河流動力學(xué)復(fù)習(xí)整理

1、（0）河流動力學(xué)概念:研究沖積河流在自然狀態(tài)下以及受人工建筑物影響以后河道水流、泥沙運動規(guī)律和河床演變規(guī)律及其應(yīng)用的學(xué)科。主要研究內(nèi)容: 水流結(jié)構(gòu)：研究水流內(nèi)部運動特征及運動要素的空間分布;泥沙運動：研究泥沙沖刷、搬運和堆積的機(jī)理; 河床演變：研究河流的河床形態(tài)、演變規(guī)律以及人為干擾引起的再造床過程; 河床變形預(yù)測：研究預(yù)測水流、泥沙運動及河床沖淤演變的方法.研究方法: 理論分析, 室內(nèi)試驗,現(xiàn)場觀測，數(shù)值計算（1）河道水流的基本特性：河道水流的二相特性；河道水流的三維性；河道水流的不恒定性；河道水流的不均勻性河道水流的水流結(jié)構(gòu)：主流，副流，環(huán)流二維明渠流速的分布規(guī)律：1.直線層，也成粘滯底層

2、，切應(yīng)力只有粘滯切力，流速按直線分布2.過渡層，粘滯切力與紊動切力同時存在，流動是層流和紊流的過渡區(qū)，該層沒有統(tǒng)一的流速分布公式，近似按直線層或?qū)?shù)層公式計算3.對數(shù)層，切應(yīng)力主要是紊動切應(yīng)力，流速按對數(shù)分布4外層區(qū).在對數(shù)層以上到水面的區(qū)間，切力主要是紊動力，流速分布常以缺速公式表示，故也稱缺速區(qū)。流速分布要受上部邊界影響，與邊壁糙率也有一定關(guān)系。河道水流阻力分解圖：見ppt1 76頁明渠二維流的阻力損失表達(dá)方式：見ppt1 77頁（3）按運動狀態(tài)分，泥沙的運動形式有：（床沙），推移質(zhì)、懸移質(zhì)泥沙交換現(xiàn)象：推移質(zhì)泥沙運動特點：間歇性、置換性、速度小、跳躍性、數(shù)量少、消耗時均能量懸移質(zhì)泥沙運動

3、特點：速度大、懸浮性、置換性、數(shù)量多、消耗紊動能沖泄質(zhì)：河流挾帶的泥沙中粒徑較細(xì)的部分，且在河床中數(shù)量很少或基本不存在的泥沙。床沙質(zhì)：河流挾帶的泥沙中粒徑較粗的部分，且在河床中大量存在的泥沙。兩者主要區(qū)別：1.前者是非造床質(zhì)泥沙，后者是造床質(zhì)。2.前者粒徑較小，后者粒徑較大3.前者在水流中的含量不僅取決于水流條件，還與河段上游流域供沙條件有關(guān)。推移質(zhì)懸移質(zhì)與床沙質(zhì)沖泄質(zhì)命名的區(qū)別：前者按運動方式分；后者按造床作用、顆粒大小和泥沙來源分。異重流：兩種或兩種以上的流體相互接觸，而流體間有一定的但是較小的重度（密度）差異，如果其中一種流體沿著交界面的方向流動，在流動過程中不與其它流體發(fā)生全局性的摻混

4、現(xiàn)象的運動。異重流主要特征：（1）異重流的重度差很小，重力作用小，慣性作用大（2）具有翻越障礙以及爬高的能力（5）泥沙懸浮機(jī)理：含沙量具有上稀下濃的沿垂線梯度。泥沙懸浮擴(kuò)散理論：基于泥沙顆粒在紊流中隨機(jī)運動來求解泥沙濃度垂向分布的理論重力理論：挾帶懸移質(zhì)的水流在運動過程中要消耗能量。所消耗能量分為兩部分，一部分用于克服邊界的阻力；另一部分用于維持懸移質(zhì)的懸浮。重力理論的觀點認(rèn)為，懸移質(zhì)的比重一般比水大得多，要使它在水里不下沉，水流必須對它做功以維持懸浮，即水流必須為此而消耗能量。推求懸移質(zhì)含沙量沿垂線分布規(guī)律有哪些方法：1.Rouse公式2. 張瑞瑾公式3重力理論維利卡諾夫公。.Rouse方程

5、及其中懸浮指標(biāo)Z的意義和如何計算：，實際代表了重力作用與紊動擴(kuò)散作用的相互關(guān)系Rouse公式主要缺點：計算得到的水面含沙量恒等于零，床面含沙量為無窮。含沙量幾種不同的表達(dá)方式: 流量平均含沙量；面積平均含沙量懸移質(zhì)輸沙率：一定的水流與河床組成條件下，水流在單位時間內(nèi)所能挾帶并通過河段下泄的懸移質(zhì)中床沙質(zhì)的數(shù)量。水流挾沙力：是指在一定水流、泥沙及邊界條件下，水流所能挾帶的包括推移質(zhì)和懸移質(zhì)在內(nèi)的全部沙量。如何用愛因斯坦公式計算懸移質(zhì)泥沙輸沙率： 用愛因斯坦公式計算挾沙力： ppt5 102頁（6）河床演變定義及其根本性原因是：自然條件及人類活動影響下河床所發(fā)生的變化過程；輸沙不平衡河床調(diào)節(jié)作用：

6、調(diào)整方向是從輸沙不平衡向平衡的方向發(fā)展，通過改變河寬、水深、比降、床沙組成使挾沙力與來沙相適應(yīng)。河床演變的基本規(guī)律：一般演變：1、平面變化：蜿蜒曲折的程度不斷加劇，河長增加，曲折系數(shù)加大。2、橫向變化：表現(xiàn)為凹岸崩退，凸岸淤長。3、縱向變化：彎道段洪水期沖刷而枯水期淤積，過渡段則相反；突變：包括自然裁彎，撇彎和切灘等類型。影響河床演變的主要因素：1.來水量及其變化過程2. 來沙量、來沙組成及其變化過程3. 河段出口處的侵蝕基點高程，即河段的比降4. 河床周界條件，即河段所在區(qū)域的地貌條件。河相關(guān)系：能夠自由發(fā)展的沖積平原河流的河床，在水流的長期作用下，有可能形成與所在河段具體條件相適應(yīng)的某種均

7、衡的河床形態(tài)，在這種均衡狀態(tài)的有關(guān)因子（如水深、河寬、比降等）和表達(dá)來水來沙條件（如流量、含沙量、泥沙粒徑等）及河床地質(zhì)條件的特征物理量之間，常存在某種函數(shù)關(guān)系，這種函數(shù)關(guān)系稱為河相關(guān)系或均衡關(guān)系。造床流量：造床作用與多年流量過程的綜合作用相當(dāng)?shù)哪骋环N流量。實際工作中造床流量如何確定：1. 馬卡維也夫法2. 平灘水位法3. 采用某一頻率或重現(xiàn)期的流量作為造床流量4. 有效輸沙流量法河床穩(wěn)定性指標(biāo)有哪些?主要取決于什么？河彎的形態(tài)有哪些：第2章 泥沙的一般特性1、河流泥沙的最根本來源是什么？河流泥沙的最根本來源是巖石的風(fēng)化2、形成泥沙主要風(fēng)化類型是什么？ 風(fēng)化種類：ü 物理風(fēng)化：巖石在

8、原地發(fā)生的崩解ü 化學(xué)風(fēng)化：巖石發(fā)生的蝕變（溶解、水解、碳酸鹽化）ü 生物風(fēng)化：3、泥沙粒徑的常用表示計算方法是什么？ 等容粒徑:篩分粒徑沉降粒徑4、級配曲線及其粒徑分布特征值有哪些？粒徑分布的特征值Ø 上限粒徑在總沙樣中占某重量百分?jǐn)?shù)的泥沙的上限粒徑。如D5,D10,D50等等。Ø D50中值粒徑，小于該粒徑和大于該粒徑的泥沙顆粒各占50%。Ø Dm平均粒徑，即各粒徑組平均粒徑的重量百分比的加權(quán)平均值。Ø Dmg幾何平均粒徑，即粒徑取對數(shù)后進(jìn)行平均運算，最終求得的平均粒徑值稱為幾何平均粒徑。反映沙樣的代表粒徑Ø 均方差s

9、：表示泥沙組成的非均勻程度,0均勻，越大越不均勻，反映沙樣粒徑的變化范圍大小。5、影響泥沙的干容重有哪些主要因素？泥沙顆粒大小的影響：顆粒越大， gs越大，變化范圍??；顆粒越小， gs越小，變化范圍大。泥沙淤積厚度的影響：淤積越厚， gs越大，變化范圍越小； 淤積越淺， gs越小，變化范圍越大。泥沙淤積歷時的影響：沉積越短， gs越小； 沉積越長， gs越大，然后趨于穩(wěn)定值； 大顆粒穩(wěn)定歷時短，細(xì)顆粒穩(wěn)定歷時長。泥沙組成的影響：組成越均勻，孔隙率越大， gs越?。?組成越不均勻，孔隙率越小， gs越大。6、什么是泥沙的沉速？泥沙沉降有哪幾種運動形式？所謂泥沙的沉降速度:一般都是指達(dá)到等速運動以

10、后的下沉速度。當(dāng)Red較小時，顆粒沉降屬于層流狀態(tài)當(dāng)Red較大時，顆粒沉降屬于過度狀態(tài)當(dāng)Red很大時，顆粒沉降屬于紊流狀態(tài)第 4章 泥沙的推移質(zhì)運動1、泥沙的起動條件有哪些？起動流速和起動拖曳力如何計算？泥沙的起動條件：泥沙顆粒由靜止?fàn)顟B(tài)轉(zhuǎn)為運動狀態(tài)時的臨界水流條件。起動條件可以用流速、拖曳力和功率來表示。Einstein統(tǒng)一流速公式 沙莫夫公式崗恰洛夫公式（3）巴芬頓(Buffington)(1998)：（天然沙）起動拖應(yīng)力、曲線為馬鞍形，在 附近，亦即近壁層流層厚度與床沙粒徑接近時，泥沙最容易起動， 此時有 此即曲線的最低點、床面處于光滑區(qū)時，需要更大的拖曳力才能使其運動。 在 時，也即

11、，希爾茲曲線成為一條斜率為-1的直線，該直線的方程為 此時起動拖曳力與泥沙粒徑無關(guān)。、 時，即 時，近壁層流層（邊界層）不起隱蔽作用，隨著粒徑的加大，泥沙重力作用增強(qiáng)，起動拖曳力相應(yīng)加大。在 以后，Shields曲線近似水平，Shields數(shù)接近常數(shù)2、泥沙起動臨界狀態(tài)的判別？克雷默的定性標(biāo)準(zhǔn)：他將推移質(zhì)運動劃分為四個階段：（1）靜止無泥沙運動，全部床沙處于靜止?fàn)顟B(tài)；（2）弱動輕微的泥沙運動，有屈指可數(shù)的泥沙在推移運動； （3）中動中等強(qiáng)度的泥沙運動，推移質(zhì)泥沙運動已達(dá)到無法計數(shù)的程度；（4）普動普遮性的泥沙運動，引起床面外形的改變。3、何為泥沙的止動流速、不動流速與揚動流速，它們和起動流速有

12、何關(guān)系？止動流速： 泥沙由運動狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)殪o止?fàn)顟B(tài)的臨界垂線平均流速稱為止動流速。止動流速與起動流速的關(guān)系揚動流速： 指床面泥沙由靜止?fàn)顟B(tài)直接轉(zhuǎn)入懸移狀態(tài)的臨界垂線平均流速。4、沙波的型態(tài)、運動特性、類型？沙波發(fā)展消亡的過程有哪些階段？最常見的有哪幾個？沙波的剖面形態(tài)：1波峰：沙波向上隆起的最高點。 波谷：沙波向下凹入之處（沙波的最低點）。 波長：相鄰兩波峰或波谷之間的距離。 波高：波谷至波峰的鉛直距離。運動特性： 流速大的地方，泥沙運動速度快；流速小的地方，泥沙運動速度慢。 流速正的地方，泥沙向下游運動；流速負(fù)的地方，泥沙向上游運動。 水流的停滯點，同時也是泥沙的停滯點。 迎流面流速大，流速逐

13、漸增加，泥沙運動逐漸增強(qiáng)，在波峰處達(dá)到最大值。 當(dāng)沙粒越過波峰以后，沙粒受重力及漩渦作用而落入波谷，其中較細(xì)的一部分泥沙有可能越過波谷，而到達(dá)下一個迎流面上繼續(xù)前進(jìn)，絕大部分泥沙將落入波谷區(qū)在兩個停滯點（漩渦區(qū)）內(nèi)沉積下來。沙波的類型：按形態(tài)分帶狀(順直)沙波斷續(xù)蛇曲(彎曲)狀沙波新月形沙波舌狀沙波按尺度分：、最小尺度的沙波 沙紋 特點：波長較小，波高較低，波長、波高尺度以厘米計，泥沙粒徑比較細(xì)。、中等尺度的沙波 沙壟 特點：尺度變幅大，泥沙粒徑越細(xì)、波長越大。、最大尺度的沙波 沙丘（沙灘） 特點：泥沙成型堆積體。沙波的產(chǎn)生和消亡的過程：依據(jù)不同的水流條件存在靜平整、沙紋、沙壟、動平整、沙浪、

14、碎浪、急灘和深潭等階段。5、河床床面形態(tài)判別的主要無量綱力學(xué)參數(shù)是哪三個？1）希爾茲數(shù) （Shields數(shù)）-描述泥沙起動的重要指標(biāo) （2）沙粒雷諾數(shù)（Re*）-決定沙紋運動的重要力學(xué)參數(shù) （3）弗汝德數(shù)（Fr）-決定水流流態(tài)的重要參數(shù) 6、河道綜合阻力由哪些部分組成？沿程阻力 ：河底的床面阻力河岸、邊壁阻力局部阻力：河流的平面形態(tài)特征；河灣、河谷的突然擴(kuò)寬等；孤立的特大粗糙，如孤石、小島。潛灘等7、何為動床阻力？它與定床阻力有何不同？水力半徑分割法和能坡分割法的計算公式有何不同？動床阻力：沖積河流由可動的泥沙組成，常有沙紋、沙壟、沙浪等沙波形態(tài)出現(xiàn)，邊界和阻力是在不停地發(fā)生變化，與

15、定床阻力有較大差別。定床阻力：固定邊壁表面摩擦阻力，它不隨水流條件而變化。能坡分割法：如果把水力半徑看成是整個過水?dāng)嗝鎺缀涡螒B(tài)的表征值，不因不同的阻力單元而異，則能坡必須分成兩部分，一部分 與河床阻力相應(yīng)，另一部分 與河岸阻力相應(yīng)，這時河岸阻力和河床阻力的表達(dá)式分別為物理意義：能量消耗一部分傳遞到Jw，一部分傳遞到Jb水力半徑分割法：把能坡J看成不變，、而只把水力半徑按不同阻力單元河底、河岸（邊壁）分開物理意義：能量來自哪個區(qū)域就消耗在哪個區(qū)域8、何為推移質(zhì)輸沙率？可以從哪些途徑進(jìn)行研究？與流速的關(guān)系如何？推移質(zhì)泥沙輸沙率：在一定水力、泥沙條件下，單位時間內(nèi)誦過過水?dāng)嗝娴耐埔瀑|(zhì)數(shù)量稱為推移質(zhì)輸沙率，用Gb表示，單位：kg/s，t/s可研究的途徑：（1）以流速為主要參變數(shù)考慮問題；前蘇聯(lián)（2）以拖曳力為主要參變數(shù)考慮部題； Duboys,Mayer-Peter（3）根據(jù)能量平衡