大學(xué)課程：河流動力學(xué)總結(jié)

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輸沙率愈大。16、以拖曳力為主要參數(shù)的公式，其基本認(rèn)識是拖曳力與起動拖曳力的差值愈大，推移質(zhì)數(shù)量率也愈大。17、推導(dǎo)均勻沙推移質(zhì)輸沙率公式，從兩個概念出發(fā)：泥沙的沉積率：單位時間單位面積的床面上沉落的泥沙的質(zhì)量；泥沙的沖刷率：單位時間上從單位面積的床面上沖起的泥沙量。第三章懸移質(zhì)運動1、泥沙按照其運動形式的不同，可分為推移質(zhì)和懸移質(zhì)；而按照其相對與床沙組成的粗細(xì)及來源的不同，運動泥沙又可分為床沙質(zhì)和沖瀉質(zhì)。2、床沙質(zhì)：懸移質(zhì)中較粗的一部分以及絕大部分推移質(zhì)來自相鄰的上游段及本河段的河床，是從床沙中被帶起進(jìn)入運動的泥沙；床沙質(zhì)與河床的沖淤變化有密切的聯(lián)系，所以又稱“造床質(zhì)”。來源：推移質(zhì)中的絕大部分，懸移質(zhì)中的極少部分。3、沖瀉質(zhì)：懸移質(zhì)中較細(xì)的一大部分以及推移質(zhì)中的極小部分是床沙中很少或幾乎不存在的，它們起源于上游的流域沖蝕，是被水流長途攜帶輸送到本河段的。沖瀉質(zhì)泥沙與床沙幾乎不發(fā)生交換，同河床演變關(guān)系不密切，因而也有把沖瀉質(zhì)稱為“非造床質(zhì)”的。來源：懸移質(zhì)中的絕大部分，推移質(zhì)中的極少部分。4、“床沙質(zhì)與沖瀉質(zhì)”以及“推移質(zhì)與懸移質(zhì)”是對運動中兩套不同的命名，不可將它們混淆。床沙質(zhì)與沖瀉質(zhì)中，都可以同時包含有推移質(zhì)與懸移質(zhì)；反之，在推移質(zhì)與懸移質(zhì)中也可以同時包含有床沙質(zhì)與沖瀉質(zhì)。5、單位體積渾水中所含泥沙的數(shù)量成為含沙量或含沙濃度，工程中常用S表示，其含義為體積比含沙量：重量比含沙量：6、一方面，紊動擴(kuò)散作用是泥沙上??；另一方面，重力促使懸移質(zhì)泥沙下沉，因此懸移質(zhì)含沙量沿水深分布就決定于紊動擴(kuò)散作用與重力作用的對比關(guān)系。（二者相比，當(dāng)重力作用占優(yōu)勢，則懸移質(zhì)向床面下沉的傾向超過向水面上浮的傾向，水流含沙量將逐漸增加，河床隨之沖刷。當(dāng)二者作用相當(dāng)則含沙量將維持不變，河床不沖不淤。）（7、二元恒定均勻流中，平衡情況下含沙量沿垂線分布的基本微分方程式的求解所需的假定：只有當(dāng)含沙量不大時成立，并①認(rèn)為是一個常值，泥沙擴(kuò)散系數(shù)沿垂線而變；②泥沙擴(kuò)散系數(shù)與動量交換系數(shù)相當(dāng)也可看做；③挾沙水流的流速分布遵循對數(shù)分布規(guī)律，并?。?、，指數(shù)z是一無因次數(shù)，又稱為“懸浮指標(biāo)”，試用其物理意義說明其數(shù)值大小對含沙量沿垂線分布的影響：指數(shù)z決定了懸移質(zhì)含沙量沿水深分布的均勻程度。它反映了重力作用與紊動擴(kuò)散作用的相互對比關(guān)系，其中重力作用通過來表達(dá)，紊動作用通過來表達(dá)。（Z越大，則重力作用相對越強。在相對平衡情況下，含沙量垂線分布越不均勻；反之，z越小，紊動作用相對越強，在相對平衡狀態(tài)下，含沙量垂線分布就越均勻。）☆9、勞斯公式引入三個基本假定：；挾沙水流的流速分布遵循對數(shù)分布規(guī)律，并取k=0.4；泥沙沉速不隨y而變，等于單個顆粒在無限靜止水體中的沉速。最成問題的是第一個假設(shè)。實際上泥沙交換系數(shù)與動量交換系數(shù)是有一定差異的。例如，和泥沙顆粒大小屬同一數(shù)量級的漩渦雖然對泥沙的擴(kuò)散作用不大，卻可以引起水體的動量交換；此外，由于泥沙的慣性，它不可能與高頻率的紊流脈動完全合拍，對于較粗的泥沙，這種不一致就更為明顯。10、擴(kuò)散理論的適用條件（勞斯公式適用條件）：泥沙顆粒較細(xì)、含沙濃度不大時，擴(kuò)散理論所得的結(jié)果比較符合實際。通常的沖積平原河流正是屬于這種挾沙情況，因而擴(kuò)散理論在實際中得到了廣泛的應(yīng)用。11、懸移質(zhì)輸沙率是指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)泥沙的數(shù)量。11、常把懸移質(zhì)單寬輸沙率用平均含沙量表示，,是一定水流與泥沙條件下，河流處于不沖不淤臨界狀態(tài)時，單位水體所能挾帶的懸移質(zhì)中床沙質(zhì)數(shù)量的平均值，其單位為kg/m3或N/m3。，=單寬輸沙率，q=單寬流量推廣到斷面平均情況：，=斷面輸沙率，Q=斷面流量12、為什么在計算推移質(zhì)、懸移質(zhì)輸沙率時水力半徑只取，摩阻流速只?。?，和分別是同沙粒阻力相應(yīng)的那一部分摩阻流速與水力半徑。（這是因為床面存在沙波時，河床阻力分為沙粒阻力和沙波阻力兩部分。前者是水流作用于沙粒并在其周圍繞過時受到的表面阻力，與此相應(yīng)的傳遞到床面的那一部分水流勢能所產(chǎn)生的紊動漩渦直接發(fā)源于床面沙粒附近，對推移質(zhì)的搬運自然起著直接的作用；又由于該處接近河底，含沙量梯度較大，這種紊動對泥沙的懸浮也有顯著的影響。至于后者，它是水流繞過沙波而受到的形狀阻力，水流因沙波而造成的紊動漩渦主要產(chǎn)生在沙波頂峰下游的分離面上。該處距床面泥沙還有一段距離，這樣的紊動漩渦對推移質(zhì)的作用就不如前者那么直接；又由于該處距床面已有一段距離，含沙量梯度大大減緩，這種紊動對懸移質(zhì)運動也不起決定性的作用。）13、制紊作用：是指懸移質(zhì)的存在將使水流的紊動減弱、水流的阻力損失減小。☆14、不沖不淤臨界含沙量：的影響因素有哪些？答：U—斷面平均流速；R—水力半徑，在寬淺河道中可以平均水深h代替，—床沙質(zhì)沉速；（g—為重力加速度；）為一無因次數(shù)，它是無因次數(shù)與之比。其中是水流弗勞德數(shù)，可代表水流紊動強度；代表相對的重力作用。因此代表了紊動作用與重力作用的對比關(guān)系。15、恒定非均勻流中平均含沙量的沿程變化規(guī)律：S為計算斷面含沙量；x為計算斷面至進(jìn)口處的距離；為進(jìn)口斷面含沙量；分別為進(jìn)口斷面與計算斷面的水流挾沙力，現(xiàn)為非均勻流，故二者不同。物理意義：進(jìn)口斷面泥沙費飽和量經(jīng)距離x后的殘余量；是水流沿程變化引起的該河段挾沙力變化對出口含沙量的影響。16、總輸沙率：在一定水流與河床組成條件下，單位時間內(nèi)能夠通過河段下泄的沙量；習(xí)慣上將總輸沙率稱為水流輸沙能力或水流挾沙能力，有時也成為水流挾沙力。推移質(zhì)輸沙率與懸移質(zhì)中床沙質(zhì)輸沙率之和叫做床沙質(zhì)總輸沙率；把推移質(zhì)輸沙率與全部懸移質(zhì)包括沖瀉質(zhì)在內(nèi)的輸沙率之和叫做全沙總輸沙率。第四章異重流1、異重流：指兩種或以上密度相差不大、可以相混的流體，在條件適宜時因密度差異而產(chǎn)生相對運動。2、就異重流的位置而言，分三類：一種是較重的流體在較輕的流體下面運動，稱為下異重流（渾水異重流和鹽水異重流）；另一種是較輕的流體在較重的流體上面運動，稱為上異重流（溫差異重流）；再一種是在較重與較輕的流體間存在第三種流體的運動，稱為中異重流（天空中云層的運動）3、產(chǎn)生渾水異重流的根本原因？清渾水密度的差異。☆4、異重流的特性①與一般水流相比，渾水異重流的一個最主要的特性是重力作用顯著減小。由此可見，異重流渾水與清水的密度差一般都非常小，就慣性作用而言，密度可以看成沒有改變；但另一方面，較重的渾水在清水下面運動時，下面的渾水被清水所包圍并受到清水浮力的作用，密度差既然很小，浮力作用就顯得特別大，以致渾水受到的有效重力將顯著降低。②由于重力作用顯著減弱，慣性力的作用便相對顯得十分突出。這種顯著減小的重力作用與相對突出的慣性力作用，使異重流能夠輕易地爬高并超越障礙物，這在一般水流中是很少見到的。③由于重力作用的減弱，使得阻力作用相對地也顯得十分突出。正式由于這個原因，異重流要維持長距離的運動，必須要較大的能坡，或者清渾水交界面在沿水流方向必須有足夠的坡度。②③是運動特性。5、異重流的運動特點①顯著減小的重力作用于相對突出的慣性力作用，是一種流能夠輕易的爬高并超越障礙物，這在一般水流中是很少見的。②由于阻力作用的相對突出，異重流要維持長距離的運動，必須要有較大的能坡，或者清渾水交界面在沿水流方向必須有足夠的坡度。☆6、盲腸河段如何發(fā)生淤積？形成河渠異重流的根本原因？根本原因在于兩種水體有密度差。盲腸河段內(nèi)的水體基本上處于靜止?fàn)顟B(tài)，經(jīng)過沉淀，含沙很少，其密度接近清水。此時，若與之相連的河水具有一定的含沙量，則由于兩部分水體在密度上的差異，在交界面上將形成壓力差。口門處含沙量越大，水越深，越接近底部，壓力差就越大，外部含沙量高的河水就可能沿底部潛入盲腸河段內(nèi)，形成異重流。由于異重流流速較小，挾沙能力下降，泥沙便逐漸淤積，較粗的泥沙首先沉淀。較細(xì)的泥沙漿沿程淤積在盲腸河段內(nèi)部。通過淤積而逐漸變清的潛流到達(dá)閘門后，轉(zhuǎn)而上升，由水量平衡的要求，上升水流到水面成為面流，以相反方向流向口門。如此循環(huán)往復(fù)不已的輸沙造成了盲腸河段的嚴(yán)重淤積?！?、可采取哪些措施來防止或減少挖入式河港與盲腸式引航道的淤積？①在布置水利樞紐時，應(yīng)盡量把船閘避開凸岸，避開洪水時大范圍的回流區(qū)及緩流區(qū)，盡量放在具有穩(wěn)定深槽的一側(cè)。②為減少淤積，港池口門出口方向一般指向下游，并減小口門軸線與主流交角的大小，減少回流淤積。③應(yīng)盡量縮小口門寬度。必要時，采用窄口門，口門以內(nèi)再采用適當(dāng)擴(kuò)大寬度的平面布置方式。④避免不必要地加大口門水深?！?、采取哪些工程措施可以防止或減少異重流與回流的淤積？①長期有意識地維持這樣的小股外泄水流將顯著減少異重流的淤積②設(shè)輕型聚氯乙烯帷簾，平時簾頂置于水面，過船時將防淤簾降低。③設(shè)水力門簾的設(shè)想：在盲腸河段的口門，底部敷設(shè)水管，從水管頂部一系列開口處噴出高壓水柱以阻擋異重流并削弱回流，從而減少淤積。④合理安排疏浚時間和次序，疏浚時間一般選在退水期，次序：先口門內(nèi)后口門。第五章河床演變1.河床變形從演變表現(xiàn)形式上可分為縱向變形和橫向變形（1）縱向變形是指河道沿流程所發(fā)生的變形，即河床縱剖面的沖淤變化（2）橫向變形也稱平面變形，即河床沿著與水流垂直的水平方向發(fā)生變形2.河床變形從河道演變的發(fā)展過程可分為單向變形和復(fù)歸性變形（1）單向變形是指河道在相當(dāng)長的時期內(nèi)只是單一地朝某一方向發(fā)展的演變現(xiàn)象。在這個期間內(nèi)，河道只為沖刷發(fā)展，或只為淤積發(fā)展。嚴(yán)格的單向變形是不存在的。（2）復(fù)歸性變形是指河道周期性往復(fù)發(fā)展的演變現(xiàn)象。3.河床演變的基本原理河床演變的根本原因可以歸結(jié)為輸沙的不平衡。當(dāng)上游來沙量大于本河段水流輸沙能力時，本河段將發(fā)生淤積，河床升高。反之，當(dāng)上游來沙量小于本河段的輸沙能力時，本河段將產(chǎn)生沖刷?？v向輸沙不平衡將引起河床縱向變形，橫向輸沙不平衡將引起河床橫向變形，局部輸沙不平衡將引起河床局部變形。平衡狀態(tài)只是暫時的，相對的。所謂輸沙平衡只是對較長時間內(nèi)的平均情況而言，或者只是對較長河段內(nèi)的平均情況而言，因而只具有相對的意義。4.制和影響河道演變的主要因素：（1）河段的來水量及其變化過程（2）河段的來沙量，來沙組成及其變化過程（3）河段的河谷比降（4）河段的河床形態(tài)及地質(zhì)情況（人們可以調(diào)控的。）從航道政治的整治的角度來說，通常情況下這三個因素人們是難以調(diào)整控制的。第四個因素決定著河床條件。航道整治就是通過修建丁壩、順壩等整治建筑物來改變這類不良河床形態(tài)，以調(diào)整水流，從而增加航道水深。5.平原河流中根據(jù)其形態(tài)和演變特性可分為：彎曲河道，分汊河道，順直（微彎）河道，游蕩河道，四種主要類型6.彎道的水流特征：表層水流流向凹岸，而底層水流則由凹岸流向凸岸，形成一封閉的環(huán)狀水流，這種環(huán)狀水流與縱向水流結(jié)合形成螺旋流。7.水面橫比降：凹岸方向的水面增高，凸岸方向的水面降低，形成水面橫比降橫比降為離心加速度與重力加速度的比值。☆8.彎道環(huán)流：橫比降通常在彎道頂點附近達(dá)最大值，向上下游兩方向逐漸減小?！?.彎道水流動力軸線水流動力軸線為河段中沿流程各斷面最大垂線平均流速所在位置的連線，亦稱主流線。它反映了水流最大動量所在位置，對河床演變有重大影響。主要特點：①它在彎道進(jìn)口段或者在彎道上游的過渡段，常偏靠凸岸，進(jìn)入彎道以后，即逐漸向凹岸轉(zhuǎn)移，至彎頂稍上部位才偏靠凹岸，主流開始逼近凹岸的位置叫做“頂沖點”。②主流線“低水傍岸”，“高水居中”；頂沖點“低水上提”，“高水下挫”10．彎道橫向流速分布：彎道表層水流的橫向流速指向凹岸，底層水流的指向凸岸?！?1.彎曲河段的演變規(guī)律①凹岸崩退和凸岸淤長：凹沖凸淤是彎道演變的基本規(guī)律之一。通過對天然河灣的分析，發(fā)現(xiàn)這一基本規(guī)律還有如下特點：一是凹岸沖刷和凸岸淤積的數(shù)量基本相等，且沖淤過程基本相應(yīng)；二是沖淤變化引起橫向擺動的過程中，彎道斷面形態(tài)基本保持不變。②河灣發(fā)展和河線蠕動：凹岸崩退和凸岸淤長使得河灣在平面上產(chǎn)生橫向位移，但這個位移在整個彎道上并不是均勻分布的。在彎道下半部，水流動力軸線經(jīng)常靠近和頂充凹岸，環(huán)流強度較大，崩岸最嚴(yán)重。致使河灣曲率半徑變小，中心角增大，河身加長。③裁彎取直和河灣消長：彎道的發(fā)展，使河灣愈來愈彎，在一定條件下講形成很長的河環(huán)。此時，河灣的起點和終點相距很近，形成狹頸。當(dāng)洪水漫灘時，由于狹頸距離短，比降大，容易沖成串溝，并逐漸發(fā)展，擴(kuò)大成新河，而老河逐漸淤死，形成生軛湖，從而形成自然裁彎。④撇彎切灘：當(dāng)河灣因土質(zhì)不均勻，發(fā)展受到限制時，會形成曲率較大的銳彎，在適宜條件下，主流線有凹岸改趨凸岸，凹岸產(chǎn)生回流，泥沙在凹岸落淤，這種現(xiàn)象稱為撇彎。切灘是指在彎曲河段，水流由邊灘漫過，沖刷灘上薄弱部位，使灘體一部分與邊灘脫離成新灘的現(xiàn)象。撇彎的同時必然發(fā)生切灘，而切灘時未必發(fā)生撇彎。12.裁彎后的河床演變過程主要有：新河發(fā)展老河淤廢上游河段的變化：裁彎后引起上游水位降落，比降加大，從而使河段有所沖深下游河段的變化：裁彎后將引起下游河段的水流動力軸線發(fā)生變化13.河相關(guān)系沖擊平原河流在挾沙水流與河床長期相互作用下，經(jīng)過河流的自動調(diào)整作用，可能形成與所在河段具體條件相適應(yīng)的某種均衡形態(tài)。在這種均衡形態(tài)的有關(guān)要素之間，以及它們和表達(dá)來水來沙條件及河床地質(zhì)條件的特征物理量之間，常存在某種函數(shù)關(guān)系。這種關(guān)系稱為河流的河相關(guān)系或均衡關(guān)系。14.造床流量造床流量是指其造床作用與多年流量過程的綜合造床作用相當(dāng)，對塑造河床形態(tài)起著控制作用的某一個流量。☆確定造床流量的方法：①平灘流量法（平灘水位法）其中平河漫灘水位的流量為第一造床流量，平邊灘水位的流量為第二造床流量。②計算法：a.將某斷面歷年觀測到的全部流量分成若干級，求出每級流量的平均值Qb.確定各級流量出現(xiàn)的頻率Pc.繪制該河段的流量~比降關(guān)系曲線，求出各級流量相應(yīng)的比降Jd.計算出各級流量的e.繪制Q~關(guān)系曲線f.從圖中查出地的最大值，相應(yīng)于此最大值的流量Q即為所求之造床流量相應(yīng)于最大峰值的流量約相當(dāng)于多年平均最大洪水流量，其保證率為1%~6%，水位約與河漫灘高程齊平，通常稱此流量為第一造床流量。相應(yīng)于次大峰值的流量略大于多年平均流量，其保證率為24%~25%，水位約與邊灘高程相當(dāng)，一般稱此流量為第二造床流量。第六章潮汐河口的水流泥沙特點及河床演變1、潮汐河口的分段（1）、潮汐河口區(qū)是河流注入到海洋的過渡區(qū)域。（2）、河口口門通常是指河口段多年平均中潮位縱坡降線與平均海平面交點所在位置。（3）、潮流界是指當(dāng)潮波推進(jìn)到達(dá)某一地點時，漲潮流速和徑流下泄流速相抵消，潮水便停止倒灌，此處稱為潮流界；潮區(qū)界是指潮流界以上潮波仍繼續(xù)上溯，但由于受河水阻滯，潮流波波高急劇減小，直至潮差等于零，此處稱為潮區(qū)界。潮區(qū)界以上，河水運動不受潮汐影響。潮流界和潮區(qū)界的位置并非固定不變。（4）、自口門到潮區(qū)界之間的河段稱為感潮河段。2、潮汐河口的分類（1）、按河口的形態(tài)特征分類：三角港河口、三角洲河口；（2）、按河口區(qū)的動力和來沙特征分類：強潮海相河口、強潮陸相河口、湖源海相河口、陸海雙相河口；（3）、按潮汐強弱分類：習(xí)慣上常稱潮差大于4m的為強潮河口，2~4m的為中潮河口，小于2m為弱潮河口3、潮波變形主要表現(xiàn)在