河水运动heshui yundong

河水在重力、惯性离心力、阻力和地转偏向力作用下所引起纵向运动和环流运动。
❶河水的运动形态和水头损失。天然河道中的水流从流动形态上来说属于紊流，沿河槽前进方向运动的水流质点在运动过程中，其轨迹随时随地在变化，流速是不规则的脉动，使上下层水质点互相混掺，这种现象称紊动扩散作用。紊动扩散作用能使水层之间的热量、质量和动量得到传递，并达到充分混合。河水从上断面运动至下断面，需要克服河床阻力做功，从而消耗部分能量。单位水重所消耗的能量称为水头损失。沿程水头损失随流程的增长而增大。在充分发展的紊流中，水头损失与断面平均流速的平方成比例。在水文计算中常采用谢才公式计算水头损失：

式中R为水力半径；I=△H/L,△H为上下断面的水位差，即为水流沿流程L的水头损失，I为沿流程单位距离的水头损失，又称为水力坡度；C称为谢才系数，通常采用曼宁公式计算：

式中n为河槽糙率系数，有专门糙率表可查。谢才—曼宁公式也常用于历史洪水调查。

❷河水的纵向运动——洪水波运动。当流域上发生暴雨，地面径流大量、迅速汇入河槽，引起河段水位、流量急增，形成波动，并向下游传播，称为洪水波运动。天然河道中洪水波属于不稳定流，流速随时间不断变化，因此洪水波的波面上各点比降是不同的。洪水波的水面比降与同水位下稳定流的水面比降之差称附加比降，是洪水波的重要特征之一。涨洪时，附加比降>0；落洪时，附加比降<0，因而洪水波在运动过程中，波前（即涨洪段）的运动速度大于波后（即落洪段），波长不断加大，波高不断减小，这种现象称为洪水波的展开。同时，由于波峰处的水深最大，其速度大于波前任何一点，使波前长度逐渐减小，波降逐渐增大，波峰位置不断超前，而波后长度逐渐拉开，波降逐渐平缓，这种现象称洪水波的扭曲。洪水波的展开和扭曲这种变形现象是由于洪水波的附加比降存在而同时产生的。研究洪水波的运动是进行河道洪水演进计算和洪水预报的重要依据。

❸河水环流运动。河流水流如沿着河槽总方向流速较大的部分流动称主流。主流的流线都平行于河槽轴线。有的学者把纵向水流作为河道的主流。由于局部影响在水流内部产生一种大尺度的水流旋转运动，称为副流。副流的形式多种多样，统称为水内环流。环流对于河流泥沙运动和河床演变起着重要的作用，它是引起泥沙横向输沙的主要动力，是塑造不同形状河槽的主要原因。根据环流形态分纵轴环流、横轴环流、斜轴环流和竖轴环流四类。纵轴环流旋转轴呈水平状，与纵向水流平行，并与纵向水流结合一起形成螺旋流。蜿蜒性河段的弯道螺旋流就是其中的一种，它是水流受重力和惯性离心力的作用，迫使水流紧压凹岸，使凹岸水面高于凸岸，形成横向水面坡度，产生表层水流流向凹岸，底层水流流向凸岸的流速分量，它们与水流纵向运动合成，使弯道水流呈螺旋式运动。弯道环流在横断面上的投影称横向环流。由于地转偏向力作用，在北半球河流向左转弯时，惯性离心力与地转偏向力方向一致，两力叠加，横向水面坡度加大，形成的螺旋流更强；向右转弯小，两力方向相反，形成的螺旋流相对较弱。在各种环流中，弯道螺旋流对泥沙运动和河槽变形影响最大。在较大的顺直河段中，在涨水或落水时，由于流速的横向分布不均，能产生由两个或两个以上旋转方向不同的纵轴环流组成的辐合螺旋流。横轴环流的旋转轴呈水平状，并与纵向水流相垂直。横轴环流成因不一，但多为水流在前进中受阻，动量突然发生变化，水流发生离解作用形成，如拦水堰下游形成的横轴环流。斜轴环流的旋转轴也呈水平状，但与纵向水流斜交。如水流越过与主流斜交的岸边沙嘴或水工建筑物后形成。竖轴环流呈铅直方向与主流及河底相垂直，它发生在河道由狭窄段突然进入展宽的河段的两侧岸边，由于水流的离解作用而产生一种相对封闭的回转流。此外，洪水时弯曲河段主流趋直，凹岸边出现的撇弯现象所形成的回流亦属竖轴环流。