河流动力学总结

河流动力学

第一章泥沙特性

1、等容粒径：体积与泥沙颗粒相等的球体的直径。

设某一颗泥沙体积为V ，则等容粒径3

/1)6(

πV D =

泥沙粒径可用长轴a ，中轴b ，短轴c 的算术平均值表示)(31c b a D ++= 假设成椭球体，用几何平均值表示

3abc D = 2、粒配曲线的作法：(图1-1 p6)

①通过颗粒分析（包括筛分和水析），求出沙样中各种粒径泥沙的重量

②算出小于各种粒径的泥沙总重量

③在半对数坐标纸上，将泥沙粒径D 绘于横坐标（对数分格）上，小于该粒径的泥沙在全部沙样中所占重量的百分数p 绘于纵坐标（普通分格）上，绘出的D~p 关系曲线即为所求的粒配曲线。

3、粒配曲线特点

曲线坡度越陡，表示沙样内颗粒组成越均匀，反之，不均匀。

4、粒配曲线特征值

1）中值粒径50D ：是常用的特征值，它表示大于和小于该种粒径的泥沙重量各占沙样总重量的50%，即粒配曲线的纵坐标上找出p=50%，其对应的横坐标即为

50D 2）平均粒径50D ：是沙样内各泥沙粒径组的加权平均值。即粒配曲线的纵坐标（p ）按其变化情况分成若干组，并在横坐标（D ）上定出各组泥沙相应的上、下限粒径

min max D D 和 以及各组泥沙在整个沙样中所占重量百分数i p ?，然后求出各组泥沙的平均粒径

32min max min max i min max D D D D D D D D i +++=+=或

∑∑==??=n i i n i i i

m p

p D D 11

n —为划分组数；

2502

σe D D m =，其中σ—沙样粒径分配的均方差，

9.151.84ln D D =σ 当σ为零时，沙样均匀，50D D m =，一般沙样不均匀，σ总是大于零，因此，通常50D D m >

3）分选系数（非均匀系数）

25750D D S =

，若0S =1，则沙样非常均匀，越>1，则越不均匀。

5、影响泥沙的孔隙率的因素 ①沙粒的大小 ②均匀度 ③沙粒的形状 ④沉积的情况 ⑤沉积后受力大小 ⑥历时长短

泥沙越细，孔隙率越大；泥沙越均匀，孔隙率越大；越接近球体，孔隙率越大。

6、颗粒比表面积：颗粒表面积与其体积之比，对于球体，其表面积D D

D 6632==ππσ

颗粒比表面积间接地反映了颗粒受到的物理化学作用于重力作用的相对大小。

（细颗粒沙粒的比表面积很大，所以，细颗粒表面的物理化学作用明显特别突出，从而对泥沙运动产生重要的影响。）

7、吸附层（固定层）：表面带负电荷的细颗粒泥沙在含有电解质的水中，由于静电引力作用，吸引水中反号电荷（带正电荷）的离子，这种被牢固吸附在紧邻颗粒表面周围的反离子层。

扩散层：吸附层的离子电荷不足以平衡颗粒表面的全部电荷，因此在吸附层外还有一层与颗粒表面电荷异号的反离子层。

双电层：颗粒表面离子层及其周围的反离子层（吸附层及扩散层）构成颗粒的双电层，双电层外属中性水。 粘结水：在泥沙颗粒表面负电荷的作用下，靠近颗粒表面，在吸附层范围内的水分子便失去了自由活动的能力而整齐的、紧密地排列起来

粘滞水：围绕在粘结水外面，在扩散层范围内的水分子因距颗粒表面较远，受到的引力较小，水分子的排列比

较疏松，仅有轻微的定向。

粘结水和粘滞水统称为束缚水。束缚水外的水分子几乎不再受静力引力作用，在重力作用下能自由流动，称为自由水。

△ 如果水中电解质反离子浓度增加，反离子向颗粒表面挤压，吸附层中反离子数增多，可更有效地平衡颗粒表面电荷，双电层厚度也相应较小。所以容易发生絮凝。相反，当离子浓度增加，反离子向水中扩散，更多的反离子由吸附层进入扩散层，双电层厚度也相应增大。

絮凝：细颗粒泥沙在一定条件下彼此聚合的过程

8、泥沙的干容重（干密度）：取出经扰动的原状沙样，量出它的体积，然后在烘箱内经100~150℃的温度烘干后，其重量（或质量）与原状沙样整个体积之比。

9、干容重的影响因素？

①泥沙粒径：粒径较粗的泥沙干容重大，变化范围小；反之，粒径较细的泥沙干容重小，变化范围大。

②泥沙淤积厚度影响：泥沙的淤积深度越深，琪干容重越大，变化范围越小；反之，淤积深度越浅，其干容重越小，且变化幅度越大。

③淤积历时的影响：干容重's γ 随淤积历时的增加而趋向于一个稳定值，较粗颗粒淤积历时不长，其干容重's γ就

趋向稳定，且初始干容重与最终干容重比较接近；而细颗粒泥沙's γ趋向稳定所需的时间要长的多，初始干容重

与最终干容重相差甚远。

10、泥沙沉速: 单颗粒泥沙在无限大静止清水水体中匀速下沉时的速度称为泥沙的沉降速度，简称沉速。

（泥沙沉速反映着泥沙在与水流相互作用时对机械运动的抗拒能力。沉速越大，则沉淀的倾向越强。因此，沉速是泥沙的重要特性之一。）

11、影响沉速的因素 ①泥沙的形状，越接近球体，沉降越大，形状越扁平，ab C

越小，阻力系数d C 越大，沉速越小。

②水质对沉速的影响，反映在絮凝，所有影响絮凝的因素均影响沉降。水质对沉降的影响主要是对D<0.03mm 的细颗粒泥沙而言的。在小含盐度的范围内，絮团的平均沉降因含盐度的增加而迅速增大；当含盐度超过某一数值后，含盐度的进一步增加，对平均沉降的影响不大。含沙量越大，曲线转折处相应的含盐度越小。由（图1-8书p19含盐度）可见，在含盐度超过10‰后，不同情况的絮凝沉速相差不大，一般在0.4~0.5mm/s左右。

③含沙量对沉速的影响

因浑水容重加大而引起的沙粒有效重力减小也有重要影响。这些将使得泥沙沉速减小。

细颗粒泥沙形成絮团，沉速随含沙量增大而逐渐增大，直到15kg/m3左右为最大；含沙量超过15kg/m3后，沉速随含沙量增大而减小。

影响絮凝现象的因素：

①泥沙粒径。泥沙愈细，其比表面积愈大，颗粒聚集成絮团的作用愈强，相对于基本颗粒而言，形成的絮团越大。

②水中电解质的离子浓度与价数。水中反离子浓度较小，扩散层的厚度就较大，沙粒的分散状态就比较稳定；反之，水中反离子浓度较大，扩散层厚度就较小，沙粒容易絮凝。反离子对沙粒的絮凝作用，与反离子的价数有密切关系。反离子的价数高，絮凝作用强。这是因为反离子的价数高，双电层厚度小，就容易产生絮凝。

③水中的含盐量、含沙量等。小含盐度的范围内，絮团的平均沉速因含盐度的增加而迅速增大；当含盐度超过某一数值后，含盐度的进一步增加，对平均沉速的影响不大。含沙量越大，曲线转折处相应的含盐度越小。含盐度超过10‰后，不同情况的絮凝沉速相差不大。

第二章推移质运动

1、泥沙在水流中的运动形式可分为哪两类？定义各是是什么？

推移质（接触质、跃移质、层移质）和悬移质。

接触质：滑动或滚动的泥沙，在运动中始终保持与床面接触。

跃移质：在床面附近以跳跃形式前进的泥沙。

床面层：在流速较低时，同一种河床组成，其接触质或跃移质的运动范围，仅限于河床表层以上大约1~3倍泥沙粒径的区域。

层移质：河床表层以下的泥沙，在水流拖曳力的作用下，将成层移动或滚动，运动速度由上而下逐次递减。 推移质实质上是指在河底附近，以滚动、滑动、跳跃或层移形式前进，其速度远小于水流速度的泥沙。 悬移质则是悬浮在水中运动，速度与水流速度基本相同的泥沙。

交换过程是双向的，

2、泥沙起动：河床上静止的泥沙颗粒，随着水流条件的增强，到一定条件时开始运动的现象。

3、泥沙起动条件：维持泥沙颗粒静止状态的平衡条件遭到破坏，床面泥沙由静止状态转变为运动状态的临界水流条件。

泥沙的起动条件可以用流速、拖曳力、功率来表示。用水流垂线平均流速来表示的，叫起动流速；用拖曳力表示的，叫拖曳力（起动切应力或起动剪切力）；用水流功率表示的叫起动功率。

4、起动拖曳力：指泥沙处于起动状态的床面剪切力。其值等于泥沙起动时，单位面积床面上水柱重量在水流方向的分力，即：2*0U hJ ργτ== γ为水的容重；J 为水面比降；ρ为水的密度；*U 为摩阻流速。 ☆

5、希尔兹曲线特点：

①曲线为马鞍形，在沙粒雷诺数10/*=νD U 附近，亦即近壁层流层厚度与床沙粒径接近时，泥沙最容易起动。 ②床面处于光滑区时，泥沙受近壁层流层的隐蔽作用，需要更大的拖曳力才能使之运动。在6/2/*>

③当δν>>D D U 即10/*，近壁层流层不起隐蔽作用，随着粒径加大，泥沙重量增大，加强颗粒稳定性，拖曳力也相应加大。

悬移区 床面层 河床

(悬移质) (接触质及跃移质) (床沙) 悬移区 床面层 层移区 河床 (悬移质) (接触质及跃移质) (层移质) (床沙)

6、止动流速：泥沙颗粒由运动状态转变为静止状态的临界垂线平均流速。止动流速必小于起动流速，也小于扬动流速。

扬动流速：床面泥沙由静止直接转入悬移状态的临界垂线平均流速。扬动流速远大于起动流速。

7、沙波：是推移质运动的一种主要形式，是构成河床地形的基本元素，它对河道水流结构、河道阻力、泥沙运动及河床演变均有重要影响。

（沙波运动：当推移质运动达到一定的规模时，河床表面便会形成波状）

8、沙波从平面形态分的四种类型：

①带状（顺直）沙波②继续蛇曲（弯曲）状沙波③新月形沙波④舌状沙波。

9、沙波表面附近的水流流速是沿程变化的，波峰处流速最大，波谷处流速最大，波谷处流速最小。

☆10、沙波运动的两个重要现象：

一是沙波对床沙的分选作用，二是较粗泥沙运动的间歇性。

泥沙沿迎水面越过沙波峰顶后，在重力作用下，其中较粗的泥沙落到谷底，越细的泥沙越向上，形成上细下粗的分层淤积，这就是沙波运动对泥沙的分选作用。

进入沙波背水面漩涡区淤积的泥沙随即被下移的沙波所覆盖，直到它再次出露，处于下一个沙波的迎水面上时才继续运动，颗粒越粗，覆盖的时间也越长，这就是沙波表面较粗泥沙运动的间歇性。

11、床面阻力包括沙粒阻力和沙波阻力。其中，沙粒阻力系床面沙粒的摩阻而引起，也称表面阻力。沙波阻力属形状阻力，沙粒阻力和沙波阻力就是通常所说的动床阻力。

12、河床阻力有床面阻力和河岸阻力两部分组成。

求床面剪切力b τ和河岸剪切力w τ有两种方法：一是爱因斯坦的水力半径分割法；另一种是能坡分割法。

13、推移质输沙率b G ：在一定的水流及床沙组成条件下，河道处于不冲不淤输沙平衡状态时，单位时间内通过过水断面的推移质数量；

一般情况下推移质输沙率以通过单位宽度的数量b g 表示，称为单宽推移质输沙率。

14、推移质输沙率的研究途径大致分为五类：

①以流速为主要参变数②以拖曳力为主要参变数③根据能量平衡观点④从统计法则考虑⑤沙波运行规律

15、建立以垂线平均流速为主要参变数的公式的基本思路是：

认为影响推移质输沙强度的主要水力因素是流速，流速愈大，则推移质输沙率愈大。

16、以拖曳力为主要参数的公式，其基本认识是拖曳力与起动拖曳力的差值愈大，推移质数量率也愈大。

17、推导均匀沙推移质输沙率公式，从两个概念出发：

泥沙的沉积率：单位时间单位面积的床面上沉落的泥沙的质量；

泥沙的冲刷率：单位时间上从单位面积的床面上冲起的泥沙量。

第三章悬移质运动

1、泥沙按照其运动形式的不同，可分为推移质和悬移质；而按照其相对与床沙组成的粗细及来源的不同，运动泥沙又可分为床沙质和冲泻质。

2、床沙质：悬移质中较粗的一部分以及绝大部分推移质来自相邻的上游段及本河段的河床，是从床沙中被带起进入运动的泥沙；床沙质与河床的冲淤变化有密切的联系，所以又称“造床质”。来源：推移质中的绝大部分，悬移质中的极少部分。

3、冲泻质：悬移质中较细的一大部分以及推移质中的极小部分是床沙中很少或几乎不存在的，它们起源于上游的流域冲蚀，是被水流长途携带输送到本河段的。

冲泻质泥沙与床沙几乎不发生交换，同河床演变关系不密切，因而也有把冲泻质称为“非造床质”的。来源：悬移质中的绝大部分，推移质中的极少部分。

4、“床沙质与冲泻质”以及“推移质与悬移质”是对运动中两套不同的命名，不可将它们混淆。床沙质与冲泻质中，都可以同时包含有推移质与悬移质；反之，在推移质与悬移质中也可以同时包含有床沙质与冲泻质。

5、单位体积浑水中所含泥沙的数量成为含沙量或含沙浓度，工程中常用S表示，其含义为

浑水体积）

泥沙所占质量（或重量

S

体积比含沙量：浑水体积泥沙所占体积

=v S 重量比含沙量：浑水重量泥沙所占质量

=

w S 6、一方面，紊动扩散作用是泥沙上浮；另一方面，重力促使悬移质泥沙下沉，因此悬移质含沙量沿水深分布就决定于紊动扩散作用与重力作用的对比关系。（二者相比，当重力作用占优势，则悬移质向床面下沉的倾向超过向水面上浮的倾向，水流含沙量将逐渐增加，河床随之冲刷。当二者作用相当则含沙量将维持不变，河床不冲不淤。）

（7、二元恒定均匀流中，平衡情况下含沙量沿垂线分布的基本微分方程式的求解所需的假定：只有当含沙量不大时成立，并①认为ω是一个常值，泥沙扩散系数沿垂线而变；②泥沙扩散系数

y ε与动量交换系数m ε相当也可看做m y εε=；③挟沙水流的流速分布遵循对数分布规律，并取4.0=κ）

8、*kU z ω=

，指数z 是一无因次数，又称为“悬浮指标”，试用其物理意义．．．．

说明其数值大小对含沙量沿垂线分布的影响：指数z 决定了悬移质含沙量沿水深分布的均匀程度。它反映了重力作用与紊动扩散作用的相互对比关系，其中重力作用通过ω来表达，紊动作用通过*kU 来表达。（Z 越大，则重力作用相对越强。在相对平衡情况下，含沙量垂线分布越不均匀；反之，z 越小，紊动作用相对越强，在相对平衡状态下，含沙量垂线分布就越均匀。）

☆9、劳斯公式z a

h a y y S S ）（-?-=h a 引入三个基本假定：m y εε=；挟沙水流的流速分布遵循对数分布规律，并取k=0.4；泥沙沉速不随y 而变，等于单个颗粒在无限静止水体中的沉速。 最成问题的是第一个假设。实际上泥沙交换系数y ε与动量交换系数m ε是有一定差异的。例如，和泥沙颗粒大小属同一数量级的漩涡虽然对泥沙的扩散作用不大，却可以引起水体的动量交换；此外，由于泥沙的惯性，它不可能与高频率的紊流脉动完全合拍，对于较粗的泥沙，这种不一致就更为明显。

10、扩散理论的适用条件（劳斯公式适用条件）：泥沙颗粒较细、含沙浓度不大时，扩散理论所得的结果比较符合实际。通常的冲积平原河流正是属于这种挟沙情况，因而扩散理论在实际中得到了广泛的应用。

11、悬移质输沙率是指一定的水流与河床组成条件下，水流在单位时间内所能挟带并通过河段下泄的悬移质中床沙质泥沙的数量。

11、常把悬移质单宽输沙率用平均含沙量*S 表示，*qS g s =,*S 是一定水流与泥沙条件下，河流处于不冲不淤

临界状态时，单位水体所能挟带的悬移质中床沙质数量的平均值，其单位为kg/m 3或N/m 3。??==

h h

a s udy uSdy q g S 0*，S g =单宽输沙率，q=单宽流量 推广到断面平均情况：Q s **G S QS G s =

=或，s G =断面输沙率，Q=断面流量

12、为什么在计算推移质、悬移质输沙率时水力半径只取

'b R ，摩阻流速只取'*U ？ gJ R U b ''*=， '*U 和'b R 分别是同沙粒阻力相应的那一部分摩阻流速与水力半径。（这是因为床面存在沙波时，

河床阻力分为沙粒阻力和沙波阻力两部分。前者是水流作用于沙粒并在其周围绕过时受到的表面阻力，与此相应的传递到床面的那一部分水流势能所产生的紊动漩涡直接发源于床面沙粒附近，对推移质的搬运自然起着直接的作用；又由于该处接近河底，含沙量梯度较大，这种紊动对泥沙的悬浮也有显著的影响。至于后者，它是水流绕过沙波而受到的形状阻力，水流因沙波而造成的紊动漩涡主要产生在沙波顶峰下游的分离面上。该处距床面泥沙还有一段距离，这样的紊动漩涡对推移质的作用就不如前者那么直接；又由于该处距床面已有一段距离，含沙量梯度大大减缓，这种紊动对悬移质运动也不起决定性的作用。）

13、制紊作用：是指悬移质的存在将使水流的紊动减弱、水流的阻力损失减小。

☆14、不冲不淤临界含沙量：m

gR U K S )(3*ω=的影响因素有哪些？

答：U —断面平均流速；R —水力半径，在宽浅河道中可以平均水深h 代替，ω—床沙质沉速；（g —为重力加速度；）

ωgR U 3为一无因次数，它是无因次数gR U 2与U ω之比。其中gR U 2是水流弗劳德数，可代表水流紊动强度；U ω代表相对的重力作用。因此ωgR U 3

代表了紊动作用与重力作用的对比关系。

15、恒定非均匀流中平均含沙量的沿程变化规律：

)1()()(*0*0*0*x L x L e x L S S e S S S S α

αα----+-+= S 为计算断面含沙量；x 为计算断面至进口处的距离；

0S 为进口断面含沙量；*0*S S 与分别为进口断面与计算断面的水流挟沙

力，现为非均匀流，故二者不同。

x L

e S S α--)(0*0物理意义：进口断面泥沙费饱和量经距离x 后的残余量；

)1()(*0*x L e x L S S αα---是水流沿程变化引起的该河段挟沙力变化对出口含沙量的影响。

16、总输沙率：在一定水流与河床组成条件下，单位时间内能够通过河段下泄的沙量；

习惯上将总输沙率称为水流输沙能力或水流挟沙能力，有时也成为水流挟沙力。

推移质输沙率与悬移质中床沙质输沙率之和叫做床沙质总输沙率；把推移质输沙率与全部悬移质包括冲泻质在内的输沙率之和叫做全沙总输沙率。

第四章 异重流

1、异重流：指两种或以上密度相差不大、可以相混的流体，在条件适宜时因密度差异而产生相对运动。

2、就异重流的位置而言，分三类：一种是较重的流体在较轻的流体下面运动，称为下异重流（浑水异重流和盐水异重流）；另一种是较轻的流体在较重的流体上面运动，称为上异重流（温差异重流）；再一种是在较重与较轻的流体间存在第三种流体的运动，称为中异重流（天空中云层的运动）

3、产生浑水异重流的根本原因？清浑水密度的差异。

☆4、异重流的特性

①与一般水流相比，浑水异重流的一个最主要的特性是重力作用显著减小。由此可见，异重流浑水与清水的密度差一般都非常小，就惯性作用而言，密度可以看成没有改变；但另一方面，较重的浑水在清水下面运动时，下面的浑水被清水所包围并受到清水浮力的作用，密度差既然很小，浮力作用就显得特别大，以致浑水受到的有效重力将显著降低。

②由于重力作用显著减弱，惯性力的作用便相对显得十分突出。这种显著减小的重力作用与相对突出的惯性力作用，使异重流能够轻易地爬高并超越障碍物，这在一般水流中是很少见到的。

③由于重力作用的减弱，使得阻力作用相对地也显得十分突出。正式由于这个原因，异重流要维持长距离的运动，必须要较大的能坡，或者清浑水交界面在沿水流方向必须有足够的坡度。

②③是运动特性。

5、异重流的运动特点

①显著减小的重力作用于相对突出的惯性力作用，是一种流能够轻易的爬高并超越障碍物，这在一般水流中是很少见的。

②由于阻力作用的相对突出，异重流要维持长距离的运动，必须要有较大的能坡，或者清浑水交界面在沿水流方向必须有足够的坡度。

☆6、盲肠河段如何发生淤积？形成河渠异重流的根本原因？

根本原因在于两种水体有密度差。盲肠河段内的水体基本上处于静止状态，经过沉淀，含沙很少，其密度接近清水。此时，若与之相连的河水具有一定的含沙量，则由于两部分水体在密度上的差异，在交界面上将形成压力差。口门处含沙量越大，水越深，越接近底部，压力差就越大，外部含沙量高的河水就可能沿底部潜入盲肠河段内，形成异重流。由于异重流流速较小，挟沙能力下降，泥沙便逐渐淤积，较粗的泥沙首先沉淀。较细的泥沙浆沿程淤积在盲肠河段内部。通过淤积而逐渐变清的潜流到达闸门后，转而上升，由水量平衡的要求，上升水流到水面成为面流，以相反方向流向口门。如此循环往复不已的输沙造成了盲肠河段的严重淤积。

☆7、可采取哪些措施来防止或减少挖入式河港与盲肠式引航道的淤积？

①在布置水利枢纽时，应尽量把船闸避开凸岸，避开洪水时大范围的回流区及缓流区，尽量放在具有稳定深槽的一侧。

②为减少淤积，港池口门出口方向一般指向下游，并减小口门轴线与主流交角的大小，减少回流淤积。

③应尽量缩小口门宽度。必要时，采用窄口门，口门以内再采用适当扩大宽度的平面布置方式。

④避免不必要地加大口门水深。

☆8、采取哪些工程措施可以防止或减少异重流与回流的淤积？

①长期有意识地维持这样的小股外泄水流将显著减少异重流的淤积

②设轻型聚氯乙烯帷帘，平时帘顶置于水面，过船时将防淤帘降低。

③设水力门帘的设想：在盲肠河段的口门，底部敷设水管，从水管顶部一系列开口处喷出高压水柱以阻挡异重流并削弱回流，从而减少淤积。

④合理安排疏浚时间和次序，疏浚时间一般选在退水期，次序：先口门内后口门。

第五章河床演变

1.河床变形从演变表现形式上可分为纵向变形和横向变形

（1）纵向变形是指河道沿流程所发生的变形，即河床纵剖面的冲淤变化

（2）横向变形也称平面变形，即河床沿着与水流垂直的水平方向发生变形

2.河床变形从河道演变的发展过程可分为单向变形和复归性变形

（1）单向变形是指河道在相当长的时期内只是单一地朝某一方向发展的演变现象。在这个期间内，河道只为冲刷发展，或只为淤积发展。严格的单向变形是不存在的。

（2）复归性变形是指河道周期性往复发展的演变现象。

3.河床演变的基本原理

河床演变的根本原因可以归结为输沙的不平衡。当上游来沙量大于本河段水流输沙能力时，本河段将发生淤积，河床升高。反之，当上游来沙量小于本河段的输沙能力时，本河段将产生冲刷。纵向输沙不平衡将引起河床纵向变形，横向输沙不平衡将引起河床横向变形，局部输沙不平衡将引起河床局部变形。

平衡状态只是暂时的，相对的。所谓输沙平衡只是对较长时间内的平均情况而言，或者只是对较长河段内的平均情况而言，因而只具有相对的意义。

4.制和影响河道演变的主要因素：

（1）河段的来水量及其变化过程

（2）河段的来沙量，来沙组成及其变化过程

（3）河段的河谷比降

（4）河段的河床形态及地质情况（人们可以调控的。）

从航道政治的整治的角度来说，通常情况下这三个因素人们是难以调整控制的。第四个因素决定着河床条件。航道整治就是通过修建丁坝、顺坝等整治建筑物来改变这类不良河床形态，以调整水流，从而增加航道水深。

5.平原河流中根据其形态和演变特性可分为：弯曲河道，分汊河道，顺直（微弯）河道，游荡河道，四种主要类型

6.弯道的水流特征：表层水流流向凹岸，而底层水流则由凹岸流向凸岸，形成一封闭的环状水流，这种环状水流与纵向水流结合形成螺旋流。

7.水面横比降：凹岸方向的水面增高，凸岸方向的水面降低，形成水面横比降

gR U J z 2

横比降z J 为离心加速度与重力加速度的比值。

☆8.弯道环流：横比降通常在弯道顶点附近达最大值，向上下游两方向逐渐减小。

☆9.弯道水流动力轴线

水流动力轴线为河段中沿流程各断面最大垂线平均流速所在位置的连线，亦称主流线。它反映了水流最大动量所在位置，对河床演变有重大影响。

主要特点：

① 它在弯道进口段或者在弯道上游的过渡段，常偏靠凸岸，进入弯道以后，即逐渐向凹岸转移，至弯顶稍上部位才偏靠凹岸，主流开始逼近凹岸的位置叫做“顶冲点”。

② 主流线“低水傍岸”，“高水居中”；顶冲点“低水上提”，“高水下挫”

10．弯道横向流速分布：弯道表层水流的横向流速指向凹岸，底层水流的指向凸岸。

☆11.弯曲河段的演变规律

① 凹岸崩退和凸岸淤长：凹冲凸淤是弯道演变的基本规律之一。通过对天然河湾的分析，发现这一基本规律还

有如下特点：一是凹岸冲刷和凸岸淤积的数量基本相等，且冲淤过程基本相应；二是冲淤变化引起横向摆动的过程中，弯道断面形态基本保持不变。

②河湾发展和河线蠕动：凹岸崩退和凸岸淤长使得河湾在平面上产生横向位移，但这个位移在整个弯道上并不是均匀分布的。在弯道下半部，水流动力轴线经常靠近和顶充凹岸，环流强度较大，崩岸最严重。致使河湾曲率半径变小，中心角增大，河身加长。

③裁弯取直和河湾消长：弯道的发展，使河湾愈来愈弯，在一定条件下讲形成很长的河环。此时，河湾的起点和终点相距很近，形成狭颈。当洪水漫滩时，由于狭颈距离短，比降大，容易冲成串沟，并逐渐发展，扩大成新河，而老河逐渐淤死，形成生轭湖，从而形成自然裁弯。

④撇弯切滩：当河湾因土质不均匀，发展受到限制时，会形成曲率较大的锐弯，在适宜条件下，主流线有凹岸改趋凸岸，凹岸产生回流，泥沙在凹岸落淤，这种现象称为撇弯。切滩是指在弯曲河段，水流由边滩漫过，冲刷滩上薄弱部位，使滩体一部分与边滩脱离成新滩的现象。撇弯的同时必然发生切滩，而切滩时未必发生撇弯。

12.裁弯后的河床演变过程主要有：

新河发展

老河淤废

上游河段的变化：裁弯后引起上游水位降落，比降加大，从而使河段有所冲深

下游河段的变化：裁弯后将引起下游河段的水流动力轴线发生变化

13.河相关系

冲击平原河流在挟沙水流与河床长期相互作用下，经过河流的自动调整作用，可能形成与所在河段具体条件相适应的某种均衡形态。在这种均衡形态的有关要素之间，以及它们和表达来水来沙条件及河床地质条件的特征物理量之间，常存在某种函数关系。这种关系称为河流的河相关系或均衡关系。

14.造床流量

造床流量是指其造床作用与多年流量过程的综合造床作用相当，对塑造河床形态起着控制作用的某一个流量。☆确定造床流量的方法：

①平滩流量法（平滩水位法）

其中平河漫滩水位的流量为第一造床流量，平边滩水位的流量为第二造床流量。

②计算法：

a. 将某断面历年观测到的全部流量分成若干级，求出每级流量的平均值Q

b. 确定各级流量出现的频率P

c. 绘制该河段的流量~比降关系曲线，求出各级流量相应的比降J

d. 计算出各级流量的

JP

Q

G m

e. 绘制Q~

JP

Q m

关系曲线

f. 从图中查出

JP

Q m

地的最大值，相应于此最大值的流量Q即为所求之造床流量

相应于最大峰值的流量约相当于多年平均最大洪水流量，其保证率为1%~6%，水位约与河漫滩高程齐平，通常称此流量为第一造床流量。相应于次大峰值的流量略大于多年平均流量，其保证率为24%~25%，水位约与边滩高程相当，一般称此流量为第二造床流量。

第六章潮汐河口的水流泥沙特点及河床演变

1、潮汐河口的分段

（1）、潮汐河口区是河流注入到海洋的过渡区域。

（2）、河口口门通常是指河口段多年平均中潮位纵坡降线与平均海平面交点所在位置。

（3）、潮流界是指当潮波推进到达某一地点时，涨潮流速和径流下泄流速相抵消，潮水便停止倒灌，此处称为潮流界；潮区界是指潮流界以上潮波仍继续上溯，但由于受河水阻滞，潮流波波高急剧减小，直至潮差等于零，此处称为潮区界。潮区界以上，河水运动不受潮汐影响。潮流界和潮区界的位置并非固定不变。

（4）、自口门到潮区界之间的河段称为感潮河段。

2、潮汐河口的分类

（1）、按河口的形态特征分类：三角港河口、三角洲河口；

（2）、按河口区的动力和来沙特征分类：强潮海相河口、强潮陆相河口、湖源海相河口、陆海双相河口；

（3）、按潮汐强弱分类：习惯上常称潮差大于4m 的为强潮河口，2~4m 的为中潮河口，小于2m 为弱潮河口

3、潮波变形主要表现在：潮差的变化、涨落潮历时不对称、潮流速和潮位过程曲线出现相位差。

4、盐淡水混合类型：高度成层型（盐水楔型）、弱混合型、强混合型

☆5、盐淡水混合对河口区水流和泥沙运动的影响

在涨潮流期间，密度梯度与水面坡度方向一致，又加大涨潮流速的作用，且因底部密度梯度大，故又加大了底流速，最大流速出现在水面下某一深度处。落潮流期间，密度梯度与水面坡度方向相反，有减小落潮流速的作用，因底部密度梯度大，对底流起阻碍作用，水流主要从表层排走，故表层流速大。转流期间，水面坡降很小，密度梯度起控制作用，形成了表层与底层流向相反的交错流。

滞留点：一个潮周期内计算总水量，底部水流从净的上溯流转变为净的下泄流，沿程必有一个净泄量为零的地点，即滞留点。滞留点随径流与潮流对比关系的变化而变化。

☆6、滞留点位置的求得方法（书P147/图6-14 图6-15 重要）

滞留点的位置可以用计算”优势流”的方法求得。在河口区沿河道设若干测站，将每个测站的垂线水深分为若干等分，每个等分以一个测点代替。在各测点都进行全潮流速测量，绘出各测点的流速

过程线，分别求出涨、落潮流流速曲线与时间坐标轴所包围的面积A f 和A e ，如下图所示（图6-14 图6-15），再按下式计算参量φ：A f 和A e 分别代表涨、落潮流期间水质点的净流程。若φ>50%，则下泄流占优势；φ<50%，则上溯流占优势；当φ=50%，净流程为零。

算出各测站点各测点的φ值，将各测站点同一相对水深各测点的φ值绘制成φ对距离的关系曲线，即为优势流曲线。底层优势流曲线与50%坐标水平线的交点，即为滞留点的位置。

7、按来源区分，河口区泥沙有陆沙、河沙和海沙。

絮散：从外海进入河口区的泥沙一般已经发生絮凝。但当这些絮凝体经水流的紊动扩散作用而到达淡水区后，%100?+=

e f e A A A φ

可能发生“絮散”现象，即由絮凝体分散成为较细颗粒的泥沙。

团聚：细颗粒泥沙经过海洋生物的脏腑时，颗粒表面便吸附了脏腑分泌的粘液。于是细颗粒泥沙便相互粘结在一起，形成较大团粒，这就是团聚作用。

8、泥沙运动的滞后现象与沉降时差和冲刷时差有关

（1）、由于泥沙从水体中沉降落到河底需要一个过程，泥沙并不就在这个断面上沉降下来，而是向前运动一段距离才能落到河底，这段时差即沉降时差。

（2）、当水流再次上升到止动流速时，泥沙仍停留床面不动，直到流速继续上升到超过启动流速时，泥沙才会进入运动状态，这段时差即冲刷时差。（选择）

9. 影响河口区河床演变的因素有来水、来沙和边界条件等三方面，通常水流作用居主导地位，但河口区的边界条件，如外形等，也有很大影响。

第七章河床变形计算

1、河床变形是通过两个方面进行的

一方面是通过床沙质来量和水流挟沙能力的对比关系使河床发生纵向的冲淤变化；另一方面是通过该河段河岸抗冲击力和水流冲刷力之间的对比关系使河流产生横向变形。

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水力学及河流动力学研究展望

水力学及河流动力学研究展望 河流动力学的发展具有悠久的历史，但采用现代科学体系进行系统的研究则是20世纪才开始的。河流动力学是以流体力学、地学、海洋和环境科学等为基础的交叉学科，其趋势仍是采用各学科之长，在理论探索、科学实验和数学模拟等方面深入发展。 1研究发展趋势 展望河流动力学的研究，它应包含两个方面的内容，一是在传统理论张现代化量测技术的基础上，对已有的研究成果进行系统的总结、归纳和提高，对一些假定和近似处理给出更严密的论证，对一些经典的试验成果重新进行检验。二是开拓新的研究领域和研究方向，特别要注重与其它学科和最新的科学技术融会贯通。在上世纪的30年代至50年代，以Shields 曲线、Rouse悬沙公式、Meyer-Peter及Einstein推移质公式为代表，基本奠定了泥沙运动力学的理论体系，半个世纪以来，主要是进行补充和完善的工作，除在工程应用方面取得巨大的进展外，在理论体系上没有重大的突破。通过数十年来的理论积蓄和量测技术的时代跨越，有望在近些年内在理论体系上取得突破性进展，在试验科学上获得重大的成果。 1.1.1基础理论研究 河流动力学基础理论研究包括泥沙运动力学基本理论和河流过程原理及调整规律的研究。早在30年代，Rouse应用扩散理论导出了悬移质泥沙浓度分布公式，即扩散方程，它是进行输沙计算的基本方程。在现代两相流理论中，扩散模型只是宏观连续介质理论的一种简单模型。更一般的模型是双流体模型，两相流中关于固液两相流的基本方程、作用力分析及其应力本构关系的理论，极大地促进了泥沙运动力学理论的发展。但泥沙运动理论与固液两相流理论又有所区别，其内容更丰富，更独具创新性。悬移质、推移质、水流挟沙力、动床阻力等等都是一般两相流理论中没有的概念。这些概念是泥沙运动力学理论体系的基础，使得泥沙运动力学理论纰固液两相流理论更生动、更便于在生产实际中应用。悬移质和推移质输沙理论、非平衡输沙理论、水流挟沙力、床面形态和动床阻力等都是泥沙运动力学基础理论研究的重要内容，而且在80年代以前已经发展得比较成熟，之后除了引入固液两相流的双流体模型外，并没有重大的进展，许多理论研究是低水平重复。因此，该领域的理论研究应集中在两个方面： 1）对现有的理论成果或成果或公式进行认真总结，去伪存真，归纳提高。如钱宁（1980）关于推移质公式比较的研究堪称范例，几家著名的推移质输沙率公式尽管基于不同的理论，

河流动力学整理

1.对数流速垂线分布 1、泥沙级配曲线：横坐标表示泥沙粒径，纵坐标表达在所考虑的沙样中粒径小于横坐标相应的某一粒径在总沙样中所占的百分比的曲线。 2、粒配曲线的绘制方法和过程：⑴取样筛分,获取各粒经组D i 泥沙的重量;⑵统计出小于和等于各粒经D i 的沙重,并算出其占总重的百分比p i ;⑶准备半对数坐标纸(横坐标为对数分格,纵坐标是普通分格);⑷以粒经Di 为横坐标(对数坐标,从大到小),小于和等于粒经Di 的沙重百分比pi 为纵坐标(普通坐标)绘制D~p粒配曲线。 3、级配曲线可以反映沙样颗粒的相对大小和范围，可反映沙样组成的均匀程度1、特征粒径:单颗粒泥沙粒径:等容粒径,算术/几何平均粒径,筛分粒径,沉降粒径;群体泥沙代表粒径:平均粒径(d i=(d max-d min)/2;D m=∑(d i*p i)/100);中值粒径(d50);非均匀特点:均方差(σ=1/2(D84/D50+ D50/D16));挑选系数(Φ=开方(D75/D25))(越接近1,沙样就越均匀,越大于1,沙样越不均匀); 1.孔隙率:泥沙中孔隙的容积占沙样总容积的百分比。泥沙孔隙率因沙粒大小、均匀度、沙粒形状、泥沙沉积方式、沉积后受力大小和历史长短等有关。粗沙(39％-40％);中沙(41％-48％);细沙(44％-49％)。细颗粒泥沙表面面积大，使得摩擦、吸附、搭成架构等作用增大;粒径均匀的泥沙孔隙率最大;球体,孔隙率小。(细颗粒泥沙具有较大的孔隙率和较小的干容重) 1.容重γs:泥沙颗粒的实有重量和实有体积(不含空隙体积)之比(一般变化范围不大,取2650kg/m3);有效容重系数:泥沙水下比重与水的比重之比(a=(γs-γ)/γ);干容重γs’;泥沙颗粒的实有重量和整个体积(含空隙体积)之比(变化范围大,因为空隙变化大);用途:确定泥沙冲淤体的体积;影响因素:粒径(主)、淤积深度、埋藏深度和环境、排水情况、有无初露水面暴露在空气中、细颗粒的化学成分等;γs’与γs的关系：γs’= γs(1-e)；规律:粒径大的泥沙γs’大一些，变化范围小一些,粒径小的反之;浑水容重:如果以S 代表水的含沙量,则浑水容重(r m=r+(1-r/r s)*s),含沙量S较大的变化只能引起r m较小的变化。 1.泥沙沉速ω：单颗粒泥沙在静止的无限大的清水水体中匀速下沉的速度(有效重力和阻力相等);与泥沙的粒径、形状、含盐度、含沙浓度、水体紊动和沙粒雷诺数有关(R ed=ωd/v,表示惯性力与水流粘滞力的相对关系); 2.泥沙的沉降状态：层流(滞性)状态下降:R ed<0.5, 垂线下沉，下沉速度缓慢，扰流阻力以摩擦力为主，压差阻力相对较小(阻力与μdω的一次方成正比),颗粒不发生摆动、转动、滚动，周围水体不发生紊乱现象;过渡状态下降: R ed=0.5~1000,颗粒表面形成流速梯度很大的边界层，尾部边界脱离表面发生分离，分离区产生稳流，造成很大的能量损失，随着R ed的增加，分离区相应增大，压差阻力也不断增大，摩擦阻力不断减小;紊流状态下降:R ed>1000, 颗粒表面边界层在尾部的分离区达到最大，压差阻力远远大于摩擦阻力， 其大小与R ed的变化无关，颗粒左摇右摆下沉，颗 粒本身也转动，周围水体也紊动(水流阻力与ρd2 ω2成正比) 。 1.张瑞瑾沉速公式思路(阻力叠加原理,从过渡区入 手) PS:泥沙特性分为几何特性、重力特性、水力特性、 物理化学特性、生物化学特性； 1. 泥沙运动分类:泥沙一颗一颗的沿河滚动,滚一阵, 歇一阵,常呈间歇性(在河底附近一滚动、滑动、跳 跃或者层移形式前进,其速度小于水流速度);泥沙在 水中悬浮着前进(细颗粒，连续运动,在水流方向以 与水流大致相等的速度前进); 2.推移质与悬移质划分:Def:河底附近以滚动、滑 动、跃动或层移等形式前进、速度小于水流速度的 泥沙称推移质(接触质、跃移质、层移质); 以浮游方式前进的泥沙称推移质联系:一个泥沙组 成来说,较弱的水流条件下,以表现为推移质;较强的 水流条件下,以表现为悬移质，二者可以相互转化。 区别:运动规律不同(受力、运动速度、输沙率与水 流切力的关系、输沙量等都不同);能量来源不同(推 消耗水流的机械能即时均势能，悬消耗水流的紊动 动能);对河床的作用不同(悬沙通过容重增大净水压 力,悬移质通过颗粒间的离散力与河床作用). 1.泥沙起动概念：随着水流条件的增强,沙颗粒由静 止转为运动,泥沙起动.泥沙起动条件:持泥沙颗粒静 止状态的平衡条件遭到破坏,面泥沙由静止状态转 入运动状态的临界水流条件(起动流速(以垂线平均 流速表示)、起动拖曳力(拖曳力表示、起动功率(水 流功率));特性:复杂性(水流条件、沙粒性质、泥沙 组成);随机性(水流运动和泥沙分布排列等具有随机 性). 2.沙在水流中受到的力:促成泥沙起动的力:上举力、 推移力(两者由沙粒的迎水面和下面压力增大而背 水面和上面压力减小形成的)、脉动压力;抗拒泥沙 起动的力:重力、粘结力(与沙粒间的空隙厚度、在 水平面上的投影面积、所受的铅直向下的压力、水 的纯洁度与化学成分、沙粒的压结程度有关)。 3.起动流速:泥沙由静止变为运动式的临界水流条 件,用起动流速表示,位于河床表面的某种泥沙(即床 沙),当流速等于或者大于泥沙起动流速时,泥沙起动 反之静止。 4.沙莫夫启动流速公式： 5.研究泥沙起动的意义:计算输沙率;航道整治时使 用;护滩、护滩块石稳定计算、研究输沙率 1.沙波运动:泥沙颗粒在床面的集体运动称沙波运 动(推移质泥沙运动达到一定程度时的产物.对河道 水流结构、河道阻力、泥沙运动和河床演变均有重 要作用)； 2.沙波形态和运动特征:(几何特征:迎水面缓,背水 面陡;运动特征:迎水面加速区,冲刷,背水面减速区, 淤积,床沙分选:上粗下细;水流运动特征:波峰处流 速大,波谷处流速小,迎水面存在停滞点,背水面:分 离、漩涡;阻力特性：迎水面与水面存在压力波,与 水流速度相反,称形状阻力 3.沙波形成及发展过程:静平整(流速小于起动流速, 泥沙不起动,床面平整)、沙纹(流速增大,沙粒聚集最 后形成形状规则的沙纹)、沙垄、过渡、动平整(流 速增大,波高变小,床面恢复平整)、沙浪(流速继续增 大,Fr>1,床面再次出现沙波)、急滩与深潭(Fr>>1,强 烈冲刷形成急滩,强烈淤积形成深潭). 4.沙波形成过程中的两个现象:沙波对床沙的分选 作用(上粗下细);粗沙运动的间歇性。 5.沙波运动对河流的影响:沙波运动时推移质运动 的主要形式;沙波的消长对河流的阻力损失有很大 影响;沙漠的消长对航道的水深有一定的影响;沙波 的形成和发展影响H-Q关系。 6.沙波类型:带状沙波(很少见)、继绩蛇曲沙波(最常 见)、堆状沙波(常见)、顺直沙波、弯曲沙波、链状 沙波、舌状沙波、新月沙波等。 7.沙波产生的原因：不同流体相对运动时交界面上 的不稳定性;接近河床的流速沿程分布与沙波形式 相适应。 1.推移质输沙率概念:一定的水沙条件下,河道处于 冲淤平衡时,单位时间通过单宽河床的推移质数量, 以g s表示,单位:kg/m.s 2.公式类型及其思路:以临界拖引力和临界流速考 虑问题(当拖引力获水流速度达到或超过某一临界 值以后，床沙才可能发生推移,推移质输沙率的大小 与水流实有的拖引力或流速超过临界拖引力或临 界流速的程度有关,如沙莫夫公式);从沙波运行情况 考虑问题(凡推移质运动达到一定规模的处所，必然 出现沙波,推移质输沙率与U4成正比);从统计法则 考虑问题(H.A.爱因斯坦公式:抓住泥沙自床面冲刷 下移的概率P的确定最为推导的核心

河流动力学

中国海洋大学本科生课程大纲 课程属性：公共基础/通识教育/学科基础/专业知识/工作技能，课程性质：必修、选修 一、课程介绍 1.课程描述： 河流动力学是研究冲积河流在自然状态及受人工建筑物影响以后所发生的变化和发展规律的一门课程，主要学习泥沙起动、输移、沉积及河床演变的基本规律。本课程是港航专业的一门主要的专业基础课程；一方面，本课程以水力学和高等数学为基础，强调力学原理和分析方法对泥沙运动和河床演变分析的灵活运用；另一方面，还要考虑依赖野外观测和室内实验数据来建立经验公式，所以在学习过程中应重视知识的综合分析和综合运用。 2.设计思路： 本课程以理论讲授为主线，结合室内实验的方式进行（室内实验部分见河流动力学实验大纲）。课程内容包括2个模块：泥沙运动和河床演变。理论课以讲授和多媒体课件相结合的方式进行。 3. 课程与其他课程的关系 先修课程：高等数学，水力学。 本课程与这二门课程密切相关；而只有在前面二门课程的基础上，河流动力学的 - 3 -

教学才能达到较好的效果。 二、课程目标 本课程的目标是培养学生的工程观点和分析能力，达到华盛顿公约规定的国际工程师认证的标准，培养符合国家经济发展需要的工程技术人才。 （1）知识获取 掌握泥沙的基本特性；掌握推移质和悬移质运动的基本规律和力学机理；掌握我国主要河床演变的基本原理和分析方法；了解本课程领域的国内外最新发展动向及研究成果。 （2）思维方法培养 综合、系统分析的思维方法。 （3）能力培养 具有查阅规范、资料，分析解决实际河流泥沙工程的能力；具有一定的创新能力。 三、学习要求 河流动力学是一门涉及到理论和室内实验等内容的综合性课程，作为港航工程师，在校期间学习扎实的理论基础和熟练的专业技能。要达到以上学习任务，学生必须（1）按时上课,上课认真听讲，积极参与课堂讨论。 （2）课下做好相关预习、复习和作业完成工作。 四、教学内容 - 3 -

河流动力学复习整理

（0）河流动力学概念:研究冲积河流在自然状态下以及受人工建筑物影响以后河道水流、泥沙运动规律和河床演变规律及其应用的学科。 主要研究内容: 水流结构：研究水流内部运动特征及运动要素的空间分布; 泥沙运动：研究泥沙冲刷、搬运和堆积的机理; 河床演变：研究河流的河床形态、演变规律以及人为干扰引起的再造床过程; 河床变形预测：研究预测水流、泥沙运动及河床冲淤演变的方法. 研究方法: 理论分析, 室内试验,现场观测，数值计算 （1）河道水流的基本特性：河道水流的二相特性；河道水流的三维性；河道水流的不恒定性；河道水流的不均匀性 河道水流的水流结构：主流，副流，环流 二维明渠流速的分布规律：1.直线层，也成粘滞底层，切应力只有粘滞切力，流速按直线分布2.过渡层，粘滞切力与紊动切力同时存在，流动是层流和紊流的过渡区，该层没有统一的流速分布公式，近似按直线层或对数层公式计算3.对数层，切应力主要是紊动切应力，流速按对数分布4外层区.在对数层以上到水面的区间，切力主要是紊动力，流速分布常以缺速公式表示，故也称缺速区。流速分布要受上部边界影响，与边壁糙率也有一定关系。 河道水流阻力分解图：见ppt1 76页 明渠二维流的阻力损失表达方式：见ppt1 77页 （3）按运动状态分，泥沙的运动形式有：（床沙），推移质、悬移质 泥沙交换现象： 推移质泥沙运动特点：间歇性、置换性、速度小、跳跃性、数量少、消耗时均能量 悬移质泥沙运动特点：速度大、悬浮性、置换性、数量多、消耗紊动能 冲泄质：河流挟带的泥沙中粒径较细的部分，且在河床中数量很少或基本不存在的泥沙。 床沙质：河流挟带的泥沙中粒径较粗的部分，且在河床中大量存在的泥沙。 两者主要区别：1.前者是非造床质泥沙，后者是造床质。2.前者粒径较小，后者粒径较大3.前者在水流中的含量不仅取决于水流条件，还与河段上游流域供沙条件有关。 推移质~悬移质与床沙质~冲泄质命名的区别：前者按运动方式分；后者按造床作用、颗粒大小和泥沙来源分。 异重流：两种或两种以上的流体相互接触，而流体间有一定的但是较小的重度（密度）差异，如果其中一种流体沿着交界面的方向流动，在流动过程中不与其它流体发生全局性的掺混现象的运动。 异重流主要特征：（1）异重流的重度差很小，重力作用小，惯性作用大（2）具有翻越障碍以及爬高的能力 （5）泥沙悬浮机理：含沙量具有上稀下浓的沿垂线梯度。 泥沙悬浮扩散理论：基于泥沙颗粒在紊流中随机运动来求解泥沙浓度垂向分布的理论 重力理论：挟带悬移质的水流在运动过程中要消耗能量。所消耗能量分为两部分，一部分用于克服边界的阻力；另一部分用于维持悬移质的悬浮。重力理论的观点认为，悬移质的比重一般比水大得多，要使它在水里不下沉，水流必须对它做功以维持悬浮，即水流必须为此而消耗能量。 推求悬移质含沙量沿垂线分布规律有哪些方法：1.Rouse 公式2. 张瑞瑾公式3重力理论——维利卡诺夫公。. Rouse 方程及其中悬浮指标Z 的意义和如何计算：z a a h a y y h S S ??? ? ??-?-=，*=kU z ω，实际代表了重力作用与紊动扩散作用的相互关系

河流动力学重点

前言 1.河流动力学就是以力学及统计等方法研究河流在水流、泥沙和河床边界三者共同作用下的变化规律的学科！主要内容包括泥沙运动和河床演变！ 2.河流动力学的研究方法有理论研究、试验研究、原型观测、数学模型。 第一章 1.P16等容粒径公式。 2.粒径大小分类、漂石、卵石、砾石、沙砾、粉粒、黏粒， 3.有效密度的表示方法(PS-P)/P 4.从自然界取得的原状泥沙，经过100到105度的温度烘干后，其质量与原泥沙整体体积的比值称为泥沙的干密度。相应重量的比值称为干容重。 5.泥沙干密度主要受泥沙粒径、淤积厚度、淤积历时等因素的影响，注意图p21，P22的图 6.在静水中的泥沙，由于颗粒之间的摩擦作用，可以堆积成一定角度的稳定倾斜而不塌落，倾斜面与水平面的夹角称为泥沙的水下停止角！ 第二章 1泥沙沉降速度是指单颗泥沙在足够大的静止请水中等速下沉时的速度，简称沉速。由于泥沙颗粒越粗，沉速越大，因此又被称为水力粗度! 2雷诺数小于0.5为停滞性状态，大于1000属于紊动状态，介于之间属于过渡状态。 3影响泥沙沉降速度因素有，颗粒形状，边壁条件，含沙浓度，紊动，絮凝等 4泥沙颗粒越细。其比表面积越大，当泥沙粒径小于0.01毫米，颗粒表面的物理化学作用可使颗粒之间产生微观结构，随着这种颗粒泥沙的增加，相邻的若干带有吸附水膜的细颗粒便彼此连接在一起形成絮团，这种现象称为絮凝现象。 第三章 注意资料计算题 游荡型河段演变规律： 形态特性，平面形态看，河身比较顺直，往往宽窄相间，类视藕节状，河段内河床宽浅，洲摊密布，岔道交织。 水流特性：因河床宽浅，平均水深很小。水文特性表现为暴涨暴落，年内流量变化大。 输沙特性：含沙量大，而且同流量下含沙量变化很大，流量与含沙量关系不明显。同意流量，因上站含沙量的不同，其输沙率相差很大，出现多来多排，少来少排现象。 演变规律：冲淤变化，汛期主槽冲刷，滩地淤积。非汛期，主槽淤积，滩地坍塌。从长时间看，表现为主槽淤积抬高，而滩地持续抬高。平面变化上，主流摆动不定，主槽位置也摆动，摆幅相当大导致河势变化剧烈！ 第四章床面形态与水流阻力 1、沙波作为河床表面推移质泥沙运动的主要外在表现形式，直接关系到河床的变形，决定河床的阻力。随水流强度的不断变化，沙波有其产生、发展和消亡的过程。 2、沙波的五个发展阶段：沙纹→沙垄→过渡、动平整→沙浪→急滩与深潭 ①沙纹：水流流过平整的河床床面，在水流达到一定强度后，部分沙粒开始运动，此后不久，少量沙粒聚集在床面的某些部位，形成小丘，徐徐向前移动加长，最后连接成为形状及其规则的沙纹。沙纹尺度较小，主要是近壁层流层的不稳定性所产生，与平均水深关系不大。随着水流强度的增大，沙纹在平面上逐渐从顺直过渡到弯曲、再过渡到对称和不对称的沙鳞。 ②沙垄：随着流速的增加，沙纹发展成沙垄，其尺寸与水深有密切关系。在平面外形上，在水流强度逐渐加大的过程中，沙垄将自顺直发展到弯曲，成悬链和新月形。

河流动力学

1.等容粒径（假定球体）D ： 算数品均值D ： 几何品均值（椭球体）D: 泥沙级配曲线（群体性）：表示天然泥沙组成特性，在采集的代表沙样中，小于某种粒径的泥沙累计百分数与该粒径在半对数纸上的关系曲线。 粒配曲线反映的特性⑴可反映沙样颗粒的大小和范围；⑵可反映沙样组成的均匀程度。沙样 的特征粒径：⑴平均粒径Dm ：粒径按其所占重量的百分比为权的加权平均值。 1100n i i m i P d d =??=∑，max min 2i d d d +=⑵中值粒径50d 表示在全部沙样中，大于和小于这一粒径的泥沙重量刚好相等。求法：粒配曲线—P=50%天然沙的平均粒径常常大于中值粒径 2.细颗粒泥沙的物理化学特征。细颗粒泥沙在含有电解质的水中，颗粒周围会形成双电层。通常细颗粒泥沙的主要成分是粘土矿物，它们在含有电解质的水中会发生两种可能：电解质中的离子吸附在泥沙颗粒表面；泥沙颗粒表面的分子发生离解。不论哪种情况都使泥沙颗粒表面带有负电。由于凝絮作用，细颗粒在沉积时会连结成絮团，絮团与絮团会连接成集合体，集合体还会搭连而形成网架。絮凝的新沉积物是一个高度蜂窝状的结构，含水量很高，密度很低，这样的淤积物具有很低的抗剪强度或粘结力。 3.沉速概念，泥沙沉降状态。单颗粒泥沙在无边界影响的静止清水中的匀速下沉的速度。因数值主要和粒径有关，也称水力粗度，常用ω表示,单位:cm/s.沉降的形式,泥沙颗粒在静水中下沉时的运动状态与沙粒雷诺数Re d ωνd G ==沙粒性力水流粘Z 力（式中和d 、ω分别为泥沙的粒径及沉速，ν为水的运动粘滞性系数）①层流状态下降:Re d <0.5,颗粒基本沿垂线下沉，颗粒不发生摆动、转动、滚动，周围水体不发生紊乱现象。颗粒沉降属于层流状态，下降速度较慢，绕流阻力以摩擦阻力为主，压差阻力相对较小，d C 与Re d 呈直线关系②紊流状态下降:Re d >1000, 泥沙颗粒脱离铅垂线，以极大的紊动状态左摇右摆下沉，附近的水体产生强烈的绕动和涡动。压差阻力远大于摩擦阻力，其大小与Re d 无关③过渡状态下降:Re d =0.5~1000, 泥沙沉降状态处于二者之间。随Re d 增大，压差阻力不断增大，摩擦阻力不断减小，阻力系数与沙粒雷诺数之间为曲线关系 4.影响泥沙沉速因素。泥沙的形状对沉速的影响。对于几何平均粒径D 相同的不同石块，形状愈扁平，阻力系数C D 愈大，其沉速愈小；水质对沉速的影响。主要影响对象是D<0.03mm 的细颗粒泥沙。①影响絮凝现象的第一个因素是泥沙粒径。泥沙愈细，絮团愈大②水中电解质的离子浓度与价数。反离子的价数高，絮凝作用强。另外，在小含盐度的范围内，絮凝团的平均沉速因含盐度的增加而迅速增大；当含盐度超过某一数值后，含盐度的增大，对平均沉速的影响不大；含沙量对沉速的影响。 5.影响泥沙淤积物干容重因素。取未经扰动的原状沙洋，量出它的体积，然后在烘干箱内经100度烘干后，其重量与原状沙洋整个体积之比，称干容重。N/m 3。①泥沙粒径。粒径较粗的泥沙干容重大，变化范围小。②泥沙淤积厚度。淤积愈深，干容重愈大，变化范围愈小。③淤积历时。干容重随淤积历时的增加而趋向于一个稳定值。④泥沙组成：组成越不均匀，孔隙率越小，干容重越大。 8.含沙量分布的重力理论原理，优缺点。泥沙比水重，为维持泥沙在水流中悬浮而不下沉，

河流动力学复习要点

《河流动力学》复习要点 注意： 1.除下文中明确要求掌握的定义、公式和推导过程外，其他公式不需死记硬背。 2.对于类似于“雷诺数”这样的概念，除需掌握其定义式外，还需掌握其物理含义。 第1章：绪论 要求掌握的定义和原理：河流动力学研究内容；研究方法；与港口航道工程的关系。 第2章：水流的紊动 要求掌握的定义和原理：层流；紊流；雷诺数；紊动应力；粗糙高度K s；应对近壁流层厚度δ、对数流速分布公式(式2-20)、指数流速分布公式(式2-28)、图2-16 较为熟悉（另见P.44）。 （本章以基于理解的了解为主，大部分不需死记硬背） 第3章：泥沙特性 要求掌握的定义和原理：粒径的三种不同定义；粒径频率与级配曲线（含义）的关系；粒径分布特征值的不同定义与计算方法；分选系数（含义）；孔隙率；细颗 粒絮凝现象的表面电化学解释（双电层及絮凝的形成）；密度和容重的不同单位及 适用范围；干容重与水下休止角的概念；泥沙的沉速；沙粒雷诺数Re*定义式； 泥沙不同沉降形式的流态特征；沉速的影响因素。 要求掌握的公式(包括其推导过程和推导过程中涉及的相关公式)： 9圆球Stokes公式； 9圆球紊流区公式； 9圆球过渡区公式（即通式）。 第4章：推移质运动 要求掌握的定义和原理：推移质和悬移质；两者区别及交换；泥沙的起动条件及表达方式；圆球颗粒起动的三种方式；Shields曲线特点；粘性泥沙颗粒起动的特 点。Shields数定义式；泥沙止动条件；泥沙扬动条件；沙波床面形态发展阶段； 床面阻力和河岸阻力；沙粒阻力与沙波阻力；分割水力半径的物理意义；分割能 坡的物理意义。推移质输沙率及单宽推移质输沙率的定义；对于均匀沙的推移质 输沙率，有哪些研究途径，各种研究途径的的基本思路如何。 要求掌握的公式(包括其推导过程和推导过程中涉及的相关公式)： 9无粘性均匀沙泥沙颗粒滑动起动的临界条件表达式； 9无粘性均匀沙泥沙颗粒滚动起动的临界条件表达式； 9对于均匀沙情况，采用不同研究途径建立的推移质输沙率公式中，各表达了何种物理含义。 第5章：悬移质运动 要求掌握的定义和原理：床沙质和冲泻质及其划分；紊动扩散作用；施密特方程； 悬移质含沙量定义；悬浮指标表达式及其数值的含义；Rouse方程假定不足及适用

河流动力学概论(清华版)习题

河流动力学概论(清华版)习题 第二章 1. 等容粒径、筛分粒径、沉降粒径的定义各是什么？为什么筛析法得到的泥沙颗粒粒径接近于它的等容粒径？ 答： （1）等容粒径为与泥沙颗粒体积相同的球体直径。如果泥沙颗粒的重量W 和容重γs （或体积V ）可以测定，则其等容粒径可按下式计算： 113 3 66n s V W D ππγ????== ? ????? （2）如果泥沙颗粒较细，不能用称重或体积法确定等容粒径时，一般可以采用筛析法确定 其筛分粒径。设颗粒最后停留在孔径为D 1的筛网上，此前通过了孔径为D 2的筛网，则可以确定颗粒的粒径范围为D 1＜D ＜D 2。 （3）对于粒径小于0.1 mm 的细砂，由于各种原因难以用筛析法确定其粒径，而必须用水析法测量颗粒在静水中的沉速，然后按照球体粒径与沉速的关系式，求出与泥沙颗粒密谋相同、沉速相等的球体直径，作为泥沙颗粒的沉降粒径。 （4）对形状不规则的泥沙颗粒，可以量测出其互相垂直的长、中、短三轴，以a ，b ，c 表示。可以设想颗粒是以通过中轴筛孔的，因此筛析所得到的颗粒的中轴长度b 。对粒径较粗的天然泥沙的几何形状作统计分析，结果可以表达如下式： ()13 b ab c = 即中轴长度接近（实测结果为略大于）三轴的几何平均值。如果把颗粒视为椭球体，则其体积为 6 V abc π = 等容粒径为 ()11 3 36n V D abc π??== ??? 因此，如果上述各假设成立，则筛析法所得到的泥沙颗粒粒径（颗粒恰好通过的孔径）接近于它的等到容粒径。 2. 100号筛的孔径是多少毫米？当泥沙粒径小于多少毫米时就必须用水析法做粒径分析？ 答：查表2-2知100号筛的孔径是0.149 mm ，当泥沙粒径小于0.1 mm 时就必须用水析法做粒径分析。 3. 什么是颗粒的形状系数？ 答：有时采用形状系数（shape factor ）来综合表示颗粒形状特点，定义如下： SF = 4. 密度、容重、干容重在概念上有什么区别？ 答：

河流动力学-复习题教学内容

河流动力学-复习题

泥沙特性 粒径：就是体积与泥沙颗粒相等的球体的直径。 粒配曲线的特点、参数、作法: 沙样的平均粒径D m 是沙样内各泥沙粒径组的加权平均值。 横坐标D 粒径，纵坐标P 百分数。 作法：将粒配曲线的纵坐标p 按变化情况分成若干组，并在横坐标D 上定出各组泥沙相应的上、下限粒径D max 和D min 以及 各组泥沙在整个沙样中所占的重量百分比p 。 D ∑ ∑ ==??=n i i n i i i m P P D 11 分选系数S 125 75≥=D D o 泥沙中孔隙的容积占沙样总容积的百分比称为孔隙率。 比表面积就是颗粒表面积与体积之比。 颗粒比表面积间接地反映了颗粒受到的物理化学作用与重力作用的相对大小。 颗粒表面离子层及周围的反离子层（吸附层及扩散层）构成颗粒的双电子层。 细颗粒泥沙在一定条件下彼此聚合的过程叫做絮凝。 影响絮凝的因素：粒径、电解质价位、含沙量、含盐量。 取未经扰动的原状沙样，量出它的体积，然后在烘箱内经100-105度的温度烘干后，其重量（或质量）与原状沙样整个体积之比，称为泥沙的干容重或干密度。 单颗粒泥沙在无限大静止清水水体中匀速下沉时的速度称为泥沙的沉降速度。单位cm/s 推移质运动

滑动或滚动的泥沙，在运动中始终保持与床面接触叫做接触质。 在床面附近以跳跃形式前进的泥沙叫做跃移质。 悬浮在水中运动，速度与水流速度基本相同的泥沙叫做悬移质。 河床上静止的泥沙颗粒，随着水流条件的增强，到一定条件时开始运动，这种现象称为泥沙的起动。 床面泥沙由静止状态转变为运动状态的临界水流条件就是泥沙的起动条件。可用流速、拖曳力或功率表示。用水流垂线平均流速来表示叫起动流速。 起动拖曳力是指泥沙处于起动状态的床面剪切力。2 *U hJ o ργτ== 泥沙颗粒由运动状态转变为静止状态的临界垂线平均流速叫止动流速。 U C C KU =,岗卡0.71 窦、沙0.83 扬动流速是床面泥沙由静止直接转入悬移状态的临界垂线平均流速。 沙波形态的四种类型：带状(顺直)沙波、断续蛇曲（弯曲）状沙波、新月形沙波、舌状沙波 沙波运动两现象：一是沙波对床沙的分选作用，二是较粗泥沙运动的间歇性。 沙波表面附近的水流流速是沿程变化的，波峰处流速最大，波谷处流速最小。 床面阻力包括沙粒阻力和沙波阻力。沙粒阻力系床面沙粒阻力的摩阻而引起也称为表面阻力。沙波阻力属形状阻力，使迎水面与背水面产生压力差而引起。 沙粒阻力与沙波阻力就是动床阻力。 一定的水流及床沙组成条件下，河道处于不冲不淤输沙平衡状态时，单位时间内通过过水断面的推移质数量，称为推移质输沙率，以G b 表示。 推移质输沙率分五类：以流速为主要参变数、以拖曳力为主要参变数、根据能量平衡观点、从统计法则考虑以及按沙波运行规律来分析。

河流动力学复习

第一章绪论 考核内容为学科的发展概况、课程的内容及学习任务。 1、了解河流动力学发展的历史；认识水流～泥沙～水电工程可持续发展间的相互关系。 2、了解水流运动与泥沙运动的重要性； 3、理解课程的任务与特点； 4、了解课程的主要内容。 考核知识点： 1、河流动力学的任务 2、水流～泥沙～水电工程可持续发展间的相互关系 3、河流动力学的研究方法及特点 第二章河流动力学基本概念 考核内容为河流动力学基本概念 1. 河道水流的基本特性:二相性、非恒定性、三维性、非均匀性 2. 水沙运动的不平衡性 3. 河道水流的水流结构及阻力损失 考核知识点： 1、河道水流的基本特性 2、河道水流的水流结构及阻力损失 第三章泥沙特性 考核内容为泥沙的分类、泥沙的来源、泥沙的几何特性及泥沙的重力特性。 1. 泥沙的分类 2. 泥沙几何特性：粒径，级配曲线，特征值 3. 泥沙的重力特性：含沙量、浑水容重 考核知识点： 1、泥沙的分类 2、泥沙的几何特性及重力特性。 第四章泥沙的沉速 考核内容为泥沙沉速的定义、沉降过程中的三种状态、沉速公式、影响沉速的主要因素、泥沙沉速的测定。 考核知识点： 1、泥沙沉速的定义、沉速公式 2、影响沉速的主要因素、泥沙沉速的测定。 第五章泥沙的起动 考核内容为泥沙起动的物理机理，泥沙起动的物理现象及受力分析。 考核知识点： 1、均匀沙起动条件：力的表达式，散体及粘性泥沙的统一起动流速公式， 2、散体泥沙的起动拖曳力公式，止动与扬动流速。 第六章沙波运动与动床阻力 考核内容为沙波运动规律与动床阻力计算。 1. 沙波形态与运动状态，沙坡的发展过程及形成机理，床面形态判别标准，沙波尺度及其运行速度,推求推移质输沙率，沙波运动对河流的影响。 2. 动床阻力：河床与河岸阻力划分，沙粒与沙波阻力的划分，动床阻力的计算。 考核知识点： 1. 沙坡的发展过程及形成机理，床面形态判别标准，沙波运动对河流的影响。

河流动力学复习要点

1、河流系统与人类活动 1.1 1)动态系统、封闭系统、开放系统的概念； 2)平衡状态和亚平衡状态，及其判别方法； 3)水文系统的七个子系统的名称和含义； 1.2 1)在地质学、地貌学和实际工程中考虑泥沙问题时，所采用的时间尺度和空间尺度； 2)河流自然功能的五个方面； 2、泥沙颗粒的基本特性 2.1 1)河流中，粗、细颗粒泥沙的来源； 2)风化作用、物理风化、化学风化的概念；化学风化的三个阶段和产物； 3)土壤的特点和来源；黄土的特点； 2.2 1)三种泥沙颗粒粒径的定义方法和适用对象； 2)圆度和球度的定义方法；二者分别侧重描述颗粒的那种特征；二者在河流中的变化规律； 3)密度、容重（公斤力的概念）、相对密度的概念和相互关系； 2.3 1)泥沙颗粒级配曲线（累计频率曲线）的概念和绘制方法； 2)中值粒径、算数平均粒径和几何平均粒径的含义和计算方法； 3)干容重的概念；干容重与粒径、埋深和淤积历时等因素的关系； 4)水下休止角的概念和相关的影响因素； 5)黏粒、胶粒双电层结构的概念和形成过程，以及两者的区别；表面电位和电动电位形成的原因和影响因素； 2.4 1)在不同流态条件下，圆球扰流阻力系数（随Re变化）的变化特点； 2)概念性掌握，在不同流态条件下，圆球沉速计算公式是如何得到的； 3)如何理解沉速测量方法的不同，对于粒径的反算结果影响很大； 4)了解影响颗粒群体沉速的因素；

1)浑水容重、重量含沙量和体积比含沙量的概念，及相互关系； 2)三种典型的流型的含义；表观粘度的含义； 3)推移质、悬移质的概念，及其对水流能量消耗方面的特点； 4)床沙质和冲泻质的概念，及其区别两者的经验方法； 3、床面形态与水流阻力 3.1 1)急流、缓流、临界流的划分依据，以及所表达的含义； 2)动床床面形态的分类； 3.2 1)床面剪切应力、Shields数、沙粒剪切雷诺数、Froude数的定义方法；以及它们在不同水流能态下的重要性； 3.3 1)动床床面河流阻力的分类； 2)使用不同的公式计算明渠均匀流断面平均流速； 3.4 1)了解Einstein综合糙率的计算方法； 3.5 1)床面糙率随水流能态的变化规律； 2)沙粒阻力和沙波阻力的含义； 3)理解流速、底坡、沙粒水力半径、沙波水力半径和断面形态之间的关系，掌握相关计算的方法； 4、泥沙的起动与推移运动 4.1 1)泥沙启动具有随机性的原因； 4.2 2)无黏性单颗粒在水平床面上的临界滑动平衡条件；为什么该平衡式可以转化为临界Shields数和剪切雷诺数的关系？ 3)利用Shields曲线：（已知水流条件τ或*U，及γ和D）判断泥沙颗粒是否已经启动；（已知γ和D）确定临界水流条件τ或*U； 4)无黏性单颗粒在斜坡上的临界滑动平衡条件；稳定渠道断面的含义； 5)依据对数和指数流速分布，得到的明渠临界启动平均流速公式的推导依据（颗粒临界启动平衡条件和实验参数率定）；使用两类公式在给 定条件下计算临界启动平均流速； 6)了解依据Shield曲线和所得的；沙莫夫公式的推导方法；

09-10年第二学期《河流动力学》复习题

09-10学年第二学期《河流动力学》复习题 1.泥沙运动在河床演变中有什么作用？ 2.泥沙粒径有那些表达形式？ 3.何为泥沙干容重？它受哪些因素的影响？泥沙干容重与粒径、埋深的关系如何？ 4.试分析粒配曲线上沙样组成的相对均匀程度？ 5.比表面积指什么？它有何重要意义？ 6.什么是双电层与结合水？双电层的厚度与液体中反离子浓度有何关系，对絮凝有何影响？ 7.何谓粘结水、粘滞水和自由水？其特性如何？ 8.泥沙沉速在层流、紊流、过渡区中的计算公式有何不同？如何判别这三种绕流状态？ 9.什么是絮凝现象？影响絮团沉速的因素有哪些？ 10.泥沙的水下休止角指什么？影响泥沙水下休止角的因素有哪些？ 11.什么是泥沙的沉速？球体沉速与等容泥沙的沉速是否相同？为什么？ 12.何谓泥沙的起动流速？何谓泥沙的起动条件？ 13.按运动状态的不同，泥沙运动的形式有哪几种，和水流强度的关系怎样？ 14.何谓止动流速？它和起动流速有何关系？何谓扬动流速？ 15.张瑞瑾关于粘结力形成的观点如何？ 16.简述单颗粒泥沙沉降时不同运动状态下的运动特定和受力特点。 17.随着水流强度的增加，沙波经历哪些发展阶段？ 18.按运动状态的不同，泥沙运动的形式有哪几种？和水流强度的关系怎样？其中推移质多以哪种运动形 式出现？ 19.推移质和悬移质有何区别？它们是如何进行交换的？ 20.何谓推移质输沙率？可以从哪些途径去进行研究，各种研究途径的基本思路如何？ 21.何谓泥沙的起动条件？怎样表示泥沙的起动条件？如何判别床面泥沙是否起动？ 22.希尔兹曲线有何特点？希尔兹数的表达式如何？ 23.何谓泥沙的止动流速与扬动流速？它们和起动流速有何关系？ 24.沙波按平面形态可分为哪些类型？ 25.试分析说明沙波的运动机理。随着水流强度的增强，沙波经历哪些发展阶段？河道中为什么会产生沙 波？ 26.何谓动床阻力？它和定床阻力有何不同？如何划分床面与河岸阻力及沙粒与沙波阻力？沙粒阻力与沙 波阻力在泥沙运动中的作用如何？ 27.何谓推移质的输沙率？可以从哪些途径去进行研究，各种研究途径的基本思路如何？ 28.爱因斯坦推移质输沙率理论有何特点？ 29.历次作业题及测试题。 30.比较以垂线平均流速为主要参变数的推移质输沙率公式的特点。 31.重力作用和紊动扩散作用在泥沙运动中的作用如何？写出重力作用引起的下沉的泥沙量和紊动扩散作 用引起的上浮的泥沙量的数学表达式。 32.紊动扩散作用的影响因素有哪些？重力作用和紊动扩散作用的对比关系对悬移质含沙量沿水深分布的

河流动力学第一章

1.1试分析人工或天然水系中所谓的“死水”和“活水”是否属于动态系统。他们是封闭系统还是开放系统？举例说明本校校园内的人工湖泊、河流属于何种系统。 答：封闭系统与外部环境只有热量交换，开放系统与外部环境既有热量交换又有物质交换。所以“死水”和“活水”都是开放系统，因为它们两者都与大气层有物质交换，都会蒸发失去部分水，或因降雨得到一些水。本校人工湖泊、河流分别属于所谓的“死水”和“活水”，因此他们都是开放系统。 1.2若一个封闭水体与外部环境只有能量交换（太阳能辐射），而没有物质交换（水量的流入流出），试分析水体的演变趋势。考虑两种初始条件：①水体十分纯净，没有任何营养物和微生物；②受到污染的水体，有大量营养物和微生物存在。 答：①若水体十分纯净，没有任何营养物质和微生物，那么水体不会变化。 ②若水体污染，有大量营养物质和微生物，那么微生物因为有营养物质会大量繁殖，会进一步加重水体的污染。 1.3仿照图1-1的例子，是举出更多的实例说明什么是不稳定、亚稳定和平衡状态。 答：例如一本书一小部分露出桌面处于亚稳定；当有一半露出桌面，稍微用点力就会掉时处于不稳定状态；当书掉在地上，不再动，处于平衡状态。 1.4简要说明水文系统所包含的子系统，并指出我国大陆地

区常见的子系统。 答：①水文系统是地球上最大、最复杂的动态系统之一，其中包含了同样复杂的多个子系统。包括：大气层——海洋系统、坡面系统、河流系统、海岸线系统、冰川系统、地下水系统、风成沉积系统。 ②我国大陆最常见的子系统为坡面系统‘ 1.5在泥沙问题的研究种所采用的时间尺度有几种？她们各适用于什么学科和什么问题的研究？ 答：有三种。地质旋回过程中所对应的空间尺度为大陆板块或大地构造单元（如平原、高原等），时间尺度以百万年计，称为地质学时间尺度或地质学时标；在现代河流地貌学中，研究问题时采用的时间尺度为数千年至数十万年；在实际工程中，考虑问题所用的工程学时间尺度为数天至数百年。三者依次适用于地质、地貌学体系与水力学和河流动力学研究体系。

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《河流动力学》复习题 一、课件中讲述的名词 顶冲点，含沙量，粒径，中值粒径，泥沙干容重，泥沙水下休止角，体积含沙量，，沉速，絮凝现象，比表面积，悬移质，推移质，床沙，高含沙水流，异重流，泥沙起动，起动条件，起动流速，起动拖曳力，粘结力，床面层，shields数，接触质、跃移质，沙波，沙粒阻力，沙波阻力，动床阻力，泥沙起动标准，止动流速，扬动流速，推移质输沙率，推移质单宽输沙率，紊动扩散作用，床沙质，冲泻质，水流挟沙力，饱和输沙，超饱和输沙，次饱和输沙，非饱和输沙，不平衡输沙，平衡输沙，悬浮指标， 河床演变，单向变形，复归性变形，河床的自动调整作用，泥沙成型堆积体，河道节点，副流，侵蚀基点，河相关系，造床流量，平滩水位，环流强度，环流旋度，环流相对强度，水流动力轴线，河势，自然裁弯，撇弯，切滩，江心洲，耦合解、非耦合解，正态模型、变态模型，变率，相似理论基本原理，相似转换。 二、课后思考题 1、如何分析粒配曲线上沙样组成的相对均匀程度？ 2、水利工程中一般把泥沙分为哪几类？ 3、泥沙粒径有几种测量方法，各适用于哪种情况？ 4、何谓泥沙干密度？干密度主要与哪些因素有关，它们是如何影响干密度大小的？ 5、何谓泥沙水下休止角？其影响因素如何？ 6、有一卵石，d=0.1m，从水深h=10m的水面抛入水中，水的流速U=1m/s，若不考虑动水流动的影响，求卵石沉到河底的水平距离？ 7、什么是泥沙的沉速？球体沉速与等容泥沙的沉速是否相同？为什么？ 8、试比较岗恰洛夫、沙玉清、张瑞瑾的泥沙沉速公式，说明在层流、紊流、过渡区中泥沙沉速的计算公式有何不同？如何判别层流、紊流、过渡区这三种绕流状态？ 9、张瑞瑾、唐存本、窦国仁关于粘结力形成的观点如何？张瑞瑾认为粘结力和哪些因素有关？ 10、怎样表示泥沙的起动条件？实验室如何定性判别床面泥沙是否起动？ 11、简要叙述张瑞瑾起动流速公式推导思路（步骤）。 12、某河道型水库长20Km，河床坡降0.0001，当入库流量为1000m3/s时，全库区平均河宽为200m，回水末端以上平均水深为5m，库区河床为均匀沙，D50=3mm。问在上述水流条件下，回水末端以上河床的泥沙会不会向坝前推移？到达何处将停止推移？（库区水面接近

河流动力学课后习题答案第一章

1.1试分析人工或天然水系中所谓的“死水”或“活水”是否属于动态系统。它们是封闭系 统还是开放系统？举例说明本校园内的人工河流、湖泊属于何种系统？ 答：“死水”或“活水”属于动态系统，“死水”是封闭系统，“活水”是开放系统。校园内的人工河流、湖泊与外部环境既交换热量又交换物质，是开放系统。 1.2若一个封闭水体与外部环境只有能量交换（太阳能辐射），而没有物质交换（水量的流 入流出），试分析水体的演变趋势。考虑两种初始条件：①水体十分纯净，没有任何营养物和微生物；②受到污染的水体，有大量污染物和微生物存在。 答：①水体十分纯净，封闭的水体不会发生变化。 ②受到污染的水体，有大量污染物和微生物存在。在水体中会有微生物大量繁殖，水体 会进一步污染恶化。 1.3仿照图1-1的例子，试举出更多的实例什么是不稳定、亚稳定和平衡状态。 答：一个圆锥体，以其尖端竖立在一个平面上，这些物体都处于不稳定状态。翻倒后，处于亚稳定状态，一直要等到它们的重心相对地取得最低位置时，这些物体才会静止不动处于稳定状态。 1.4简要说明水文系统所包含的子系统，并指出我国大陆地区常见的子系统。 答：水文系统包含：1、大气层-海洋系统2、坡面系统3、海岸线系统4、河流系统5、冰川系统6、地下水系统7、风成沉积系统 常见的有1、大气层-海洋系统2、坡面系统3、海岸线系统4、河流系统6、地下水系统7、风成沉积系统 1.5在泥沙问题的研究中所采用的时间尺度有几种？它们适用于什么学科和什么问题的研 究？ 答：三种。 地质学时间尺度以百万年计，研究地质旋回过程。 现代河流地貌学时间尺度为数十年至数十万年，研究侵蚀旋回。 工程学时间尺度为数天至数百年，降雨和水流与流域坡地、河道边界或人工建筑的相互作用及相应的演变过程。

河流动力学 复习题

泥沙特性 粒径：就是体积与泥沙颗粒相等的球体的直径。 粒配曲线的特点、参数、作法: 沙样的平均粒径D m 是沙样内各泥沙粒径组的加权平均值。 横坐标D 粒径，纵坐标P 百分数。 作法：将粒配曲线的纵坐标p 按变化情况分成若干组，并在横坐标D 上定出各组泥沙相应的上、下限粒径D max 和D min 以及 各组泥沙在整个沙样中所占的重量百分比p 。 D ∑ ∑ ==??=n i i n i i i m P P D 11 分选系数S 125 75≥=D D o 泥沙中孔隙的容积占沙样总容积的百分比称为孔隙率。 比表面积就是颗粒表面积与体积之比。 颗粒比表面积间接地反映了颗粒受到的物理化学作用与重力作用的相对大小。 颗粒表面离子层及周围的反离子层（吸附层及扩散层）构成颗粒的双电子层。 细颗粒泥沙在一定条件下彼此聚合的过程叫做絮凝。 影响絮凝的因素：粒径、电解质价位、含沙量、含盐量。 取未经扰动的原状沙样，量出它的体积，然后在烘箱内经100-105度的温度烘干后，其重量（或质量）与原状沙样整个体积之比，称为泥沙的干容重或干密度。 单颗粒泥沙在无限大静止清水水体中匀速下沉时的速度称为泥沙的沉降速度。单位cm/s 推移质运动 滑动或滚动的泥沙，在运动中始终保持与床面接触叫做接触质。 在床面附近以跳跃形式前进的泥沙叫做跃移质。 悬浮在水中运动，速度与水流速度基本相同的泥沙叫做悬移质。 河床上静止的泥沙颗粒，随着水流条件的增强，到一定条件时开始运动，这种现象称为泥沙的起动。 床面泥沙由静止状态转变为运动状态的临界水流条件就是泥沙的起动条件。可用流速、拖曳力或功率表示。用水流垂线平均流速来表示叫起动流速。 起动拖曳力是指泥沙处于起动状态的床面剪切力。2*U hJ o ργτ== 泥沙颗粒由运动状态转变为静止状态的临界垂线平均流速叫止动流速。U C C KU = ,岗卡0.71 窦、沙0.83 扬动流速是床面泥沙由静止直接转入悬移状态的临界垂线平均流速。 沙波形态的四种类型：带状(顺直)沙波、断续蛇曲（弯曲）状沙波、新月形沙波、舌状沙波 沙波运动两现象：一是沙波对床沙的分选作用，二是较粗泥沙运动的间歇性。 沙波表面附近的水流流速是沿程变化的，波峰处流速最大，波谷处流速最小。 床面阻力包括沙粒阻力和沙波阻力。沙粒阻力系床面沙粒阻力的摩阻而引起也称为表面阻力。沙波阻力属形状阻力，使迎水面与背水面产生压力差而引起。