天然河道河床冲淤变化分析与探讨

胡莲美

（辽宁省水文水资源勘测局沈阳分局，辽宁 沈阳 110043）

1 河床冲淤变化分析的原理

河床冲淤变化的影响因素异常复杂。河道的变形，是由于水流条件的变化引起输沙不平衡造成的，并且是朝着恢复输沙平衡的方向发展的。这就是河床冲淤变化过程中水流与河底的自动调节作用，是制约一切河床冲淤变化过程的基本规律。影响演变的主要因素是来水来沙条件、水流泥沙特征和河床边界条件，三者之间关系决定着河床冲淤变化的规律和发展方向。河床冲淤变化分析的基础是天然河流的实测资料。

2 河床冲淤变化分析

河床演变分析是河床冲淤变化分析的一个重要环节，通过分析可找出河床变形的趋势和规律。按时段划分，河床变形可分为历史演变和近期演变两种。历史演变是指河床形成和发展的漫长历史过程；而近期演变则是指河床近代（数年或数十年）的演变过程。

2.1 历史演变分析

历史演变分析主要工作是收集和绘制该河段各个历史时期地形图、河势图、航道图等，方法是将历次测图绘成同一比例、按编年顺序排列对照，既可清晰地看出其演变趋势，也可将历次测图按同一坐标系合绘在一张图上，更加直观地进行比较，更清楚地显示出河床冲淤变化的位置、规模和速度。除对照比较外，还可以根据调查收集的历史文献资料进行分析。例如：浑河沈阳段工农桥与胜利桥之间，1921年以前该河段为单一顺直河槽，深泓贴近右岸，后由于两岸土壤疏松被冲刷，河床逐渐展宽导致水流分散，其中在偏左岸有以砂石等坚硬组成部分（约10 000 m2）冲刷较小，至1943年形成一孤岛，演变为分叉河流，但深泓仍在右岸。这说明了浑河该河段分叉的形成过程，对了解该河段未来演变具有重要借鉴意义。

2.2 近期冲淤变化分析

河床近期冲淤变化分析对水利工程、港行工程建设具有指导意义，要根据实测的河道地形图进行，同时要充分利用当地和邻近水文站的实测水文泥沙资料。

1）纵向变形分析

纵向变形（沿程变化）是河道沿流程纵深方向发生的冲淤变化。一般利用实测断面图或地形图进行分析。将历次纵断面绘于同一坐标图上，可清晰地显示河床纵向的冲淤变化状况。由图1可知，自1975年以来，该河段深泓线河底高程各断面直至1995年不断下切，应为单向冲刷变形。但到2005年转为淤积，其原因为1997年沈阳市水利局在该河段修建橡胶坝，水位常年维持相对高位，使河流流速变小，泥沙、杂质产生沉降淤积。

图1 为浑河砂山段深泓线河底高程纵剖面变化图

若要准确计算某一河段各河段的冲淤数量，可选定一个基准面，绘出该时段汛期、汛后的实测断面图，计算出各断面面积的增减量，再乘以断面间距，即可求出各断面的冲淤数量。将结果绘制成图，就得到该时段内河道沿程冲刷变化图。该图除能直观看出各断面沿程冲淤变化大小外，还能看出其冲刷及淤积的均匀性。

有水文资料的河段可利用水文资料推论河床冲淤变化情况，绘制历年枯水期平均水位变化过程图，如水位逐年上升，则河床不断淤积；如水位逐年下降，则河床不断冲刷；如水位交错升降且变幅不大，则河床处于动平衡状态。一般而言，平均枯水位的变化幅度反映了河床冲淤数量的大小。由图2可知，1975，1985，1995年水位不断下降，表明河床不断在冲刷。此外，还可以绘制历年水位流量关系曲线，比较相同流量下水位变化规律，亦可大致反映河床的冲淤变化。如水位不断上升则河床淤积，水位不断下降则河床冲刷，变化幅度也大致能反映冲淤量的大小。

图2 沈阳站多年最低水位变化图

2）平面变形

平面变形（横断面变化）是河床在流向垂直的方向发生的变化。分析河道的平面变形，需要收集大量的水文观测资料及历年河道地形图，分析时对所有水文资料审查整理。如河道地形复杂，还能去粗取精，以免合绘后过于复杂，不利于分析。对于资料要注意其代表性、对应性、准确性以及合绘图的范围等。 横断面合绘图能较好地分析河道断面形态及其横向冲淤变化，见图3。

图3 辽中水文站横断面横向变化图

从图3可看出，1995，2005，2010年河床主槽不断左移，且深泓处不断下切，1995—2005年主槽深泓左移了70 m，2005—2010年左移了80 m，且继续下切深度达2.51 m，变化幅度较大。

3 来水来沙条件分析

来水来沙条件是影响河床冲淤变化的主要因素，只有对河流来水来沙条件进行详尽的分析，找出其本身的变化规律及其对河床冲淤变化的影响，才能确定河床冲淤变化的原因和规律。

1）确定水文年类型

选择具有代表性的水文年，并确立水文年的类型进行分析。从水量、沙量的逐年变化特性，来确定各水文年的典型特征，如丰水丰沙、中水枯沙、枯水枯沙等，并确定水文要素的变化周期。

2）来水来沙条件的多年周期变化特性

河流的水文泥沙特性具有多年的周期性变化规律，河床冲淤变化也具有多年的周期性变化规律。一般在洪水较大的年份，河床冲淤变化剧烈，河床形态改变显著。但在随后若干年中，若遇枯水年份，河床又缓慢调节，力求恢复原有的平衡状态。如浑河1995，1996年大洪水，含沙量又特别小，造成中、下游顺直微湾河道普遍冲刷，边滩缩小或消失，深槽刷深，浅滩改善，河床剧烈变化；但分汊河段则普遍淤积，浅滩恶化。随后几年为枯水年份，河床又逐渐调整恢复到原来的准平衡状态。

3）来水来沙条件的年内周期变化特性

河流水文泥沙特性有明显的年内周期变化规律，河床形态年内的周期性变化也具有规律性。一般情况下，洪水陡涨、浅滩淤积严重一些，相应深槽冲刷剧烈一些；枯水退水缓慢，浅滩冲刷充分一些，相应深槽淤积严重一些。沙峰先于洪峰利于冲刷，洪峰先于沙峰易于淤积。

4 河床边界条件分析

河床边界条件是决定河床冲淤变化的重要因素，边界条件的复杂多样往往导致河床冲淤变化的复杂多变。

通过信息实地踏勘，取样和钻探等收集实际资料，绘制相应的水文地质图表，显示其平面和剖面的变化特性。主要包括河床表层和不同深度处河床沙的平均粒径、颗粒分配曲线、地质平面及剖面图，然后与河床冲淤变化对照分析，确定其相互间的关系。

当河床由松散细沙组成时，河床冲淤变化将比较剧烈，河床不稳定；对河床由原状粘土、卵石或者原生基岩构成时，河床冲淤变化就比较缓慢，河床就稳定。如浑河沈阳河段，右岸为石头护坡，河底为大块卵石等组成，抗洪水冲刷能力较强，河床就稳定。而左岸河床由深厚的中细沙及粘土组成，河床相对冲刷就剧烈，不够稳定。

5 结语

河床冲淤变化分析工作，是从已经形成的河床形态找出过去形成此种形态的水流、泥沙和边界条件研究过程。通过分析确定这些条件对结果的影响程度后，去预报未来河床变形趋势，以便采取措施去控制或改变条件，从而达到改善和控制河床冲淤变化趋势的目的。

［1］王绍成.河流动力学［M］.北京：人民交通出版社，1991.