河流動(dòng)力學(xué)復(fù)習(xí)整理

河流動(dòng)力學(xué)復(fù)習(xí)整理(0)河流動(dòng)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(yùn)動(dòng)規(guī)律與河床演變規(guī)律及其應(yīng)用的學(xué)科。主要研究?jī)?nèi)容:水流結(jié)構(gòu):研究水流內(nèi)部運(yùn)動(dòng)特征及運(yùn)動(dòng)要素的空間分布；泥沙運(yùn)動(dòng):研究泥沙沖刷、搬運(yùn)與堆積的機(jī)理；河床演變:研究河流的河床形態(tài)、演變規(guī)律以及人為干擾弓I起的再造床過(guò)程河床變形預(yù)測(cè):研究預(yù)測(cè)水流、泥沙運(yùn)動(dòng)及河床沖淤演變的方法、研究方法:理論分析，室內(nèi)試驗(yàn)，現(xiàn)場(chǎng)觀(guān)測(cè)，數(shù)值計(jì)算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(xiàn)層，也成粘滯底層，切應(yīng)力只有粘滯切力，流速按直線(xiàn)分布2、過(guò)渡層，粘滯切力與紊動(dòng)切力同時(shí)存在流動(dòng)就是層流與紊流的過(guò)渡區(qū)，該層沒(méi)有統(tǒng)一的流速分布公式,近似按直線(xiàn)層或?qū)?shù)層公式計(jì)算3、對(duì)數(shù)層，切應(yīng)力主要就是紊動(dòng)切應(yīng)力，流速按對(duì)數(shù)分布4夕卜層區(qū)、在對(duì)數(shù)層以上到水面的區(qū)間切力主要就是紊動(dòng)力，流速分布常以缺速公式表示，故也稱(chēng)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(jiàn)pptl76頁(yè)明渠二維流的阻力損失表達(dá)方式:見(jiàn)pptl77頁(yè)⑶按運(yùn)動(dòng)狀態(tài)分泥沙的運(yùn)動(dòng)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(yùn)動(dòng)特點(diǎn):間歇性、置換性、速度小、跳躍性、數(shù)量少、消耗時(shí)均能量懸移質(zhì)泥沙運(yùn)動(dòng)特點(diǎn):速度大、懸浮性、置換性、數(shù)量多、消耗紊動(dòng)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、前者就是非造床質(zhì)泥沙，后者就是造床質(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(yùn)動(dòng)方式分;后者按造床作用、顆粒大小與泥沙來(lái)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就是較小的重度(密度)差異，如果其中一種流體沿著交界面的方向流動(dòng)，在流動(dòng)過(guò)程中不與其它流體發(fā)生全局性的摻混現(xiàn)象的運(yùn)動(dòng)。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(xiàn)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(yùn)動(dòng)來(lái)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(yùn)動(dòng)過(guò)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(guān)點(diǎn)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(duì)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(xiàn)分布規(guī)律有哪些方法:1、Rouse公式2、張瑞瑾公式3重力理論一維利卡諾夫公。、Rouse方程及其中懸浮指標(biāo)Z的意義與如何計(jì)算:zaahayyhSS??????-?-二,*=kUz3,實(shí)際代表了重力作用與紊動(dòng)擴(kuò)散作用的相互關(guān)系Rouse公式主要缺點(diǎn):計(jì)算得到的水面含沙量恒等于零床面含沙量為無(wú)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(shí)間內(nèi)所能挾帶并通過(guò)河段下泄的懸移質(zhì)中床沙質(zhì)的數(shù)量。水流挾沙力:就是指在一定水流、泥沙及邊界條件下，水流所能挾帶的包括推移質(zhì)與懸移質(zhì)在內(nèi)的全部沙量。如何用愛(ài)因斯坦公式計(jì)算懸移質(zhì)泥沙輸沙率+??????=*21'2.30lg303.26.11IIkhaSUgsvassy用愛(ài)因斯坦公式計(jì)算挾沙力:啊丫YY213??????-=ssbgDgppt5102頁(yè)⑹河床演變定義及其根本性原因就是:自然條件及人類(lèi)活動(dòng)影響下河床所發(fā)生的變化過(guò)程輸沙不平衡河床調(diào)節(jié)作用:調(diào)整方向就是從輸沙不平衡向平衡的方向發(fā)展，通過(guò)改變河寬、水深、比降、床沙組成使挾沙力與來(lái)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(zhǎng)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(zhǎng)。3、縱向變化:彎道段洪水期沖刷而枯水期淤積，過(guò)渡段則相反;突變:包括自然裁彎，撇彎與切灘等類(lèi)型。影響河床演變的主要因素:1、來(lái)水量及其變化過(guò)程2、來(lái)沙量、來(lái)沙組成及其變化過(guò)程3、河段出口處的侵蝕基點(diǎn)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(zhǎng)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）與表達(dá)來(lái)水來(lái)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(chēng)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(guò)程的綜合作用相當(dāng)?shù)哪骋环N流量。實(shí)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(lái)源就是什么？河流泥沙的最根本來(lái)源就是巖石的風(fēng)化2、 形成泥沙主要風(fēng)化類(lèi)型就是什么？風(fēng)化種類(lèi)：物理風(fēng)化:巖石在原地發(fā)生的崩解化學(xué)風(fēng)化:巖石發(fā)生的蝕變（溶解、水解、碳酸鹽化）生物風(fēng)化：3、 泥沙粒徑的常用表示計(jì)算方法就是什么？等容粒徑：篩分粒徑沉降粒徑4、 級(jí)配曲線(xiàn)及其粒徑分布特征值有哪些？粒徑分布的特征值上限粒彳一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。？D50——中值粒徑，小于該粒徑與大于該粒徑的泥沙顆粒各占50%。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。Dmg——幾何平均粒徑，即粒徑取對(duì)數(shù)后進(jìn)行平均運(yùn)算，最終求得的平均粒徑值稱(chēng)為幾何平均粒徑。反映沙樣的代表粒徑均方差s:表示泥沙組成的非均勻程度二0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？⑴泥沙顆粒大小的影響:顆粒越大,gs'越大變化范圍小;顆粒越小gs'越小，變化范圍大。⑵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。⑶泥沙淤積歷時(shí)的影響:沉積越短,gs'越小;沉積越長(zhǎng),gs'越大然后趨于穩(wěn)定值;大顆粒穩(wěn)定歷時(shí)短,細(xì)顆粒穩(wěn)定歷時(shí)長(zhǎng)。⑷泥沙組成的影響:組成越均勻,孔隙率越大,gs'越小組成越不均勻,孔隙率越小,gs'越大。6、 什么就是泥沙的沉速？泥沙沉降有哪幾種運(yùn)動(dòng)形式？所謂泥沙的沉降速度:一般都就是指達(dá)到等速運(yùn)動(dòng)以后的下沉速度。當(dāng)Red較小時(shí)，顆粒沉降屬于層流狀態(tài)當(dāng)Red較大時(shí)，顆粒沉降屬于過(guò)度狀態(tài)當(dāng)Red很大時(shí)，顆粒沉降屬于紊流狀態(tài)第4章泥沙的推移質(zhì)運(yùn)動(dòng)1、 泥沙的起動(dòng)條件有哪些？起動(dòng)流速與起動(dòng)拖曳力如何計(jì)算？泥沙的起動(dòng)條件:泥沙顆粒由靜止?fàn)顟B(tài)轉(zhuǎn)為運(yùn)動(dòng)狀態(tài)時(shí)的臨界水流條件。起動(dòng)條件可以用流速、拖曳力與功率來(lái)表示。Einstein統(tǒng)一流速公式⑴沙莫夫公式⑵崗恰洛夫公式⑶巴芬頓(Buffington)(1998):^然沙)起動(dòng)拖應(yīng)力①、曲線(xiàn)為馬鞍形在附近，亦即近壁層流層厚度與床沙粒徑接近時(shí),泥沙最容易起動(dòng)，此時(shí)有此即曲線(xiàn)的最低點(diǎn)②、床面處于光滑區(qū)時(shí)需要更大的拖曳力才能使其運(yùn)動(dòng)。在時(shí)也即，希爾茲曲線(xiàn)成為一條斜率為-1的直線(xiàn)，該直線(xiàn)的方程為此時(shí)起動(dòng)拖曳力與泥沙粒徑無(wú)關(guān)。③、時(shí)，即時(shí)，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遇起動(dòng)拖曳力相應(yīng)加大。在以后,Shields曲線(xiàn)近似水平Shields數(shù)接近常()gDkRUssccYYYX-O=)27.12lg(75.56/13/16/14.61.65)0.2mmsm,(144.1hDUDDhgDUcssc^^'?->'?'?'?'?'?-^^二對(duì)于天然沙：制，YYYYYY)mm5.1~08.0,sm,(8.8lg07.195=-??????=DgDDhUsc制YYYgDDRUc)27.12lg()79.1?28.1(95x=()03.0=-=Dsccyyt0()vyyt/12.0*DUDsc=-()06.0=-=DsccYYT。數(shù)2、 泥沙起動(dòng)臨界狀態(tài)的判別？克雷默的定性標(biāo)準(zhǔn):她將推移質(zhì)運(yùn)動(dòng)劃分為四個(gè)階段：(1)靜止——無(wú)泥沙運(yùn)動(dòng),全部床沙處于靜止?fàn)顟B(tài)；（2） 弱動(dòng)——輕微的泥沙運(yùn)動(dòng)，有屈指可數(shù)的泥沙在推移運(yùn)動(dòng)；（3） 中動(dòng)一一中等強(qiáng)度的泥沙運(yùn)動(dòng),推移質(zhì)泥沙運(yùn)動(dòng)已達(dá)到無(wú)法計(jì)數(shù)的程度；（4） 普動(dòng)——普遮性的泥沙運(yùn)動(dòng)，引起床面外形的改變。3、 何為泥沙的止動(dòng)流速、不動(dòng)流速與揚(yáng)動(dòng)流速，它們與起動(dòng)流速有何關(guān)系？止動(dòng)流速：泥沙由運(yùn)動(dòng)狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)殪o止?fàn)顟B(tài)的臨界垂線(xiàn)平均流速稱(chēng)為止動(dòng)流速。止動(dòng)流速與起動(dòng)流速的關(guān)系揚(yáng)動(dòng)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(xiàn)平均流速。4、 沙波的型態(tài)、運(yùn)動(dòng)特性、類(lèi)型？沙波發(fā)展消亡的過(guò)程有哪些階段？最常見(jiàn)的有哪幾個(gè)？沙波的剖面形態(tài)：1波峰:沙波向上隆起的最高點(diǎn)。波谷:沙波向下凹入之處（沙波的最低點(diǎn)）。波長(zhǎng)相鄰兩波峰或波谷之間的距離入。波高:波谷至波峰的鉛直距離Ao運(yùn)動(dòng)特性：流速大的地方，泥沙運(yùn)動(dòng)速度快;流速小的地方，泥沙運(yùn)動(dòng)速度慢。流速正的地方，泥沙向下游運(yùn)動(dòng);流速負(fù)的地方，泥沙向上游運(yùn)動(dòng)。3水流的停滯點(diǎn)，同時(shí)也就是泥沙的停滯點(diǎn)。4迎流面流速大,流速逐漸增加，泥沙運(yùn)動(dòng)逐漸增強(qiáng)，在波峰處達(dá)到最大值。當(dāng)沙粒越過(guò)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(guò)波谷，而到達(dá)下一個(gè)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(gè)停滯點(diǎn)（漩渦區(qū)）內(nèi)沉積下來(lái)。沙波的類(lèi)型:按形態(tài)分⑴帶狀（順直）沙波⑵斷續(xù)蛇曲（彎曲）狀沙波⑶新月形沙波⑷舌狀沙波按尺度分：①、最小尺度的沙波沙紋特點(diǎn):波長(zhǎng)較小，波高較低，波長(zhǎng)、波高尺度以厘米計(jì)，泥沙粒徑比較細(xì)。、中等尺度的沙波沙壟特點(diǎn):尺度變幅大,泥沙粒徑越細(xì)、波長(zhǎng)越