不同条件下的沙河形态演变结果

8.4　不同来沙条件下的河型结果

天然河流的来沙过程对河流的最终河型影响较大。如水库兴建导致下游的河流再造床过程的一个主要原因就是水库拦蓄泥沙，导致下泄水流含沙量减小；较大的床沙质来量，也是促成游荡河型的一个重要因素。我们所进行的所有水槽试验，来沙条件有三种类型：（1）不加沙，清水冲刷；（2）加床沙；（3）加黏性颗粒。试验表明，不同的试验条件时，不同的来沙条件下河流造床的最终结果不同。

8.4.1　清水造床

对于水库下游河流再造床，一个重要的促因就是下泄水流含沙量的减小。对于调蓄能力较强的水库，大部分床沙质和推移质都淤积在库内，下泄水流几乎为清水，如丹江口水库兴建后下泄水流平均含沙量仅0.03 kg／m³。出于这个考虑，我们大部分的试验组次为清水造床试验；即使是加沙试验，加沙也局限于局部时段，其余时间均为清水造床，这主要是考虑天然河流来沙过程不均匀、来沙主要集中在洪水期的特点而决定的。

8.4.1.1　清水造床时的水流泥沙运动

必须指出，试验中的清水造床并非绝对为清水。由于水流冲刷河床、水流系统的循环使得整个循环系统中的水流均挟带有一定量的泥沙。这部分泥沙主要为冲泻质，含沙量并非恒定，随着河床组成的不同、造床剧烈程度的不同而改变。根据试验中进口水流的采样分析，可见随着试验条件的变化，泥沙含量和粒径也随之改变（表8-3）。由表可见，循环水中泥沙含量小，主要为冲泻质，对水流造床基本不产生影响。

表8-3　不同床沙组成时进口水流含沙量及粒径

试验开始之后，水流从河槽冲刷泥沙，除进口断面外，全河段尤其是出口断面均可见泥沙推移运动。这些泥沙的运动，一方面是河流调整的结果；对于下游河道，还充当了来沙条件，引起了河道的淤积变形，进而影响了下游河道的演变和形态。在河流初期的剧烈调整中，河道中的这种泥沙运动极为普遍和明显，常常导致下游河道迅速的滩槽淤积、易位。

随着试验的进行，河道逐渐趋于平衡，河道中运动的泥沙逐渐减少，最终几乎为清水状态。图8-13为试验乙A 8-11出口水流含沙量随时间变化情况。由图可见，除在试验初期，因河道变化的不规则，出口水流含沙量有所波动外，含沙量随时间迁延而减少的规律是非常明显的。

图8-13　出口水流含沙量随时间变化情况

8.4.1.2　清水造床河型结果

不同河床组成、不同比降与流量的多个水槽试验结果表明：在清水造床时，不同的试验条件下，试验小河的最终河型可能为顺直微弯型、弯曲型和游荡（多汊）型。

值得注意的是，清水造床形成的各种河型与天然河道中的河型是有所不同的。清水造床最终河床形态稳定，仅因为形成稳固的边滩或较稳定的多汊在外形上呈现出顺直、弯曲或游荡，缺乏边滩平移、弯道蠕动以及散乱多变的动态特征。这一点与某些含沙量极少的天然河流实际也是一致的。如靠近北极附近的河流^［15］。

8.4.2　加沙造床(www.xing528.com)

试验中采用了两种加沙方式：加床沙和加黏土。前者采用人工加沙的方式，直接在河道入口处加床沙；后者将黏土加入水库、搅拌，增大进口水流的含沙量。不同的加沙方式带来了不同的河型过程和结果。

8.4.2.1　加床沙

加床沙试验共有四个测次。河床组成分别为塑料沙C（A-3）和天然沙E（A-5）。相同试验条件下的清水造床河型分别为多汊游荡和深泓弯曲以及顺直微弯带散乱特性。加沙分初始加沙和最终河型加沙两种类型，前者是在河流造床同步加沙，后者是清水造床基本完成后加沙。加入床沙（泥沙为与组成河槽一致的泥沙）。加沙速率约2.78 g／s～10.3 g／s，人工加沙，加沙时间30分钟。

试验表明：

对于最终河型为深泓弯曲的，持续的床沙加入，破坏了原有的水流流态。主槽淤高，边滩变形，滩槽差变小，水流开始散乱。

如最终河型为多汊游荡的A 3-21（图8-14），床沙加入后，河流变化加剧，滩槽转换迅速，水流散乱不定，泥沙输移加大，游荡性增强。

图8-14　试验A 3-2-1加沙后游荡性增强

当河流造床初期加入床沙，河流的边滩变化加剧，滩槽的变化和边滩的切割加剧，相对于清水造床试验，河型趋于游荡的趋势增强。

大量的床沙质来沙是促成游荡河型的一个重要原因，这个规律已经得到了广泛的认可。我们的试验也再一次验证了这个规律。

8.4.2.2　加黏土

能否形成稳定的边滩对最终的河型具有重大的意义。前人的造床试验中，或者采用直接人工加固边滩^［4］，或者通过在来沙中加入黏土^［5］，通过淤积促进边滩的稳定。试验中我们也进行了加入黏土的尝试。

试验表明：黏土的加入有助于边滩的稳定，边滩的稳定性和持续时间增大。但黏土的加入难以改变边滩的最终消失，因而也难以改变河流的最终河型。

不同的加沙方式表明：床沙的加入有助于游荡河型的形成与发展；黏土的加入有助于边滩稳固，从而促进曲流的发育。