河流动力学作业

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：

河流动力学作业六

《河流动力学》课程报告专题六、七： 河流泥沙数学模型及河工模型 1 河流泥沙数学模型简介 随着计算机技术的高速发展和河流泥沙基本理论的进步，水沙数学模型得到了快速 发展，被广泛地应用于水利工程、江河治理和河口海岸与泥沙运动有关的领域中，解决 了很多生产难题，发挥了巨大效益。 水沙数学模型包括：1D模型、平面2D模型、立面2D模型、准3D、完全3D等。数学模型要求应该能够严格遵守物理原理、边界和初始条件，能够节省时间、人力和成本，具体的模型选择要经过方案比选与优化。 泥沙数学模型的功能主要是帮助解决实际问题和发现新的机理或规律。前者包括：河道演变、水库泥沙淤积、水力工程的下游冲刷、取水口的稳定性、引航道及港地回淤、河口海岸工程泥沙问题。后者主要是通过对比分析大量计算方案成果，有可能发现河道演变、水库泥沙淤积等的内在机理。这是模型试验和资料分析无法达到的，因为这些方法所反映的情况是有限 的。 数学模型应满足一下基本要求：满足物理的基本原理、被分析方法所检验（分析解、人工解）、被实验和实测资料所检验、可以预测主要的物理过程、数值解稳定收敛、数值结果可接受、符合实际情况。 2 河流泥沙数学模型的控制方程、模型建立与使用 主要方程包括水流连续方程、水流运动方程、泥沙连续方程以及其他补充方程。 常用的控制方程包括：3D悬移质运动扩散方程、3D水流运动方程、平面2D水流泥沙运动方程、立面2D水流泥沙运动方程、1D水流泥沙运动方程（水流连续方程、水流动量方程、泥沙连续方程）。 数学模型的建立流程如下： 数学模型的使用中，以下环节需要重点关注和讨论分析：微分方程的离散，挟沙能力的分析及其表达式使用、挟沙能力系数，回复饱和系数的表达式，边界和初始条件，断面信息

工硕_河流动力学课程作业及参考答案

《河流动力学》 专业选修课，40学时，2学分 主要参考书： 1.泥沙运动力学，钱宁，万兆惠，科学出版社 2.河流泥沙工程学，武汉水利电力学院，水利电力出版社 3.河流动力学，陈立，明宗富，武汉大学出版社，2001 4.河流泥沙动力学，张瑞瑾，谢鉴衡等，水利电力出版社 主要参考以下问题写读书笔记 1.叙述泥沙的颗粒性质，并说明为什么颗粒大小是泥沙最重要的性质？ 2.简要叙述泥沙的群体性质。 3.推导孤立圆球在无限静水中等速沉降的沉速公式。 4.简要叙述影响泥沙沉速的因素及其研究成果。 5.解释下面概念：拖曳力；上举力；粒间离散力；接触质；层移质；跃移质；床沙质；冲泻质； 悬移质；推移质；输沙率；高含沙水流；异重流。 6.说明推移质与悬移质的区别。 7.推导以流速为主要参数的推移质输沙率公式。 8.何谓悬移质含沙量的垂线分布？简要叙述关于悬移质含沙量垂线分布的两种理论。 9.说明水流挟沙力的定义以及它与河床冲淤之间的关系。 10.简要叙述泥沙的存在对水流所产生的影响。 参考答案： 1.叙述泥沙的颗粒性质，并说明为什么颗粒大小是泥沙最重要的性质。 答：（1）泥沙的几何性质 泥沙的几何性质是指泥沙颗粒的形状和大小，或者说泥沙颗粒的形状与粒径。泥沙颗粒的不同 形状与他们在水流中的运动状态密切相关。较粗的颗粒沿河底推移前进，碰撞的机会较多，碰撞时 动量较大，容易磨成圆滑的外形；较细的泥沙颗粒随水流浮游前进，碰撞的机会较少，碰撞时动量 较小，不易磨损，因此能够保持棱角峥嵘的外形。 ①泥沙的粒径是泥沙颗粒的大小的量度，由于泥沙颗粒形状不规则，不易确定其直径，通常所 说的粒径为泥沙的等容粒径的简称。所谓等容粒径，就是体积与泥沙颗粒相等的球体的直径。设某

河流动力学重点

前言 1.河流动力学就是以力学及统计等方法研究河流在水流、泥沙和河床边界三者共同作用下的变化规律的学科！主要内容包括泥沙运动和河床演变！ 2.河流动力学的研究方法有理论研究、试验研究、原型观测、数学模型。 第一章 1.P16等容粒径公式。 2.粒径大小分类、漂石、卵石、砾石、沙砾、粉粒、黏粒， 3.有效密度的表示方法(PS-P)/P 4.从自然界取得的原状泥沙，经过100到105度的温度烘干后，其质量与原泥沙整体体积的比值称为泥沙的干密度。相应重量的比值称为干容重。 5.泥沙干密度主要受泥沙粒径、淤积厚度、淤积历时等因素的影响，注意图p21，P22的图 6.在静水中的泥沙，由于颗粒之间的摩擦作用，可以堆积成一定角度的稳定倾斜而不塌落，倾斜面与水平面的夹角称为泥沙的水下停止角！ 第二章 1泥沙沉降速度是指单颗泥沙在足够大的静止请水中等速下沉时的速度，简称沉速。由于泥沙颗粒越粗，沉速越大，因此又被称为水力粗度! 2雷诺数小于0.5为停滞性状态，大于1000属于紊动状态，介于之间属于过渡状态。 3影响泥沙沉降速度因素有，颗粒形状，边壁条件，含沙浓度，紊动，絮凝等 4泥沙颗粒越细。其比表面积越大，当泥沙粒径小于0.01毫米，颗粒表面的物理化学作用可使颗粒之间产生微观结构，随着这种颗粒泥沙的增加，相邻的若干带有吸附水膜的细颗粒便彼此连接在一起形成絮团，这种现象称为絮凝现象。 第三章 注意资料计算题 游荡型河段演变规律： 形态特性，平面形态看，河身比较顺直，往往宽窄相间，类视藕节状，河段内河床宽浅，洲摊密布，岔道交织。 水流特性：因河床宽浅，平均水深很小。水文特性表现为暴涨暴落，年内流量变化大。 输沙特性：含沙量大，而且同流量下含沙量变化很大，流量与含沙量关系不明显。同意流量，因上站含沙量的不同，其输沙率相差很大，出现多来多排，少来少排现象。 演变规律：冲淤变化，汛期主槽冲刷，滩地淤积。非汛期，主槽淤积，滩地坍塌。从长时间看，表现为主槽淤积抬高，而滩地持续抬高。平面变化上，主流摆动不定，主槽位置也摆动，摆幅相当大导致河势变化剧烈！ 第四章床面形态与水流阻力 1、沙波作为河床表面推移质泥沙运动的主要外在表现形式，直接关系到河床的变形，决定河床的阻力。随水流强度的不断变化，沙波有其产生、发展和消亡的过程。 2、沙波的五个发展阶段：沙纹→沙垄→过渡、动平整→沙浪→急滩与深潭 ①沙纹：水流流过平整的河床床面，在水流达到一定强度后，部分沙粒开始运动，此后不久，少量沙粒聚集在床面的某些部位，形成小丘，徐徐向前移动加长，最后连接成为形状及其规则的沙纹。沙纹尺度较小，主要是近壁层流层的不稳定性所产生，与平均水深关系不大。随着水流强度的增大，沙纹在平面上逐渐从顺直过渡到弯曲、再过渡到对称和不对称的沙鳞。 ②沙垄：随着流速的增加，沙纹发展成沙垄，其尺寸与水深有密切关系。在平面外形上，在水流强度逐渐加大的过程中，沙垄将自顺直发展到弯曲，成悬链和新月形。

河流动力学实验报告模版

河流动力学实验 (一) 武汉大学水利水电学院 二〇一二年十月

实验一 泥沙颗粒分析试验 一、实验目的及项目 1、掌握实验室中运用筛分法及移液管体分析河床质、悬移质沙样的方法。 2、掌握绘制泥沙颗粒级配曲线的方法，求出泥沙样品的50d ，pj d ，?=等特征值。 二、筛分析法：适用于粒径大于0.1毫米（或：0.074、0.060毫米）的泥沙颗粒分析。 （一）试验设备 1、粗筛：园孔，孔径为200、100、60、40、20、10、5、2毫米。 2、细筛：方孔，孔径为5.0、2.0、1.0、0.5、0.25、0.1、（或0.074、0.06）毫米。 3、洗筛：孔径为0.1毫米。 4、其他：振筛机、烘箱、天平、毛刷、盛沙杯等。 （二）操作步骤 1、检查沙样：用玻璃棒在沙样中搅拌，如玻璃棒没有粘附沙粒。则可以为已风干，否则应作风干处理，如沙样过多，则用四分法取出代表性沙样分析。 2、将分取沙样，（大约100-300克左右）放在天平上称出总重量，准确至0.01克。 3、根据沙样的最大粒径，准备好粗、细筛数只，并按孔径由大到小依次排列备用。 4、将沙样倾入粗筛之最上一层，加盖后，放在振筛机上振筛15分钟。 5、从最上一层开始，顺序将各级筛取下，在纸上用手扣打摇晃，直至无沙漏下为止，漏下之沙放在下一级筛内，卡在孔径中之沙。应计入本层筛之内。 6、将留在各级筛上之沙，扫入编号杯内，分别称重。 7、测记最大粒径：在最上一层筛内，找出最大一颗粒沙子，量其粒径为沙样最大粒径。 （三）实验记录

武汉大学水利水电学院 质筛分析记录计算表表一 分析：核算： 三、移液管法 （一）试验设备 1、移液管分析仪一套，本仪器只适用于粒径小于0.1mm及浓度为0.3~2%的泥沙颗粒分析。 2、盛沙杯：容量为100ml的玻璃杯7个。 3、沉降筒：容量为600ml的玻璃量筒一个。 4、温度计：量度50℃，最小刻度0.1℃一支。 5、电动天平：感量万分之一克。

河流动力学-复习题教学内容

河流动力学-复习题

泥沙特性 粒径：就是体积与泥沙颗粒相等的球体的直径。 粒配曲线的特点、参数、作法: 沙样的平均粒径D m 是沙样内各泥沙粒径组的加权平均值。 横坐标D 粒径，纵坐标P 百分数。 作法：将粒配曲线的纵坐标p 按变化情况分成若干组，并在横坐标D 上定出各组泥沙相应的上、下限粒径D max 和D min 以及 各组泥沙在整个沙样中所占的重量百分比p 。 D ∑ ∑ ==??=n i i n i i i m P P D 11 分选系数S 125 75≥=D D o 泥沙中孔隙的容积占沙样总容积的百分比称为孔隙率。 比表面积就是颗粒表面积与体积之比。 颗粒比表面积间接地反映了颗粒受到的物理化学作用与重力作用的相对大小。 颗粒表面离子层及周围的反离子层（吸附层及扩散层）构成颗粒的双电子层。 细颗粒泥沙在一定条件下彼此聚合的过程叫做絮凝。 影响絮凝的因素：粒径、电解质价位、含沙量、含盐量。 取未经扰动的原状沙样，量出它的体积，然后在烘箱内经100-105度的温度烘干后，其重量（或质量）与原状沙样整个体积之比，称为泥沙的干容重或干密度。 单颗粒泥沙在无限大静止清水水体中匀速下沉时的速度称为泥沙的沉降速度。单位cm/s 推移质运动

滑动或滚动的泥沙，在运动中始终保持与床面接触叫做接触质。 在床面附近以跳跃形式前进的泥沙叫做跃移质。 悬浮在水中运动，速度与水流速度基本相同的泥沙叫做悬移质。 河床上静止的泥沙颗粒，随着水流条件的增强，到一定条件时开始运动，这种现象称为泥沙的起动。 床面泥沙由静止状态转变为运动状态的临界水流条件就是泥沙的起动条件。可用流速、拖曳力或功率表示。用水流垂线平均流速来表示叫起动流速。 起动拖曳力是指泥沙处于起动状态的床面剪切力。2 *U hJ o ργτ== 泥沙颗粒由运动状态转变为静止状态的临界垂线平均流速叫止动流速。 U C C KU =,岗卡0.71 窦、沙0.83 扬动流速是床面泥沙由静止直接转入悬移状态的临界垂线平均流速。 沙波形态的四种类型：带状(顺直)沙波、断续蛇曲（弯曲）状沙波、新月形沙波、舌状沙波 沙波运动两现象：一是沙波对床沙的分选作用，二是较粗泥沙运动的间歇性。 沙波表面附近的水流流速是沿程变化的，波峰处流速最大，波谷处流速最小。 床面阻力包括沙粒阻力和沙波阻力。沙粒阻力系床面沙粒阻力的摩阻而引起也称为表面阻力。沙波阻力属形状阻力，使迎水面与背水面产生压力差而引起。 沙粒阻力与沙波阻力就是动床阻力。 一定的水流及床沙组成条件下，河道处于不冲不淤输沙平衡状态时，单位时间内通过过水断面的推移质数量，称为推移质输沙率，以G b 表示。 推移质输沙率分五类：以流速为主要参变数、以拖曳力为主要参变数、根据能量平衡观点、从统计法则考虑以及按沙波运行规律来分析。

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

河流动力学作业

作业一 1. 有一（1=0.Im,从水深li=10m 的水面抛入7K 中，水的流速若不考 虑动水流动的影响，求卵石沉到河底的水平距离？ 解：d=0.1m=100mm>2mm,^用沙玉清紊流区公式 co=l.14 J —_ gd = 1.14 ^1.65x9.8x0.1 = 1.45 in /s s=ut=lx6.90=6.90 m 故卵石沉到河底的水平距离为6.90m. 2. 什么是泥沙沉速？球体的沉逮与等容泥沙的沉速是否相同？为什么？ 答：单颗粒泥沙在足够大的静止清水中等速下沉时的速度，称为泥沙的沉速。球体的 沉速与等容泥沙的沉速不相同。因为泥沙的形状复杂，沉降中受到的阻力较球体沉降 阻力大，同粒径的沉速有所减小。 答：当水质中含有较多的细颗粒泥沙，特别是含有复奈化学成分时，泥沙不再以单颗 粒的形式下沉，而是结成一团下沉，这种现象称为絮凝现象。影响泥沙絮凝作用的因 素包括泥沙粒径、矿物成分.含沙量及水质等。 4.试比较岗恰洛夫、沙玉清.弓瘵瑾的泥沙沉速公式，说明在层流.紊流.过渡区中 泥沙沉速的计算公式有何不同？如何判别层流、紊汛 过渡区这三种绕流状态？ 答：比较岗恰洛夫、沙玉清和张瑞瑾的泥沙沉速公式可得，三者在层流区的计算公式 形式一样，其中岗恰洛夫和沙玉清的公式完全一致，阻力系数Cd 都取的"24,而张瑞 瑾取的1/25.6。三者在紊流区的泥沙沉速公式形式也完全一致，仅阻力系数取值不一 样，最后简化而得的岗恰洛夫公式为3=1. 06可号1皿，抄玉清公式为 3= 1.14J 牛绻，张瑞瑾公式为3=1.04寸牛匕如 三者在过渡区的公式差异最 大，岗恰洛夫对比了滞流区沉速公式的结构形式，认犬过渡区公式几个变量的方次应 该介于滞流区和紊流区之间，取的d 的方次为1,比工的方次为2/3八的方次由-1逐 Y 2/3 1/ _ 1/ 渐増至0,最后取过渡区沉速公式的结构形式为3邙务（节丄严d, R 为无量纲系 数，是表征粒径和温度变化改变粘滞性影响的一个附加因素；沙玉清在研尢过渡区泥 沙沉降规律时引逬了两个新的判数，即沉速判数S 。和过渡区粒径判数4两者均为沙 粒雷诺数R”的函数，只要找岀两个判数之间的关系即可从d 求岀3,而无须进行试 算，从而沙玉清沉速公式为也山+ 3.790 Sig "577?亠39。张瑞瑾在研究泥沙的 静水沉速时认为过渡区的阻力既有粘滞力的特点，也有=6.90 s 什么是絮翩 象？影响絮擬的因素有哪些? 10 145

河流动力学作业参考答案共16页文档

第一次作业参考答案——第二章 2.2 100号筛孔的孔径是多少毫米？当泥沙粒径小于多少毫米时就必须用水析法作粒径分析答：1）根据N 号筛的定义：1英寸内有N 个孔就称为N 号筛。1英寸=25.4mm.。可知如果网线直径为D ，则N 号筛的孔径计算公式如下: (25.4－D ×N)/N=25.4/N-D 但本题并没有给出100号筛的网线直径，无法用公式进行计算。经查表可得，100号筛孔的孔径为0.149mm （表2-2）或是0.147mm （表2-4）。 2) 对于粒径小于0.1mm 的细砂，由于各种原因难以用筛析法确定其粒径，而必须采用水析法作粒径分析。 注：第一问因为筛的网线直径可能不一样，所以以上两个答案都正确 2.5什么是级配曲线？给出中值粒径，算术平均粒径，几何平均粒径的定义或定义式？ 答：1）在仅以横轴采用对数刻度的坐标上，以粒径为横坐标，以小于粒径D 的重量百分比即小于该粒径D 的泥沙颗粒重量在总重量中所占比例为纵坐标，点绘数据连成的曲线，称为累计频率曲线，亦称级配曲线。 2）中值粒径即累积频率曲线上纵坐标取值为50%时所对应得粒径值。换句话说，细于该粒径和粗于该粒径的泥沙颗粒各占50%的重量。 3）算术平均粒径即各组粒径组平均粒径的重量百分比的加权平均值，计算公式为 ∑=??= n i i i m p D D 1 100 1 4）几何平均粒径是粒径取对数后进行平均运算，最终求得的平均粒径值。计算公式为 ) ln 100 1 ex p( 1 ∑=??=n i i i mg p D D 注：关于级配曲线的定义错的比较多，并不是以粒径的对数或是负对数为横坐标，也不是 按几何级数变化的粒径尺度为分级标准……只要跟上述表达的意思一致都为正确答案。 2.6某海滩的沙粒粒度范围是 1.4 3.6φ=-，试给出以毫米为单位的颗粒粒径范围 解：因为D 2log -=Φ，其中D 为颗粒粒径，所以可得到2D φ -= 所以颗粒的粒径范围为0.083mm-0.379mm 。 注：此题不要忘记单位 第二次作业参考答案——第二章 2.21 动床模型中常采用量瓶法测量浑水浓度？量瓶的容积约为1000cm 3,每次使用前需在当时水温下精确测量其容积。已知某次测量数据为：水温20℃，空瓶的质量为11 3.0g,空瓶加清水的质量为1146.14g,空瓶加浑水的质量为1149.42g,滤出瓶中浑水中的沙样烘干后得 沙的质量为52.99g 。已知模型沙的颗粒容重为1.065gf/cm 3 , 20℃时清水的容重为0.9982 gf/cm 3 ，试求量瓶体积，沙样固体的体积，浑水的体积比和质量比浓度。 解：水温20℃时，清水的重量为W=1146.14-113.0=1033.14gf 清水的容重为 γ=0.9982gf/cm 3 量瓶的体积为 沙样固体的重量为 W s =52.99gf ；模型沙颗粒容重为 s γ=1.065gf/cm 3 沙样固体的体积为

河流动力学复习

第一章绪论 考核内容为学科的发展概况、课程的内容及学习任务。 1、了解河流动力学发展的历史；认识水流～泥沙～水电工程可持续发展间的相互关系。 2、了解水流运动与泥沙运动的重要性； 3、理解课程的任务与特点； 4、了解课程的主要内容。 考核知识点： 1、河流动力学的任务 2、水流～泥沙～水电工程可持续发展间的相互关系 3、河流动力学的研究方法及特点 第二章河流动力学基本概念 考核内容为河流动力学基本概念 1. 河道水流的基本特性:二相性、非恒定性、三维性、非均匀性 2. 水沙运动的不平衡性 3. 河道水流的水流结构及阻力损失 考核知识点： 1、河道水流的基本特性 2、河道水流的水流结构及阻力损失 第三章泥沙特性 考核内容为泥沙的分类、泥沙的来源、泥沙的几何特性及泥沙的重力特性。 1. 泥沙的分类 2. 泥沙几何特性：粒径，级配曲线，特征值 3. 泥沙的重力特性：含沙量、浑水容重 考核知识点： 1、泥沙的分类 2、泥沙的几何特性及重力特性。 第四章泥沙的沉速 考核内容为泥沙沉速的定义、沉降过程中的三种状态、沉速公式、影响沉速的主要因素、泥沙沉速的测定。 考核知识点： 1、泥沙沉速的定义、沉速公式 2、影响沉速的主要因素、泥沙沉速的测定。 第五章泥沙的起动 考核内容为泥沙起动的物理机理，泥沙起动的物理现象及受力分析。 考核知识点： 1、均匀沙起动条件：力的表达式，散体及粘性泥沙的统一起动流速公式， 2、散体泥沙的起动拖曳力公式，止动与扬动流速。 第六章沙波运动与动床阻力 考核内容为沙波运动规律与动床阻力计算。 1. 沙波形态与运动状态，沙坡的发展过程及形成机理，床面形态判别标准，沙波尺度及其运行速度,推求推移质输沙率，沙波运动对河流的影响。 2. 动床阻力：河床与河岸阻力划分，沙粒与沙波阻力的划分，动床阻力的计算。 考核知识点： 1. 沙坡的发展过程及形成机理，床面形态判别标准，沙波运动对河流的影响。

河流动力学课后习题答案第一章

1.1试分析人工或天然水系中所谓的“死水”或“活水”是否属于动态系统。它们是封闭系 统还是开放系统？举例说明本校园内的人工河流、湖泊属于何种系统？ 答：“死水”或“活水”属于动态系统，“死水”是封闭系统，“活水”是开放系统。校园内的人工河流、湖泊与外部环境既交换热量又交换物质，是开放系统。 1.2若一个封闭水体与外部环境只有能量交换（太阳能辐射），而没有物质交换（水量的流 入流出），试分析水体的演变趋势。考虑两种初始条件：①水体十分纯净，没有任何营养物和微生物；②受到污染的水体，有大量污染物和微生物存在。 答：①水体十分纯净，封闭的水体不会发生变化。 ②受到污染的水体，有大量污染物和微生物存在。在水体中会有微生物大量繁殖，水体 会进一步污染恶化。 1.3仿照图1-1的例子，试举出更多的实例什么是不稳定、亚稳定和平衡状态。 答：一个圆锥体，以其尖端竖立在一个平面上，这些物体都处于不稳定状态。翻倒后，处于亚稳定状态，一直要等到它们的重心相对地取得最低位置时，这些物体才会静止不动处于稳定状态。 1.4简要说明水文系统所包含的子系统，并指出我国大陆地区常见的子系统。 答：水文系统包含：1、大气层-海洋系统2、坡面系统3、海岸线系统4、河流系统5、冰川系统6、地下水系统7、风成沉积系统 常见的有1、大气层-海洋系统2、坡面系统3、海岸线系统4、河流系统6、地下水系统7、风成沉积系统 1.5在泥沙问题的研究中所采用的时间尺度有几种？它们适用于什么学科和什么问题的研 究？ 答：三种。 地质学时间尺度以百万年计，研究地质旋回过程。 现代河流地貌学时间尺度为数十年至数十万年，研究侵蚀旋回。 工程学时间尺度为数天至数百年，降雨和水流与流域坡地、河道边界或人工建筑的相互作用及相应的演变过程。

河流动力学 闭卷

泥沙级配曲线 粒配曲线：表示天然沙组成特性的曲线 .绘制过程：取样→烘干→筛分→称重→点线→求各种特征值 （1）取样筛分，获取各粒经组D i 泥沙的重量； （2）统计出小于和等于各粒经D i 的沙重，并算出其占总重的百分比p i； （3）准备半对数坐标纸(横坐标为对数分格，纵坐标是普通分格)； （4）以粒经D i 为横坐标(对数坐标，从大到小)，小于和等于粒经D i 的沙重百分比p i为纵坐标(普通坐标)绘制D~p粒配曲线。 .曲线坐标：半对数坐标 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（中值粒径d50与算术平均粒径d m关系？）粒径：单个泥沙颗粒的大小 1、等容粒径：体积相当的球体直径； 3 1 3 1 6 6 ?? ? ? ? ? = ? ? ? ? ? = s W V D πγ π 粗颗粒

2、平均粒径： ? 算术平均：()3/c b a D ++= ? 几何平均；3abc D =粗颗粒 2、筛分粒径：刚好能通过筛孔的粒径；停留在D1，通过D2的平均粒径；细颗粒 3、沉降粒径：粒径小于0.1mm 。如：比重计法、粒径计法、吸管法等。 沙样组成(群体性)： (1)代表粒径：中值粒径:d 50：级配曲线中p=50%对应的粒径。 算术平均粒径: Dm ，几何平均粒径dmg 100 1 ∑== n i i im m P D D （2）非均匀特性：拣选系数φ和均方差σ（几何标准偏差） 2575D D =? ??? ? ??+=1650508421D D D D σ 泥沙淤积物干容重的概念？影响淤积物干容重的因素? 泥沙的重力特性： 一、泥沙的容重与密度 1、定义s γ：泥沙颗粒单位体积的重量(T/m 3、KN/m 3)。 s s V Ws = γ 密实不含空隙的体积 2、常见值范围：＝2.55～2.75T/m 3，通常取平均值s γ＝2650kg/m 3。 3、有效比重：泥沙水下比重与水的比重之比，为无量刚值，a ＝1.65。 γ γ γ-= s a 水的比重＝1 000kg/m 3 二、泥沙淤积物干容重' γ 沙样烘干后（100-105℃的重量与原状沙样体积的比值。也称干密度' s ρ。由于泥沙颗粒存在 孔隙，干容重一般小于个体颗粒的容重。在分析河床冲淤变化时，泥沙冲淤的重量必须通过泥沙的干容重换算为泥沙冲淤体积。干容重变化为300～1700kg/ m 3，变化范围较大。 影响干容重的主要因素有：粒径，淤积历时，埋藏的深度和环境等。 浑水容重γm 与含沙量的关系？

河流动力学作业三

《河流动力学》课程报告专题三：悬移质 1 概述 悬浮在水中并在水流方向与水流以同样速度前进的泥沙称为悬移质。悬移质与推移质有诸多不同，这种概念划分本身有一定实际意义。悬移质的运动特征相关的部分，将讨论紊动的猝发性质以及泥沙的悬浮过程，然后讨论泥沙的扩散方程以及悬移质含沙量的垂线分布。悬移质的输沙率有爱因斯坦等人提出的若干公式。此外也会讨论到不平衡输沙问题。 2 悬移质的基本概念 2.1 悬移质 河流中流速的继续增加使紊动进一步加强，水流中充满着大小不同的漩涡，这时泥沙颗粒在自床面跃起的过程中有可能遇到向上的漩涡，被带入离床面更高的流区中。一般说来，不但漩涡的向上分速必须超过沙粒的沉速，而且漩涡的尺寸也一定要比沙粒大得较多，才能带走泥沙。可以看出，泥沙的传递主要是大尺度紊动的作用。 悬浮在水中并在水流方向与水流以同样速度前进的泥沙称为悬移质。由于泥沙的悬浮需要从紊流中取出一部分能量，这样，一方面紊动的作用造成了泥沙的悬浮，另一方面悬移质的存在又反过来削弱紊动的强度。泥沙的悬浮是大尺度紊动的作用的另一重要意义在于：这一过程说明床面的泥沙是经过以跃移质为媒介，然后转化成为悬移质的。 2.2 悬移质与推移质在物理本质上的区别 推移质与悬移质之间存在交换，但也有一些物理上的区别。主要有以下三点： （1）运动规律不同。 （2）能量的来源不同。推移质直接消耗水流的能量，而悬移质所需能量则是取自水流紊动的动能。 （3）对河床作用的不同。悬移质增加了水流的单位容重，加大了水体的静水压力；推移质则增加了河床表面的压力，加大了河床的稳定性。他们一个影响河床颗粒间的水体，一个则直接影响河床颗粒本身。 2.3 划分推移质和悬移质的实际意义 从河床稳定性考虑，沙波的发展消长与当地的泥沙运动及床面附近流速间的相位差关系很大。在以推移运动为主时，这个相位差为正值，河床是不稳定的，会形成一系列的沙垄；以悬移运动为主时，这个相位差为负值，河床式稳定的，不会形成沙波。 又如在河流的弯道，环流的存在使推移质运动的方向与悬移质有很大不同，前者受横比降的影响很大，后者则基本上沿主流下泄。这直接关系到床面泥沙的分选、凸岸边滩的形态以及河型的形成。 发生沉积的环境中，挟沙水流进入水库以后，推移质多淤在尾部段，而悬移质则成为顶坡段和前坡段的主体。 3 悬移质运动

09-10年第二学期《河流动力学》复习题

09-10学年第二学期《河流动力学》复习题 1.泥沙运动在河床演变中有什么作用？ 2.泥沙粒径有那些表达形式？ 3.何为泥沙干容重？它受哪些因素的影响？泥沙干容重与粒径、埋深的关系如何？ 4.试分析粒配曲线上沙样组成的相对均匀程度？ 5.比表面积指什么？它有何重要意义？ 6.什么是双电层与结合水？双电层的厚度与液体中反离子浓度有何关系，对絮凝有何影响？ 7.何谓粘结水、粘滞水和自由水？其特性如何？ 8.泥沙沉速在层流、紊流、过渡区中的计算公式有何不同？如何判别这三种绕流状态？ 9.什么是絮凝现象？影响絮团沉速的因素有哪些？ 10.泥沙的水下休止角指什么？影响泥沙水下休止角的因素有哪些？ 11.什么是泥沙的沉速？球体沉速与等容泥沙的沉速是否相同？为什么？ 12.何谓泥沙的起动流速？何谓泥沙的起动条件？ 13.按运动状态的不同，泥沙运动的形式有哪几种，和水流强度的关系怎样？ 14.何谓止动流速？它和起动流速有何关系？何谓扬动流速？ 15.张瑞瑾关于粘结力形成的观点如何？ 16.简述单颗粒泥沙沉降时不同运动状态下的运动特定和受力特点。 17.随着水流强度的增加，沙波经历哪些发展阶段？ 18.按运动状态的不同，泥沙运动的形式有哪几种？和水流强度的关系怎样？其中推移质多以哪种运动形 式出现？ 19.推移质和悬移质有何区别？它们是如何进行交换的？ 20.何谓推移质输沙率？可以从哪些途径去进行研究，各种研究途径的基本思路如何？ 21.何谓泥沙的起动条件？怎样表示泥沙的起动条件？如何判别床面泥沙是否起动？ 22.希尔兹曲线有何特点？希尔兹数的表达式如何？ 23.何谓泥沙的止动流速与扬动流速？它们和起动流速有何关系？ 24.沙波按平面形态可分为哪些类型？ 25.试分析说明沙波的运动机理。随着水流强度的增强，沙波经历哪些发展阶段？河道中为什么会产生沙 波？ 26.何谓动床阻力？它和定床阻力有何不同？如何划分床面与河岸阻力及沙粒与沙波阻力？沙粒阻力与沙 波阻力在泥沙运动中的作用如何？ 27.何谓推移质的输沙率？可以从哪些途径去进行研究，各种研究途径的基本思路如何？ 28.爱因斯坦推移质输沙率理论有何特点？ 29.历次作业题及测试题。 30.比较以垂线平均流速为主要参变数的推移质输沙率公式的特点。 31.重力作用和紊动扩散作用在泥沙运动中的作用如何？写出重力作用引起的下沉的泥沙量和紊动扩散作 用引起的上浮的泥沙量的数学表达式。 32.紊动扩散作用的影响因素有哪些？重力作用和紊动扩散作用的对比关系对悬移质含沙量沿水深分布的

河流动力学 复习题

泥沙特性 粒径：就是体积与泥沙颗粒相等的球体的直径。 粒配曲线的特点、参数、作法: 沙样的平均粒径D m 是沙样内各泥沙粒径组的加权平均值。 横坐标D 粒径，纵坐标P 百分数。 作法：将粒配曲线的纵坐标p 按变化情况分成若干组，并在横坐标D 上定出各组泥沙相应的上、下限粒径D max 和D min 以及 各组泥沙在整个沙样中所占的重量百分比p 。 D ∑ ∑ ==??=n i i n i i i m P P D 11 分选系数S 125 75≥=D D o 泥沙中孔隙的容积占沙样总容积的百分比称为孔隙率。 比表面积就是颗粒表面积与体积之比。 颗粒比表面积间接地反映了颗粒受到的物理化学作用与重力作用的相对大小。 颗粒表面离子层及周围的反离子层（吸附层及扩散层）构成颗粒的双电子层。 细颗粒泥沙在一定条件下彼此聚合的过程叫做絮凝。 影响絮凝的因素：粒径、电解质价位、含沙量、含盐量。 取未经扰动的原状沙样，量出它的体积，然后在烘箱内经100-105度的温度烘干后，其重量（或质量）与原状沙样整个体积之比，称为泥沙的干容重或干密度。 单颗粒泥沙在无限大静止清水水体中匀速下沉时的速度称为泥沙的沉降速度。单位cm/s 推移质运动 滑动或滚动的泥沙，在运动中始终保持与床面接触叫做接触质。 在床面附近以跳跃形式前进的泥沙叫做跃移质。 悬浮在水中运动，速度与水流速度基本相同的泥沙叫做悬移质。 河床上静止的泥沙颗粒，随着水流条件的增强，到一定条件时开始运动，这种现象称为泥沙的起动。 床面泥沙由静止状态转变为运动状态的临界水流条件就是泥沙的起动条件。可用流速、拖曳力或功率表示。用水流垂线平均流速来表示叫起动流速。 起动拖曳力是指泥沙处于起动状态的床面剪切力。2*U hJ o ργτ== 泥沙颗粒由运动状态转变为静止状态的临界垂线平均流速叫止动流速。U C C KU = ,岗卡0.71 窦、沙0.83 扬动流速是床面泥沙由静止直接转入悬移状态的临界垂线平均流速。 沙波形态的四种类型：带状(顺直)沙波、断续蛇曲（弯曲）状沙波、新月形沙波、舌状沙波 沙波运动两现象：一是沙波对床沙的分选作用，二是较粗泥沙运动的间歇性。 沙波表面附近的水流流速是沿程变化的，波峰处流速最大，波谷处流速最小。 床面阻力包括沙粒阻力和沙波阻力。沙粒阻力系床面沙粒阻力的摩阻而引起也称为表面阻力。沙波阻力属形状阻力，使迎水面与背水面产生压力差而引起。

【免费下载】河流动力学复习题

《河流动力学》复习题 一、课件中讲述的名词 顶冲点，含沙量，粒径，中值粒径，泥沙干容重，泥沙水下休止角，体积含沙量，，沉速，絮凝现象，比表面积，悬移质，推移质，床沙，高含沙水流，异重流，泥沙起动，起动条件，起动流速，起动拖曳力，粘结力，床面层，shields数，接触质、跃移质，沙波，沙粒阻力，沙波阻力，动床阻力，泥沙起动标准，止动流速，扬动流速，推移质输沙率，推移质单宽输沙率，紊动扩散作用，床沙质，冲泻质，水流挟沙力，饱和输沙，超饱和输沙，次饱和输沙，非饱和输沙，不平衡输沙，平衡输沙，悬浮指标， 河床演变，单向变形，复归性变形，河床的自动调整作用，泥沙成型堆积体，河道节点，副流，侵蚀基点，河相关系，造床流量，平滩水位，环流强度，环流旋度，环流相对强度，水流动力轴线，河势，自然裁弯，撇弯，切滩，江心洲，耦合解、非耦合解，正态模型、变态模型，变率，相似理论基本原理，相似转换。 二、课后思考题 1、如何分析粒配曲线上沙样组成的相对均匀程度？ 2、水利工程中一般把泥沙分为哪几类？ 3、泥沙粒径有几种测量方法，各适用于哪种情况？ 4、何谓泥沙干密度？干密度主要与哪些因素有关，它们是如何影响干密度大小的？ 5、何谓泥沙水下休止角？其影响因素如何？ 6、有一卵石，d=0.1m，从水深h=10m的水面抛入水中，水的流速U=1m/s，若不考虑动水流动的影响，求卵石沉到河底的水平距离？ 7、什么是泥沙的沉速？球体沉速与等容泥沙的沉速是否相同？为什么？ 8、试比较岗恰洛夫、沙玉清、张瑞瑾的泥沙沉速公式，说明在层流、紊流、过渡区中泥沙沉速的计算公式有何不同？如何判别层流、紊流、过渡区这三种绕流状态？ 9、张瑞瑾、唐存本、窦国仁关于粘结力形成的观点如何？张瑞瑾认为粘结力和哪些因素有关？ 10、怎样表示泥沙的起动条件？实验室如何定性判别床面泥沙是否起动？ 11、简要叙述张瑞瑾起动流速公式推导思路（步骤）。 12、某河道型水库长20Km，河床坡降0.0001，当入库流量为1000m3/s时，全库区平均河宽为200m，回水末端以上平均水深为5m，库区河床为均匀沙，D50=3mm。问在上述水流条件下，回水末端以上河床的泥沙会不会向坝前推移？到达何处将停止推移？（库区水面接近

河流动力学作业四

《河流动力学》课程报告专题四：河床的演变 1 概述 河床演变是指河床在自然条件下或受人工建筑物影响而发生的变化。这种变化是水流、泥沙与河床相互作用的反映。河流存在两个反馈系统：水流挟带泥沙，泥沙的存在又影响水流结构；水流作用于河床，使河床发生变化，河床形态反过来又影响流速分布。它们相互依存、相互影响又相互制约。水流与河床的相互作用是通过河流中泥沙的冲刷、搬运和堆积而实现的，泥沙在其中起着纽带作用。当流速增加，组成河床的泥沙遭到冲刷，使河床降低或拓宽；当流速减小，水中挟带的泥沙沉积于河床上，使河床抬高或束窄，河床就会发生相应的变化。这部分主要是介绍河流概况以及河床演变的基本原理，具体介绍山区河流、冲击河流的演变，还有河流自动调节作用于河相关系等。 2 河床演变的基本概念 2.1 河床演变特征 河床演变的特征表现在两个方面： （1）一定的河床形态和河床组成，必然有一定的与之相适应的水流结构和水流条件。当水流动力条件不变时，河床将保持水流条件的状态，河床形态相对稳定；当流体动力条件发生较小变化，但基本与河床形态适应，则床面结构有所改变，但总体形态并不发生变化；当流体动力条件发生大的变幻，原有稳定河床结构发生变化，且河床形态从一种类型辩位另一种类型。 （2）一定的河床形态与河床组成，必然有一定的与之相适应的输沙率。水流与河床的相互作用是通过泥沙交换来进行的；河床组成变化是通过泥沙输移将水流中的泥沙与河床的泥沙相互交换来实现，如果泥沙交换不平衡，必然产生河床各种类型的变形。 2.2 河床变形分类 （1）从演变表现形式上可分为纵向变形和横向变形。纵向变形是指河道中沿流程所发生的变形，即河床纵剖面的冲淤变化，如河床的下切、抬高等；横向变形也称平面变形，即河床沿着与水流垂直的水平方向发生变形，如河湾的发展、汊道的兴衰等。 （2）从河道演变的发展过程来说，可分为单向变形和复归性变形。单向变形是指河道在相当长时期内只是单一地朝某一方向发展的演变现象；复归性变形是指河道周期性往复发展的演变现象。 2.3 河床演变的基本原理 河床演变是以泥沙运动为纽带，冲刷和淤积导致比降和断面形态、大小的调整。河床演变的根本原因可以归结为输沙的不平衡。 由于河床和水流的自动调整作用，河道由于输沙不平衡引起的变形，在一定的条件下，往往朝着使变形停止的方向发展。不过这种自动调整作用导致的平衡状态只是暂时相对的。来水来沙条件改变，必然引起输沙平衡的破坏，出现新的输沙不平衡，从而促使河床发生新的变形。另一方面，即使上游来水来沙条件不变，河床上的沙波运动仍然存在，河床仍然处于经常不断的变形过程中。 因此，河道中的泥沙运动总是处于输沙不平衡的状态。所谓输沙平衡只是相对较长时间内的平均情况而言，因而只具有相对意义。

河流动力学复习提纲

复习提纲 一、绪论 举例说明泥沙及河床演变对水利工程的影响，进而阐述河流动力学的对于工程设计、运行或管理的重要意义（含工程概况，出现的问题，产生的原因，解决的对策，经验教训等，图书馆，网上，亲朋好友找资料）（作业兼考试，500字以上） 二、泥沙的基本特性 1.河流泥沙的分类标准，飘石，细沙等 2. 泥沙的粒径与测量计算方法 3. 泥沙的颗粒级配曲线，颗粒级配曲线反映出的颗粒分布特性，特性粒径（平均粒径和中值粒径等）；床沙，推移质，悬移质颗粒级配曲线的分布特征 4. 泥沙的容重与密度，有效容重，干容重与干密度的定义，密度与干密度二者间的关系，影响干容重与干密度的主要因素 5.泥沙的水下休止角，与颗粒摩擦力的关系，影响水下休止角的因素 6.浑水的含沙量，浑水的容重与密度，浑水的粘滞性 三、泥沙的沉速 1. 沉速的定义，泥沙颗粒下降的力学特征是什么？ 2. 泥沙在静水中沉降的三种形态，阻力特性，如何影响沉速？ 3. 泥沙沉速计算为何要分区，分区计算的沙玉清公式，张瑞瑾统一公式。 4. 影响泥沙沉速的因素有那些，如何影响。含沙量对沉速的影响 四、泥沙的沉速 1. 沉速起动的概念，判别标准？泥沙起动的判别参数 2. 床面上泥沙颗粒的受力特性。泥沙的起动流速，均匀细颗粒散粒沙的起动流速公式。其他情况下的起动流速的概念。 3. 扬动流速与止动流速。 4. 泥沙起动的拖曳力，希尔兹数，临界希尔兹数，希尔兹曲线判断泥沙起动。 五、河道的水流特性 1. 基本特性，二相性，三维性，非恒定性，非均匀性 2. 河道水流的流型；主流与副流，弯道环流 3. 河流的动力轴线 六、河道阻力与床面形态 1. 河道阻力的来源与分类 2. 河道阻力的分割。 3. 什么是沙波，沙波的特性与类型，床面形态的判别（三种方法） 4. 动床阻力，沙粒阻力与沙波阻力的分割与计算（水力半径分割法与能坡分割法） 七、推移运动与悬移运动 1. 河流泥沙运动状态的分类，各自运动的特点 2. 均匀推移质输沙率的三种计算方法 3. 河流泥沙悬浮的机理，悬移泥沙分布的特点。 4. 二维恒定均匀流不冲不淤平衡情况下，悬移质含沙量沿垂线分布基本微分方程式的物理意义，及式中各项的含义。 5. 劳斯公式及其应用，悬浮指标的物理意义 八、河床演变的基本原理 1. 河道类型与河型，平面与断面特性 2. 河道的平衡态与负反馈机制。 3. 河床变形的分类，影响河床演变的主要因素，引起河床变形的根本原因 4. 造床流量与计算方法 5. 河相关系，纵剖面河相关系，横断面河相关系，格鲁科什夫公式。