尾閭河道形態(tài)演變特征的模擬試驗(yàn)研究

DOI：10.14042/j.cnki.32.1309.2024.03.014

摘要：尾閭河道是河流與海洋交互的關(guān)鍵地帶，對(duì)其形態(tài)演變研究具有生態(tài)環(huán)境意義。采用物理試驗(yàn)方法對(duì)常見(jiàn)的喇叭狀和蜿蜒狀（河口左偏與右偏）尾閭河道演變過(guò)程進(jìn)行模擬，研究不同水沙條件下河道演變規(guī)律，并以河相系數(shù)和相對(duì)粗糙度為基準(zhǔn)對(duì)不同河型穩(wěn)定性進(jìn)行評(píng)估。試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)：河道平面形態(tài)會(huì)經(jīng)歷一個(gè)“穩(wěn)定—微變—強(qiáng)變”階段;河床平均高程和比降隨時(shí)間的增加而增大，模型河道上游和河口段變化最大，中游段變化最小;加沙時(shí)上游河岸侵蝕、河床淤積，加沙停止后下游與河口段河岸侵蝕大于河床侵蝕，河口分汊、擺動(dòng)。平面形態(tài)不穩(wěn)定區(qū)域：蜿蜒狀為下游段，最大與最小河相系數(shù)相差6.51倍以上;喇叭狀為河口段，最大與最小河相系數(shù)相差3.32倍以上。斷面形態(tài)不穩(wěn)定區(qū)域：左偏蜿蜒狀為下游段，最大與最小相對(duì)粗糙度相差3倍以上;右偏蜿蜒狀為上游段，最大與最小相對(duì)粗糙度相差2.03倍以上;喇叭狀為下游段，最大與最小相對(duì)粗糙度相差4.09倍以上。

關(guān)鍵詞：河流形態(tài);水沙變化;河相關(guān)系;物理試驗(yàn);尾閭河道-河口

中圖分類(lèi)號(hào)：TV147

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

文章編號(hào)：1001-6791（2024）03-0508-13

收稿日期：2023-09-07;網(wǎng)絡(luò)出版日期：2023-12-19

網(wǎng)絡(luò)出版地址：https：∥link.cnki.net/urlid/32.1309.P.20231218.1512.002

基金項(xiàng)目：國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃資助項(xiàng)目（2023YFC3208601）

作者簡(jiǎn)介：白玉川（1967—），男，山西神池人，教授，博士，主要從事河流及泥沙研究。E-mail：ychbai@tju.edu.cn

通信作者：宋曉龍，E-mail：xlsong@tju.edu.cn

尾閭河道被稱(chēng)為河口或河口段，是河流水沙入海的最后通道。其受徑流水沙、海洋動(dòng)力以及人類(lèi)活動(dòng)等多重影響，是河流與受水體相互作用的區(qū)域，對(duì)自然和社會(huì)發(fā)展起著重要作用［1-2］。河口生態(tài)種類(lèi)豐富并且物種密度較高，是農(nóng)業(yè)、漁業(yè)和港口航運(yùn)的重要地區(qū)［3-4］。同時(shí)，河口也是地球上最具活力和最復(fù)雜的環(huán)境之一，其形態(tài)演化對(duì)沿海城市的陸地儲(chǔ)量和近海陸架的穩(wěn)定性起著關(guān)鍵作用［5-6］。

河流形態(tài)演變研究方法主要包括資料分析、理論計(jì)算、數(shù)值模擬和物理模擬。如Biedenharn等［7］通過(guò)分析密西西比河在1943—1992年期間6個(gè)主要河段和13個(gè)支流的坡降和河流功率資料，對(duì)其下游形態(tài)演變做出預(yù)測(cè);Finnegan等［8］使用實(shí)驗(yàn)室水槽試驗(yàn)研究了基巖河道的坡度、寬度、粗糙度、沖積層覆蓋度和切口率在最初光滑通道的瞬態(tài)切口過(guò)程中的相互作用及共同演變機(jī)理;Battisacco等［9］在實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)中首次測(cè)試了6種不同的幾何結(jié)構(gòu)和3種泥沙補(bǔ)充的淹沒(méi)條件，分析了河道幾何構(gòu)造對(duì)河床形態(tài)演化的影響;Nagel等［10］對(duì)遙感技術(shù)在河流演變過(guò)程中應(yīng)用的相關(guān)成果進(jìn)行分析，說(shuō)明了蜿蜒河流演變和遷移的過(guò)程及相關(guān)影響因素。

河口作為河流一部分，其形態(tài)演變受到潮汐、波浪和河流過(guò)程影響［11］，由于各影響因素的影響大小不同，河口形態(tài)具有多樣性。河口形態(tài)的變化不但表現(xiàn)在空間上多樣性，也表現(xiàn)在時(shí)間上多變性，如黃河尾閭河道在時(shí)間尺度上的頻繁擺動(dòng)、出汊和改道［12］。河口形態(tài)的演變分析方法與河流演變方法一致并得到了豐富的研究成果。如Luan等［13］考慮了河流流量和泥沙流量的變化以及多種泥沙分?jǐn)?shù)的變化，基于Delft3D模型對(duì)長(zhǎng)江口在10 a時(shí)間尺度上的形態(tài)演化進(jìn)行了模擬;Fortunato等［14］考慮了河口形態(tài)動(dòng)力學(xué)的季節(jié)性行為，基于2DH模型對(duì)塔霍河口形態(tài)進(jìn)行模擬，發(fā)現(xiàn)夏季和冬季引起河口變化的因素是不同的;Choi等［15］基于衛(wèi)星圖像和野外觀測(cè)對(duì)錫當(dāng)河河口演變的調(diào)控機(jī)制進(jìn)行了描述和解釋?zhuān)沂玖顺毕?洪水對(duì)錫當(dāng)河演變的影響規(guī)律;羅優(yōu)等［16］開(kāi)展水槽試驗(yàn)研究了河口三角洲形成機(jī)理及演變過(guò)程，試驗(yàn)過(guò)程控制上游水沙條件并保持下游水位不變。通過(guò)這些方法，河口形態(tài)影響因素、河口形態(tài)與地貌關(guān)系及轉(zhuǎn)變過(guò)程、波浪對(duì)河口形態(tài)影響及機(jī)理、潮汐對(duì)河口形態(tài)的影響規(guī)律等［17-21］研究取得了豐富的成果，這些成果多集中于水沙和海洋動(dòng)力條件對(duì)河口形態(tài)演變的影響。但是，河口形態(tài)在空間上與時(shí)間上表現(xiàn)出了明顯差異，對(duì)于來(lái)水來(lái)沙條件下不同河口演變特征和規(guī)律研究較少。

試驗(yàn)?zāi)M是一種比較成熟的研究方法，被廣泛應(yīng)用于河流演變過(guò)程模擬、河口三角洲發(fā)育研究及河口形態(tài)變化分析等［22-27］。本文將通過(guò)物理試驗(yàn)方法對(duì)不同形態(tài)尾閭河道演變過(guò)程進(jìn)行模擬，闡明在不同水沙條件下不同河型的平面與斷面形態(tài)演變規(guī)律，并對(duì)河流不同河段的平面和斷面穩(wěn)定性進(jìn)行分析，說(shuō)明不同河型不同河段的穩(wěn)定性情況。

1" 試驗(yàn)裝置及內(nèi)容

根據(jù)相關(guān)研究［28］和Google Earth衛(wèi)星圖像資料，本文將河口形態(tài)分為喇叭狀、蜿蜒狀和多汊河口，并將蜿蜒狀河流河口朝向分為左朝向蜿蜒河流和右朝向蜿蜒河流。由于試驗(yàn)裝置的限制，本文只模擬徑流影響較強(qiáng)的弱潮河口，試驗(yàn)海洋邊界為固定水位［16］。

1.1" 試驗(yàn)裝置

模型試驗(yàn)在天津大學(xué)河流動(dòng)力學(xué)實(shí)驗(yàn)室小流域循環(huán)水槽內(nèi)完成。水槽長(zhǎng)度為3.6 m，寬度為1.7 m，高度為0.2 m。試驗(yàn)區(qū)域由河道、河口和淺水區(qū)組成。淺水用以模擬湖泊/海洋條件對(duì)河流與河口演變?cè)斐傻挠绊懀囼?yàn)布置如圖1所示。試驗(yàn)流量通過(guò)流量控制器調(diào)節(jié)，含沙量通過(guò)加沙器控制。含沙量控制原理為：加沙器出沙口通過(guò)螺紋連接瓶蓋，瓶蓋上有大小不一鉆孔，以控制出沙量;加沙器底部有振動(dòng)器，通過(guò)振蕩保證沙子均勻連續(xù)輸出。水槽上方為圖像采集系統(tǒng)，采集河道地形和流場(chǎng)。

注：a為水泵，水泵從沉沙池抽水至供水箱;b為供水箱，供水箱通過(guò)進(jìn)水管將水輸送到進(jìn)水前池;c為進(jìn)水管，進(jìn)水管中間連接有流量控制器q;d為進(jìn)水前池;e為整流板，用于穩(wěn)定來(lái)水;f為加沙器;g為漏斗形出沙口;h為0.5 m長(zhǎng)的固定河道;i為擋板，防止河道演變對(duì)入口的形態(tài)造成影響;j為河道;k為河岸;l為出口;m為沉沙池;n為淺水區(qū)域;o1和o2為攝像頭;p為振動(dòng)器。試驗(yàn)將出口到入口的方向設(shè)為Y，Y的垂直方向?yàn)閄，O為Y方向和X方向的原點(diǎn)。Y方向劃分為36個(gè)單位，每個(gè)單位為10 cm;X方向劃分為17個(gè)單位，每個(gè)單位為10 cm。Y1到Y(jié)16為淺水區(qū)域，Y16到Y(jié)19為河口區(qū)域，Y19到Y(jié)31為試驗(yàn)河道區(qū)域，Y31到Y(jié)36為固定河道區(qū)域。

1.2" 試驗(yàn)方案

本文對(duì)左朝向蜿蜒河流、右朝向蜿蜒河流和喇叭狀河流進(jìn)行試驗(yàn)?zāi)M，根據(jù)3種河流平面形態(tài)特征，建立S型、反S型和喇叭型河流3種河流試驗(yàn)?zāi)Ｐ?。S型模型對(duì)應(yīng)的河流形態(tài)為左朝向蜿蜒河流，反S型模型對(duì)應(yīng)的河流形態(tài)為右朝向蜿蜒河流。試驗(yàn)采用不均勻天然砂，其中值粒徑（d50）為0.35 mm，體積質(zhì)量為2 650 kg/m3，粒徑級(jí)配如圖2所示。本研究所用加沙來(lái)自于試驗(yàn)所用天然砂，加沙為粒徑小于0.2 mm的天然砂。

為減小滲流作用對(duì)試驗(yàn)的影響，通過(guò)預(yù)實(shí)驗(yàn)確定試驗(yàn)用砂含水率為18.11%，試驗(yàn)設(shè)定的河流形態(tài)及其幾何尺寸如圖3所示。

根據(jù)河型情況，試驗(yàn)設(shè)置3個(gè)工況。所有工況的初始河道平均深度為3.5 cm，其他參數(shù)見(jiàn)表1所示（B為初始河道平均寬度，Q為來(lái)水量，Qs為加沙量，T為來(lái)水來(lái)沙時(shí)間）。

試驗(yàn)因素為來(lái)水量、來(lái)沙量、河道形態(tài)和試驗(yàn)時(shí)間。河道為矩形斷面，河床鋪設(shè)沙子厚度為7.5 cm，淺水區(qū)域鋪設(shè)沙子厚度為1.0 cm。河口區(qū)域坡比為1∶4，長(zhǎng)度為30 cm。

2" 河道與河口演變規(guī)律

為了便于后文分析，將河道進(jìn)行劃分。其中，工況1和工況2分為入口段、上游段、第一個(gè)彎道段、中游段、第二個(gè)彎道段、下游段、河口段和淺水區(qū);工況3分為入口段、上游段、中游段、下游段、河口段和淺水區(qū)，不同工況的分段情況如圖4所示。試驗(yàn)河口河道末端部分為順直河型，試驗(yàn)所述河口非地理學(xué)概念。

2.1" 平面演變規(guī)律

河道的平面演化表現(xiàn)為河流平面形態(tài)、河口泥沙淤積形態(tài)和河流水流流向的變化，試驗(yàn)將通過(guò)床面高程測(cè)量和示蹤粒子觀測(cè)的手段來(lái)獲取不同條件下河床高程數(shù)據(jù)和水流流向，以分析河流平面形態(tài)和流路的演變規(guī)律。

根據(jù)試驗(yàn)過(guò)程中河流平面形態(tài)和流路變化情況，河流演變過(guò)程可以分為3個(gè)階段：第1個(gè)階段為河道平面形態(tài)穩(wěn)定階段，該階段河道的平面形態(tài)不變或變化不大;第2個(gè)階段為河道平面形態(tài)微變階段，該階段河道平面形態(tài)整體不變，只有在入口與河口處發(fā)生較小變化;第3個(gè)階段為河道平面形態(tài)強(qiáng)變階段，該階段河道平面形態(tài)由于河床的劇烈演變而發(fā)生較大變化。

（1） 河道平面形態(tài)穩(wěn)定階段。試驗(yàn)初期，河流演變受河道平面形態(tài)限制，水沙條件對(duì)河道的影響較小，河道水流方向接近河口方向。該階段，下游發(fā)生溯源侵蝕，被侵蝕泥沙在河口形成淤積體，淤積體的發(fā)育方向與河道坡降方向接近（圖5（a））。此時(shí)，侵蝕在下游發(fā)生且未對(duì)河岸造成影響，上游河道由于加沙而發(fā)生淤積，淤積厚度未超過(guò)河道深度，河流平面形態(tài)無(wú)明顯變化（圖5（b））。

（2） 河道平面形態(tài)微變階段。隨著時(shí)間的增加，河床和河岸的侵蝕范圍進(jìn)一步擴(kuò)大，河道平面形態(tài)整體變化較小，而河口與上游處變化明顯。工況1河口發(fā)生拓寬且寬度較大，工況2上游發(fā)生拓寬且寬度較大。從方向上看，工況1河道的河口向左拓寬，工況2河道的河口向右拓寬。另外，通過(guò)對(duì)比圖6（a）和6（b）可以發(fā)現(xiàn)，河道拓寬方向與第2個(gè)彎道方向一致。與工況1與工況2類(lèi)似，喇叭型河道由于河床變化在河口處形成了一個(gè)彎曲段，從圖6（c）可以看出，河口水流方向與該彎曲段方向一致，河道平面形態(tài)整體不變。

（3） 河道平面形態(tài)強(qiáng)變階段。在水沙作用綜合影響下，上游河床在水流方向右側(cè)抬高明顯，斷面由U字型變?yōu)閂字型，截面面積變?。▓D7（a）），流速變大，加劇了河道侵蝕［17］。通過(guò)斷面形態(tài)變化可以發(fā)現(xiàn)，上游河段以河岸侵蝕為主，中游河段以河床侵蝕為主，下游與河口段河岸和河床侵蝕均有發(fā)生，且河岸侵蝕更為強(qiáng)烈（圖7（b）、圖7（c））。從平面上看，河道上游和河口段發(fā)生拓寬，中游段變化較小，下游段和河口段變化較大。河口泥沙淤積和溯源侵蝕導(dǎo)致河床高程變化，改變河流流路，河口發(fā)生分汊或擺動(dòng)（圖7（d））。下游段水流流向向右偏轉(zhuǎn)，不同工況對(duì)應(yīng)的河道其下游與河口段均發(fā)生右擴(kuò)（圖7（e））。

圖7（a）中，Y30、Y20和Y17分別為選取的河道上游段、下游段和河口段位置;圖7（d）中C1為河口最早淤積體，C2為較早淤積體，C3為最新淤積體。

可見(jiàn)，在加沙情況下河道上游段以河岸侵蝕和河床淤積為主，河道寬度不斷增加；中游段的河道平面形態(tài)基本不變；下游與河口段，河岸與河床侵蝕均有發(fā)生且河岸侵蝕更為劇烈，下游段和河口段的平面形態(tài)變化明顯。加沙停止后，當(dāng)來(lái)水量較小時(shí)河道整體變化不大，在淤積和侵蝕的作用下河口出現(xiàn)分汊和擺動(dòng)現(xiàn)象；當(dāng)來(lái)水量較大時(shí)河道中游段以下流路向右偏轉(zhuǎn)，越靠近河口位置越偏轉(zhuǎn)越劇烈。

2.2" 河流斷面演變規(guī)律

本文通過(guò)對(duì)河床平均高程、兩岸高程和斷面高程在不同時(shí)間段的變化情況進(jìn)行分析，揭示不同水沙條件下河床演變規(guī)律。不同工況的河床平均高程如圖8所示。

可以看出，隨著時(shí)間的變化不同工況的河床高程發(fā)生明顯變化，河床整體呈淤積狀態(tài)，河床高程增加，相鄰時(shí)間段之間的高差在由入口到河口段方向呈現(xiàn)一種“大—小—大—小”的規(guī)律，入口與上游段最為明顯。不同工況的高程變化存在一定差異，工況1與其他工況相比河床高程在單位時(shí)間內(nèi)的增長(zhǎng)最大;工況2在試驗(yàn)30 min后，河床變化趨于穩(wěn)定，在整個(gè)試驗(yàn)時(shí)間段內(nèi)河床高程變化不大;工況3與工況2類(lèi)似，河床高程在整個(gè)試驗(yàn)時(shí)間段內(nèi)變化不大。通過(guò)河口淤積高程變化可以發(fā)現(xiàn)，在相同時(shí)間段內(nèi)所有工況的河口淤積長(zhǎng)度差別不大，工況3的淤積長(zhǎng)度最大，工況2的淤積長(zhǎng)度最小。

在試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)左右兩岸河床高程的變化規(guī)律明顯不同，因而對(duì)兩岸河床高程變化進(jìn)行分析是必要的，有利于進(jìn)一步對(duì)河流斷面演變規(guī)律進(jìn)行分析，河流左右兩岸高程變化情況如圖9所示。

由圖9可以看出，不同工況的左右兩岸河床高程變化波幅有較大區(qū)別，工況1的右岸變化波幅大于左岸，變化多集中于右岸中游;工況2的右岸變化幅度大于左岸，變化多集中于右岸下游和河口段;工況3左右兩岸高程變化波幅最小，變化多集中于兩岸下游與河口段。通過(guò)河床高程變化情況可以發(fā)現(xiàn)，工況1和工況2的2個(gè)彎道段的河床高程變化劇烈，工況3的Y28（右岸）和Y25（左岸）處的河床變化劇烈。彎道段和工況3的Y28和Y25正好對(duì)應(yīng)河段的上游和中游。因而，為了全面分析河流斷面演變規(guī)律，必須對(duì)彎道段、工況3的Y28和Y25及河口段（Y17）的斷面高程變化進(jìn)行分析，以說(shuō)明河流斷面演變規(guī)律。斷面高程情況如圖10所示。

從圖10可以看出，上游段河床高程變化與加沙關(guān)系密切，加沙量越大或加沙時(shí)間越長(zhǎng)則河床高程越大;加沙量變小或無(wú)加沙時(shí)，上游以沖刷為主，河床高程減小。從斷面高程變化可以發(fā)現(xiàn)河道不同部位其形態(tài)變化存在差異，上游段由于加沙發(fā)生拓寬;中游段由于沖刷作用拓寬，河道斷面形態(tài)隨著時(shí)間變化逐漸由V型轉(zhuǎn)為W型;河口段以淤積為主隨著時(shí)間變化逐漸發(fā)育為沖擊三角洲的一部分，其寬度隨時(shí)間增加而右擴(kuò)，并伴隨輕微左擴(kuò)。水流方向，工況1兩岸邊界以右擴(kuò)為主并伴隨較小的左擴(kuò);工況2以左擴(kuò)為主;工況3兩岸邊界以右擴(kuò)為主并伴隨較小的左擴(kuò)。

綜上所述，河床平均高程和比降隨著時(shí)間的增加而增大。不同工況的左右兩岸河床高程變化存在差異，工況1的沿岸高程變化集中于右岸中游段;工況2的沿岸高程變化集中于右岸下游與河口段;工況3的沿岸高程變化集中于上游與河口段。從河段寬度變化方向上看，工況1以右擴(kuò)為主;工況2以左擴(kuò)為主，但是其河口處以右擴(kuò)為主;工況3上游向兩側(cè)拓寬，且右擴(kuò)寬度大于左擴(kuò)寬度;河口高程斷面形態(tài)演變趨勢(shì)為“V型—W型—Λ型”，河口段隨著泥沙淤積不斷增加而逐漸成為河口三角洲的一部分。

3" 河流演變過(guò)程的穩(wěn)定性分析

3.1" 河流平面演變穩(wěn)定性分析

河相關(guān)系是河床幾何形態(tài)與水流泥沙間的關(guān)系，是指沖積河流通過(guò)自動(dòng)調(diào)整作用而處于一種平衡狀態(tài)時(shí)斷面形態(tài)與流域因素之間的定量關(guān)系［29］，被用于表征水沙特性、河流的性質(zhì)和類(lèi)型以及河床和河流的演變規(guī)律［30-31］，相關(guān)研究表明河相關(guān)系越大河流平面形態(tài)越穩(wěn)定［32］。因而，基于河相關(guān)系對(duì)不同工況的河流平面形態(tài)的穩(wěn)定性進(jìn)行分析具有可行性。河相關(guān)系采用阿爾圖寧整理中亞西亞河流所得公式［28］，如式（1）所示：

ξ=BjH（1）

式中：ξ為河相相關(guān)數(shù);B、H分別為平灘流量所對(duì)應(yīng)的平均河寬和水深;j為0.5～1.0之間的指數(shù)，本文取1.0。不同工況的各個(gè)河段河相關(guān)系如圖11所示。

從圖11可以看出，隨著時(shí)間的增加，ξ值在不斷增大。所有工況的河口段ξ值增加幅度最大，單位時(shí)間內(nèi)工況1變化最大，工況2和工況3差別不大;中游段ξ值增加幅度最小，單位時(shí)間內(nèi)不同工況差別不大;上游段ξ值增加，工況1的上游ξ值在單位時(shí)間內(nèi)的變化最大，工況3次之，工況2最小。當(dāng)試驗(yàn)時(shí)間t≤90 min時(shí)河道整體ξ值都比較小，河道比較穩(wěn)定;當(dāng)試驗(yàn)時(shí)間90 minlt;t≤180 min時(shí)，河道各段ξ值迅速增大尤其是下游及河口位置，說(shuō)明來(lái)水量增大會(huì)影響河流穩(wěn)定性。工況3的ξ隨著時(shí)間的增加變化比較明顯，整個(gè)河道的ξ在試驗(yàn)結(jié)束后發(fā)生巨大變化。工況1和工況2的最大與最小ξ相差超過(guò)6.51倍，工況3的最大與最小ξ相差超過(guò)3.32倍。

對(duì)比工況1、工況2和工況3的ξ值可以發(fā)現(xiàn)，在相同的來(lái)水來(lái)沙條件及試驗(yàn)時(shí)間內(nèi)工況1要比工況2和工況3的河道更加穩(wěn)定，但是其在河口處穩(wěn)定性較差，容易發(fā)生擺動(dòng)（圖7（e））；工況2的上游段容易發(fā)生形態(tài)變化，改變水流流路，如圖8（c）所示；工況3整個(gè)河道隨著來(lái)水來(lái)沙條件的變化其ξ值變化較大，整體形態(tài)發(fā)生變化（圖6（c）和圖7（e））。

3.2" 河流斷面演變穩(wěn)定性分析

本文中河流斷面穩(wěn)定性分析是指對(duì)不同斷面的河床穩(wěn)定性情況進(jìn)行計(jì)算評(píng)價(jià)。河床的沙波形態(tài)演變會(huì)經(jīng)歷靜平整階段、沙紋階段、沙壟階段、過(guò)渡階段、動(dòng)平整階段、沙浪階段、碎浪階段和急灘與深潭階段［33］，河床的沙波處于的階段越靠后河床運(yùn)動(dòng)越激烈，河床的穩(wěn)定性越差。相關(guān)研究指出［34］河流的相對(duì)粗糙度（R/d50，R為水力半徑）越大河床運(yùn)動(dòng)越激烈則河床穩(wěn)定性就越差。不同工況R如圖12所示，由于河道泥沙粒徑無(wú)法在試驗(yàn)過(guò)程中進(jìn)行采集，因而本節(jié)只對(duì)試驗(yàn)結(jié)束后各工況的河床穩(wěn)定性進(jìn)行分析。

根據(jù)圖12可以看出，工況1上游段R較大，中游段R較小，下游段R快速變大，并在河口段快速變小且小于上游段；工況2上游段和中游段R均比較小，下游段R快速變大，并在河口段快速變小且小于上游段；工況3上游段R最大并從中游段開(kāi)始減小，下游段比河口段小且2個(gè)河段R整體差別不大。本文采集上游河道（Y29）、中游河道（Y25）、下游河道（Y20）和河口段（Y17）的泥沙進(jìn)行篩分，采集厚度為0.5 cm，并對(duì)泥沙級(jí)配進(jìn)行測(cè)量，得到不同工況的河床泥沙粒徑（d）分布情況如圖13所示。

根據(jù)泥沙粒徑分布情況可以得到工況1—工況3對(duì)應(yīng)的上、中、下游和河口的泥沙中值粒徑，如表2所示。同時(shí)，通過(guò)計(jì)算可以得到不同工況R/d50平均值。

從表2可以看出，工況1的上游段河床最不穩(wěn)定，下游段河床較不穩(wěn)定、其河床有一定變化，中游段河床較為穩(wěn)定，河口段的河床最穩(wěn)定，上游段的R/d50為河口段的3倍;工況2的下游段河床最不穩(wěn)定其變化最為劇烈，中游段河床較不穩(wěn)定，上游段和河口段的河床最穩(wěn)定，下游段的R/d50為上游段與河口段的2.03倍;工況3的下游段的河床最不穩(wěn)定，上游段河床較不穩(wěn)定，中游段和河口段的河床最為穩(wěn)定，下游段的R/d50為中游段與河口段的4.09倍。

4" 結(jié)" 論

本文利用循環(huán)水槽對(duì)反S型、S型和喇叭型尾閭河道的演變過(guò)程進(jìn)行模擬，并對(duì)河流穩(wěn)定性情況進(jìn)行分析，主要結(jié)論如下：

（1） 河道的平面形態(tài)演變經(jīng)歷了一個(gè)“河道平面形態(tài)穩(wěn)定階段—河道平面形態(tài)微變階段—河道平面形態(tài)強(qiáng)變階段”的過(guò)程。加沙作用下上游河道為河岸侵蝕和河床淤積，河道平面形態(tài)穩(wěn)定或微變;加沙停止后，下游與河口段的河岸侵蝕程度大于河床侵蝕，河口出現(xiàn)分汊和擺動(dòng)。

（2） 反S型河道和S型河道平面最不穩(wěn)定區(qū)域?yàn)楹涌诙危罘€(wěn)定區(qū)域?yàn)橹杏味?喇叭型河道平面最不穩(wěn)定區(qū)域?yàn)楹涌诙?，最穩(wěn)定區(qū)域?yàn)橄掠味魏腿肟诙巍?/p>

（3） 反S型河道上游段河床最不穩(wěn)定，河口段的河床最穩(wěn)定;S型河道下游段的河床最不穩(wěn)定，上游段和河口段的河床最穩(wěn)定;喇叭型河道下游段的河床最不穩(wěn)定，中游段和河口段的河床最為穩(wěn)定。

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Simulation experiment on morphological evolution characteristics of

tail river channel

The study is financially supported by the National Key Ramp;D Program of China （No.2023YFC3208601）.

BAI Yuchuan1，2，SUN Yanjie1，SONG Xiaolong1，2，XU Haijue1，2，WU Jinsen1，TIAN Yuan1

（1. State Key Laboratory of Hydraulic Engineering Intelligent Construction and Operation，Tianjin University，Tianjin 300350，China;

2. Institute for Sedimentation on River and Coastal Engineering，Tianjin University，Tianjin 300350，China）

Abstract：The tail river channel serves as a critical zone for the interaction between rivers and oceans，holding significant ecological and environmental implications.This study employs a physical experimental approach to simulate the evolution processes of common trumpet-shaped and meander-shaped （left-bending and right-bending at the estuary） tail river channels.The research investigates the morphological evolution patterns under varying water and sediment conditions.Evaluation of different river types′ stability is based on coefficient of fluvial facies and relative roughness.The experiments reveal that the planar morphology of the river undergoes stages of “stability-micro-change-strong change.” The average elevation and slope of the riverbed increase over time，with the most significant changes occurring in the upstream and estuary sections and the least in the midstream.Sediment addition results in upstream riverbank erosion and riverbed sedimentation.Following cessation，downstream and estuary sections experience more pronounced riverbank erosion than riverbed erosion，leading to estuarine bifurcation，oscillation，and shifting.The unstable areas in planar morphology are the downstream section for meander-shaped channels and the estuary section for trumpet-shaped channels，with significant differences in river phase coefficients.For cross-sectional morphology，the downstream section is unstable for left-bending meander-shaped channels （with a more than 3-fold difference in relative roughness），the upstream section for right-bending meander-shaped channels （more than a 2.03-fold difference in relative roughness），and the downstream section for trumpet-shaped channels （more than a 4.09-fold difference in relative roughness）.

Key words：river pattern;water and sediment changes;coefficient of fluvial facies;physical experiment simulation;tail river-estuary