天然河道河床沖淤變化分析與探討

胡蓮美

（遼寧省水文水資源勘測局沈陽分局，遼寧 沈陽 110043）

1 河床沖淤變化分析的原理

河床沖淤變化的影響因素異常復雜。河道的變形，是由于水流條件的變化引起輸沙不平衡造成的，并且是朝著恢復輸沙平衡的方向發展的。這就是河床沖淤變化過程中水流與河底的自動調節作用，是制約一切河床沖淤變化過程的基本規律。影響演變的主要因素是來水來沙條件、水流泥沙特征和河床邊界條件，三者之間關系決定著河床沖淤變化的規律和發展方向。河床沖淤變化分析的基礎是天然河流的實測資料。

2 河床沖淤變化分析

河床演變分析是河床沖淤變化分析的一個重要環節，通過分析可找出河床變形的趨勢和規律。按時段劃分，河床變形可分為歷史演變和近期演變兩種。歷史演變是指河床形成和發展的漫長歷史過程；而近期演變則是指河床近代（數年或數十年）的演變過程。

2.1 歷史演變分析

歷史演變分析主要工作是收集和繪制該河段各個歷史時期地形圖、河勢圖、航道圖等，方法是將歷次測圖繪成同一比例、按編年順序排列對照，既可清晰地看出其演變趨勢，也可將歷次測圖按同一坐標系合繪在一張圖上，更加直觀地進行比較，更清楚地顯示出河床沖淤變化的位置、規模和速度。除對照比較外，還可以根據調查收集的歷史文獻資料進行分析。例如：渾河沈陽段工農橋與勝利橋之間，1921年以前該河段為單一順直河槽，深泓貼近右岸，后由于兩岸土壤疏松被沖刷，河床逐漸展寬導致水流分散，其中在偏左岸有以砂石等堅硬組成部分（約10 000 m2）沖刷較小，至1943年形成一孤島，演變為分叉河流，但深泓仍在右岸。這說明了渾河該河段分叉的形成過程，對了解該河段未來演變具有重要借鑒意義。

2.2 近期沖淤變化分析

河床近期沖淤變化分析對水利工程、港行工程建設具有指導意義，要根據實測的河道地形圖進行，同時要充分利用當地和鄰近水文站的實測水文泥沙資料。

1）縱向變形分析

縱向變形（沿程變化）是河道沿流程縱深方向發生的沖淤變化。一般利用實測斷面圖或地形圖進行分析。將歷次縱斷面繪于同一坐標圖上，可清晰地顯示河床縱向的沖淤變化狀況。由圖1可知，自1975年以來，該河段深泓線河底高程各斷面直至1995年不斷下切，應為單向沖刷變形。但到2005年轉為淤積，其原因為1997年沈陽市水利局在該河段修建橡膠壩，水位常年維持相對高位，使河流流速變小，泥沙、雜質產生沉降淤積。

圖1 為渾河砂山段深泓線河底高程縱剖面變化圖

若要準確計算某一河段各河段的沖淤數量，可選定一個基準面，繪出該時段汛期、汛后的實測斷面圖，計算出各斷面面積的增減量，再乘以斷面間距，即可求出各斷面的沖淤數量。將結果繪制成圖，就得到該時段內河道沿程沖刷變化圖。該圖除能直觀看出各斷面沿程沖淤變化大小外，還能看出其沖刷及淤積的均勻性。

有水文資料的河段可利用水文資料推論河床沖淤變化情況，繪制歷年枯水期平均水位變化過程圖，如水位逐年上升，則河床不斷淤積；如水位逐年下降，則河床不斷沖刷；如水位交錯升降且變幅不大，則河床處于動平衡狀態。一般而言，平均枯水位的變化幅度反映了河床沖淤數量的大小。由圖2可知，1975，1985，1995年水位不斷下降，表明河床不斷在沖刷。此外，還可以繪制歷年水位流量關系曲線，比較相同流量下水位變化規律，亦可大致反映河床的沖淤變化。如水位不斷上升則河床淤積，水位不斷下降則河床沖刷，變化幅度也大致能反映沖淤量的大小。

圖2 沈陽站多年最低水位變化圖

2）平面變形

平面變形（橫斷面變化）是河床在流向垂直的方向發生的變化。分析河道的平面變形，需要收集大量的水文觀測資料及歷年河道地形圖，分析時對所有水文資料審查整理。如河道地形復雜，還能去粗取精，以免合繪后過于復雜，不利于分析。對于資料要注意其代表性、對應性、準確性以及合繪圖的范圍等。 橫斷面合繪圖能較好地分析河道斷面形態及其橫向沖淤變化，見圖3。

圖3 遼中水文站橫斷面橫向變化圖

從圖3可看出，1995，2005，2010年河床主槽不斷左移，且深泓處不斷下切，1995—2005年主槽深泓左移了70 m，2005—2010年左移了80 m，且繼續下切深度達2.51 m，變化幅度較大。

3 來水來沙條件分析

來水來沙條件是影響河床沖淤變化的主要因素，只有對河流來水來沙條件進行詳盡的分析，找出其本身的變化規律及其對河床沖淤變化的影響，才能確定河床沖淤變化的原因和規律。

1）確定水文年類型

選擇具有代表性的水文年，并確立水文年的類型進行分析。從水量、沙量的逐年變化特性，來確定各水文年的典型特征，如豐水豐沙、中水枯沙、枯水枯沙等，并確定水文要素的變化周期。

2）來水來沙條件的多年周期變化特性

河流的水文泥沙特性具有多年的周期性變化規律，河床沖淤變化也具有多年的周期性變化規律。一般在洪水較大的年份，河床沖淤變化劇烈，河床形態改變顯著。但在隨后若干年中，若遇枯水年份，河床又緩慢調節，力求恢復原有的平衡狀態。如渾河1995，1996年大洪水，含沙量又特別小，造成中、下游順直微灣河道普遍沖刷，邊灘縮小或消失，深槽刷深，淺灘改善，河床劇烈變化；但分汊河段則普遍淤積，淺灘惡化。隨后幾年為枯水年份，河床又逐漸調整恢復到原來的準平衡狀態。

3）來水來沙條件的年內周期變化特性

河流水文泥沙特性有明顯的年內周期變化規律，河床形態年內的周期性變化也具有規律性。一般情況下，洪水陡漲、淺灘淤積嚴重一些，相應深槽沖刷劇烈一些；枯水退水緩慢，淺灘沖刷充分一些，相應深槽淤積嚴重一些。沙峰先于洪峰利于沖刷，洪峰先于沙峰易于淤積。

4 河床邊界條件分析

河床邊界條件是決定河床沖淤變化的重要因素，邊界條件的復雜多樣往往導致河床沖淤變化的復雜多變。

通過信息實地踏勘，取樣和鉆探等收集實際資料，繪制相應的水文地質圖表，顯示其平面和剖面的變化特性。主要包括河床表層和不同深度處河床沙的平均粒徑、顆粒分配曲線、地質平面及剖面圖，然后與河床沖淤變化對照分析，確定其相互間的關系。

當河床由松散細沙組成時，河床沖淤變化將比較劇烈，河床不穩定；對河床由原狀粘土、卵石或者原生基巖構成時，河床沖淤變化就比較緩慢，河床就穩定。如渾河沈陽河段，右岸為石頭護坡，河底為大塊卵石等組成，抗洪水沖刷能力較強，河床就穩定。而左岸河床由深厚的中細沙及粘土組成，河床相對沖刷就劇烈，不夠穩定。

5 結語

河床沖淤變化分析工作，是從已經形成的河床形態找出過去形成此種形態的水流、泥沙和邊界條件研究過程。通過分析確定這些條件對結果的影響程度后，去預報未來河床變形趨勢，以便采取措施去控制或改變條件，從而達到改善和控制河床沖淤變化趨勢的目的。

［1］王紹成.河流動力學［M］.北京：人民交通出版社，1991.