深泓線彎曲程度逐漸增大，各段彎頂點(diǎn)逐漸向下游移動(dòng)，且下游段深泓線擺動(dòng)的幅度較上游段大。從主流線平面位置變化來看，主流線彎曲程度逐漸增大，各段彎頂點(diǎn)逐漸向下游移動(dòng)，且下游段主流線擺動(dòng)幅度較上游段大。從深泓線和主流線的相對(duì)位置變化來看，周期1時(shí)深泓線和主流線相對(duì)偏離度最小，周期3時(shí)最大，至周期5時(shí)又減小，深泓線和主流線在不同周期均不重合。

試驗(yàn)表明：當(dāng)上游來流水沙條件發(fā)生變化時(shí)，在河流恢復(fù)到新的相對(duì)平衡狀態(tài)過程中，河道深泓和主流會(huì)作出相應(yīng)的調(diào)整。在有護(hù)岸措施的情況下，這種調(diào)整作用從上游到下游呈減弱趨勢(shì)，上游段首先對(duì)水沙條件變化產(chǎn)生響應(yīng)，這種響應(yīng)隨后傳至下游段。上游段之所以產(chǎn)生的調(diào)整作用較下游段強(qiáng)，可能的原因有兩點(diǎn)：一方面是由于河道受到?jīng)_刷，沿程床沙補(bǔ)充了來流中減少的沙量；另一方面則是受河道邊界條件的約束，沿程水流結(jié)構(gòu)的自身調(diào)整作用使得水流由上而下逐步與河道形態(tài)相適應(yīng)。

而在無護(hù)岸措施的情況下，河流在恢復(fù)到新的相對(duì)平衡態(tài)的過程中，河道深泓和主流產(chǎn)生的調(diào)整作用同有護(hù)岸措施相比顯著不同。從沿程發(fā)生調(diào)整作用的強(qiáng)弱程度來看，下游段調(diào)整作用較上游段強(qiáng)；從主流深泓相對(duì)位置變化來看，二者在試驗(yàn)期內(nèi)未表現(xiàn)出相互趨近性；從彎曲度發(fā)展趨勢(shì)來看，二者彎曲程度均呈增大趨勢(shì)，各段彎頂點(diǎn)均逐漸向下游移動(dòng)。

3 結(jié) 論

本文采用自然模型法，在室內(nèi)水槽中塑造出相對(duì)自然的彎曲河道，設(shè)置有、無護(hù)岸措施兩種工況，研究水沙條件發(fā)生變化情況下彎道段的河道演變特性，主要得出以下結(jié)論：

（1） 在有護(hù)岸措施的條件下，當(dāng)來流水沙條件發(fā)生變化后，從河道形態(tài)變化來看，河道岸線基本穩(wěn)定，整體形態(tài)無明顯變化；從河道地形變化來看，由于洪水期流量減小，水流含沙量降低，且水流集中于深槽，彎道段凹岸側(cè)出現(xiàn)刷深而凸岸側(cè)淤積抬高；從河道彎曲系數(shù)變化來看，彎曲系數(shù)的變化對(duì)含沙量的減小更敏感，在水沙因素綜合作用下逐漸減小，河道彎曲度向減小的趨勢(shì)發(fā)展；從河道縱剖面變化來看，河道縱剖面以下游側(cè)為基點(diǎn)呈旋轉(zhuǎn)式下切，上游段下切幅度較下游段大；從主流深泓變化來看，由于河道邊界的約束作用較強(qiáng)，深泓和主流擺動(dòng)幅度較小，各彎道段深泓趨于貼近凹岸發(fā)展，而主流表現(xiàn)出趨中趨勢(shì)，主流深泓有趨近趨勢(shì)。

（2） 在無護(hù)岸措施的條件下，當(dāng)來水來沙條件發(fā)生變化后，從河道形態(tài)變化來看，河道岸線崩退明顯，整體形態(tài)變化較大；從河道地形變化來看，由于失去了河道邊界的強(qiáng)力約束作用，斷面展寬明顯，橫斷面形態(tài)變化較大，深槽淺灘可能出現(xiàn)易位；從河道彎曲系數(shù)變化來看，彎曲系數(shù)的變化對(duì)流量的減小更敏感，在水沙因素綜合作用下逐漸減小，河道彎曲度向增大的趨勢(shì)發(fā)展；從河道縱剖面變化來看，河道縱剖面出現(xiàn)了整體性下切，下游段下切幅度更大；從主流線及深泓線變化來看，由于失去了河道邊界的強(qiáng)力約束作用，深泓線和主流線擺動(dòng)幅度較大，彎道在演變過程中深泓和主流的彎頂點(diǎn)均向下游側(cè)移動(dòng)，但主流線和深泓線在試驗(yàn)期未表現(xiàn)出趨近趨勢(shì)。

（3） 對(duì)比流量變化和含沙量變化的影響，在有護(hù)岸措施的條件下，河道的演變響應(yīng)特性對(duì)含沙量的變化更敏感；而在無護(hù)岸措施的條件下，河道的演變響應(yīng)特性對(duì)流量的變化更敏感。

（4） 一定的護(hù)岸措施能對(duì)于彎道在演變過程中保持河勢(shì)相對(duì)穩(wěn)定具有良好的控制效果，在河道沿程橫向抗侵蝕能力差異性不大時(shí)，要控制彎道形態(tài)相對(duì)穩(wěn)定，需要對(duì)河道邊界彎曲度更大的河段加以護(hù)岸控制。

（5） 彎曲河道發(fā)生演變的實(shí)質(zhì)是變化的水沙條件與河道形態(tài)的調(diào)整相互適應(yīng)的過程，演變的最終趨勢(shì)是河道的形態(tài)結(jié)構(gòu)與水沙條件達(dá)到相互協(xié)調(diào)的平衡狀態(tài)。

但由于天然彎曲河流的演變受多重因素的共同影響，如地形地貌、泥沙粒徑與級(jí)配等，本文僅考慮了護(hù)岸措施影響，研究成果在工程應(yīng)用中需結(jié)合天然河道的實(shí)際情況綜合研判。

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（編輯：胡旭東）

Evolution characteristics of curved river channels with different boundaries under water-sediment variation conditions

CHEN Yiming1，2，QU Geng1，2，ZHENG Chengtai3，HU Chengwei1，2，LUAN Hualong1，2

（1.River Research Department，Changjiang River Scientific Research Institute，Wuhan 430010，China； 2.Key Laboratory of River and Lake Regulation and Flood Control in the Middle and Lower Reaches of the Changjiang River of MWR，Changjiang River Scientific Research Institute，Wuhan 430010，China； 3.China Gezhouba Group International Engineering Co.，Ltd.，Beijing 100000，China）

Abstract：

The curved river channel has a tortuous shape and dynamic characteristics of meandering and creeping.Its formation，development and evolution are complex processes affected by many factors.In order to study the evolution characteristics of curved river channels under water-sediment variation，the natural model method was used to create a relatively natural curved river channel in an indoor flume，and the model test was carried out under two working conditions of whether implementing riverbank protection measures or not.The results showed that under riverbank protection measures，the upstream of the longitudinal section was scoured and cut down，the downstream section didnt change much，the thalweg curvature of the river decreased，and its evolution response characteristics were more sensitive to the variation of sediment concentration.For no riverbank protection measures，the evolution and adjustment of the river channel was strong，and the longitudinal section was integrally incised with larger magnitude at downstream section than that at the upstream section，the thalweg curvature of the river channel gradually increased，and its evolution response characteristics was more sensitive to flow variation.The essence of the curved river channel evolution was the process of mutual adaptation between the water-sediment variation and the river channel morphology adjustment.The final trend of the evolution was that the morphological structure of the river channel and the water-sediment conditions reach a balanced state of mutual coordination.

Key words：

curved river channel；water-sediment variation；channel evolution；natural model；riverbank protection measures