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环流

水流内部的一种旋转运动,在横断面上的投影呈环状,与主流叠加在一起呈螺旋式的向前推进。环流常见于弯曲河段。弯道中可能只有一个大的环流,也可能受地形等条件影响有几个大小不同的环流,环流可以占整个河道断面,也可以只占河道断面的一部分。弯曲河段的水流呈曲线运动必然产生离心力。在离心力作用下,破坏了原有的水面平衡状态,使凹岸水位升高,凸岸水位降低,形成横向水面比降和水位差。

水流内部的一种旋转运动,在横断面上的投影呈环状,与主流叠加在一起呈螺旋式的向前推进。环流常见于弯曲河段。弯道中可能只有一个大的环流,也可能受地形等条件影响有几个大小不同的环流,环流可以占整个河道断面,也可以只占河道断面的一部分。

弯曲河段的水流呈曲线运动必然产生离心力。在离心力作用下,破坏了原有的水面平衡状态,使凹岸水位升高,凸岸水位降低,形成横向水面比降和水位差。由于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,离心力沿水深分布也是不均匀的,自河底向水面增加,而因横向水位差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,从而促使上层水体向凹岸流动,下层水体向凸岸流动,结果就形成了一个环流,这一环流叠加在主流上,就使水流呈螺旋式向前运动,如图1所示。弯道环流是弯道水流的重要特性,它是促使凹岸冲刷和凸岸淤积变形的主要原因。

图1 弯曲河段上的环流

在中小河流的顺直河段,涨落水过程中也可能形成一对环流,涨落水期环流的方向相反,如图2所示。

由于地球自转引起的柯氏力作用下,位于北半球的河流,只要它的流向不完全与纬度相重合,则靠河流右岸的水面会升高,左岸的水面会降低(南半球的河流则相反)也会引起环流。柯氏力引起的环流,一般情况下强度很小,可以忽略不计。然而,由于它长年累月的起着作用,从长远效果看,它的影响又往往不可忽视,特别是对大江大河有着明显的影响。

图2 顺直河段上的环流

环流是引起泥沙横向搬运的重要作用力。常常可以通过环流的运动特征来分析泥沙运动和河床变形的趋势,并利用其规律合理地布置各种引水工程设施和疏浚挖槽的位置。此外,还可以采用建筑物造成人工环流来防止引水渠口门淤积和冲刷航槽等。