《河床演變及河道整治》課程設(shè)計(jì)

第一章黃河下游各水文站基本資料第一節(jié)高村水文站基本資料黃河高村站位于山東省東明縣，是黃河入魯?shù)谝粋€(gè)水文站，也是黃河流域上的重要控制站。斷面距河口距離579.1公里.集水面積734146平方公里。清光緒二年（1876年），因洪水肆鳳村莊被淹,舉村從堤西遷至堤?hào)|，該村地勢(shì)較高，故命村名為高村。測(cè)驗(yàn)河段位于黃河下游游蕩河段的末端，呈上寬下窄的漏斗狀,灘地高，堤根洼，易產(chǎn)生塌岸險(xiǎn)情或發(fā)生潰決。史書記載僅光緒四年（1878年）、六年（1880年）、十年（1884年）高村就三次決口。經(jīng)過1982年大洪水的考驗(yàn)，顯示了河道整治對(duì)防洪的重大作用，在歷年工農(nóng)業(yè)引水、護(hù)灘保村及航運(yùn)方面也都發(fā)揮了較好作用。第二節(jié)夾河灘水文站基本資料34°黃河夾河灘站位于河南省開封縣，東經(jīng)114°34’,北緯54’o斷面距河口距離672公里，集水面積730913平方公里。洪水34°主要來自花園口站以上流域，漲落較為遲緩?峰型較胖，水位流量關(guān)系受沖淤和漲落共同影響，多表現(xiàn)為漲沖落淤，一般為順時(shí)針套繩。單次洪水過程水位流量關(guān)系相對(duì)穩(wěn)定。水沙量年內(nèi)分布不均，大水大沙集中在7~10月份，主汛期水量約占全年水量的58%,輸沙■約占全年輸沙■的80%。沙峰受來水區(qū)間影響，一般三門峽以上來水時(shí)含沙量較大，三花間來水時(shí)含沙量較小，沙峰滯后于水峰。黃河下游花園口至夾河灘河段系典型的游蕩型河段。衽該河段,黃河大堤內(nèi)范圍寬廣，一般洪水頻率年份，水流主要限制在主槽內(nèi)，因此大堤內(nèi)分布有不少居民點(diǎn)以及縱橫交錯(cuò)的保護(hù)居民點(diǎn)的生產(chǎn)堤和不少高于地面的灌溉渠堤和公路，使洪水行洪范圍受到了很大的限制。在本次設(shè)計(jì)中，我計(jì)算的是高村和夾河灘1967,1970,1971三年的流量和輸沙率資料（見表19~30）o小組數(shù)據(jù)為1967,1970,1971,1972,1973,1974,1975,1976,1977,1978,1979共九年的信息。班內(nèi)數(shù)據(jù)為I960年到1997年共三十三的信息（其中缺失1968,1969,1970,1984,1987年信息）。第二章設(shè)計(jì)目的及內(nèi)容本設(shè)計(jì)是將水力學(xué)、工程水文學(xué)、河床演變學(xué)和河流動(dòng)力學(xué)等課程所學(xué)理論知識(shí)系統(tǒng)地、有機(jī)地結(jié)合起來進(jìn)行綜合鍛煉的過程，是學(xué)習(xí)《河床演變及河道整治》課程的重要環(huán)節(jié)。通過這次課程設(shè)計(jì),鞏固和提高同學(xué)們已學(xué)知識(shí)■學(xué)會(huì)通過分析水文泥沙資料，掌握采用平灘水位和輸沙率法計(jì)算造床流量的方法■初步掌握計(jì)算圖表的設(shè)計(jì)與相關(guān)圖表的分析和計(jì)算報(bào)告的編寫，為今后從事航道整治工作奠定基礎(chǔ)。在能自由發(fā)展的沖積河流的河床，在水流的長期作用下，有可能形成與所在河段具體條件相適應(yīng)的某種均衡形態(tài)，這種均衡形態(tài)的有關(guān)因素與來水來沙條件的物理量之間有關(guān)，這種函數(shù)關(guān)系就是河相關(guān)系，它應(yīng)是沖積河流水力計(jì)算和河道整治的依據(jù)，是河道演變研究中重要課題之一，而找到造床流量就是為建立河相關(guān)系提供依據(jù)。為了適應(yīng)沖積河道的來水來沙，保持河道的長期穩(wěn)定，把造床流■作為整治流量。如何確定造床流量，目前理論上還不成熟，輸沙率法是比用的輸沙率法進(jìn)行造床流量計(jì)算。第三章 造床流量的計(jì)算方法第一節(jié)輸沙率法本設(shè)計(jì)參照馬卡維也夫方法，因?yàn)檩斏陈蔊s=QnMP,而我國的水文站都有實(shí)測(cè)輸沙率成果，可以直接用輸沙率進(jìn)行計(jì)算，可以將各水文站逐日平均流量表，按500m3/s,劃分為若干級(jí)，做出歷年流量分級(jí)表，把各月屬于每級(jí)流量下的流量值挑出,根據(jù)各級(jí)流量發(fā)生日期,在逐日平均懸移質(zhì)輸沙率表上將各級(jí)流量下的相應(yīng)輸沙率值進(jìn)行累積月統(tǒng)計(jì)，再進(jìn)行年統(tǒng)計(jì)，計(jì)算出EGs。第二節(jié)平灘水位法

用漫灘水位確定造床流?，是由于按前述方法計(jì)算的造床流量水位大致與漫灘齊平，同時(shí)，也只有當(dāng)水位平灘時(shí)，造床作用才最大,因?yàn)楫?dāng)水位再升高漫灘時(shí)，水流分散，造床作用降低，水位低于河漫灘時(shí)，流速較小，造床作用也不強(qiáng)。這一方法亦稱滿槽流量法。使用這一方法的困難之處在于河漫灘高程不易準(zhǔn)確確定。為了避免用一個(gè)斷面時(shí)河漫灘高程難以確定及代表性不強(qiáng)的缺點(diǎn)，可以在河段內(nèi)取若干個(gè)有代表性的斷面，取其平灘水位時(shí)的平均流量值作為造床流量。

此法概念清楚.簡便易行，實(shí)際工作中應(yīng)用較廣泛。第四章計(jì)算成果

第一節(jié)輸沙率法

高村水文站、夾河灘水文站1967、1971^1972三年流量分級(jí)、輸沙率統(tǒng)計(jì)信息見表T?表T2。高村水文站、夾河灘水文站1967、1971v1972三年輸沙率之和統(tǒng)計(jì)信息見表表-15。高村水文站、夾河灘水文站1967高村水文站、夾河灘水文站1967、1971—1978九年輸沙率之和統(tǒng)計(jì)信息見表T4、表-16。高村水文站、夾河灘水文站1967、1971-1997三十三年輸沙率之和統(tǒng)計(jì)信息見表T7、表T8。高村水文站、夾河灘水文站三年、九年、三十三年所得ZGs與Q關(guān)系見圖6?關(guān)系見圖6?第二節(jié)平灘水位法高村主槽起點(diǎn)坐標(biāo)(4182,63.32)終點(diǎn)坐標(biāo)(4951,63.32)橫向比例1：1,縱向比例1：100.面積(A)=2531.37rrr,濕周(X)=769.35m.

水力半徑（R）=仝=蘭竺=3.29m.J?〒一、‘X769.3521 2 1速度(V)=空二3.2930.000161速度(V)=11 0.013流量(Q)=A?V二2531.37X2.15=5442m流量(Q)=夾河灘主槽3468 °“21612 13468 °“21612 11.630.000162 ▲“ /―———=1?33m/s.0.013流量（Q）=A?V=3468X1.33=4612m7s.起點(diǎn)坐標(biāo)(1554,74.80)終點(diǎn)坐標(biāo)(3714,74.80)橫向比例1：1,縱向比例1：100.水力半徑(R)=令21速度(V)=竺二II第五章成果分析

從圖1?圖6可以看出，計(jì)算數(shù)據(jù)為三年、九年、三十三年

時(shí)，高村斷面與夾河灘斷面造床流量結(jié)果不同。當(dāng)代表年份比較

少時(shí)，繪出的ZGs~Q曲線比較散亂(如圖1和圖4),當(dāng)代表年份很多時(shí)，曲線則比較有規(guī)律（如圖3、圖5和圖6）,且有向單峰發(fā)展的趨勢(shì)。米格紙繪出的圖3、峰發(fā)展的趨勢(shì)。米格紙繪出的圖3、5和圖6只有單峰，也就不會(huì)有第二造床流量。由此.我們可以知道，計(jì)算造床流量與所選擇的代表年份有關(guān)。第一.當(dāng)所選代表年流量比較平穩(wěn)時(shí)，所計(jì)算出的造床流量也就越精確，當(dāng)所選代表年流量變化較大時(shí)，所計(jì)算出的造床流量也就越不準(zhǔn)。第二，所選代表年數(shù)越多，計(jì)算結(jié)果越符合實(shí)際,所選代表年數(shù)越少，計(jì)算結(jié)果越偏離實(shí)際。在實(shí)際工作中，流量分級(jí)要進(jìn)行多次試算，直到ZGs~Q曲線比較擬合。計(jì)算數(shù)據(jù)為三十三年時(shí)，高村斷面第一造床流量為1250m3/s,第二造床流量為2250m3/s,夾河灘斷面第一造床流量為1250m3/s,第二造床流量為2250m3/s?？梢姡@兩個(gè)斷面的造床流■相同，第一造床流量不一定是最大洪水流■，第一造床流量不一定大于第二造床流量。利用平灘水位法計(jì)算出的高村斷面與夾河灘斷面的造床流量分別為5442m3/s和4612m3/s,與輸沙率法計(jì)算出的造床流量相差很大O通過比較輸沙率法與平灘水位法所得結(jié)果，我們認(rèn)為差異與所選擇的代表斷面有關(guān)，由于用平灘水位法計(jì)算時(shí)只采用了某一天的斷面形態(tài)，而斷面形態(tài)不僅每天在改變,而且每時(shí)都在改變,所以選擇準(zhǔn)確的斷面計(jì)算造床流量是非常困難的。第六章對(duì)本設(shè)計(jì)的認(rèn)識(shí)與展望第一節(jié)對(duì)本設(shè)計(jì)的認(rèn)識(shí)本設(shè)計(jì)通過輸沙率法與平灘水位法計(jì)算了黃河高村斷面與夾河灘斷面的造床流量。通過計(jì)算的過程，我們認(rèn)識(shí)到了今后的工作方向和老一代水利工作者的艱辛。他們?cè)跊]有計(jì)算機(jī)的情況下還能記錄下母親河如此詳細(xì)的流量及輸沙■信息，為我們當(dāng)代人研究黃河提供了寶貴的資料，這種獻(xiàn)身水利的精神值得我們每一代水利人傳承。在不沖刷的規(guī)則渠道中，只限于輸送經(jīng)過控制后的徑流,確定水流的水力特征是不會(huì)引起盧大困難的，但是在天然的河道水流（它的水深、比降和流速無論沿流程或沿時(shí)間都不斷地變化）,則確定水力特征會(huì)遭遇到一系列的困難,在目前河床演變過程理論的情況下，這些難是不能完全克服的。在水工計(jì)算中常常使用所謂“造床”流量，造床流量是指在某一時(shí)間段內(nèi)（通常是水文年），與同時(shí)期的其他流量比■丿 V fl■長-\W》j第二節(jié)對(duì)本設(shè)計(jì)的展望確定造床流量，目理論上尚不成熟。因此其概念模糊，提法不一,方法甚多。在早期研究中,有的學(xué)者認(rèn)為，河床基本上是由洪水造成的,因此采用與最高水位相應(yīng)的流量作為造床流量;與此相反，也有的學(xué)者認(rèn)為，洪水只是破壞河床地形，