水力學(xué)與河流動(dòng)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(yùn)動(dòng)和變化的特征，在對(duì)河流泥沙和河流演變研究過(guò)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(wèn)題。河流動(dòng)力學(xué)在上世紀(jì)五十年代初開(kāi)始發(fā)展成為一門(mén)獨(dú)立的學(xué)科，其通過(guò)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(yùn)動(dòng)的情況、河床演變和變形情況，通過(guò)實(shí)地考察收集、整理觀(guān)測(cè)的資料，對(duì)河流泥沙進(jìn)行有效的定性分析。因此本文就對(duì)水力學(xué)與河流動(dòng)力學(xué)在河流泥沙與河流演變研究中的應(yīng)用進(jìn)行分析，希望能夠有效治理我國(guó)河流泥沙問(wèn)題。

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

河流動(dòng)力學(xué)作為一門(mén)新興的學(xué)科，將其應(yīng)用在河流泥沙演變過(guò)程中，可以直接應(yīng)用動(dòng)態(tài)研究的理論，針對(duì)河流運(yùn)動(dòng)的特點(diǎn)，對(duì)河流的泥沙運(yùn)動(dòng)情況，還有河床變形情況進(jìn)行深入的分析和探究。這一學(xué)科是建立在尊重河流運(yùn)動(dòng)規(guī)律之上的，其有著較強(qiáng)的客觀(guān)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(wú)法解決的現(xiàn)象，對(duì)河流泥沙進(jìn)行定性的分析。

一、河流泥沙演變的研究歷程

我國(guó)對(duì)于河流泥沙研究的起源可以追溯到戰(zhàn)國(guó)時(shí)期，著名的都江堰工程就是通過(guò)科學(xué)利用水流泥沙運(yùn)動(dòng)的規(guī)律，通過(guò)對(duì)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(guó)本身就河流眾多，并且大多數(shù)的河流都有著時(shí)空分布不均勻，且攜帶大量泥沙的特點(diǎn)，由于水土流失問(wèn)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(huì)造成河道和水庫(kù)的淤積問(wèn)題，這不僅給水利水電工程建設(shè)帶來(lái)眾多的問(wèn)題，還會(huì)給沿岸工農(nóng)業(yè)和人們的實(shí)際生活帶來(lái)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(guó)對(duì)于河流泥沙研究工作的推進(jìn)，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(yùn)動(dòng)基本理論，有效解決了我國(guó)一些大型水利工程、河道和海岸治理工程的技術(shù)問(wèn)題。

二、河流動(dòng)力學(xué)的確立

河流動(dòng)力學(xué)作為一門(mén)新興的學(xué)科，這是社會(huì)不斷發(fā)展過(guò)程中的產(chǎn)物，其有著較強(qiáng)的先進(jìn)性，河流動(dòng)力學(xué)就是在堅(jiān)持河流運(yùn)動(dòng)規(guī)律基礎(chǔ)上提出的。那么河流作為人類(lèi)生存中不可或缺的重要資源，這對(duì)于人類(lèi)的發(fā)展有著十分重要的意義，可以說(shuō)，河流對(duì)于人們的實(shí)際生活與社會(huì)發(fā)展都有著十分積極的影響。與此同時(shí)，河流運(yùn)動(dòng)也存在一定的破壞性，也會(huì)存在一定的不利影響，河流動(dòng)力學(xué)就是相關(guān)人員通過(guò)與河流的緊密連接和研究，在對(duì)河流泥沙進(jìn)行定性分析之后提出的，這是一種對(duì)河流泥沙運(yùn)動(dòng)規(guī)律的客觀(guān)認(rèn)識(shí)。河流的水勢(shì)有著急緩之分，在河流水勢(shì)較為湍急的時(shí)候，就容易出現(xiàn)沙刷情況，在河流水勢(shì)較緩的時(shí)候，就容易出現(xiàn)泥沙堆積等問(wèn)題。

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

（一）泥沙運(yùn)動(dòng)對(duì)于河流的影響

本身河流中就會(huì)存在一定的泥沙，河流泥沙的含量就會(huì)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(zhǎng)期作用下形成的，但河流也會(huì)反作用于河床[2]。甚至還會(huì)導(dǎo)致河床出現(xiàn)變形的情況，而河床又會(huì)對(duì)水流的結(jié)構(gòu)產(chǎn)生影響，所以說(shuō)，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(duì)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(duì)較多，就會(huì)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(duì)較小，其就會(huì)從河床中獲取泥沙，從而實(shí)現(xiàn)飽和含沙量，導(dǎo)致河床沖刷下降。因此，泥沙有時(shí)是水流的組成部分，有時(shí)也是河床的組成部分，其在實(shí)際實(shí)際運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，這兩者方面會(huì)進(jìn)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(huì)因?yàn)楹由硗庑螐澢仁顾髯髑€(xiàn)運(yùn)動(dòng)。河流表層水體會(huì)因?yàn)榱魉佥^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(duì)較小，因此表層含沙量較小的清水在流向凹岸的時(shí)候，就會(huì)對(duì)凹岸產(chǎn)生沖刷。而含沙量相對(duì)較多的底層水流，就會(huì)流向凸岸，致使凸岸出現(xiàn)淤積，由于長(zhǎng)期的水流作用，凹岸就會(huì)出現(xiàn)不斷后退的情況，而凸岸就會(huì)隨著淤積不斷前進(jìn)，致使整個(gè)河流越來(lái)越彎。那么這樣就會(huì)形成較大的河環(huán)，尤其在大洪水的情況下，水流就會(huì)沖開(kāi)河流的環(huán)頸部，從而出現(xiàn)裁彎曲直的情況[3]?？梢哉f(shuō)，河流彎道變化的規(guī)律，對(duì)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(guò)多年的枯水期觀(guān)測(cè)，都能夠保證通航。

（三）人類(lèi)活動(dòng)對(duì)于泥沙沖淤變化的影響

那么人類(lèi)在河流上修建水利工程，可以實(shí)現(xiàn)防洪、發(fā)電、灌溉等作用，但同時(shí)也會(huì)帶來(lái)很大的不利影響。比如在修建長(zhǎng)江三峽水利工程中，大壩上游中很長(zhǎng)的水庫(kù)區(qū)會(huì)讓庫(kù)區(qū)回水變動(dòng)段下游的險(xiǎn)灘全部淹沒(méi)，提升航道深度，優(yōu)化船只航行條件[4]。但同時(shí)在回水變動(dòng)區(qū)也會(huì)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(huì)被淤塞。對(duì)于大壩下游的河流來(lái)說(shuō)，由于水庫(kù)本身的調(diào)節(jié)作用，其也會(huì)在一定程度上提升枯水期的水流量，提升航道深度，但同時(shí)也會(huì)存在很多不利的影響，比如上流進(jìn)入水庫(kù)的是渾水，當(dāng)泥沙大量堆積的時(shí)候就會(huì)變成清水。

（四）沖淤變化對(duì)于水利工程規(guī)劃設(shè)計(jì)的影響

當(dāng)河流動(dòng)力學(xué)研究的對(duì)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(huì)相對(duì)較多，導(dǎo)致在實(shí)際調(diào)查研究過(guò)程中，無(wú)法將所有問(wèn)題利用數(shù)學(xué)知識(shí)進(jìn)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(jì)過(guò)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(yùn)行。要想合理利用、治理河流問(wèn)題，就要注重在河流沿岸修建水利工程時(shí)，要對(duì)河流的運(yùn)動(dòng)進(jìn)行充分的分析和研究，在了解河流運(yùn)動(dòng)規(guī)律的基礎(chǔ)上，對(duì)河流今后的發(fā)展趨勢(shì)進(jìn)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(jì)的有效運(yùn)行。

結(jié)語(yǔ)：

總而言之，水力學(xué)和河流動(dòng)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(guò)動(dòng)態(tài)的研究理論，針對(duì)河流運(yùn)動(dòng)的特性，對(duì)河流泥沙的運(yùn)動(dòng)情況進(jìn)行科學(xué)的分析，這是建立在尊重河流運(yùn)動(dòng)規(guī)律的基礎(chǔ)上的，可以說(shuō)，其有著較強(qiáng)的客觀(guān)性特征。

參考文獻(xiàn)：

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

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“江蘇高校品牌專(zhuān)業(yè)建設(shè)工程資助項(xiàng)目”（英文標(biāo)志：Top-notch Academic Programs Project of Jiangsu Higher Education Institutions，英文標(biāo)志簡(jiǎn)稱(chēng)：TAPP）

作者簡(jiǎn)介：

陳金泉（1997.1）男 籍貫貴州專(zhuān)業(yè)水利水電工程