河流泥沙动力学答案
7.有一条灌溉渠道，断面如图所示，通过粘性土壤地区，泥沙组成的平均粒径为0.03mm ，渠道长10公里，渠道坡降为1/3000，问引取清水，渠道水深为2m 时，会不会发生冲刷？如果发生冲刷，应如何修改渠道？（n=0.02） 解：（1）计算渠道水流的实际平均流速
渠道过水断面面积：m mh bh A 825.12122=?+?=+=， 湿周：m 21.825.11211222=?+?+=++=h m b χ， 水力半径：m 97.021
.88==
=
χ
A R ，
根据谢才公式和曼宁公式计算渠道水流的实际平均流速：
m/s .J
R n
RJ C
U 89.03000197
.002
0112
1
3
2
2
13
2
=??
? ????=
=
= （2）计算渠道泥沙起动流速
由于泥沙组成的平均粒径为0.03mm ，属于粗粉土，所以采用考虑粘性的张瑞瑾公式计算渠道泥沙起动流速了：
m/s
59.0)
10
03.0(210000000605.01003.065.16.171003.0210000000605.06.1721
72
.03
3
14
.03
2
1
72.014
.0=???
? ?
??+?
+???????
???=???
?
?
?++-??
? ??=---d h d d h U s c
ρρρ由于U ＞U c ，即渠道实际平均流速大于泥沙起动流速，所以渠道会发生冲刷。
（3）为减少冲刷，可采用减缓渠道坡降的途径来修改渠道。 10.河道左岸有一座灌溉引水闸，闸底高出河底2米，当河道流量为1000m 3/s ，河宽为100m ，水深为5m ，水温为20℃时，问粒径为1mm 的泥沙会不会进入渠道？哪种粒径的泥沙会进入渠道？（河道断面接近矩形） 解：（1）若要使粒径为1mm 的泥沙进入渠道，需使河道断面平均流速大于或等于泥沙扬动流速，即s U U ≥，其中：
河道断面平均流速： /s
25
1001000m A Q U =?==
，
泥沙扬动流速： 1193.010151.151.156
1
361
???
? ???=??? ??=
-z d h z U s ω （水温20℃时，粒径1mm 的泥沙沉速s cm / 93.11=ω）。
所以，悬浮指标 725.31193.0101521
.1561
3=???
? ????≥
-z 。 根据相对含沙量沿水深分布的方程式可得，m 2=y 时相对含沙量沿水深的分布（相对水深
05
.0=h a ）：
5
725
.310
809.7105.0112511-?=???
?
?
?
??????--≤?????
???
????
--=z
a a h
y
h
S S
＜＜3101-?
据此可判断出粒径1mm 的泥沙不会进入渠道。
（2）假定相对含沙量沿水深的分布3
10
1-?≥a
S S 时，粒径为d 的泥沙才
会进入渠道，即：
3
10
1105.0112511-?≥???
?
?
?
??????--=????????
???
?--=z
z
a a h
y
h
S S
所以，亦即悬浮指标721.2≥z 时粒径为d 的泥沙才会进入渠道。 根据（1）可知s U U ≥时，泥沙可进入渠道，即：
ωω6
1
61
5721.21.151.15??
? ??≥??? ??=
≥d d h z U U s
则由上述关系可得：61
276.0d ≤ω。再由张瑞瑾沉速公式得：
6
1
6
2
6
2
276.010003.195.138.965.109.110003.195.1395.1309
.195.13d
d d d d v gd d v s ≤??-??+???? ?
???=
--+??? ?
?
=
--γγγω
对上述关于d 的关系式取不同的粒径进行试算可得：粒径mm
d 58.0≤的泥沙可进入渠道。
12.某水库上游河段年平均入库流量为2000m 3
/s ，相应河宽为200m ，断面平均水深为5m ，水面比降为1.2‰0，水流接近均匀流，河床为均匀沙，中值粒径为2mm ，试求该水库每年入库的推移质数量为多少？（分别用沙莫夫公式，梅叶—彼得公式进行计算并加以比较） 解：（1）运用沙莫夫公式进行计算
根据沙莫夫公式计算均匀沙的单宽输沙率：
()4
1
3
'
'2
1
95.0??
? ?????? ??-=h d U U
U U d g c
c
b
， 其中，河道断面平均流速：s
m A
Q U / 25
2002000=?=
=
；
河道泥沙止动流速：
(
)
s
m h d U U
c c
/ 631.0510
283.383.32
.1161
3
13
61
31'=???===
-。
所以，根据沙莫夫公式计算均匀沙的单宽输沙率为：
()
(
)
()()
s m kg h d U U U U
d
g c
c b ?=???
? ???????
???-???=??
? ?????? ??-=--/ 262.05102631.02631.0210
295.095.04
13
3
2
13
41
3
'
'
2
1
由此可推算出该水库每年入库的推移质数量为：
kg
tB g G b 10652.1200606024365262.09
?=?????==
（2）运用梅叶—彼得公式进行计算
根据梅叶—彼得公式计算均匀沙的单宽输沙率：
()g d hJ n n g s s s b ?
??
? ??-??
?
?
???
?--??? ??'=
ρρρρ
γγγ2
12
3
2
3
125.0047.0，
其中，曼宁糙率系数：016.02
00012
.05
2
1
3
2
2
1
3
2
2
1
3
2
=?=
=
=
U
J
h
U
J
R
n ；
河床平整情况下的沙粒曼宁糙率系数（由于为均匀沙，故取
5090d d =）：
(
)
014.02610
226266
1
3
61
5061
90=?==='-d d n 。
所以，根据梅叶—彼得公式计算均匀沙的单宽输沙率为：
()()()()
s m kg s m t g d hJ n n g s s s b ?=??=???
?
??-???
?
?
???
????-?-?????? ??=
?
??
?
??-??
?
?
???
?--??? ??'
=
--/ 248.0/ 10
477.28
.91165.21125.01028.9165.2047.000012.058.9016.0014.0125.0047.04
21
2
33
2
3
2
12
3
2
3
ρρρργγγ
由此可推算出该水库每年入库的推移质数量为：
kg
tB g G b 10564.1200606024365248.09
?=?????==
14.长江平均情况有：悬移质mm d pj 04.0=，水温t=20℃,,水深m h 10=，比降J=0.5‰0。
黄河平均情况有：悬移质mm d pj 03.0=，水温t=15℃,,水深m h 2=，比降J=1.5‰0。 求：（1）长江、黄河的悬浮指标值z
（2）以z=4作为悬浮指标的分界指标，问长江、黄河能悬浮起来的最大粒径max d 。
（3）对上述结果进行分析。 解：（1）、① 长江的悬浮指标理论值1
11*=
U z κω，其中：
悬移质mm d pj 04.0=，水温t=20℃时，沉速s m / 0998.0=ω； 摩阻流速s m J gh U / 07.000005.0108.9111=??=
=
*；卡门系数4.0=κ。
所以，长江的悬浮指标理论值564.307
.04.00998.01
11=?=
=
*U z κω。
② 黄河的悬浮指标理论值2
22*=
U z κω，其中：
悬移质mm d pj 03.0=，水温t=15℃时，沉速s m / 0495.0=ω； 摩阻流速s m J gh U / 0542.000015.028.9222=??=
=
*；卡门系数
4.0=κ。
所以，黄河的悬浮指标理论值283.20542
.04.00495.02
22=?=
=
*U z κω。
（2）、① 对于长江情况z=4时，根据悬浮指标计算公式*
=
U z κω可以得到：
沉速s m U z / 112.007.04.0411=??==*κω，再由下述沉速计算公式
d d d d v gd d v s 6
2
6
2
10003.195.138.965.109.110003.195.1395.1309
.195.13--??-??+???? ?
???=
--+??? ?
?
=
γγγω,
对上式关于粒径d 进行试算，可得长江能悬浮起来的最大粒径
mm
d 91.0max =。
② 对于黄河情况z=4时，根据悬浮指标计算公式*
=U z κω可以得到：
沉速s m U z / 087.00542.04.0422=??==*κω，再由下述沉速计算公式
d d d d v gd d v s 6
2
6
2
10003.195.138.965.109.110003.195.1395.1309.195.13--??-??+???? ?
???=
--+?
?? ?
?
=
γγγω,
对上式关于粒径d 进行试算，可得黄河能悬浮起来的最大粒径
mm
d 64.0max =。
（3）、通过（1）和（2）的计算结果，可以得出如下结论：长江悬移质平
均粒径，水深以及悬浮指标均要大于黄河，而黄河河床比降要陡于长江。同时在相同的悬浮分界指标下，长江所能悬浮起来的最大粒径要大于黄河。 15.按卡尔曼—普兰特尔公式求出ε沿水深的关系式后，求ε沿垂线的平均值εpj ，并假定二维恒定均匀流扩散方程中εs =εpj ，试求含沙量沿垂线分布公式，并用所求公式计算
125.01及=*
U κω情况下相对含沙量a
S S
沿垂线
分布。（计算y/h=1，0.8，0.6，0.4，0.2，0.1六点，计算时取a/h=0.05，并将所得结果绘成曲线与Rouse 公式计算结果进行比较） 解：（1）按卡尔曼—普兰特尔公式求出ε沿水深的关系式
对卡尔曼—普兰特尔对数流速分布公式：
y
h U u u ln
1
max κ
=-*
，
微分得流速梯度：
y
U dy
du κ*
=
①
根据紊流的动量传递理论，在二维恒定均匀流中，作用于离河床垂直距离为y 的平面上的切应力可以表达为：dy
du ρετ=（ε为动量传递系数）
②
在二维恒定均匀流中，切应力自水面至床表面呈直线分布，在水面为0，在河床表面达到最大值0τ，τ与0τ的关系为：??
?
??
-
=h y 10ττ
③
由②、③可得：
dy
du h y ρ
τε??
? ?
?-
=
10
④
将①代入④得：
y h y U dy
du h y ??
? ?
?
-
=
??
? ?
?-
=
*
1100κρτρ
τε
⑤
并且可知在河床表面上的切应力hJ γτ=0，摩阻流速ghJ U =*，所以
⑤式化简为：
y h y U ??
? ?
?-
=*1κε
⑥
⑥式即为按卡尔曼—普兰特尔公式求出的ε沿水深的关系式。 （2）求ε沿垂线的平均值pj ε
对ε沿水深分布的关系式y h y U ??
? ??
-
=*1κε在h →0积分，并取平均可
得：
h U ydy h y U h
dy h
h
h
pj
**=??? ?
?
-
=
=
?
?
κκεε
6
1
1110
（3）假设二维恒定均匀流扩散方程中pj s εε=，求含沙量沿垂线分布公式
二维恒定均匀流扩散方程为：0=+dy
ds s s
εω，假设pj
s ε
ε=，则
0=+dy
ds s pj
εω，亦即06
1=+
*dy
ds h
U s κω或
dy s
ds pj
ε
ω-
=。
将上式在a 到y 的范围内积分，并令a S 代表y=a 处时的含沙量，则得：
()
?
??
?
??--
=-?
-
=?
-
=-=-=**
*
*??
?
y a h y U a y h
U dy h
U h
U dy dy
S S y
a
y
a
y
a
pj
a
16 161
66
1ln
κωκω
κω
κωε
ω
所以，相对含沙量沿垂线分布公式为
???
?
??--
*=y a h y U a
e
S S 16κω。
（4）用（3）推出的相对含沙量沿垂线分布公式计算
125
.01及=*
U κω时的相
对含沙量沿垂线分布，计算时取a/h=0.05，计算结果列于下表：
①
1=*
U κω时：
②
125
.0=*
U κ
ω时:
③ 相对水深y/h 相对含沙量S/S a 曲线
相对水深与相对含沙量关系曲线
0.0
0.10.20.30.40.50.60.70.80.91.00.0
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
0.7
0.8
0.9
1.0
相对含沙量S/Sa
相对水深y /h
ω/(κU*)=1
ω/(κU*)=0.125
（5）将上述所得结果与Rouse 公式计算结果进行比较
②
125
.0=*
U κω时，Rouse 公式计算结果:
③ 该题所推公式与Rouse 公式计算结果比较曲线
ω/(κU *)=1时相对水深与相对含沙量关系曲线
0.0
0.10.20.30.40.50.60.70.80.91.00.0
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
相对含沙量S/S a
相对水深y /h
公式计算结果
ω/(κU *)=0.125时相对水深与相对含沙量关系曲线
0.0
0.10.20.30.40.50.60.70.8
0.91.00.0
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
0.7
0.8
0.9
1.0
相对含沙量S/S a
相对水深y /h
公式计算结果
16.1956年7月4日在废黄河上测得：
Q=450m 3/s ，U=1.84m/s ，h=4m ，d pj =0.06mm ，t=25℃，J=0.41‰0，测点水深及含沙量如下表
求：（1）绘制含沙量沿水深分布曲线 （2）求理论悬浮指标z=？
（3）由实测含沙量求实际悬浮指标z 1=？ （4）求β=？
（5）取ηa =0.05，用z 1绘制η～S/S 0.2分布曲线，并检验实测的η～S/S 0.2，进行比较。 解：（1）含沙量沿水深分布曲线
含沙量沿水深分布曲线
0.0
0.51.01.52.02.53.03.54.0
0.00
1.00
2.00
3.00
4.00
5.00
6.00
7.00
含沙量S(kg/m 3)
水深h （m ）
（2）理论悬浮指标水深*
=
U z κω，其中：
当t=25℃，d pj =0.06mm 时，沉速s m / 00252.0=ω； 摩阻流速m/s 04.0000041.048.9=??=
=
*ghJ U ；卡门系数4.0=κ
所以，理论悬浮指标水深158
.004
.04.000252.0=?=
=
*
U z κω。
（3）相对含沙量沿垂线分布的方程式为：z
a a h
y
h
S S
?????
???
????--=11，该方程两边取对
数可化简为：??
??
????
????
--=11ln ln a h y h
z S S
a ，在双对数坐标下绘制a S S
与????
?
??????
?--11a h
y h 之间的关系曲线，通过拟合曲线确定出曲线方程，该方程自变量的指数即为实际
悬浮指标z 1。
相对水深05.0=h a ，a S 为m a y 2.0==时的含沙量，将a S S
与????
?
???
?
??
?--11a h
y h 的计算结果列于下表：
在双对数坐标下绘制a S S
与????
?
???
?
??
?--11a h
y h 的关系曲线： 双对数坐标下S/Sa与(h/y-1)/(h/a-1)关系曲线
y = 0.971 x 0.375
0.1
1
0.001
0.01
0.1
1
(h/y-1)/(h/a-1)
S /S a
通过上述拟合的a S S
与????
?
???
?
??
?--11a h
y
h 之间关系曲线的方程y=0.971x 0.375
,可以
得出实际悬浮指标z 1=0.375。
（4）β为理论悬浮指标z 与实际悬浮指标z 1之比，即
421
.0375
.0158.01
===
z z β。
（5）取05
.0==
h
a a η，用实际悬浮指标z 1计算相对含沙量沿垂线分布a S S ，
计算结果列于下表：
用实际悬浮指标计算的相对含沙量与实测相对含沙量比较曲线
00.10.20.30.40.50.60.7
0.80.910
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
0.7
0.8
0.9
1
相对含沙量S/S a
相对水深η=y /h
23.有一河道型水库，距坝50Km 内河床比降为1‰0，水面比降0.5‰0，坝前平均水深h=10m ，河段平均宽度B=200m ，问发生一次洪水Q=3000m 3/s ，含沙量S=100kg/m 3时，在距坝50Km 处会不会形成异重流？在库区内何处会出现异重流？
解：（1）若要判断在距坝50Km 处会不会形成异重流，需判别该处6
.00
2
=gh U g η是否成立，其中：
0h 为距坝
50Km 处断面水深，由题意及图示几何关系可得：
m
LJ
LJ
H h 5.700005.010500001.01050103
3
0=??+??-=+-=水面
河床
U
为距坝
50Km
处断面水深，由题意可得s
m Bh Q U / 25
.720030000
0=?=
=
，
g η为重力修正系数，可由下式计算''
ρ
ρρη-=
g ，其中'ρ为浑水密度，
且3'
/ 2.1062100622.01000622.010001m kg S S s =?+=+=???
? ??-
+=ρρρρ，则059
.02
.10621000
2.1062'
'
=-=
-=
ρ
ρρηg 。
所以
6.0922.05
.78.9059.02
2
2
>=??=
gh U g η，由此可判断在距坝50Km 处
不会形成异重流。
（2）假设在库区内距坝x 公里处会发生异重流该处的水深用'
0h 表示，则若要在距坝x 公里处会发生异重流需满足
6.0'
2
'0
=gh U g η，即g U h g η6.02
'
0=
。并
且该处断面水深'0
'0
'0
'
'
0152003000h
q h
h
Bh
Q U ==
=
=，将其代入g
U h g η6.02
'
0=
整理
并计算得：
m
g
q
h g 656.88
.9059.06.015
6.03
2
3
2
'0
=??=
=
η。
由于x x x xJ xJ H h 00005.01000005.00001.010'0-=+-=+-=水面河床，
所以km m h x 84.26 2684000005
.0656.81000005
.010'
0==-=
-=
，
即在库区内距坝26.84公里处会发生异重流。
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
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，
河流泥沙动力学习题及答案
河流泥沙动力学习题 1.某河道悬移质沙样如下表所列。要求： （1）用半对数坐标纸绘出粒径组的沙重百分数P 的分布图，绘出粒径的累积分布曲线，求出d 50、d pj 、?（25 75 d d = ）的数值。 （2）用对数概率坐标纸绘出粒径组的沙重百分数P 的分布图，绘出粒径的累积分布曲线，求出d 50、?的数值。 （3）用方格纸绘出粒径组的沙重百分数P 的分布图，绘出粒径的累积分布曲线。 解：根据题意计算出小于某粒径之沙重百分数，列表如上。 （1）、半对数坐标纸上粒径组的沙重百分数P 的分布图及粒径的累积分布曲线 从下述半对数坐标纸上的粒配累计曲线上可查得中值粒径m m 054.050=d ， m m 075.075=d ，m m 041.025=d 。 平均粒径：069.0100 8675 .614 1 14 1 == ??= ∑∑==i i i i i pj p d p d ，
非均匀系数：353.1041 .0075 .02575=== d d ?。 半对数坐标纸上的沙重百分数p的分布图 246810121416182022 0.01 0.1 1 粒径（mm） 沙重百分数（% ） 半对数坐标纸上的粒配累积分布曲线 1020304050607080901000.01 0.1 1 粒径（mm） 小于某粒径之沙重百分数（%） （2）、对数概率坐标纸上粒径组的沙重百分数P 的分布图及粒径的累积分布曲线 （3）、方格纸上粒径组的沙重百分数P 的分布图及粒径的累积分布曲线
方格纸上的沙重百分数p的分布图 2468101214161820220 0.05 0.1 0.150.2 0.25 0.3 粒径（mm） 沙重百分数（% ） 方格纸上的粒配累积分布曲线 1020304050607080901000 0.05 0.1 0.150.2 0.25 0.3 粒径（mm） 小于某粒径之沙重百分数（%） 2.已知泥沙沉降处于过渡区的动力平衡方程式为（ω可查表）： 223231)(ωρωρυγγd K d K d K s +=- 令上式为 A=B+C 要求计算并绘制d ～ C B C +及d Re ～C B C +的关系曲线。（取61π =K ， 3/65.2cm g s =γ，3/1cm g s =γ，水温为10℃，d 取0.01～0.5mm ）
粘性泥沙运动规律研究
粘性泥沙运动规律研究 摘要：依次介绍了粘性泥沙的沉降规律，粘性泥沙的冲刷规律和粘性泥沙的扬动规律，展 现泥沙运动的特点。这对于我们了解研究河口河床和近海海床沉积冲刷现象有着重要意义，也为更进一步的研究打下了基础。 关键词：粘性泥沙沉降冲刷扬动 Abstract:This paper discuss three behaviors of the cohesive sediment in turn, including the cohesive sediment subsiding, cohesive sediment erosion and incipient motion of cohesive sediment, to open out the characters of its movement. It helps us find the rules of erosion in the river, offshore and estuary and it has important significance to further research. Keywords: cohesive sediment subsiding erosion incipient motion 一、引言 通常情况下，根据泥沙颗粒的大小和矿物成分，可以将泥沙分为非粘性沙和粘性泥沙两类。其中粘性泥沙主要是由粉沙（d<0.05mm）和粘粒（d<0.05mm）组成，这些黏性细泥沙淤积固结后根据物理性质不同又可分为浮泥，淤泥和粘土[1,2]。在多沙河流中（包括河床，河岸和滩地）粘性泥沙占有一定的比重，同时它还存在于水库、河口港湾、粉质海岸中，对这些河流的演变和治理有着重要影响[3]。因此，研究粘性泥沙的运动规律有着重要意义。本文在此主要讨论粘性泥沙的沉积，冲刷，扬动三个个方面，系统的阐述粘性泥沙的简单运动规律，以期获得总体认识。 二、群体泥沙颗粒的沉降规律 前人对颗粒群体沉速公式的研究，可大致划分为两类：一是粗颗粒均匀沙的沉速，二是含较多细颗粒的非均匀沙沉速。 (1)Batchelor(1972)认为球体在低含沙水体中沉降时，颗粒间及颗粒与周围水体的相互影响，其沉速与其在无限清水中沉速的差异，是平均值不为0的随机变量。他从统计理论出发，最后推导出低含沙量情况下群体沉速的理论公式 ωs/ω0=1－6.55Sv (1) 上式中当Sv≤0.05时，计算结果能与实验值基本符合；当Sv较大则偏差大。 (2)Richardson和Zaki 采用量纲分析与试验结果，建立如下群体沉速公式[4]
河流动力学
1.等容粒径（假定球体）D ： 算数品均值D ： 几何品均值（椭球体）D: 泥沙级配曲线（群体性）：表示天然泥沙组成特性，在采集的代表沙样中，小于某种粒径的泥沙累计百分数与该粒径在半对数纸上的关系曲线。 粒配曲线反映的特性⑴可反映沙样颗粒的大小和范围；⑵可反映沙样组成的均匀程度。沙样 的特征粒径：⑴平均粒径Dm ：粒径按其所占重量的百分比为权的加权平均值。 1100n i i m i P d d =??=∑，max min 2i d d d +=⑵中值粒径50d 表示在全部沙样中，大于和小于这一粒径的泥沙重量刚好相等。求法：粒配曲线—P=50%天然沙的平均粒径常常大于中值粒径 2.细颗粒泥沙的物理化学特征。细颗粒泥沙在含有电解质的水中，颗粒周围会形成双电层。通常细颗粒泥沙的主要成分是粘土矿物，它们在含有电解质的水中会发生两种可能：电解质中的离子吸附在泥沙颗粒表面；泥沙颗粒表面的分子发生离解。不论哪种情况都使泥沙颗粒表面带有负电。由于凝絮作用，细颗粒在沉积时会连结成絮团，絮团与絮团会连接成集合体，集合体还会搭连而形成网架。絮凝的新沉积物是一个高度蜂窝状的结构，含水量很高，密度很低，这样的淤积物具有很低的抗剪强度或粘结力。 3.沉速概念，泥沙沉降状态。单颗粒泥沙在无边界影响的静止清水中的匀速下沉的速度。因数值主要和粒径有关，也称水力粗度，常用ω表示,单位:cm/s.沉降的形式,泥沙颗粒在静水中下沉时的运动状态与沙粒雷诺数Re d ωνd G ==沙粒性力水流粘Z 力（式中和d 、ω分别为泥沙的粒径及沉速，ν为水的运动粘滞性系数）①层流状态下降:Re d <0.5,颗粒基本沿垂线下沉，颗粒不发生摆动、转动、滚动，周围水体不发生紊乱现象。颗粒沉降属于层流状态，下降速度较慢，绕流阻力以摩擦阻力为主，压差阻力相对较小，d C 与Re d 呈直线关系②紊流状态下降:Re d >1000, 泥沙颗粒脱离铅垂线，以极大的紊动状态左摇右摆下沉，附近的水体产生强烈的绕动和涡动。压差阻力远大于摩擦阻力，其大小与Re d 无关③过渡状态下降:Re d =0.5~1000, 泥沙沉降状态处于二者之间。随Re d 增大，压差阻力不断增大，摩擦阻力不断减小，阻力系数与沙粒雷诺数之间为曲线关系 4.影响泥沙沉速因素。泥沙的形状对沉速的影响。对于几何平均粒径D 相同的不同石块，形状愈扁平，阻力系数C D 愈大，其沉速愈小；水质对沉速的影响。主要影响对象是D<0.03mm 的细颗粒泥沙。①影响絮凝现象的第一个因素是泥沙粒径。泥沙愈细，絮团愈大②水中电解质的离子浓度与价数。反离子的价数高，絮凝作用强。另外，在小含盐度的范围内，絮凝团的平均沉速因含盐度的增加而迅速增大；当含盐度超过某一数值后，含盐度的增大，对平均沉速的影响不大；含沙量对沉速的影响。 5.影响泥沙淤积物干容重因素。取未经扰动的原状沙洋，量出它的体积，然后在烘干箱内经100度烘干后，其重量与原状沙洋整个体积之比，称干容重。N/m 3。①泥沙粒径。粒径较粗的泥沙干容重大，变化范围小。②泥沙淤积厚度。淤积愈深，干容重愈大，变化范围愈小。③淤积历时。干容重随淤积历时的增加而趋向于一个稳定值。④泥沙组成：组成越不均匀，孔隙率越小，干容重越大。 8.含沙量分布的重力理论原理，优缺点。泥沙比水重，为维持泥沙在水流中悬浮而不下沉，
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
河流动力学及泥沙研究进展及发展趋势
河流泥沙研究进展及发展趋势 李义天孙昭华 （武汉大学，水资源与水电工程科学国家重点实验室，湖北 武汉430072） 摘要：河流泥沙研究包括泥沙运动力学、河床演变学及以此为基础的河流模拟，是水利、地学及生态环境等学科的重要基础之一。近些年来各大流域中出现的多种泥沙相关问题，使泥沙研究扩展到区域及流域泥沙及工程及环境泥沙问题等方面。由于河流泥沙研究的许多理论还有待完善，而江河治理开发实践中遇到的实际问题异常复杂，现有理论和方法还难以使所有问题得到圆满解决。因而，今后在继续深入研究泥沙基本理论的同时，应加强水沙变异条件下河床演变规律的研究，并从流域整体的角度，扩展研究的时间尺度、空间尺度，分析泥沙输移的规律及其造成的环境影响，探索水沙调控的理论与技术。 关键词：河流泥沙研究进展发展趋势 Review and perspective of river sediment research Yitian Li Zhaohua Sun
(State key laboratory of water resource and hydropower engineering science, Wuhan University, Wuhan 430072, China) Abstract:As the foundmantal theory of hydraulic engineering, geomorphology science and hydro-environment，river sediment research is developed to reveal the rule of sediment transport and to understand or predict fluvial processes. The goals of river sediment research have been broadened in recent years due to sediment related problems appeared in river management of large basins, which includes sediment problem of region or basin scale, interactions between hydraulic projects and environment. Since the basic theories underlying sediment movement and fluvial process still need to be improved, the sediment problem arose in engineering practice of river exploitation cannot be solved perfectly with current knowledge and technology. Consequently, it is argued that more efforts should be made in some key problems besides basic theoretical researches, such as channel responses to
河流动力学复习整理
（0）河流动力学概念:研究冲积河流在自然状态下以及受人工建筑物影响以后河道水流、泥沙运动规律和河床演变规律及其应用的学科。 主要研究内容: 水流结构：研究水流内部运动特征及运动要素的空间分布; 泥沙运动：研究泥沙冲刷、搬运和堆积的机理; 河床演变：研究河流的河床形态、演变规律以及人为干扰引起的再造床过程; 河床变形预测：研究预测水流、泥沙运动及河床冲淤演变的方法. 研究方法: 理论分析, 室内试验,现场观测，数值计算 （1）河道水流的基本特性：河道水流的二相特性；河道水流的三维性；河道水流的不恒定性；河道水流的不均匀性 河道水流的水流结构：主流，副流，环流 二维明渠流速的分布规律：1.直线层，也成粘滞底层，切应力只有粘滞切力，流速按直线分布2.过渡层，粘滞切力与紊动切力同时存在，流动是层流和紊流的过渡区，该层没有统一的流速分布公式，近似按直线层或对数层公式计算3.对数层，切应力主要是紊动切应力，流速按对数分布4外层区.在对数层以上到水面的区间，切力主要是紊动力，流速分布常以缺速公式表示，故也称缺速区。流速分布要受上部边界影响，与边壁糙率也有一定关系。 河道水流阻力分解图：见ppt1 76页 明渠二维流的阻力损失表达方式：见ppt1 77页 （3）按运动状态分，泥沙的运动形式有：（床沙），推移质、悬移质 泥沙交换现象： 推移质泥沙运动特点：间歇性、置换性、速度小、跳跃性、数量少、消耗时均能量 悬移质泥沙运动特点：速度大、悬浮性、置换性、数量多、消耗紊动能 冲泄质：河流挟带的泥沙中粒径较细的部分，且在河床中数量很少或基本不存在的泥沙。 床沙质：河流挟带的泥沙中粒径较粗的部分，且在河床中大量存在的泥沙。 两者主要区别：1.前者是非造床质泥沙，后者是造床质。2.前者粒径较小，后者粒径较大3.前者在水流中的含量不仅取决于水流条件，还与河段上游流域供沙条件有关。 推移质~悬移质与床沙质~冲泄质命名的区别：前者按运动方式分；后者按造床作用、颗粒大小和泥沙来源分。 异重流：两种或两种以上的流体相互接触，而流体间有一定的但是较小的重度（密度）差异，如果其中一种流体沿着交界面的方向流动，在流动过程中不与其它流体发生全局性的掺混现象的运动。 异重流主要特征：（1）异重流的重度差很小，重力作用小，惯性作用大（2）具有翻越障碍以及爬高的能力 （5）泥沙悬浮机理：含沙量具有上稀下浓的沿垂线梯度。 泥沙悬浮扩散理论：基于泥沙颗粒在紊流中随机运动来求解泥沙浓度垂向分布的理论 重力理论：挟带悬移质的水流在运动过程中要消耗能量。所消耗能量分为两部分，一部分用于克服边界的阻力；另一部分用于维持悬移质的悬浮。重力理论的观点认为，悬移质的比重一般比水大得多，要使它在水里不下沉，水流必须对它做功以维持悬浮，即水流必须为此而消耗能量。 推求悬移质含沙量沿垂线分布规律有哪些方法：1.Rouse 公式2. 张瑞瑾公式3重力理论——维利卡诺夫公。. Rouse 方程及其中悬浮指标Z 的意义和如何计算：z a a h a y y h S S ??? ? ??-?-=，*=kU z ω，实际代表了重力作用与紊动扩散作用的相互关系
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
河流动力学概论(清华版)习题
河流动力学概论(清华版)习题 第二章 1. 等容粒径、筛分粒径、沉降粒径的定义各是什么？为什么筛析法得到的泥沙颗粒粒径接近于它的等容粒径？ 答： （1）等容粒径为与泥沙颗粒体积相同的球体直径。如果泥沙颗粒的重量W 和容重γs （或体积V ）可以测定，则其等容粒径可按下式计算： 113 3 66n s V W D ππγ????== ? ????? （2）如果泥沙颗粒较细，不能用称重或体积法确定等容粒径时，一般可以采用筛析法确定 其筛分粒径。设颗粒最后停留在孔径为D 1的筛网上，此前通过了孔径为D 2的筛网，则可以确定颗粒的粒径范围为D 1＜D ＜D 2。 （3）对于粒径小于0.1 mm 的细砂，由于各种原因难以用筛析法确定其粒径，而必须用水析法测量颗粒在静水中的沉速，然后按照球体粒径与沉速的关系式，求出与泥沙颗粒密谋相同、沉速相等的球体直径，作为泥沙颗粒的沉降粒径。 （4）对形状不规则的泥沙颗粒，可以量测出其互相垂直的长、中、短三轴，以a ，b ，c 表示。可以设想颗粒是以通过中轴筛孔的，因此筛析所得到的颗粒的中轴长度b 。对粒径较粗的天然泥沙的几何形状作统计分析，结果可以表达如下式： ()13 b ab c = 即中轴长度接近（实测结果为略大于）三轴的几何平均值。如果把颗粒视为椭球体，则其体积为 6 V abc π = 等容粒径为 ()11 3 36n V D abc π??== ??? 因此，如果上述各假设成立，则筛析法所得到的泥沙颗粒粒径（颗粒恰好通过的孔径）接近于它的等到容粒径。 2. 100号筛的孔径是多少毫米？当泥沙粒径小于多少毫米时就必须用水析法做粒径分析？ 答：查表2-2知100号筛的孔径是0.149 mm ，当泥沙粒径小于0.1 mm 时就必须用水析法做粒径分析。 3. 什么是颗粒的形状系数？ 答：有时采用形状系数（shape factor ）来综合表示颗粒形状特点，定义如下： SF = 4. 密度、容重、干容重在概念上有什么区别？ 答：
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。
河流泥沙动力学习题及答案
河流泥沙动力学习题 1.某河道悬移质沙样如下表所列。要求： （1）用半对数坐标纸绘出粒径组的沙重百分数P 的分布图，绘出粒径的累积分布曲线，求出d 50、d pj 、?（25 75 d d = ）的数值。 （2）用对数概率坐标纸绘出粒径组的沙重百分数P 的分布图，绘出粒径的累积分布曲线，求出d 50、?的数值。 （3）用方格纸绘出粒径组的沙重百分数P 的分布图，绘出粒径的累积分布曲线。 解：根据题意计算出小于某粒径之沙重百分数，列表如上。 （1）、半对数坐标纸上粒径组的沙重百分数P 的分布图及粒径的累积分布曲线 , 从下述半对数坐标纸上的粒配累计曲线上可查得中值粒径m m 054.050=d ，
m m 075.075=d ，m m 041.025=d 。 平均粒径：069.0100 8675 .614 1 14 1== ??= ∑∑==i i i i i pj p d p d ， 非均匀系数：353.1041 .0075 .02575=== d d ?。 半对数坐标纸上的沙重百分数p的分布图 246810121416182022 0.01 0.1 1 粒径（mm） 沙重百分数（% ） 半对数坐标纸上的粒配累积分布曲线 1020304050607080901000.01 0.1 1 粒径（mm） 小于某粒径之沙重百分数（%）
（2）、对数概率坐标纸上粒径组的沙重百分数P 的分布图及粒径的累积分布曲线 （3）、方格纸上粒径组的沙重百分数P 的分布图及粒径的累积分布曲线 方格纸上的沙重百分数p的分布图 246810121416182022 0.05 0.1 0.150.2 0.25 0.3 粒径（mm） 沙重百分数（% ） 方格纸上的粒配累积分布曲线 1020304050607080901000 0.05 0.1 0.150.2 0.25 0.3 粒径（mm） 小于某粒径之沙重百分数（%） 2.已知泥沙沉降处于过渡区的动力平衡方程式为（ω可查表）： 223231)(ωρωρυγγd K d K d K s +=- 令上式为 A=B+C
2009年《河流动力学》硕士生复试题
2009年《河流动力学》硕士研究生复试题 （考试时间：120分钟，总成绩100分） 姓名成绩 一、填空题（17分） 1.按泥沙运动状态，可将泥沙分：，，。 2.冲积河流的河型有：，，，。 3.影响河床演变的主要因素是：，， ，。 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，则床面水力半径应等于；二是分割法，根据此法，如将床面阻力 R b 进一步划分为沙粒阻力和沙波阻力，则床面比降J 应等于。 b 5．沙波按其产生和发展过程可分为：，，，，等五个阶段。 6.细颗粒泥沙具有双电层结构，其形成的束缚水由和组成。7．按照泥沙的粗细和造床作用不同，悬沙可分为：，。 8.用河宽、水深、流速分别与流量表示的横断面河相关系的表达式为，，。 9.影响泥沙沉降速度的因素主要有：，， ，。 10．分汊型河道演变特性：，，。 二、选择题（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，冲泻质与水流条件。 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______。 (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) 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) 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) 越大； (b) 越小； (c) 不变。 6、泥沙群体沉速的一般趋势是浓度越大，群体沉速_____。 a) 越大；b) 越小；c) 不变。 7、能够出现沙波消长现象的河道中，河床一般是____。 a) 粘土质； b) 卵砾质；c) 沙质。 8、如果河床质是非均匀的，在冲刷过程中将会发生的现象是_____。 a) 大颗粒被隐蔽；b) 小颗粒被暴露；c) 床沙粗化。 9、维持泥沙悬浮的原因是水流的紊动，也就是说，如果流动是_______，就肯定不会有悬移质泥沙运动。 a) 均匀流；b) 层流；c) 缓流。 10、 推移质泥沙运动的能量来源于_____。 a) 紊动动能； b) 水流势能； c) 悬浮功率。 三、 问答题（61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） 2.悬移质含沙量垂线分布ROUSE 公式存在的主要问题？悬浮指标（*u Z κω=）的物理意义？说明它对含沙量垂线分布的影响。（15分） 3、有一沉沙池，设计水深h =3.0 m ，来流流量为4.5 m 3/s, D=0.5 mm 。问： 1) 沉沙池至少应为多宽，才能使池中的平均流速不大于泥沙的起动流速？ 2）泥沙颗粒从水面沉降到池底需要多长时间？(不计紊动和浓度对沉速的影响) 3）沉沙池至少应为多长，才能使来流中的颗粒都沉降在池底？（16分） （提示：沉速公式gD D D γγγννω —s 299+??? ??+-=，取ν＝10－6m 2/s 临界起动流速公式： 6/114.1??? ??-=D h gD U s c γγ γ 4、.河床演变的基本原理？若在河道上筑坝蓄水，分析枢纽对下游河道的影响。（15分）
河流泥沙动力学习题及答案.doc
河流泥沙动力学习题 1. 某河道悬移质沙样如下表所列。要求： （ 1）用半对数坐标纸绘出粒径组的沙重百分数 P 的分布图，绘出粒径的累积分布曲 线，求出 d 、 d 、 d 75 （ ）的数值。 50 pj d 25 （ 2）用对数概率坐标纸绘出粒径组的沙重百分数 P 的分布图，绘出粒径的累积分布 曲线，求出 d 、 的数值。 50 （ 3）用方格纸绘出粒径组的沙重百分数 P 的分布图，绘出粒径的累积分布曲线。 分组号 分界粒径 D 沙重百分数 P 小于某粒径之沙重百分数 （毫米） （ %） （%） 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 解：根据题意计算出小于某粒径之沙重百分数，列表如上。 （ 1）、半对数坐标纸上粒径组的沙重百分数 P 的分布图及粒径的累积分布曲线 从下述半对数坐标纸上的粒配累计曲线上可查得中值粒径 d 50 0.054 mm ， d 75 0.075 mm ， d 25 0.041 mm 。 14 p i d i 6.8675 i 1 0.069 ， 平均粒径： d pj 14 100 p i i 1
非均匀系数：d 75 d 25 0.075 0.041 1.353 。 22 20 18 ）16 % （14 数12 分 10 百 重 8 沙 6 4 2 1 100 ） % 90 （ 数80 分70 百 60 重 沙50 之40 径 30 粒 某 20 于10 小 1 半对数坐标纸上的沙重百分数p的分布图 0.10.01 粒径（ mm） 半对数坐标纸上的粒配累积分布曲线 0.10.01 粒径（ mm） （2）、对数概率坐标纸上粒径组的沙重百分数P 的分布图及粒径的累积分布曲线（3）、方格纸上粒径组的沙重百分数P 的分布图及粒径的累积分布曲线
河流动力学复习要点
《河流动力学》复习要点 注意： 1.除下文中明确要求掌握的定义、公式和推导过程外，其他公式不需死记硬背。 2.对于类似于“雷诺数”这样的概念，除需掌握其定义式外，还需掌握其物理含义。 第1章：绪论 要求掌握的定义和原理：河流动力学研究内容；研究方法；与港口航道工程的关系。 第2章：水流的紊动 要求掌握的定义和原理：层流；紊流；雷诺数；紊动应力；粗糙高度K s；应对近壁流层厚度δ、对数流速分布公式(式2-20)、指数流速分布公式(式2-28)、图2-16 较为熟悉（另见P.44）。 （本章以基于理解的了解为主，大部分不需死记硬背） 第3章：泥沙特性 要求掌握的定义和原理：粒径的三种不同定义；粒径频率与级配曲线（含义）的关系；粒径分布特征值的不同定义与计算方法；分选系数（含义）；孔隙率；细颗 粒絮凝现象的表面电化学解释（双电层及絮凝的形成）；密度和容重的不同单位及 适用范围；干容重与水下休止角的概念；泥沙的沉速；沙粒雷诺数Re*定义式； 泥沙不同沉降形式的流态特征；沉速的影响因素。 要求掌握的公式(包括其推导过程和推导过程中涉及的相关公式)： 9圆球Stokes公式； 9圆球紊流区公式； 9圆球过渡区公式（即通式）。 第4章：推移质运动 要求掌握的定义和原理：推移质和悬移质；两者区别及交换；泥沙的起动条件及表达方式；圆球颗粒起动的三种方式；Shields曲线特点；粘性泥沙颗粒起动的特 点。Shields数定义式；泥沙止动条件；泥沙扬动条件；沙波床面形态发展阶段； 床面阻力和河岸阻力；沙粒阻力与沙波阻力；分割水力半径的物理意义；分割能 坡的物理意义。推移质输沙率及单宽推移质输沙率的定义；对于均匀沙的推移质 输沙率，有哪些研究途径，各种研究途径的的基本思路如何。 要求掌握的公式(包括其推导过程和推导过程中涉及的相关公式)： 9无粘性均匀沙泥沙颗粒滑动起动的临界条件表达式； 9无粘性均匀沙泥沙颗粒滚动起动的临界条件表达式； 9对于均匀沙情况，采用不同研究途径建立的推移质输沙率公式中，各表达了何种物理含义。 第5章：悬移质运动 要求掌握的定义和原理：床沙质和冲泻质及其划分；紊动扩散作用；施密特方程； 悬移质含沙量定义；悬浮指标表达式及其数值的含义；Rouse方程假定不足及适用