水利水電工程概論2012版本

1、水利學(xué)科導(dǎo)論水利學(xué)科導(dǎo)論武漢大學(xué)水利水電學(xué)院河流工程系武漢大學(xué)水利水電學(xué)院河流工程系20122012楊國錄楊國錄 教授教授 博導(dǎo)博導(dǎo)1 1、序、序水利科學(xué)導(dǎo)論水利科學(xué)導(dǎo)論何謂水利學(xué)科何謂水利學(xué)科 ！ 科學(xué)問題科學(xué)問題何謂水利工程！何謂水利工程！ 工程問題工程問題水利科學(xué)導(dǎo)論水利科學(xué)導(dǎo)論水科學(xué)與工程問題影視水科學(xué)與工程問題影視水利科學(xué)導(dǎo)論水利科學(xué)導(dǎo)論大氣水循環(huán)圖大氣水循環(huán)圖水科學(xué)問題水科學(xué)問題水工程問題水工程問題都圍繞著都圍繞著“水水”展開、探索、追求展開、探索、追求水利科學(xué)導(dǎo)論水利科學(xué)導(dǎo)論何謂水利工程！何謂水利工程！水利工程是指控制、調(diào)節(jié)和利用自然界的地表水和地下水，以達(dá)到除害興利的目的水利工

2、程是指控制、調(diào)節(jié)和利用自然界的地表水和地下水，以達(dá)到除害興利的目的而修建的各種工程。而修建的各種工程。諸如諸如：（：（1）防洪工程（堤防、水庫、滯洪區(qū)、分洪區(qū)、涵閘和防洪工程（堤防、水庫、滯洪區(qū)、分洪區(qū)、涵閘和排水工程）；（排水工程）；（2）農(nóng)田水利工程（灌溉工程）；（）農(nóng)田水利工程（灌溉工程）；（3）水利發(fā)電工程；（）水利發(fā)電工程；（4）航運航）航運航電工程；（電工程；（5）城市供水排水工程。（）城市供水排水工程。（6）水利環(huán)境工程）水利環(huán)境工程開發(fā)利用開發(fā)利用開發(fā)利用開發(fā)利用水水利利工工程程水利科學(xué)導(dǎo)論水利科學(xué)導(dǎo)論水利類本科專業(yè)設(shè)置水利類本科專業(yè)設(shè)置農(nóng)田水利工程農(nóng)田水利工程 水利系水利系

3、水利水電工程水利水電工程 水電系水電系港口航道及海岸工程（河流工程）港口航道及海岸工程（河流工程） 河流系河流系水文與水資源工程水文與水資源工程 水文水資源系水文水資源系水利環(huán)境工程水利環(huán)境工程 水利、水電、河流、水文水利、水電、河流、水文學(xué)科構(gòu)成學(xué)科構(gòu)成學(xué)科背景學(xué)科背景學(xué)科理論體系學(xué)科理論體系學(xué)科工程問題與解決方法學(xué)科工程問題與解決方法學(xué)科基礎(chǔ)理論、方法學(xué)科基礎(chǔ)理論、方法學(xué)科專業(yè)理論、人才與工程的貢獻(xiàn)學(xué)科專業(yè)理論、人才與工程的貢獻(xiàn)學(xué)科拓展與發(fā)展學(xué)科拓展與發(fā)展水利科學(xué)導(dǎo)論水利科學(xué)導(dǎo)論一、一、 學(xué)科構(gòu)成學(xué)科構(gòu)成水利科學(xué)導(dǎo)論水利科學(xué)導(dǎo)論學(xué)科構(gòu)成體系學(xué)科構(gòu)成體系學(xué)科培養(yǎng)體系學(xué)科培養(yǎng)體系一、學(xué)科構(gòu)成體

4、系一、學(xué)科構(gòu)成體系 一級學(xué)科專業(yè)一級學(xué)科專業(yè)水利水利工程工程水利水電工程水利水電工程水力學(xué)及河水力學(xué)及河流動力學(xué)流動力學(xué)水文及水資源水文及水資源工程工程港口航道及海港口航道及海岸工程岸工程農(nóng)業(yè)水利工程農(nóng)業(yè)水利工程水利科學(xué)史水利科學(xué)史水利科學(xué)導(dǎo)論水利科學(xué)導(dǎo)論一、學(xué)科構(gòu)成體系一、學(xué)科構(gòu)成體系 二級學(xué)科專業(yè)二級學(xué)科專業(yè)港口航港口航道及海道及海岸工程岸工程河流動力學(xué)河流動力學(xué)河流物理模擬河流物理模擬河床演變學(xué)河床演變學(xué)河流數(shù)值模擬河流數(shù)值模擬海岸工程學(xué)海岸工程學(xué)水利科學(xué)導(dǎo)論水利科學(xué)導(dǎo)論港口航道工程學(xué)港口航道工程學(xué)防洪工程學(xué)防洪工程學(xué)一、學(xué)科構(gòu)成體系一、學(xué)科構(gòu)成體系 二級學(xué)科專業(yè)二級學(xué)科專業(yè)水水力力學(xué)學(xué)

5、水力學(xué)基礎(chǔ)水力學(xué)基礎(chǔ)環(huán)境水力學(xué)環(huán)境水力學(xué)工程水力學(xué)工程水力學(xué)計算水力學(xué)計算水力學(xué)水利科學(xué)導(dǎo)論水利科學(xué)導(dǎo)論一、學(xué)科構(gòu)成體系一、學(xué)科構(gòu)成體系 二級學(xué)科專業(yè)二級學(xué)科專業(yè)水利科水利科學(xué)學(xué) 史史水利史水利史科學(xué)技術(shù)史科學(xué)技術(shù)史江河發(fā)展史江河發(fā)展史水利發(fā)展與水利發(fā)展與變遷變遷水利科學(xué)導(dǎo)論水利科學(xué)導(dǎo)論二、學(xué)科培養(yǎng)體系二、學(xué)科培養(yǎng)體系 完整完備的培養(yǎng)體系完整完備的培養(yǎng)體系水利科學(xué)導(dǎo)論水利科學(xué)導(dǎo)論國家重點試驗室國家重點試驗室研究生教育研究生教育碩士、博士碩士、博士本科教育本科教育博士后博士后流動站流動站管理技術(shù)管理技術(shù)人員培養(yǎng)人員培養(yǎng)二、二、 學(xué)科背景學(xué)科背景水利科學(xué)導(dǎo)論水利科學(xué)導(dǎo)論七大水系七大水系長江長江黃河

6、黃河珠江珠江淮河淮河海河海河松花江松花江遼河遼河全國流域圖全國流域圖水利科學(xué)導(dǎo)論水利科學(xué)導(dǎo)論長江流域圖長江流域圖水利科學(xué)導(dǎo)論水利科學(xué)導(dǎo)論黃河流域圖黃河流域圖水利科學(xué)導(dǎo)論水利科學(xué)導(dǎo)論珠江流域圖珠江流域圖水利科學(xué)導(dǎo)論水利科學(xué)導(dǎo)論錢塘江模型一線潮錢塘江模型一線潮水利科學(xué)導(dǎo)論水利科學(xué)導(dǎo)論水利科學(xué)導(dǎo)論水利科學(xué)導(dǎo)論錢塘江一線潮錢塘江一線潮水利科學(xué)導(dǎo)論水利科學(xué)導(dǎo)論錢塘江一線潮錢塘江一線潮三、三、 學(xué)科理論體系學(xué)科理論體系水利科學(xué)導(dǎo)論水利科學(xué)導(dǎo)論水文學(xué)水文學(xué)流體流體力學(xué)力學(xué)兩相流兩相流動力學(xué)動力學(xué)河床河床演變學(xué)演變學(xué)計算機計算機科學(xué)科學(xué)地貌學(xué)地貌學(xué)地理學(xué)地理學(xué)生態(tài)生態(tài)環(huán)境學(xué)環(huán)境學(xué)數(shù)學(xué)數(shù)學(xué)河流河流動力學(xué)動力學(xué)河

7、流動力學(xué)河流動力學(xué)主要特點主要特點-多學(xué)科交叉多學(xué)科交叉隸屬學(xué)科隸屬學(xué)科-河流動力學(xué)河流動力學(xué)人類活動對泥沙人類活動對泥沙和徑流的改變和徑流的改變泥沙輸移變化和泥沙輸移變化和河床演變河床演變新的新的防洪形勢防洪形勢水土流失水土流失水庫調(diào)節(jié)水庫調(diào)節(jié) 河道沖淤變化河道沖淤變化河型和河勢變化河型和河勢變化江湖關(guān)系調(diào)整江湖關(guān)系調(diào)整 河道過流能力變化河道過流能力變化湖泊調(diào)蓄量變化湖泊調(diào)蓄量變化險工險段的調(diào)整險工險段的調(diào)整 水利科學(xué)導(dǎo)論水利科學(xué)導(dǎo)論水、運動水水、運動水水流及水流機械水流及水流機械運動規(guī)律運動規(guī)律水力工程水力工程液態(tài)水特性液態(tài)水特性運動水特性運動水特性 水流運動形態(tài)水流運動形態(tài)水流運動基本規(guī)

8、律水流運動基本規(guī)律江湖水關(guān)系江湖水關(guān)系 渠道水力學(xué)渠道水力學(xué)環(huán)境水力學(xué)環(huán)境水力學(xué)工程水力學(xué)工程水力學(xué) 水利科學(xué)導(dǎo)論水利科學(xué)導(dǎo)論古代水利史古代水利史近代科學(xué)史近代科學(xué)史現(xiàn)代科學(xué)史現(xiàn)代科學(xué)史河道防洪河道防洪灌溉灌溉 水利工程水利工程 水利工程變遷水利工程變遷 水利科技發(fā)展水利科技發(fā)展水利發(fā)展信息水利發(fā)展信息水利發(fā)展產(chǎn)業(yè)水利發(fā)展產(chǎn)業(yè) 水利科學(xué)導(dǎo)論水利科學(xué)導(dǎo)論四、學(xué)科工程問題與解決方法四、學(xué)科工程問題與解決方法水利科學(xué)導(dǎo)論水利科學(xué)導(dǎo)論 防洪問題防洪問題 水沙輸移問題水沙輸移問題 水電工程問題水電工程問題 河口治理問題河口治理問題 水土保持問題水土保持問題 港口工程問題港口工程問題航運工程問題航運工程問

9、題海岸工程問題海岸工程問題水利工程問題水利工程問題長江防洪問題長江防洪問題長江中下游河勢圖長江中下游河勢圖水利科學(xué)導(dǎo)論水利科學(xué)導(dǎo)論長江防洪問題長江防洪問題水利科學(xué)導(dǎo)論水利科學(xué)導(dǎo)論長江防洪問題長江防洪問題水利科學(xué)導(dǎo)論水利科學(xué)導(dǎo)論長江防洪問題長江防洪問題水利科學(xué)導(dǎo)論水利科學(xué)導(dǎo)論長江防洪問題長江防洪問題水利科學(xué)導(dǎo)論水利科學(xué)導(dǎo)論黃河防洪工程問題黃河防洪工程問題水利科學(xué)導(dǎo)論水利科學(xué)導(dǎo)論黃河防洪工程備料黃河防洪工程備料水沙輸移問題水沙輸移問題水利科學(xué)導(dǎo)論水利科學(xué)導(dǎo)論上游上游河道輸沙河道輸沙水庫水庫水沙調(diào)節(jié)水沙調(diào)節(jié)下游下游河道輸沙河道輸沙河口河口泥沙輸移泥沙輸移泥沙淤積泥沙淤積河道沖刷河道沖刷河口蝕退河口蝕

10、退微觀：泥沙輸移微觀：泥沙輸移宏觀：河床演變宏觀：河床演變泥沙輸移變化泥沙輸移變化導(dǎo)致河床演變導(dǎo)致河床演變河床演變改變河床演變改變河道輸沙河道輸沙模擬的科學(xué)問題模擬的科學(xué)問題水沙輸移問題水沙輸移問題水利科學(xué)導(dǎo)論水利科學(xué)導(dǎo)論河口河口延伸延伸規(guī)律規(guī)律變得變得復(fù)雜復(fù)雜河口蝕退河口蝕退波浪掀沙波浪掀沙潮流輸沙潮流輸沙水沙輸移問題水沙輸移問題水利科學(xué)導(dǎo)論水利科學(xué)導(dǎo)論水沙輸移問題水沙輸移問題水利科學(xué)導(dǎo)論水利科學(xué)導(dǎo)論水沙輸移問題水沙輸移問題水利科學(xué)導(dǎo)論水利科學(xué)導(dǎo)論水沙輸移問題水沙輸移問題水利科學(xué)導(dǎo)論水利科學(xué)導(dǎo)論水沙輸移問題水沙輸移問題水利科學(xué)導(dǎo)論水利科學(xué)導(dǎo)論水電工程問題水電工程問題水利科學(xué)導(dǎo)論水利科學(xué)導(dǎo)論長

11、江：長江：3838個個黃河：黃河：1515個個珠江：珠江：1919個個 水電工程問題水電工程問題水利科學(xué)導(dǎo)論水利科學(xué)導(dǎo)論水電工程問題水電工程問題水利科學(xué)導(dǎo)論水利科學(xué)導(dǎo)論水電工程問題水電工程問題水利科學(xué)導(dǎo)論水利科學(xué)導(dǎo)論水電工程問題水電工程問題水利科學(xué)導(dǎo)論水利科學(xué)導(dǎo)論水電工程問題水電工程問題水利科學(xué)導(dǎo)論水利科學(xué)導(dǎo)論河口治理工程問題河口治理工程問題水利科學(xué)導(dǎo)論水利科學(xué)導(dǎo)論河口治理工程問題河口治理工程問題水利科學(xué)導(dǎo)論水利科學(xué)導(dǎo)論回頭潮回頭潮一線潮一線潮十字交叉潮十字交叉潮碰頭潮碰頭潮水土保持工程問題水土保持工程問題水利科學(xué)導(dǎo)論水利科學(xué)導(dǎo)論水土保持工程問題水土保持工程問題水利科學(xué)導(dǎo)論水利科學(xué)導(dǎo)論港口工程

12、問題港口工程問題水利科學(xué)導(dǎo)論水利科學(xué)導(dǎo)論航運工程問題航運工程問題水利科學(xué)導(dǎo)論水利科學(xué)導(dǎo)論航運工程問題航運工程問題水利科學(xué)導(dǎo)論水利科學(xué)導(dǎo)論海岸工程問題海岸工程問題水利科學(xué)導(dǎo)論水利科學(xué)導(dǎo)論防洪工程問題防洪工程問題水利科學(xué)導(dǎo)論水利科學(xué)導(dǎo)論防洪工程問題防洪工程問題水利科學(xué)導(dǎo)論水利科學(xué)導(dǎo)論防洪工程問題防洪工程問題水利科學(xué)導(dǎo)論水利科學(xué)導(dǎo)論 荊江大堤上起荊州市區(qū)棗林崗，下止荊州市監(jiān)利縣城南，相應(yīng)樁號810+350628+000，全長182.35千米。為國家一級堤防。荊江大堤貫穿荊州市的荊州區(qū)、沙市區(qū)、江陵縣和監(jiān)利縣。 直接保護(hù)的范圍包括荊北的1100萬畝地，800萬人民的生命財產(chǎn)安全。長江黃金水道貫通全境，

13、沙洪公路走向與大堤平行，通過荊州城區(qū)，監(jiān)仙公路可與宜黃高速公路、207國道相連，對外交通十分方便。810+350 628+000 水利工程問題水利工程問題水利科學(xué)導(dǎo)論水利科學(xué)導(dǎo)論東線：長江下游東線：長江下游揚州引長江水到揚州引長江水到天津天津中線：漢江淘中線：漢江淘岔引水到北京岔引水到北京天津天津西線：長江上游西線：長江上游通天河引水到北通天河引水到北京天津京天津水利工程問題水利工程問題水利科學(xué)導(dǎo)論水利科學(xué)導(dǎo)論水利工程問題水利工程問題水利科學(xué)導(dǎo)論水利科學(xué)導(dǎo)論泥水環(huán)境工程問題泥水環(huán)境工程問題水利科學(xué)導(dǎo)論水利科學(xué)導(dǎo)論泥水環(huán)境工程問題泥水環(huán)境工程問題水利科學(xué)導(dǎo)論水利科學(xué)導(dǎo)論二、學(xué)科體系二、學(xué)科體系五

14、、學(xué)科基礎(chǔ)理論與方法五、學(xué)科基礎(chǔ)理論與方法水利科學(xué)導(dǎo)論水利科學(xué)導(dǎo)論水力學(xué)科基礎(chǔ)理論與方法水力學(xué)科基礎(chǔ)理論與方法河流動力學(xué)基礎(chǔ)理論與方法河流動力學(xué)基礎(chǔ)理論與方法河床演變學(xué)基礎(chǔ)理論與方法河床演變學(xué)基礎(chǔ)理論與方法河流物理模型理論及方法河流物理模型理論及方法河流數(shù)學(xué)模型基礎(chǔ)理論與方法河流數(shù)學(xué)模型基礎(chǔ)理論與方法5.1 水力學(xué)基礎(chǔ)理論與方法水力學(xué)基礎(chǔ)理論與方法水利科學(xué)導(dǎo)論水利科學(xué)導(dǎo)論hpwhgvpzgvpz222222221111靜水壓強及其分布規(guī)律靜水壓強及其分布規(guī)律水流運動的能量守恒及其轉(zhuǎn)化規(guī)律水流運動的能量守恒及其轉(zhuǎn)化規(guī)律h水從能量高的向能量低的地方運動水從能量高的向能量低的地方運動5.1 水力學(xué)基

15、礎(chǔ)理論與方法水力學(xué)基礎(chǔ)理論與方法水利科學(xué)導(dǎo)論水利科學(xué)導(dǎo)論計算水力學(xué)計算水力學(xué)0)(02fgAJxZgAAQxtQtQtA非恒定流水面線計算非恒定流水面線計算5.1 水力學(xué)基礎(chǔ)理論與方法水力學(xué)基礎(chǔ)理論與方法水利科學(xué)導(dǎo)論水利科學(xué)導(dǎo)論工程水力學(xué)工程水力學(xué)堰流及閘孔出流水力計算堰流及閘孔出流水力計算壩、堰、閘下流消能計算壩、堰、閘下流消能計算滲流計算滲流計算管道水擊計算管道水擊計算高速水流計算高速水流計算水利科學(xué)導(dǎo)論水利科學(xué)導(dǎo)論5.2河流動力學(xué)基礎(chǔ)理論與方法河流動力學(xué)基礎(chǔ)理論與方法長江水真渾長江水真渾黃河水真黃黃河水真黃黃河水電站排出的是黃河水電站排出的是水嗎水嗎?水利科學(xué)導(dǎo)論水利科學(xué)導(dǎo)論5.2 河流

16、動力學(xué)基礎(chǔ)理論與方法河流動力學(xué)基礎(chǔ)理論與方法水流能夠輸沙嗎水流能夠輸沙嗎黃河怎么了？沙黃河怎么了？沙多、輸?shù)眠h(yuǎn)、淤多、輸?shù)眠h(yuǎn)、淤得多得多水電站能通航嗎水電站能通航嗎?水利科學(xué)導(dǎo)論水利科學(xué)導(dǎo)論5.2河流動力學(xué)基礎(chǔ)理論與方法河流動力學(xué)基礎(chǔ)理論與方法電站何時淤死電站何時淤死長江不排洪水嗎長江不排洪水嗎河道上建筑物不防河道上建筑物不防礙行洪嗎礙行洪嗎?水利科學(xué)導(dǎo)論水利科學(xué)導(dǎo)論5.2河流動力學(xué)基礎(chǔ)理論與方法河流動力學(xué)基礎(chǔ)理論與方法在明渠水流運動下，研究液態(tài)中的固態(tài)運動在明渠水流運動下，研究液態(tài)中的固態(tài)運動主要研究：泥沙的沖瀉質(zhì)、懸移質(zhì)、推移質(zhì)的主要研究：泥沙的沖瀉質(zhì)、懸移質(zhì)、推移質(zhì)的基本運動規(guī)律基本運動

17、規(guī)律沖瀉質(zhì)：極細(xì)顆粒，滿足自動懸浮條件：泥沙顆粒重沖瀉質(zhì)：極細(xì)顆粒，滿足自動懸浮條件：泥沙顆粒重力作功對水流所提供的能量大于自身消耗的能量力作功對水流所提供的能量大于自身消耗的能量1*u這樣的泥沙很難落淤到河床上，而得于遠(yuǎn)距離的這樣的泥沙很難落淤到河床上，而得于遠(yuǎn)距離的輸送輸送水利科學(xué)導(dǎo)論水利科學(xué)導(dǎo)論5.2河流動力學(xué)基礎(chǔ)理論與方法河流動力學(xué)基礎(chǔ)理論與方法懸移質(zhì)運動：懸移質(zhì)運動： 滿足條件：滿足條件：531*u這樣的泥殺可以在水中作懸移運動，在一定的水這樣的泥殺可以在水中作懸移運動，在一定的水流條件下，它可以轉(zhuǎn)變?yōu)橥埔瀑|(zhì)，或者轉(zhuǎn)變?yōu)榇擦鳁l件下，它可以轉(zhuǎn)變?yōu)橥埔瀑|(zhì)，或者轉(zhuǎn)變?yōu)榇采迟|(zhì)，在床面淤存下來

18、，使河床發(fā)生變化。沙質(zhì)，在床面淤存下來，使河床發(fā)生變化。描述懸移質(zhì)運動的理論有：擴散理論：描述懸移質(zhì)運動的理論有：擴散理論：2222zSDySDySxSutSzysx水利科學(xué)導(dǎo)論水利科學(xué)導(dǎo)論5.2河流動力學(xué)基礎(chǔ)理論與方法河流動力學(xué)基礎(chǔ)理論與方法懸移質(zhì)運動：懸移質(zhì)運動： 懸移質(zhì)含沙量分布公式懸移質(zhì)含沙量分布公式H.Rouse(1938) 公式公式zaahayyhSS)(重力理論：懸移質(zhì)含沙量分布公式重力理論：懸移質(zhì)含沙量分布公式211)()1ln()1()(,deSSa水利科學(xué)導(dǎo)論水利科學(xué)導(dǎo)論5.2河流動力學(xué)基礎(chǔ)理論與方法河流動力學(xué)基礎(chǔ)理論與方法水流挾沙力：水流挾沙力：著名的張瑞謹(jǐn)公式：依據(jù)制紊

19、假說：攜帶懸移質(zhì)著名的張瑞謹(jǐn)公式：依據(jù)制紊假說：攜帶懸移質(zhì)運動的水流能耗，在同等條件下，較清水水流能運動的水流能耗，在同等條件下，較清水水流能耗為小耗為小msssvssvsghUSEQUJQUJSQUJSEEE)()1 (3*00水利科學(xué)導(dǎo)論水利科學(xué)導(dǎo)論5.2河流動力學(xué)基礎(chǔ)理論與方法河流動力學(xué)基礎(chǔ)理論與方法水流挾沙力：水流挾沙力：著名的維利堪諾夫公式：依據(jù)假說：攜帶懸移質(zhì)著名的維利堪諾夫公式：依據(jù)假說：攜帶懸移質(zhì)運動的水流能耗，在同等條件下，較清水水流能運動的水流能耗，在同等條件下，較清水水流能耗為大耗為大ghUS3*推移質(zhì)運動：推移質(zhì)運動：泥沙的起動公式：泥沙的起動公式： 著名的張瑞謹(jǐn)公式：

20、上舉著名的張瑞謹(jǐn)公式：上舉力、推移力、脈動壓力、重力、黏結(jié)力力、推移力、脈動壓力、重力、黏結(jié)力2/172.0)10000000605.06.17()(dhddhUsnpj（1)1)同等情況下，非均勻沙同等情況下，非均勻沙挾沙挾沙水流的能耗較清水水流能水流的能耗較清水水流能耗為小。耗為小。 基于這種發(fā)現(xiàn)，基于這種發(fā)現(xiàn)，首次首次得到了描述非均勻沙運動的水流得到了描述非均勻沙運動的水流挾沙力公式。挾沙力公式。mkgRsUbkPknrkkvS30*的關(guān)系kgRskvS*非均勻沙水流挾沙力公式：非均勻沙水流挾沙力公式：5.2河流動力學(xué)基礎(chǔ)理論與方法河流動力學(xué)基礎(chǔ)理論與方法（2 2）首次首次發(fā)現(xiàn)平面二維水

21、流運動其提供能、損失能、傳發(fā)現(xiàn)平面二維水流運動其提供能、損失能、傳遞能沿河寬成非均勻分布規(guī)律，并遞能沿河寬成非均勻分布規(guī)律，并首次首次提出能量守恒律。提出能量守恒律。zHuzuHzHu能量平衡方程式：能量平衡方程式：5.2河流動力學(xué)基礎(chǔ)理論與方法河流動力學(xué)基礎(chǔ)理論與方法（3 3）同等情況下，單位流條挾沙水流能耗較清水水流能）同等情況下，單位流條挾沙水流能耗較清水水流能耗為小，據(jù)此發(fā)現(xiàn)得到了二維耗為小，據(jù)此發(fā)現(xiàn)得到了二維水流挾沙力公式。水流挾沙力公式。平面二維水流挾沙力公式平面二維水流挾沙力公式：miigHsumikik*iS305.2河流動力學(xué)基礎(chǔ)理論與方法河流動力學(xué)基礎(chǔ)理論與方法水利科學(xué)導(dǎo)論

22、水利科學(xué)導(dǎo)論5.2河流動力學(xué)基礎(chǔ)理論與方法河流動力學(xué)基礎(chǔ)理論與方法推移質(zhì)運動：推移質(zhì)運動：泥沙的起動公式：泥沙的起動公式： 著名的竇國仁公式（上舉力、推移著名的竇國仁公式（上舉力、推移力、脈動壓力、重力、黏結(jié)力、薄膜水吸附力）力、脈動壓力、重力、黏結(jié)力、薄膜水吸附力） dhhhhhgdUaaas)740111()6 .4125. 6(推移質(zhì)輸沙率：推移質(zhì)輸沙率：著名的著名的 E.梅葉梅葉-彼得彼得 公式公式)()(125.0)(047.0)/(2/12/32/3sssgdhjkkg水利科學(xué)導(dǎo)論水利科學(xué)導(dǎo)論5.2 河流動力學(xué)基礎(chǔ)理論與方法河流動力學(xué)基礎(chǔ)理論與方法推移質(zhì)輸沙率：推移質(zhì)輸沙率：著名的

23、著名的 愛因斯坦愛因斯坦 公式公式 （從力學(xué)和統(tǒng)計學(xué)出發(fā)）（從力學(xué)和統(tǒng)計學(xué)出發(fā)）2/1)1()(32/1gdggsss著名的著名的 英格隆英格隆 公式公式 （從力學(xué)出發(fā)）（從力學(xué)出發(fā)）)7.0)(5.16.11*ccg水利科學(xué)導(dǎo)論水利科學(xué)導(dǎo)論5.3 河床演變學(xué)的基礎(chǔ)理論與方法河床演變學(xué)的基礎(chǔ)理論與方法廣義上：指研究河道生成和發(fā)展的歷史過程；廣義上：指研究河道生成和發(fā)展的歷史過程；狹義上：指研究近代河道的變化。狹義上：指研究近代河道的變化。河道演變原理：河道演變原理： 水流不平衡輸沙原理水流不平衡輸沙原理河道演變的根本動因：河道演變的根本動因： 水流與河床相互作用的水流與河床相互作用的結(jié)果，調(diào)節(jié)

24、這對矛盾的介質(zhì)是泥沙。水流是矛盾結(jié)果，調(diào)節(jié)這對矛盾的介質(zhì)是泥沙。水流是矛盾的主體，河床是矛盾的輔體，泥沙則是媒體，同的主體，河床是矛盾的輔體，泥沙則是媒體，同時泥沙也是矛盾調(diào)解結(jié)果的具體表現(xiàn)，最終反應(yīng)時泥沙也是矛盾調(diào)解結(jié)果的具體表現(xiàn)，最終反應(yīng)在河床的抬高和降低上在河床的抬高和降低上水利科學(xué)導(dǎo)論水利科學(xué)導(dǎo)論5.3 河床演變學(xué)的基礎(chǔ)理論與方法河床演變學(xué)的基礎(chǔ)理論與方法河道演變過程：絕對不變的河道是不存在的，相河道演變過程：絕對不變的河道是不存在的，相對不變的河道才是常存的。由于河道水流的作用，對不變的河道才是常存的。由于河道水流的作用，飽和挾沙水流將向河床沉淀泥沙，使河床淤積抬飽和挾沙水流將向河床

25、沉淀泥沙，使河床淤積抬高變形；非飽和挾沙水流將從河床淘刷泥沙，使高變形；非飽和挾沙水流將從河床淘刷泥沙，使河床降低變形。河床降低變形。河道演變的河道演變的“自動調(diào)整作用自動調(diào)整作用”：不管是沖刷還是不管是沖刷還是淤積，水流對河床的作用總是從淤積到少淤積、淤積，水流對河床的作用總是從淤積到少淤積、從沖刷到少沖刷的過程發(fā)展，并逐步趨向河道平從沖刷到少沖刷的過程發(fā)展，并逐步趨向河道平衡過程。衡過程。水利科學(xué)導(dǎo)論水利科學(xué)導(dǎo)論5.3 河床演變學(xué)的基礎(chǔ)理論與方法河床演變學(xué)的基礎(chǔ)理論與方法河道縱向變形：河道沿水流方向的縱向變化，使河道縱向變形：河道沿水流方向的縱向變化，使河道的縱向坡度發(fā)生變化。水庫泥沙淤積

26、，使河河道的縱向坡度發(fā)生變化。水庫泥沙淤積，使河道縱坡變緩；道縱坡變緩；河道橫向變形：河道橫向變形使河道在平面上發(fā)河道橫向變形：河道橫向變形使河道在平面上發(fā)生變化，微直的河道變得彎曲，彎曲的河道變得生變化，微直的河道變得彎曲，彎曲的河道變得更加彎曲。絕對直的河道是不存在的。更加彎曲。絕對直的河道是不存在的。河道演變是一種機械運動，河道不變形處于平衡河道演變是一種機械運動，河道不變形處于平衡狀態(tài)是相對的，河道變形處于不平衡狀態(tài)才使絕狀態(tài)是相對的，河道變形處于不平衡狀態(tài)才使絕對的對的水利科學(xué)導(dǎo)論水利科學(xué)導(dǎo)論5.3 河流物理模型理論與方法河流物理模型理論與方法它們外觀真的很象嗎？它們外觀真的很象嗎？

27、幾幾何何相相似似原原型型模模型型水利科學(xué)導(dǎo)論水利科學(xué)導(dǎo)論5.3 河流物理模型理論與方法河流物理模型理論與方法它們的重力成比率嗎？它們的重力成比率嗎？動力相似動力相似原原型型模模型型水利科學(xué)導(dǎo)論水利科學(xué)導(dǎo)論5.3 河流物理模型理論與方法河流物理模型理論與方法它們動得真象嗎？它們動得真象嗎？運動相似運動相似原原型型模模型型水利科學(xué)導(dǎo)論水利科學(xué)導(dǎo)論5.3 河流物理模型理論與方法河流物理模型理論與方法它們的形變真象嗎？它們的形變真象嗎？變變形形相相似似變形一變形一變形二變形二原原型型模模型型模模型型水利科學(xué)導(dǎo)論水利科學(xué)導(dǎo)論5.3 河流物理模型理論與方法河流物理模型理論與方法變形相似變形相似原型原型模型

28、模型運動相似運動相似重力相似重力相似幾何相似幾何相似水利科學(xué)導(dǎo)論水利科學(xué)導(dǎo)論5.3 河流物理模型理論與方法河流物理模型理論與方法 相似原理相似原理兩個機械力學(xué)范疇的物質(zhì)系統(tǒng)相似，必須：兩個機械力學(xué)范疇的物質(zhì)系統(tǒng)相似，必須：幾何相似、運動過程的屬性相同、同類性質(zhì)的量具幾何相似、運動過程的屬性相同、同類性質(zhì)的量具有同一比值有同一比值變形相似變形相似運動相似運動相似重力相似重力相似幾何相似幾何相似lmyllumyuufmyff相似指示數(shù)等于相似指示數(shù)等于常數(shù)為相似準(zhǔn)則常數(shù)為相似準(zhǔn)則水利科學(xué)導(dǎo)論水利科學(xué)導(dǎo)論5.3 河流物理模型理論與方法河流物理模型理論與方法 相似原理相似原理兩個機械力學(xué)范疇的物質(zhì)系統(tǒng)

29、相似，必須受到相似兩個機械力學(xué)范疇的物質(zhì)系統(tǒng)相似，必須受到相似指示數(shù)控制指示數(shù)控制相似指示數(shù)等于常數(shù)為相似準(zhǔn)則相似指示數(shù)等于常數(shù)為相似準(zhǔn)則）（相似指示數(shù)則取，模型原型constumdtdumfumttuummffdtdumfdtdumfmmtfmmmmmmtfmtymuymmymfymmmmyyyy1,水利科學(xué)導(dǎo)論水利科學(xué)導(dǎo)論5.4 河流數(shù)學(xué)模型理論與方法河流數(shù)學(xué)模型理論與方法物理模型以物體按一定比例來定義機械運動的物質(zhì)系統(tǒng)物理模型以物體按一定比例來定義機械運動的物質(zhì)系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型以等值物理方程數(shù)字化來定義機械運動的物數(shù)學(xué)模型以等值物理方程數(shù)字化來定義機械運動的物質(zhì)系統(tǒng)質(zhì)系統(tǒng)自然電站大壩自然電站

30、大壩通過相似律通過相似律通過物理控制方程和地理通過物理控制方程和地理信息數(shù)字化和可視化手段信息數(shù)字化和可視化手段物理實體模型物理實體模型數(shù)學(xué)數(shù)字模型數(shù)學(xué)數(shù)字模型5.4 河流數(shù)學(xué)模型理論與方法河流數(shù)學(xué)模型理論與方法水利科學(xué)導(dǎo)論水利科學(xué)導(dǎo)論水文學(xué)水文學(xué)流體流體力學(xué)力學(xué)兩相流兩相流動力學(xué)動力學(xué)河床河床演變學(xué)演變學(xué)計算機計算機科學(xué)科學(xué)地貌學(xué)地貌學(xué)地理學(xué)地理學(xué)生態(tài)生態(tài)環(huán)境學(xué)環(huán)境學(xué)數(shù)學(xué)數(shù)學(xué)河流河流動力學(xué)動力學(xué)主要特點主要特點-多學(xué)科交叉多學(xué)科交叉隸屬學(xué)科隸屬學(xué)科-河流動力學(xué)河流動力學(xué)河流動力學(xué)河流動力學(xué)河流數(shù)值模擬河流數(shù)值模擬5.4 河流數(shù)學(xué)模型理論與方法河流數(shù)學(xué)模型理論與方法水利科學(xué)導(dǎo)論水利科學(xué)導(dǎo)論河流

31、數(shù)學(xué)模型河流數(shù)學(xué)模型物理系統(tǒng)物理系統(tǒng)數(shù)學(xué)系統(tǒng)數(shù)學(xué)系統(tǒng)理論基礎(chǔ)理論基礎(chǔ)計算依據(jù)計算依據(jù)數(shù)數(shù)值值方方法法物理數(shù)值參數(shù)物理數(shù)值參數(shù)微分方程微分方程本構(gòu)方程本構(gòu)方程邊界條件邊界條件數(shù)值方程數(shù)值方程數(shù)值邊界條件數(shù)值邊界條件數(shù)值本構(gòu)方程數(shù)值本構(gòu)方程數(shù)值參數(shù)數(shù)值參數(shù)物理系統(tǒng)和數(shù)學(xué)系統(tǒng)物理系統(tǒng)和數(shù)學(xué)系統(tǒng)理論體系理論體系-5.4 河流數(shù)學(xué)模型理論與方法河流數(shù)學(xué)模型理論與方法水利科學(xué)導(dǎo)論水利科學(xué)導(dǎo)論可溶性物質(zhì)輸移與三維動態(tài)過程可溶性物質(zhì)輸移與三維動態(tài)過程六、學(xué)科專業(yè)理論、人才培養(yǎng)與六、學(xué)科專業(yè)理論、人才培養(yǎng)與工程的貢獻(xiàn)工程的貢獻(xiàn)水利科學(xué)導(dǎo)論水利科學(xué)導(dǎo)論學(xué)科專業(yè)創(chuàng)建與完善學(xué)科專業(yè)創(chuàng)建與完善學(xué)科專業(yè)理論突出貢獻(xiàn)學(xué)科專業(yè)理論突出貢獻(xiàn)學(xué)科專業(yè)工程建設(shè)的突出貢獻(xiàn)學(xué)科專業(yè)工程建設(shè)的突出貢獻(xiàn)學(xué)科專業(yè)全國高層管理技術(shù)人員的培養(yǎng)學(xué)科專業(yè)全國高層管理技術(shù)人員的培養(yǎng)學(xué)科專業(yè)研究領(lǐng)域拓展的貢獻(xiàn)學(xué)科專業(yè)研究領(lǐng)域拓展的貢獻(xiàn)六、學(xué)科專業(yè)理論與工程的貢獻(xiàn)六、學(xué)科專業(yè)理論與工程的貢獻(xiàn)水利科學(xué)導(dǎo)論水利科學(xué)導(dǎo)