弯道环流

弯道环流水沙分流原理

弯道环流原理，又称弯道环流水沙分流原理。

由实际观察可知，在天然河道上，一般弯道部分占80%~90%，所以河道基本上都是弯曲的。河流在直线河段上的水深、流速、含沙量的分布是比较均匀的。而在弯道上相反，因离心力的作用，使凹岸水面雍高凸岸水面降低。河流的流速分布是表层大，底层小。因离心力的大小与水流流速的二次方成正比，故离心力的分布也是表层大底层小。由于水面差而产生的侧压力沿水深为一常数，其方向和离心力相反。这两种作用力合力的方向，就是水流运动的方向。这样弯道表层水流由凸岸流向凹岸，底层水流则有由凹岸流向凸岸，从而形成横向环流。和纵向流动叠加后，整个水流则呈螺旋状前进。在凹岸，水流从上向下，且流速较大，含沙量较小，因受重力的作用，底流中的泥沙便淤积在凸岸，形成水浅流缓的浅滩。如果凹岸不坚固，还会出现弯道不断向下游移动的现象。

根据弯道环流水沙分流原理，若将取水口布置在凹岸适宜的位置，则可引取表层较清的水流，而含有大量推移质的底流则运离取水口，流向凸岸，使入渠泥沙大大减少。这对于防止泥沙入渠是十分有利的。相反，若取水口设在凸岸，则将引进大量泥沙。

原理

弯道水流内部的旋转运动，在横断面上的投影呈环形，与主流叠加在一起呈螺旋式向前运动。弯道中可能只有一个大的环流，也可能有大小不同的几个环流，环流可以占据整个河道横断面，也可能只占据河道横断面的一部分。

水流作曲线运动时必然产生离心力。在离心力的作用下，弯道凹岸水面升高、凸岸水面降低，形成水面横比降。离心力的大小与纵向流速的平方成正比，纵向流速沿水深分布是不均匀的，水面大，河底小，因此离心力沿水深分布也是上大下小。而由水面横比降所引起的横向压差则沿水深不变，二者合成后，上层水体所受的力指向凹岸，下层水体所受的力指向凸岸，从而使上层水体向凹岸流动，下层水体向凸岸流动，形成了环流（见图）。弯道环流的流速大小与纵向平均流速、河道弯曲半径和水深等因素有关。

变化

沿水深各处环流的强度是不同的，水面和靠近河底处环流强度较大，水流中部附近环流速度等于零。环流强度沿程也是变化的。在同一横断面上不同部位环流的强度也不同。

流量变化时，环流情况也有变化。在弯道进口处，中枯水期虽然水深和流速较小，但因弯曲半径小，其环流较洪水时强。在顶冲点附近，洪水期有较大的水深和流速，其环流较中枯水期强。

弯道环流是弯道水流的主要特征，它是引起泥沙横向搬运的主要动力，是促使弯道凹岸冲刷和凸岸淤积变形的主要原因。

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