水力学与河流动力学在河流泥沙与河流演变研究中的应用

摘 要：本身河流就有着不断运动和变化的特征，在对河流泥沙和河流演变研究过程中，需要清楚的了解河流以及河床变化的规律，只有这样才能够更好的治理河流泥沙等问题。河流动力学在上世纪五十年代初开始发展成为一门独立的学科，其通过研究水流和河床之间相互作用的规律，更好的分析河流运动的情况、河床演变和变形情况，通过实地考察收集、整理观测的资料，对河流泥沙进行有效的定性分析。因此本文就对水力学与河流动力学在河流泥沙与河流演变研究中的应用进行分析，希望能够有效治理我国河流泥沙问题。

关键词：水力学；河流动力学；河流泥沙；河流演变研究

河流动力学作为一门新兴的学科，将其应用在河流泥沙演变过程中，可以直接应用动态研究的理论，针对河流运动的特点，对河流的泥沙运动情况，还有河床变形情况进行深入的分析和探究。这一学科是建立在尊重河流运动规律之上的，其有着较强的客观性特征，有着较大的应用前景，能够有效解决传统理念无法解决的现象，对河流泥沙进行定性的分析。

一、河流泥沙演变的研究历程

我国对于河流泥沙研究的起源可以追溯到战国时期，著名的都江堰工程就是通过科学利用水流泥沙运动的规律，通过对都江堰工程的分析，可以发现其布局完全符合河流力学的原理[1]。由于我国本身就河流众多，并且大多数的河流都有着时空分布不均匀，且携带大量泥沙的特点，由于水土流失问题十分越严重，导致大量的泥沙被裹挟到河流中，从而形成了多沙河流。泥沙会造成河道和水库的淤积问题，这不仅给水利水电工程建设带来众多的问题，还会给沿岸工农业和人们的实际生活带来严重的影响，那么这也在一方面表示了河流泥沙研究的意义。那么目前随着我国对于河流泥沙研究工作的推进，还有泥沙学科的不断发展，不仅建立了泥沙学科的理论体系，还应用泥沙运动基本理论，有效解决了我国一些大型水利工程、河道和海岸治理工程的技术问题。

二、河流动力学的确立

河流动力学作为一门新兴的学科，这是社会不断发展过程中的产物，其有着较强的先进性，河流动力学就是在坚持河流运动规律基础上提出的。那么河流作为人类生存中不可或缺的重要资源，这对于人类的发展有着十分重要的意义，可以说，河流对于人们的实际生活与社会发展都有着十分积极的影响。与此同时，河流运动也存在一定的破坏性，也会存在一定的不利影响，河流动力学就是相关人员通过与河流的紧密连接和研究，在对河流泥沙进行定性分析之后提出的，这是一种对河流泥沙运动规律的客观认识。河流的水势有着急缓之分，在河流水势较为湍急的时候，就容易出现沙刷情况，在河流水势较缓的时候，就容易出现泥沙堆积等问题。

三、水力学与河流动力学在河流泥沙与河流演变研究中的应用

（一）泥沙运动对于河流的影响

本身河流中就会存在一定的泥沙，河流泥沙的含量就会直接影响河流的清澈程度，那么河流就是在水流与河床的长期作用下形成的，但河流也会反作用于河床[2]。甚至还会导致河床出现变形的情况，而河床又会对水流的结构产生影响，所以说，这两者之间是有着相互作用和渗透的关系的。泥沙作为水流和河床之间相互作用的产物，河流的流速对于泥沙的形成有著较大的影响，当河流携带的泥沙量相对较多，就会导致部分泥沙沉淀，导致河流达到饱和含沙量的状态。当河流携带的泥沙量相对较小，其就会从河床中获取泥沙，从而实现饱和含沙量，导致河床冲刷下降。因此，泥沙有时是水流的组成部分，有时也是河床的组成部分，其在实际实际运动过程中，这两者方面会进行不断的变化。

（二）泥沙冲淤变化的影响探究

由于河流是一直处于不断变化的情况下的，这比如冲击平原河流中的弯曲河段，会因为河身外形弯曲，迫使水流作曲线运动。河流表层水体会因为流速较大，受到较大的离心力作用，底层水体流速较小，其受到的离心力也相对较小，因此表层含沙量较小的清水在流向凹岸的时候，就会对凹岸产生冲刷。而含沙量相对较多的底层水流，就会流向凸岸，致使凸岸出现淤积，由于长期的水流作用，凹岸就会出现不断后退的情况，而凸岸就会随着淤积不断前进，致使整个河流越来越弯。那么这样就会形成较大的河环，尤其在大洪水的情况下，水流就会冲开河流的环颈部，从而出现裁弯曲直的情况[3]。可以说，河流弯道变化的规律，对于水文、水利工程建设等都有着十分重要的意义，比如一些浅滩在经过多年的枯水期观测，都能够保证通航。

（三）人类活动对于泥沙冲淤变化的影响

那么人类在河流上修建水利工程，可以实现防洪、发电、灌溉等作用，但同时也会带来很大的不利影响。比如在修建长江三峡水利工程中，大坝上游中很长的水库区会让库区回水变动段下游的险滩全部淹没，提升航道深度，优化船只航行条件[4]。但同时在回水变动区也会出现大量的泥沙堆积情况，导致枯水期的航道深度变浅，影响航行，一些码头、支流河还有取水口等都会被淤塞。对于大坝下游的河流来说，由于水库本身的调节作用，其也会在一定程度上提升枯水期的水流量，提升航道深度，但同时也会存在很多不利的影响，比如上流进入水库的是浑水，当泥沙大量堆积的时候就会变成清水。

（四）冲淤变化对于水利工程规划设计的影响

当河流动力学研究的对象是边界条件较为复杂，并且在不断变化中的河流，其演变的因素就会相对较多，导致在实际调查研究过程中，无法将所有问题利用数学知识进行清晰的解决[5]。比如在水利工程、航道工程和港口规划设计过程中，就需要将按照相关工程建设的需要，将河道、港口和码头，布设在河床较为稳定、水深足够且水流条件较好的位置，只有这样才能更好的保证工程的有效运行。要想合理利用、治理河流问题，就要注重在河流沿岸修建水利工程时，要对河流的运动进行充分的分析和研究，在了解河流运动规律的基础上，对河流今后的发展趋势进行定性、定量的分析，只有这样才能够更好的保证工程设计的有效运行。

结语：

总而言之，水力学和河流动力学作为一种科学的、新兴的河流泥沙演变研究方式，其能够通过动态的研究理论，针对河流运动的特性，对河流泥沙的运动情况进行科学的分析，这是建立在尊重河流运动规律的基础上的，可以说，其有着较强的客观性特征。

参考文献：

[1]黄磊，方红卫，王靖宇，何国建.河流泥沙磷迁移过程的数学模型研究[J].水利学报，2014，45（04）：394-402.

[2]张世杰，焦菊英，李林育，黄晓华.黄河河龙区间河流泥沙对相关重大事件与政策的响应[J].地理科学，2009，29（06）：905-910.

[3]李林育，焦菊英，李锐，陈杨.松花江流域河流泥沙及其对人类活动的响应特征[J].泥沙研究，2009（03）：62-70.

[4]薛明华，苏明旭，蔡小舒.宽频超声衰减法测量河流泥沙粒径分布[J].中国粉体技术，2009，15（01）：4-7+12.

[5]张信宝，文安邦.长江上游干流和支流河流泥沙近期变化及其原因[J].水利学报，2002（04）：56-59.

“江苏高校品牌专业建设工程资助项目”（英文标志：Top-notch Academic Programs Project of Jiangsu Higher Education Institutions，英文标志简称：TAPP）

作者简介：

陈金泉（1997.1）男 籍贯贵州专业水利水电工程