河流泥沙数学模型

河流泥沙数学模型

Sedimentation Dept., IWHR 郭庆超

中国水科院泥沙所

2007年10月

Sedimentation Dept., IWHR 内容

1.简介

2.控制方程

3.模型建立与使用

1. 简介

随着计算机技术的高速发展和河流泥沙基本理论的进步，水沙数学模型得到了快速发展，被广泛地应用于水利工程、江河治理和河口海岸与泥沙运动有关的领域中，解决了很多生产难题，发挥了巨大效益。

1. 简介

?水沙数学模型：1D, 平面2D，立面2D，准3D，完全3D；

?能够严格总收物理原理；

?能够严格遵守边界和初始条件；

?节省时间、人力和成本；

?方案比选与优化

解决实际问题：?河道演变?水库泥沙淤积

?水利工程的下游冲刷?取水口稳定性?引航道及港池回淤?河口海岸工程泥沙问题

模型的功能

1.

简介

1.

模型的功能

1. 简介

模型应满足以下基本要求：

?满足物理的基本原理

?被分析方法所检验：

分析解(线性)/人工解(非线性)?被实验和实测资料所检验

?可以预测主要的物理过程

?数值解是稳定的

?数值解是收敛的

?数值结果是可接受的

?数值结果符合实际情况

被理论/分析解

证实

模拟结果与实测

资料相符被原型实测资料

证实

被实验室数据

证实

好的数学模型应该

满足

模型使用者的经验对模型质量影响也很大1.

2.

2. 3D

2.

2.

2. 1D

3.

数学模型建立流程

3.

数学模型运行流程

3. 1D

3.

微分方程离散

3.

微分方程离散

3.

微分方程离散

3.

挟沙能力

河流动力学英语

水力学、河流动力学、流体力学专业词汇 Fundamental Glossary in Hydraulics Hydrostatics 水静力学Hydrodynamics 水动力学 Physical properties of water 水的物理性质Density 密度 Specific gravity 比重Kinematic viscosity 运动粘性 Absolute viscosity 动力粘性Elastic modulus 弹性模量 Surface tension 表面张力Temperature 温度 Isotropic (y) 各向同性Anisotropic (y) 各向异性 Uniform (ity) 均匀(性) Heterogeneous (ity) 不均匀(性) Main force 主要作用力Gravity 重力 Inertia force 惯性力pressure 压力(强) Drag 阻力Mass force 质量力 Surface force 表面力Constitutive relationship 本构关系 Stress 应力Strain 应变 Deformation 变形Displacement 位移 Normal 法向Tangent 切向 Shear 剪力Acceleration 加速度 Angular deformation 角变形 Local acceleration 当地加速度convective acceleration 迁移加速度compressibility 压缩性 continuity连续性 Scalar 纯量vector 矢量tensor 张量 magnitude 模(大小) direction 方向 Divergence 散度curl 旋度gradient 梯度 Source 源sink 汇 Frequency 频率amplitude 振幅phase 相位resonance共振 Mass conservation 质量守恒momentum conservation 动量守恒 energy conservation 能量守恒 Initial condition 初始条件boundary condition边界条件 Ordinal differential equation 常微分方程 partial differential equation 偏微分方程 Convection, advection 对流diffusion 扩散dispersion 弥散 decay 衰减degradation降解 Flow pattern流态flow type 流型 Laminar flow 层流turbulent flow 紊流 Supercritical flow 急流subcritical flow 缓流critical flow临界流 Rapidly varied flow急变流gradually varied flow渐变流 Uniform flow 均匀流non-uniform flow 非均匀流 Mainstream flow 主流wake flow 尾流 Steady flow 恒定流unsteady flow 非恒定流 One-dimensional flow 一维流two-dimensional flow二维流 three-dimensional flow 三维流 Single-phase flow 单相流double-phase flow 两相流 multi-phase flow 多相流

中国水利年鉴2017_附录-2016年中国河流泥沙公报(摘录)-四、海河

藕池(康)站基本持平，其他站偏大8%～36%；湘潭、桃江、桃源、石门和城陵矶各站年输沙量偏大8%～257%，其他站偏小28%～66%。鄱阳湖区各站径流量偏大16%～61%；各站年输沙量偏大8%～101%。与上年度比较，2016年洞庭湖区各站年径流量增大13%～306%；湘潭站年输沙量减小22%，城陵矶站基本持平，其他站增大76%～727%。鄱阳湖区饶河虎山站和修水万家埠站年径流量分别减小19%和11%，梅港站基本持平，其他站增大18%～34%；虎山站年输沙量减小54%，湖口水道湖口站基本持平，其他站增大24%～62%。 2016年三峡水库继续进行175m试验性蓄水，库区淤积泥沙0.334亿t，水库排沙比为21%；2016年丹江口水库库区淤积泥沙50.2万t。2008年9月至2016年12月，重庆主城区河段累积冲刷量为0.1653亿m3。1998年10月至2016年10月，张家洲河段总体冲刷，平滩河槽总冲刷量为1.3527亿m3。2001年8月至2016年10月，澄通河段总体冲刷，总冲刷量为4.3547亿m3。 2016年主要泥沙事件包括长江流域继续实施国家水土保持重点工程，长江干流、主要支流及尾闾河道局部地点发生崩岸。 二、黄河 2016年黄河干流主要水文控制站实测径流量与多年平均值比较，各站偏小24%～72%；与近10年平均值比较，各站偏小22%～52%；与上年度比较，各站减小10%～39%。2016年实测输沙量与多年平均值比较，各站偏小65%～99%；与近10年平均值比较，龙门站偏大21%，兰州站基本持平，其他站偏小29%～91%；与上年度比较，唐乃亥、兰州、龙门和潼关各站增大15%～131%，其他站减小19%～66%。 2016年黄河主要支流水文控制站实测径流量与多年平均值比较，窟野河温家川站基本持平，其他站偏小8%～58%；与近10年平均值比较，皇甫川皇甫、温家川和无定河白家川各站偏大20%～158%，其他站偏小10%～43%；与上年度比较，洮河红旗站基本持平，皇甫、温家川、白家川和延河甘谷驿各站偏大33%～16590%，其他站偏小7%～35%。2016年实测输沙量与多年平均值比较，各站偏小72%～100%；与近10年平均值比较，皇甫、白家川和北洛河头各站偏大6%～89%，其他站偏小14%～100%；与上年度比较，温家川站减小99%，洮河红旗站基本持平，皇甫站从近似0增加至0.073亿t，其他站增大89%～955%。 2015年10月至2016年10月，内蒙古河段石嘴山站和巴彦高勒站断面略有淤积，三湖河口站和头道拐站断面略有冲刷；下游河道除艾山至泺口河段略有淤积外，其他河段均表现为冲刷，总冲刷量0.507亿m3。2016年黄河下游全年引水量109.4亿m3，引沙量1001万t。 2015年10月至2016年10月，三门峡水库总体表现为淤积，总淤积量为0.614亿m3；小浪底水库总体表现为淤积，总淤积量为1.324亿m3。 三、淮河 2016年淮河流域主要水文控制站实测径流量与多年平均值比较，淮河干流息县站和鲁台子站基本持平，干流蚌埠站偏大6%，颍河阜阳站和沂河临沂站均偏小78%；与近10年平均值比较，阜阳站和临沂站分别偏小65%和69%，其他站偏大26%～32%；与上年度比较，蚌埠站基本持平，阜阳站减小27%，其他站增大13%～647%。 2016年淮河流域主要水文控制站实测输沙量与多年平均值比较，各站偏小42%～100%；与近10年平均值比较，阜阳站和临沂站分别偏小98%和近100%，干流各站偏大31%～132%；与上年度比较，息县站和鲁台子站分别增大121%和96%，蚌埠站和阜阳站分别减小27%和74%，临沂站年输沙量仍近似为0。 2016年淮河干流鲁台子水文站和蚌埠水文站测验断面冲淤变化不大，前者主槽略有淤积，后者主槽略有冲刷。 四、海河 本期公报新增漳河观台水文站和卫河元村集水文站，以控制海河南部部分水系的径流量和输沙量。2016年海河流域主要水文控制站实测水沙特征值与多年平均值比较，漳河观台站实测年径流量偏大18%，其他站偏小11%～84%；各站实测年输沙量偏小49%～100%。与近10年平均值比较，2016年海河流域各站实测径流量偏大19%～290%；桑干河石匣里、下会和海河闸各站年输沙量偏小57%～100%，响水堡站近10年输沙量均近似0，其他站偏大220%～902%。与上年度比较，2016年石匣里站和响水堡站实测径流量基本持平，其他站增大33%～1610%；石匣里站年输沙量减小83%，卫河元村集站增大3083%，雁翅、张家坟和观台各站均从近似0分别增加至0.541万t、9.09万t和368万t，其他站仍近似为0。2016年引黄入冀调水2.531亿m3，挟带泥沙11.15万t。 观台水文站测验断面近20年来，仅在遭遇1996年和2016年特大洪水时发生了一定的冲淤变化，其他年份冲淤变化不大。 五、珠江 2016年珠江流域主要水文控制站实测水沙特征值与多年平均值比较，南盘江小龙潭、红水河迁江和郁江南宁各站实测径流量偏小6%～25%，其他站偏大7%～71%；北江石角站和柳江柳州站实测输沙量分别偏大17%和208%，其他站偏小11%～98%。 835附录

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，

常用水质模型

常用水质模型原理 环境一班 110180112 赵晨光 河北工程大学城市建设学院 摘要：随着科技的发展，人类生产获取的物质越来越多，但是伴随着物质的生产，大 量的污染物物质流入环境，其中相当大的一部分污染物质以无机化合物，有机化合物 的形式进入河流。河流被污染后不仅难以紫荆，造成严重的生态环境问题，也给你人 的生产生活带来极大的的危害。对各类水环境污染问题，尤其是河流水污染的水质报 告已成为我国水利、环保部门的重要工作之一。详细阐述了常用河流水质模型及格参 数意义，今儿给从事水环境监测、水环境影响评价等工作者提供借鉴。 摘要：With the development of science and technology, the human production of material is increasing, but with the production of material, a large amount of pollutant substances into the environment, of which a considerable part of the pollutants in inorganic compounds, organic compounds in the form of into the river. River pollution is not only difficult to Chinese redbud, causing serious ecological environment problems, and also give you people's production and life bring great harm. For all kinds of water environmental pollution problems, especially a report on the water quality of river water pollution is become one of the important work of our country's water conservancy, environmental protection department. Expounds the river water quality model is commonly used to pass the parameter meaning, today to engage in water environment monitoring, water environmental impact assessment and other workers. 关键词：河流；水质；模型； 一，水质模型简介 水质模型是用来描述水体中污染物与实践、空间的定量关系，描述物质在水环境的混合、迁移过程的数学方程。根据模型中的变量是否为随机变量、水质模型可分为确定 性水质模型和不确定性水质模型。 二，河流水质模型

2009年贵阳市水资源公报

目录 一、综述 (2) 二、水资源量 (3) （一）降水及分布状况 (3) （二）地表水资源量 (4) （三）地下水资源量 (5) （四）出、入境水量 (7) 三、水资源质量 (8) （一）河流水质 (8) （二）湖库水质 (8) （三）水功能区水质 (9) （四）废污水排放量 (9) （五）河流泥沙量 (10) 四、大中型水库蓄水状况 (10) 五、水资源利用 (11) （一）供水量 (11) （二）用水量 (12) （三）耗水量 (13) （四）水资源状况简析 (14) 六、重要水事 (16) 附图：1、2009年贵阳市降水量等值线图 2、2009年贵阳市降水量距平图 3、贵阳市水质监测站点分布图 4、贵阳市主要河流水质评价图 5、贵阳市水功能区水质评价图

一、综述 贵阳市是贵州省的省会，位于贵州省中部，东邻黔南布依族苗族自治州的龙里县、福泉市、瓮安县；南靠黔南布依族苗族自治州的惠水县、长顺县；西连安顺市的平坝县、毕节地区的织金县、黔西县；北与毕节地区的金沙县及遵义市的遵义县接壤。地处东经106°07′～ 107°17′，北纬26°11′～ 27°22′。辖区包括云岩区、南明区、花溪区、乌当区★、白云区、小河区★、清镇市、修文县、息烽县、开阳县，国土总面积8034平方公里（分区面积见表1）。贵阳市河流水系属长江流域的乌江水系的思南以上区和珠江流域的红水河水系的蒙江上游区，分水岭为花溪区的旧盘、掌克至桐木岭、孟关上板一线。分水岭以北及花溪区的高坡东部属长江流域，面积7568平方公里，占全市总面积的94.2%；以南属珠江流域，面积466平方公里，占全市总面积的5.8%。 2009年贵阳市年末总人口为367.07万人★，其中非农业人口为182.7万人。全年实现生产总值902.61亿元，现有农业耕地面积98.24千公顷，有效灌溉面积63.56千公顷，农田实灌面积43.85千公顷。 表1 贵阳市2009年国土面积及人口统计表 贵阳市2009年年平均降水量957.2毫米，比多年平均值1095.7毫米偏少12.7％，比上一年偏少22.3％。贵阳市2009年水资源总量为39.505亿立方米,较多年平均水资源量45.15亿立方米偏少12.5％，为偏枯年。 注：乌当区含金阳新区和贵阳市高新技术产业开发区，小河区含小河经济技术开发区。 人口为公安户籍数。由于各区、县调整后的面积数尚未最终确定，暂用原数。

水力学河流动力学词汇

Fundamental Glossary in Hydraulics 水力学及河流动力学词汇 Hydrostatics水静力学Hydrodynamics水动力学Physical properties of water水的物理性质 Density密度 specific gravity比重Kinematic viscosity 运动粘性absolute viscosity 动力粘性Elastic modulus 弹性模量surface tension 表面张力Temperature 温度 isotropic (y) 各向同性Anisotropic (y) 各向异性uniform (ity) 均匀(性) Heterogeneous (ity)不均匀(性) Main force 主要作用力Gravity 重力 inertia force 惯性力 pressure 压力(强) drag 阻力 Mass force 质量力 surface force 表面力Constitutive relationship 本构关系 Stress 应力 strain 应变 deformation 变形displacement 位移 normal 法向 tangent 切向 shear 剪力 acceleration 加速度 Angular deformation 角变形Local acceleration 当地加速度convective acceleration 迁移加速度 compressibility 压缩性continuity连续性 Scalar 纯量 vector 矢量 tensor 张量 magnitude 模(大小) direction 方向 Divergence 散度 curl 旋度 gradient 梯度 Source 源 sink 汇 Frequency 频率 amplitude 振幅 phase 相位 resonance共振 Mass conservation 质量守恒 momentum conservation动量守恒 energy conservation 能量守恒 Initial condition 初始条件 boundary condition边界条件 Ordinal differential equation 常 微分方程 partial differential equation 偏微 分方程 Convection, advection 对流 diffusion 扩散 dispersion 弥散 decay 衰减 degradation降解 Flow pattern流态 flow type 流型 Laminar flow 层流 turbulent flow 紊流 Supercritical flow 急流 subcritical flow 缓流 critical flow临界流 Rapidly varied flow急变流 gradually varied flow渐变流 Uniform flow 均匀流 non-uniform flow 非均匀流 Mainstream flow 主流 wake flow 尾流 Steady flow 恒定流 unsteady flow 非恒定流 One-dimensional flow 一维流 two-dimensional flow二维流 three-dimensional flow 三维流 Single-phase flow 单相流 double-phase flow 两相流 multi-phase flow 多相流 Irrotational flow 无旋流 potential flow 势流 rotational flow 有旋流 Open channel flow 明渠流 free surface flow 自由表面 流(明渠流) Pipe flow 管流 pressure flow 有压流 Jet 射流 plume 卷流(羽流) cross flow 横流 Stagnation point驻点 separation point分离点 Coherent structure相干结构 bursting猝发 turbulent intensity紊动强度 Boundary layer 边界层 viscous sub-layer粘性底层 displacement thickness排挤 厚度 mixing length混掺长度 Flow field, current field 流 场 flow net 流网 Submerged discharge 淹没出 流 unsubmerged discharge非淹 没出流 Renolds number雷诺数 Froude number 佛汝德数 Prandtl number普朗特数 Courant number柯朗数 Peclet 彼克雷特数 dimensionless number无量纲 数 Streamline 流线 path line迹线 V ortex line 涡线

黄河河口海岸二维非恒定水流泥沙数学模型

黄河河口海岸二维非恒定水流泥沙数学模型 曹文洪，何少苓，方春明 (中国水利水电科学研究院泥沙研究所) 摘要：针对黄河河口海岸岸线变化剧烈和含沙量变幅大的特点，开发和建立了适合黄河河口海岸应用的平面二维动边界非恒定水流泥沙数学模型。验证表明，本模型可以较好地模拟黄河河口海岸泥沙输移和冲淤变化，为研究和解决多沙河口海岸的泥沙问题提供技术手段。 关键词：黄河口；挟沙能力；窄缝法；非恒定流；数学模型 收稿日期：2000-01-06 基金项目：国家重点基础研究发展规划项目(G1*******)资助 作者简介：曹文洪(1963-)，男，(满族)，黑龙江省人，中国水利水电科学研究院教授级高工，博士。 自本世纪七十年代以来，由于计算机技术的迅猛发展，国内外相继出现了众多的河口海岸泥沙数学模型[1-7]，有力地促进了河口海岸的泥沙研究的发展。然而，已有的河口海岸数学模型大多是模拟含沙量较低的河口海岸的泥沙运动，而能够模拟多沙和岸线延伸剧烈的河口海岸泥沙数学模型还极为少见。近年来，已有个别学者尝试用泥沙数学模型模拟黄河河口海岸的泥沙运动，如张世奇开发了一套黄河口平面二维泥沙冲淤数学模型，得到了较好的效果[18～20]。为了全面系统地反映黄河三角洲海陆动态交互影响机理和泥沙运动与湿地演替关系，本文开发和建立了径流、潮流和波浪作用下的黄河河口海岸平面二维动边界非恒定流非均匀沙不平衡输沙数学模型。 1 模型结构 1.1 水流运动基本方程 (1) (2) (3) 为谢才式中：U、V分别为潮流速在x及y方向的垂线平均值分量；Z为潮位；C f 系数；F为柯氏系数，F=2ωsinφ，式中ω为自转角速度，φ为地理纬度；h为水深；Z 为海底起始高程。 b

河海大学水力学及河流动力学硕士生复试题

2005年《水力学及河流动力学》硕士研究生复试题 姓名成绩 一、填空题 1.在闸门局部开启时，随上游和下游水位的变化，过闸水流可能形成的流态有： ，，，。 2.过闸水流与下游水流的衔接形态根据 可分为，，。 3.根据下泄水流主流的相对位置，消能可分为、、 三种主要消能方式。 4.渗透破坏主要有、、、 。 5.避免渗透破坏的方法有：、、 、。 6.溢洪道布置形式有：、、 、。 7.拱形溢流坝下泄水流的主要特点是：， 。 8.高速水流常形成一些特殊的水力现象，例如： 。9.明渠水流流经河底障碍物时，若水流处于状态，则水面发生 ；若水流处于状态，则水面发生。 10.描述水流运动的三大基本方程是：， ，。 11. 建立推移质输沙率公式的指标可用：，， ，，。 12.按泥沙运动状态，可将泥沙分：，，。 13.冲积河流的河型有：，，，。 14.影响河床演变的主要因素是：，， ，。 15.影响泥沙沉降速度的因素主要有：，， ，，。 16.水流挟沙能力是： 。 影响水流挟沙能力的因素有和两类。 17.沙波按其产生和发展过程可分为：，，， ，等五个阶段。

18.用河宽、水深、流速与流量表示的横断面河相关系的表达式为 ， ， 。 19.水流动力轴线是 。 20.细颗粒泥沙具有双电层结构，其形成的束缚水由 和 组成。 二、问答题 1.简述明渠渐变流与急变流的水力特性。 2.底流消能率主要决定哪一个参数，若单宽流量增大，将对消能率产生何影响？请证明你的观点。 3.简述高水头、大流量条件下的泄洪消能布置方式。 4.分析水流掺气对生态环境的影响 5.何为河流的自动调整作用？若在河道上筑坝蓄水，坝下游河段将如何进行调整？ 6.阐述弯曲型河道的演变规律。 7.比较泥沙的起动切力与起动流速的优缺点。 8.挟沙力公式m gR U k S )( 3 *ω =右边的物理意义？要率定系数k 和指数m ， 需要收集哪些资料？运用该式时应注意什么问题？ 9.现要在天然河道中布置取水工程，应收集那些资料，进行那些问题的分析？ 10.图中有两球，已知21d d =，水深21H H >，流速21U U =，试问随着水流平均流速的增大，哪一颗球容易起动？为什么？ H 2 d1 d2

浅谈河流泥沙的运动规律

浅谈河流泥沙的运动规律 摘要：泥沙在河流水流的作用下，有一定的运动形式，沿河底滑动、滚动或跳跃，这种运动形式称为推移质；被水流挟带随水流悬浮前进，这种运动形式称为悬移质。由于天然河道同一河段流速随时间、沿程发生变化，各河断及各时段在流速较小时，细沙也可呈推移质形式运动；而流速增大时，粗砂也可转化为悬移质。因此，实际情况中推移质和悬移质处于不断调整中，情况很是复杂。本文着重讨论了悬移质泥沙的运动规律。由于脉动，不同瞬时或短历时测量的悬移质含沙量就不会稳定，不能反映它的变化趋势，因此，悬移质含沙量等水文要素的测量应持续一段时间，最好大一个脉动周期。 关键词：河流泥沙；运动；规律；挟沙能力；脉动 该式结构特点表明，河流流速大、泥沙颗粒小、水深浅，则挟沙能力强。水流挟沙能力一般指各级颗粒的沙源均为充足条件下的平衡含沙量，并不代表水流的实际含沙量，各级颗粒的沙源不充足会出现非饱和输沙，条件特殊时也会出现超饱和输沙。但是，水流挟沙能力仍是分析河床冲淤或平衡问题的常用概念，当水流挟带的悬移质泥沙超过河段的水流挟沙能力时，这个河段必将发生淤积；反之，则会发生冲刷。 2悬移质的时空分布规律 2.1河流泥沙变化的影响因素 河流从流域挟带泥沙的多少与流域坡度、土壤、植被、季节性气候变化，降雨强度以及人类活动等因素有关。河流泥沙随时间的变化，也就取决于这些因素随时间的不同组合和变化。来源于地势、地形、土壤性质和植被状况等下垫面条件不同的地区河流的洪水，挟带的泥沙将会有显著的差别，多沙河流与少沙河流与流域下垫面状况紧密相关。另外，对于冲积性河流，其承水河床由长期冲积的泥沙构成，水流流经这样的河段，常会挟带或沉积大量泥沙。季节性的气候变化对河流泥沙的变化也有一定的影响。汛前由于降水少，土壤疏松、干燥、抗冲能力差，因此，初夏的暴雨洪水常挟带较多的泥沙，秋末洪水含沙量较少。降雨强度对河流泥沙的影响是：雨强大，则侵蚀能力强，从而使河流挟带的泥沙增多。河流输沙量集中在汛期，而且主要集中在几次大洪水中，其原因也在于此。人类活动使流域产沙条件发生变化。如修建道路、毁林垦荒，将导致河流泥沙增加；而封山育林、开展水土保持，又可减少河流泥沙；修建水库，常会沉积泥沙。这种影响将使河流泥沙发生系统性变化。 2.2泥沙的脉动 脉动是忽大忽小不停波动变化的现象。悬移质泥沙悬浮在水流中，与流速脉动一样，含沙量也存在着脉动现象，而且脉动的强度更大。在水流稳定的情况下，断面内某一点的含沙量是随时变化的，它不仅受流速脉动的影响，而且与泥沙特性等因素有关。由于脉动，不同瞬时或短历时测量的悬移质含沙量就不会稳定，不能反映它的变化趋势，因此，悬移质含沙量等水文要素的测量应持续一段时间，最好大一个脉动周期。 2.3悬移质泥沙的垂直分布 悬移质含沙量在垂线上的分布，一般从水面向河底呈递增趋势。含沙量垂向的变化梯度还随泥沙颗粒粗细的不同而异，颗粒较细的泥沙，其垂直分布也均匀，而对于较粗泥沙，则梯度

中国水利年鉴2018_建设管理-水文-【水资源监测与评价】

印技术规定》。广东省制定并印发了《广东省水文局多波束测深系统测量技术管理规定(暂行)》。 (3)新技术新仪器应用研究和使用培训。水文现代化快速发展促进了新技术新仪器的引进和应用，特 别是中小河流水文检测系统等建设项目配备了大批新仪器新设备，全国水文系统抓住机遇，加大水文新技术仪器研发推广力度，加强新仪器设备应用培训。8月，原水利部水文局组织长江委水文局，安徽、江西、河南、湖北、湖南等省水文局，在武汉开展了中科院声学所国产A D C P联合测试(出厂检验)。后期长江委水文局根据比测方案，将在10个有代表性的水文站开展国产走航式A D C P的比测工作。方案中对比测的目的、要求、内容、组织管理、进度都有明确的规定。这些举措都有效地加快了走航式A D C P的国产化进程。黄委水文局配合完成同位素测沙仪系统研制；开发完成了单机版“H S W.N U T1型悬移质含沙量在线测验系统”，应用于测沙参数率定等工作；开发完成基于数据中心模式的含沙量测验软件，在民和、潼关等测站投入运用。淮委水文局经过多年来探索研究，对数十个水文断面进行论证与分析，成功研发了“流量自动监测系统”。该技术获得2017年中国农林水利工会淮河委员会颁发的淮委职工技术创新二等奖。该技术已在云南滇池生态补水、安徽中小河流等项目中得到很好应用，具有很强的应用推广价值。 4.水文资料管理 (1)水文年鉴整汇编。全国水文系统不断完善水文资料整汇编的作业程序和质量保障体系，原水利部 水文局加强组织管理和质量监控，各流域机构发挥管理职能做好组织和协调工作，各省(自治区、直辖市)水文部门积极配合，确保了2016年度74册《中华人民共和国水文年鉴》整汇编、刊印和验收工作的顺利开展。 2016年度水文年鉴资料全国终审会在武汉召开。由各流域机构、各省(自治区、直辖市)及河海大学等单位的74位专家，依据有关技术规范和《中华人民共和国水文年鉴质量评定办法》规定，对经过流域汇编的74册80本水文年鉴中的5230个水文站(断面)，16764个雨量站、蒸发站，共计3517万字组的水文年鉴资料进行了细致而全面的审查。通过全国终审，不仅发现和纠正了存在问题，而且促进了相互交流，提高了业务技术水平，保障了水文年鉴刊印质量。 为切实加强水文年鉴质量，安徽省还在汛后开展水文测验和资料整编大检查，抽查率不低于60%。浙江省建成在线整编数据接口平台，实现了国家基本站遥测数据(水位，雨量)的实时采集、转换和整编前预处理，大大地提升了水文资料整编的效率，推进水文信息化和现代化。 (2)国家水文数据库建设。2017年3月底，水规总院对国家水文数据库建设工程可行性研究报告出 具了审查意见，并报送了部规计司。《国家水文数据库表结构及标识符》标准制修订工作。各地水文部门初步完成国家水文数据库需要合并的基础水文数据库与实时水雨情、地下水、水质、土壤墒情等数据库的梳理和整合，为推进国家水文数据库建设奠定了坚实基础。(熊珊珊) 【水资源监测与评价】 1.水资源监测 (1)中国河流泥沙公报。各流域管理机构和各省 (自治区、直辖市)水文部门以及国际泥沙研究培训中心编制完成《中国河流泥沙公报2016》，于9月正 式出版发行。《中国河流泥沙公报2016》电子版可在水利部主页全文浏览。 (2)土壤墒情监测与分析预测。《土壤墒情监测与分析预测应用技术》出版发行，用于指导土壤墒情 监测与分析预测工作。各地加强墒情监测分析、径流量预测预报以及干旱综合评估，向中央报送墒情信息站点增至2751处，加强旱情监测信息服务，编制旱情简报、专报、月报和年报等，为全国抗旱减灾、水资源可持续利用等工作提供了有力支撑。(朱金峰) (3)城市水文监测。原水利部水文局积极推动城市水文工作，加强技术指导和业务培训。在成都举办 了全国城市水文监测技术培训班，针对城市暴雨洪水过程模拟与海绵城市建设评价、城市水生态监测调查与河湖健康评价、水资源监测及传输应用技术、城市水文建设经验与做法等进行培训，提高城市水文和水生态监测技术水平。同时，组织北京、沧州等地水文部门开展了城市水文试点工作，总结监测分析与评价方法。 2.水质监测 (1)水质监测质量管理。印发《水利部办公厅关于进一步确保水质监测数据质量的通知》，强化水质 监测领导责任、记录责任以及报告出具责任，进一步加强监测各个环节质控管理，为实验室质量活动提供全过程可追溯依据，确保监测质量准确可靠。印发 《关于开展2017年度水质监测质量管理工作的通知》，部署开展2017年度实验室质量控制考核及水质监测 质量管理监督检查工作，完成全国共计297个实验室、1203项次的质量控制样品考核。印发《关于全面加强水质监测涉及危险化学品等安全管理工作的通知》(水文质〔2017〕56号)，就全面加强水质监测涉及危险化学品等安全管理工作提出要求，部署开展实验室自查工作，并结合质量管理监督检查，突出强化安全生产管理的检查。 (2)地下水水质监测。5月，在广州召开了2017流域地下水水质监测工作会议，编制完成了《2016 5 1建设管理

水质数学模型分类

水质数学模型分类 按上游来水和排污随时间的变化情况： 动态模式、稳态模式 按水质分布状况： 零维、一维、二维和三维 按模拟预测的水质组分： 单一组分、多组分耦合模式 水质数学模式的求解方法及方程形式 解析解模式、数值解模式 河流水质模型 ? 河流完全混合模式、一维稳态模式、S-P 模式（适用于河流的充分混合段） ? 托马斯模式（适用于沉降作用明显河流的充分混合段） ? 二维稳态混合模式与二维稳态混合衰减模式（适用于平直河流的混合过程段） ? 弗罗模式与弗-罗衰减模式（适用于河流混合过程段以内断面的平均水质） ? 二维稳态累积流量模式与二维稳态混合衰减累积流量模式（适用于弯曲河流的混合过程段） ? 河流pH 模式与一维日均水温模式 河流完全混合模式 C －废水与河水完全混合后污染物的浓度，mg/L Qh －排污口上游来水流量，m3/s ) /()(h p h h p p Q Q Q c Q c c ++=

C h－上游来水的水质浓度，mg/L Qp－污水流量，m3/s Cp－污水中污染物的浓度， mg/L 适用条件：（1）废水与河水迅速完全混合后的污染物浓度计算；（2）污染物是持久性污染物，废水与河水经一定的时间（距离）完全混合后的污染物浓度预测。河流为恒定流动；废水连续稳定排放 一维稳态模式 C 为污染物的浓度；Dx 为纵向弥散系数， ux 断面平均流速；K 为污染物衰减系数 模型的适用对象：污染物浓度在各断面上分布均匀的中小型河流的水质预测BOD－DO耦合模型（S－P模型） 适用条件：河流充分混合段，污染物为耗氧有机物，需要预测河流溶解氧状态；河流为恒定流动，污染物连续稳定排放 氧垂曲线与临界点(最大氧亏值处） S-P模式的适用条件： ①河流充分混合段； ②污染物为耗氧性有机污染物； ③需要预测河流溶解氧状态； ④河流恒定流动；

长江泥沙公报 2000

2000年长江泥沙公报 水利部长江水利委员会 一、概述 长江是中国第一大河，干流流经青海、西藏、云南、四川、重庆、湖北、湖南、江西、安徽、江苏、上海等11省、市、自治区。流域面积180余万平方公里，约占全国陆地总面积的19%。干流全长6300余公里，河源至宜昌（4504公里）通称上游，宜昌至湖口（955公里）为中游，湖口至大通（338公里）为下游，大通以下为河口段（600公里）。下游大通站1950年至2000年的平均年径流量9051亿立方米，占全国的34%。 长江泥沙运动的主要特点有： 1、含沙量不高，但因水量丰沛，其输沙量大。例如：宜昌站1950—2000年平均含沙量约1.14千克/立方米，相应的年均输沙量达5.01亿吨。输沙量的90%集中于汛期。 2、沙量主要来源于上游，由长江干流年均输沙量沿程变化图显示（图2），宜昌水文站输沙量最大。由于沿程部分泥沙淤积于湖泊与河流之中，其下游沙市、监利、螺山、汉口、大通站等水文站均小于宜昌水文站输沙量。 图2 长江干流年均输沙量沿程变化 3、长江中下游河段为冲积性河流。从总体上说，河势相对稳定，冲淤大致平衡。但部分河段的冲淤变化较大，特别是宜昌——城陵矶——武汉河段。该河段泄洪能力较低，大洪水水位高于两岸地面较多，是防洪的关键河段。

4、长江中游与洞庭湖、鄱阳湖等湖泊相沟通。江湖之间的分流分沙及河床演变呈现比较复杂的相互影响和关联。 5、长江流域已修建大量水库，但几乎全在支流上。长江干流至今仅建成一座低坝——闸坝式的葛洲坝工程。为稳定河势与维护航道，沿河修建了一些河道整治工程。如裁弯与边岸控制工程。这些工程对长江的径流过程的影响不大，长江的水、沙过程基本上仍保持其自然特性。 长江的泥沙测验始于1923年。现在全流域共有329个水文站开展泥沙测验工作。悬移质泥沙采集一般采用横式采样器，缆道站则采用积时式采样器。颗粒分析采用粒径计与移液管相结合的方法。在上游及其支流曾进行大量推移质采样器试验与研制工作。长程河道断面的实测一般每5年安排1次，宜昌至江阴设置测量断面1392个。 二、径流量与沙量 （一）径流量与沙量的历年变化 干流选取屏山、宜昌、汉口和大通四个水文站为代表站（图1），各站实测径流量与输沙量统计值见表1，水沙量的历年变化见图3、图4、图5、图6。

XX年《水力学及河流动力学》硕士生复试题

XX年《水力学及河流动力学》硕士研究生复试题 姓名成绩 试卷说明：填空题和选择题为必做题，问答题共8题，可任选4题。若考生选做超过 4题，则依所选题序，以前4题为准，以后各题均不计分。 考试时间：120分钟，总成绩：100分 一、填空题（每空0.5分，共18分） 1.按泥沙运动状态，可将泥沙分：床沙，推移质，悬移质。 2.冲积河流的河型有：顺直型，弯曲型，分汊型，游荡型。 3.影响河床演变的主要因素是：来水量及其过程，来沙量及其过程， 河谷比降，河床形态及地质条件。 4．边壁阻力和床面阻力的划分方法有两种，一是爱因斯坦的水力半径分割法， 根据此法，如将床面阻力进一步划分为沙粒阻力和沙波阻力，则床面水力半径 R b 应等于'' ' b b R R+；二是能坡分割法，根据此法，如将床面阻力进一步划分 为沙粒阻力和沙波阻力，则床面比降J b 应等于'' ' b b J J+。 5．沙波按其产生和发展过程可分为：静平床，沙纹，沙垄，动平床， 沙浪等五个阶段。 6.过闸水流与下游水流的的衔接形态根据跃后水深与下游水深的关系可分为 淹没水跃、临界水跃和远驱水跃。 7．按照主流的相对位置，消能可分为：底流，挑流和面（戽）流三种主要消能方式。 8.明渠水流流经河底障碍物时，若水流处于急流状态，则水面发生 壅高；若水流处于缓流状态，则水面发生跌落。 9.渗透破坏主要有：管涌、流土、接触流失 和接触冲刷。 10.根据上游堰高对堰泄流能力有无影响，实用堰可分为高堰和低堰。 二、选择题（每选对1个给1分，共22分） 1、悬移质泥沙根据造床作用的不同，可划分为床沙质和冲泻质，床沙质与水流条

件 a ，冲泻质与水流条件 b 。 （a ）关系密切； （b ） 关系不密切 （c ） 加阻 2、如果泥沙进入河道后一直保持悬移运动而输运入海，从不落淤到床面，则称其为___b___。 (a) 床沙质； b) 冲泻质； c) 悬移床沙质。 3、宽浅输水渠道底部为泥沙淤积形成的动床。不计边壁阻力，在其他条件都相同的情况下，当渠道底部有沙垄运动时，与渠道底部为动平整时相比，该渠道的水流阻力__a_______。 (a) 增加； (b) 不变； (c)减少。 4、作用于床面上的全部剪切力中只有一部分对沙波的形成（也即推移质的运动）直接起作用，这就是所谓的 a 。 (a) 沙波阻力; (b) 沙粒阻力; (c) 突然放大损失。 5、悬沙浓度分布公式的悬浮指标* u Z κω=，若泥沙容重和水流条件不变，则泥沙颗粒越粗，悬浮指标___a___。 (a) 越大； (b) 越小； (c) 不变。 6、描述水流运动的基本方程有 a 、b 、c ： a) 连续方程；b) 动量方程；c) 能量方程； 7、工程上避免和减少空蚀破坏的措施有__a 、b 、c 。 a) 调整体型； b) 掺气； c) 使用抗空蚀材料。 8、在有压管道的管壁上开一小孔，如果没有液体流出，且向孔内吸气，这说明小孔内液体的相对压强_a___ 。 a) 小于零； b) 等于零； c) 大于零。 9、高速水流常形成一些特殊水流现象，如 a 、b 、c 等。 a) 掺气； b) 空化； c) 冲击波。 10、避免渗透破坏的方法有__a 、b 、c___ 。 a) 增大渗径； b) 降低渗透坡降； c) 降低出口渗透压力。 11、河相关系的表达式有 a 、b 、c 。 a ）11βαQ B =， b ）22βαQ H =， c ）33βαQ U = 三、 问答题（任选4题，每题15分） 1. 沙粒在水中匀速沉降时，受到哪些力的作用？这些力与绕流状态的关系如何？（15分） 答：泥沙沉降主要受到沙粒的有效重力和绕流阻力作用。绕流阻力与绕流状态有关，泥沙沉降过程中有三种绕流状态：即层流沉降、过渡区沉降和紊流沉降。

第三节 河流泥沙的基本特性

第三节河流泥沙的基本特性 一、几何特性 泥沙的几何特性指泥沙颗粒的形状、粒径及其组成。泥沙的形状棱角峥嵘、极不规则，常可近似地视为球体或椭球体。 泥沙粒径的求法：对于较大颗粒的卵石、砾石，可以通过称重求其等容粒径。所谓等容粒径，就是体积V与泥沙颗粒体积相等的球体的直径，即d=(6V/π)1/3。或者，通过量出颗粒的长轴a、中轴b、短轴c，算其几何平均粒径 d=abc，这实际上是将泥沙颗粒视为椭球体而求得的椭球体的等容粒径。 对于较细颗粒的泥沙，实际工作中，通常采取筛分析法或沉降分析法求其粒径。筛析法的作法是，将孔径不同的公制标准筛，按孔径上大下小原则叠置在一起，放在振动机上，将沙样倒在最上一级筛上，把经振动后恰通过的筛孔孔径作为该颗粒的粒径，并称此粒径为筛 径。采用沉降法求其粒径并称为沉降Array粒径，其原理是，通过测量沙粒在静 水中的沉降速度，按照粒径与沉速的 关系式((3-2))反算出粒径。 泥沙的组成常用粒配曲线表示。 即通过沙样颗粒分析，求出其中各粒 径级泥沙的重量及小于某粒径泥沙 的总重量，算出小于某粒径的泥沙占 总沙样的重量百分数，在半对数纸上 图3-3 半对数纸上的泥沙粒配曲线 绘制如图3-3 所示的泥沙粒配曲线。 据此粒配曲线，可反映沙样粒径的粗 细及其组成的均匀性。如图3-3 所示，Ⅰ、Ⅱ两组沙样相比较，沙样Ⅰ的组成要粗些、均匀些；沙样Ⅱ的组成要细些、不均匀些。 根据图3-2示粒配曲线，易于确知沙样的中值粒径d50。它的意义是，沙样中大于和小于这一粒径的泥沙重量各占50％。在实际工作中，通常可以中值粒径d50作为沙样的代表粒径。 二、重力特性 1．泥沙的容重与密度 泥沙颗粒实有重量与实有体积的比值，称为泥沙的容重γS，单位为N／m3。泥沙颗粒实有质量与实有体积的比值，称为泥沙的密度ρs，单位为t／m3或kg ／m3。