本书内容主要是作者研究成果的总结，其内容主要讲了游荡型河流演变的基本规律及宏观分析研究；游荡型河流演变的数值模拟技术研究，开发了平面二维河床纵向与横向变形数学模型；游荡型河流演变数值模拟技术的具体应用等三个部分。对于防治游荡型河流具有很强的参考价值。

前言

第一章 游荡型河流概述/1

 第一节 河段特性/1

 第二节 河床演变特性/4

 参考文献/6

第二章 游荡型河流演变的基本规律/7

 第一节 动床阻力/7

 第二节 输沙能力/9

 第三节 横断面形态调整规律/17

 第四节 河相关系变化规律/22

 参考文献/29

第三章 典型游荡型河段演变的宏观分析/3l

第一节 黄河下游滩岸侵蚀机理与速率的时空变化特点/31

第二节 黄河下游河床形态调整对洪水过程的响应/4l

第三节 不同来源区洪水对黄河下游游荡段河床地貌调整过程的影响 /47

第四节 水库修建与河道整治对游荡段河床演变的影响/54

第五节 丹江口水库修建后汉江中游的河床演变过程 /7l

第六节 水沙条件变化对塔里木河干流游荡段河床演变的影响/81

参考文献/90

第四章 河岸冲刷机理及其模拟技术/93

第一节 河岸冲刷问题的研究现状/93

第二节 不同类型土质河岸的冲刷机理/103

第三节 河岸冲刷过程的数值模拟技术/12l

参考文献/132

第五章 游荡型河流演变的数值模拟技术/137

第一节 泥沙数学模型中的基本理论问题/137

第二节 河床纵向变形数学模型的研究状况/143

第三节 河床纵向与横向变形数学模型的研究状况/148

第四节 平面二维河床纵向与横向变形数学模型的建立/149

第五节 河岸冲刷模型中相关参数的敏感性分析/163

第六节 不同类型土质河岸冲刷过程的二维概化模拟/169

参考文献/177

第六章 黄河下游游荡段演变过程的数值模拟/18l

第一节 黄河下游河床变形数学模型的研究状况/18l

第二节 花园口至来童寨河段非汛期演变过程的数值模拟/182

第三节 花园口至夹河滩河段汛期演变过程的数值模拟/188

参考文献/194

游荡河型是天然河流中常见的河型之一，在国内外分布较广，如南亚的布拉马普特拉河，北美的红狄尔河，南美的塞贡多河和欧洲的塔纳河、皮亚韦河，以及我国黄河中游的小北干流河段及下游的孟津至高村河段、汉江中游的丹江口至皇庄河段、滹沱河黄壁庄水库下游河段、塔里木河干流上游河段等，均为典型的游荡型河道。游荡型河流不仅具有独特的地貌特征，如河道内断面宽浅、滩槽高差较小，洲滩密布、汉道交织，还具有复杂的水沙输移与河床演变特点，如洪水暴涨暴落，年内流量变幅大，同流量下的含沙量变化大；水流散乱，主流摆动不定，河势变化急剧；河床易冲易淤，且冲淤幅度较大。游荡型河流的另一特点是其河岸组成物质较粗，抗冲性差，极易发生坍塌。游荡型河流的这些特征常常对两岸的防洪、工农业生产等带来不利影响。

采用多种手段研究游荡型河流的演变规律，在理论与实践上都有重要意义。为此我们在国家自然科学基金等资助下，开展了游荡型河流演变及其数值模拟技术的研究。本书为研究成果的总结，包括三部分内容。

一是游荡型河流演变的基本规律及宏观分析研究。这包括：①提出了动床阻力的计算方法，适用于由小变大的低能态区、由大变小的过渡区及再由小变大的高能态区。②给出了计算输沙能力的两个公式，包括张瑞瑾输沙能力的修正公式，该公式考虑了含沙量对泥沙沉速的影响与非均匀沙的代表沉速，以及建立在统计力学及紊动扩散分析基础上的全沙输沙能力公式，该公式考虑了床沙、推移质与悬移质的互相交换机理。③提出了利用已有实测资料计算滩岸侵蚀速率的方法，给出了不同水沙条件下黄河下游滩岸侵蚀速率的计算公式。④提出了河槽横断面形态特征参数，揭示了多沙游荡型河流横断面调整与水位增高的关系。⑤指出了黄河下游河相系数与流量、含沙量的关系最为密切，而且控导护岸工程的修建对其有重要影响。⑥分析了不同来源区洪水对黄河下游游荡河段河床地貌调整过程的影响、水沙与边界条件变化对其河势演变的影响等。

二是游荡型河流演变的数值模拟技术研究，开发了平面二维河床纵向与横向变形数学模型。河宽调整，尤其是河岸的坍塌，是河床变形过程中的一个重要方面，但是由于横向变形的力学机理和变化过程十分复杂，目前国内外还缺少模拟河岸坍塌与淤长过程的成熟理论与方法。国内现有的泥沙数学模型一般不考虑河岸的坍塌过程；国外虽有个别泥沙数学模型考虑了河宽的调整变化，但仅仅停留在概念性模型的阶段。本研究提出的基于河宽调整力学模拟技术的平面二维模型，不仅具备常见模型计算河床纵向冲淤过程的功能，而且还能模拟三类土质河岸(粘性土河岸、非粘性土河岸、混合土河岸)的坍塌与淤长过程，可以真实地反演天然游荡型河段在复杂地形条件下河床演变的整个过程。

三是游荡型河流演变数值模拟技术的具体应用。这包括：①以黄河下游花园口至来童寨游荡型河段为研究对象，模拟了该河段1961年非汛期的河床变形过程，计算的主槽淤积、滩岸坍塌结果与实际观测数据较为符合。②以黄河下游花园口至夹河滩游荡型河段为研究对象，模拟了该河段在三门峡建库后的最大洪水——1982年8月份洪水时的河床演变过程，计算出的主槽冲刷、滩地淤积、主流摆动的结果符合游荡型河段汛期的演变规律。

本研究成果得到了国家自然科学基金委员会和水利部联合资助重大项目“江河泥沙灾害机理与防治措施研究”(59890200)第六课题、国家自然科学基金委员会创新研究群体基金项目“流域水沙过程与临界调控机理’，(50221903)、教育部科学技术重点项目“小浪底水库运用后黄河下游游荡型河道发展趋势及其治理措施研究”(0304)，以及清华大学骨干人才支持计划 二期等资助，在此一并表示感谢。参加本项研究的主要人员除本书作者外， 还有张仁、费祥俊、王士强、张欧阳、傅旭东等。

本书主要内容获得了2004年度教育部提名国家科学技术奖科技进步一等奖。  由于作者经验不足，水平有限，难免出现疏漏或错误，敬请读者批评指正。

作者

2004年8月

于清华大学