1.8泥沙运动与床面型态
14-15-1河流动力学答案A
淮海工学院14 - 15 学年第 1 学期河流动力学试卷(A开卷)专业年级：港口航道与海岸工程12(1)一、名词解释（共5题，每题3分，共15分）1.体积含沙量和重量含沙量体积含沙量Sv：泥沙颗粒的体积/浑水总体积质量含沙量Sw：泥沙所占重量/浑水总体积2.泥沙粒径累积频率分布曲线横坐标表示泥沙颗粒粒径大小，纵坐标表示小于某一粒径id的泥沙质量（或颗粒数目）与泥沙总质量（或总的颗粒数目）的百分比3.沙粒阻力在水流作用于床面额全部切应力中，只有一部分直接作用在颗粒上，引发推移质的运动和床面形态的变化，这一部分叫做沙粒阻力。
4.河相关系冲积河流的河床在水流与河床的长期作用下，常取得与所在水文、泥沙条件相适应的最适合的外形，表征这些外形的因素（如河宽、水深、曲率半径等）与水力、泥沙因素（如流量、比降、泥沙粒径等）之间常存在某种函数关系，这种关系称为河相关系。
5.潮流界潮波和潮流上溯的过程中，既受到河床阻力的影响，又受到径流下泄的阻碍，潮汐的能量逐渐消耗。
当潮波推进到达某一地点时，涨潮流速和径流下泄流速相抵消，潮水便停止倒灌，此处为潮流界。
二、简答题（共5题，每题5分，共25分）1．河流的分类河流分为：山区河流、平原河流、潮汐河流。
平原河流根据形态、演变特征可分为：弯曲河道、分叉河道、顺直河道、游荡河道。
2．河口的分类，并说明钱塘江、黄河、黄浦江和长江分属何种河口？潮汐河口的分类：一、按河口形态特征分类1）三角港河口2）三角洲河口。
二、按河口区的动力和来沙特征分类1）强潮海相河口(钱塘江)2）弱潮陆相河口（黄河）3）湖源海相河口（黄浦江）4）陆海双向河口（长江）。
三、按潮汐强弱分类1）感潮河口2）中潮河口3）弱潮河口3．Shields数的含义及其物理意义。
Dscc)(γγτ-=Θ为无量刚临界起动切应力，该值越大，泥沙的可动性愈强，因而它可以看作床沙运动状况的一个重要指标，决定了推移质运动的强度。
4．位于水平河床上的非粘性泥沙而言，促成泥沙起动的力有哪些？赖以抗拒的力有哪些？粘性颗粒起动时还需考虑粘结力，粘结力的影响因素？促成泥沙起动的力有：上举力、推移力、脉动压力等，赖以抗拒的力有：重力、粘结力等5. 阐述河床演变的基本原理输沙的不平衡性。
第三章+床面形态与水流阻力(2010)
• 沙纹：流速增大，沙粒聚集最后连接成 形状规则的沙纹。纵剖面不对称，迎水 面长而平，背水面短而陡，一般波高在 0.5~2.0cm，波长1~1.5cm。
带状沙波（顺直）：波峰线基本平行并与流线垂直，或略显斜交；断续蛇曲状沙波：波峰线不规则， 时断时续，大致与流线垂直；新月形沙波：波高与波长基本相等，波峰线形如上弦月；舌状沙波： 波峰线形如下弦月.
沙波运动
沙波的产生和消亡的几个阶段
• 沙垄：受河流几何形态和尺寸的影响，波高从 1m到2~3m，波长从几米到上百米不等。
沙波运动
沙波的产生和消亡的几个阶段
• 沙浪：流速继续增大，弗劳德数Fr>1，床面再一次出现 起伏，称沙浪。特点：沙浪起伏对称，流线基本与河床 平行，波峰后水流不分离，泥沙运动强度大，成层运动。
河岸阻力 与宽深比关系
长江奉节－香溪河段
§5 沙粒阻力和沙波阻力
Simons & Richardson
• 一、分别计算沙粒阻力和沙波阻力
• 沙粒阻力和沙波阻力的概念;沙粒阻力和沙波阻力 对输沙作用
• 沙粒阻力：在水流作用于床面的全部剪切力中， 只有一部分作用于颗粒上，引发推移质的运动和 沙波的形成，即为沙粒阻力，是水流与颗粒本身 作用的结果。
• 根据沙波运动计 算推移质输沙率
模型沙的床面形态
轻质模型沙具有质轻、活动性强、能较好地满足 模拟河流泥沙冲刷和淤积同时相似的要求，又有可 以缩短河床变形时间、加快实验周期等优点，近年 来越来越多地被河流模型实验所采用。
• 1、轻质沙特性试验
• 王桂仙 64×1.2×0.67m的水槽和轻质塑料沙试验
• 参考：三峡工程泥沙与航运关键技术研究论文集 （1993）
河流海岸工程地貌第2章 推移质运动
第四章 推移质运动
4.2 泥沙的起动
三、无粘性均匀沙起动拖曳力
㈢Shields(希尔兹)曲线及2.其2.特3.点3 均匀沙: Ks D
1马鞍型曲线中间低，两边高： Ks /δ = Re * /11.6 δ = 11.6D Re *
u02 2g
α1-垂直于水流方向的面积系数 CD为拖曳力系数
第四章 推移质运动
4.2 泥沙的起动
㈡受力计算
二、无粘性均匀沙起动流速公式
2.2.2.2
⑶上举力FL
球体：FL
CL
4
D2
u02 2g
非球体：FL
a2CL D 2
u02 2g
2为铅垂方向的面积系数,CL为上举力系数
顶部流速大 → 压力小 底部流速小 → 压力大
分 析 (O 点 为
支点)
u0
FD
FL M R
u0c＝
s gD
K2D MA
通 常 不 用 底 流 速 uoc 作 为
起动流速，而用垂线平均
O
K1D
流速Uc(便于测定)，那么： uoc→Uc？？
W’K3D
4.2 泥沙的起动
二、无粘性均匀沙起动流速公式
㈣起动垂线平均流速Uc的推2.导2.2.4
1
2
h b
试计算中值粒径、均方差及分均匀系数？
粒径累积频率曲线(级配曲线)
小于某粒径的百分数/%
100
90
80
70
60
50
40
30
20
10
0
0.01
0.1
1
10
粒径/mm
港珠澳大桥视频
河流动力学及泥沙
河流动力学及泥沙汇报人：日期:•河流动力学概述•河流动力学的基本原理•泥沙的基本性质•河流泥沙运动的基本规律•河流泥沙问题的解决策略与案例分析•河流动力学及泥沙研究的前沿与展望01河流动力学概述河流动力学的定义和研究内容河流动力学的定义河流动力学是研究河流运动规律和物理机制的科学，它涉及到水文学、气象学、地貌学、物理学等多个领域。
研究内容主要包括河流的流速、流量、水位、水深、泥沙输移、河床演变等，以及由这些要素组成的流域水沙循环系统的宏观过程和微观机制。
河流动力学的重要性理论意义实践意义河流动力学的发展历程起源发展现状02河流动力学的基本原理动量方程描述水流中单位时间内动量守恒的原理。
能量方程描述水流中单位时间内能量守恒的原理。
连续方程水流运动的基本方程单位时间内通过某一断面的水量，通常用立方米/秒或加仑/秒为单位表示。
河流水位与流量流量水位流速流态河流的流速与流态阻力水流运动中受到的阻力，包括摩擦阻力、涡旋阻力等。
能量消耗水流运动中能量损失的大小，通常用能量方程计算。
河流的阻力与能量消耗03泥沙的基本性质根据泥沙的组成、搬运方式和沉积特点，可分为无机泥沙、有机泥沙和生物碎屑等。
特性泥沙具有不同的物理、化学和生物特性，如粒径、形状、密度、硬度、耐磨性等，这些特性影响其搬运、沉积和地貌形成的过程。
分类泥沙的分类与特性VS泥沙的搬运与输移搬运方式输移过程泥沙的沉积与地貌形成沉积类型地貌形成04河流泥沙运动的基本规律泥沙颗粒的碰撞与粘附泥沙颗粒的离散与聚集牛顿力学模型泥沙运动的力学模型01阻力与浮力的计算公式02阻力系数与浮力系数的确定03阻力与浮力对泥沙运动的影响泥沙运动的阻力与浮力床面形态的分类与特征水沙平衡的概念及建立床面形态对河流动力学行为的影响010203泥沙运动的床面形态与水沙平衡05河流泥沙问题的解决策略与案例分析03植物防护01河道整治02疏浚与清淤河流治理与泥沙控制的一般方法水库淤积由于入库水流携带的泥沙超过了水库的调节能力，导致水库淤积。
09 10年第二学期《河流动力学》复习题
09 10年第二学期《河流动力学》复习题09-10年第二学期《河流动力学》复习题2022-10学年第二学期河流动力学回顾问题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.沉积物的干容重是多少？什么因素会影响它？沉积物的干容重与颗粒大小和埋深之间的关系是什么？4.尝试分析粒度分布曲线上砂样成分的相对均匀性？5.比表面积是多少？它的意义是什么？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.层流、紊流和过渡区泥沙沉降速度的计算公式有哪些不同？如何区分这三种流动状态？9.什么是絮凝？影响絮体沉降速度的因素有哪些？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.根据不同的运动状态，泥沙运动的形式是什么？泥沙运动与水流强度之间的关系是什么？14.停止流量是多少？它与启动流速有什么关系？提升速度是多少？15.张瑞金对粘连的形成有何看法？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.根据不同的运动状态，泥沙运动的形式是什么？与流动强度的关系是什么？推移质的运动形式是什么式出现？19.推移质和悬移质的区别是什么？他们怎么交换？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.泥沙的停止速度和提升速度是多少？它们与启动流速有何关系？24.根据平面形状可以划分哪些类型的沙波？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？沙粒阻力与沙波浪阻力在泥沙运动中的作用是什么？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。
河流泥沙的运动
第四节河流泥沙的运动一、推移质运动推移质的运动来源于床面泥沙的起动。
当床面泥沙起动达到一定程度后，床面会出现起伏不平的沙波，而沙波运动又往往是推移质运动的主要形式。
因此，在介绍推移质运动时，往往需要涉及到河床泥沙的起动、起动流速及沙波运动的相关概念。
1.泥沙的起动流速设想床面为泥沙组成且具有一定厚度，在这种水槽中施放水流，使水流的速度由小到大逐渐增加，直到使床面泥沙(床沙)由静止转入运动，这种现象称为泥沙的起动。
泥沙颗粒由静止状态变为运动状态的临界水流条件，称为泥沙的起动条件。
泥沙的起动条件常用起动流速Uc表示，它相当于床面泥沙开始起动时的水流平均流速U。
对于天然沙，其起动流速常由下式计算：U c = 4.66131hd（3-3）式中，d为泥沙粒径；h为水深。
适用范围：d>0.15~0.2mm。
泥沙的起动流速是关系到河床冲刷状态的重要判据，因此，对它的研究具有重要的理论与实践意义。
例如，在研究坝下游河床冲刷时，首先需计算河床泥沙的起动流速。
当河道实际水流流速U超过床沙的起动流速Uc时，就可判定，河床就会被冲刷；反之，河床就不会发生冲刷。
河床在冲刷过程中，水深随之增加，流速降低，当发展到水流条件不足以使床面泥沙继续起动时，冲刷便会自动停止。
再如，组成河床的泥沙粗细不均时，则细的颗粒被水流优先冲走，粗的颗粒留下来逐渐形成一层抗冲覆盖层，冲刷逐渐停止下来。
河床冲刷前的高程与冲刷终止后的高程之差，即为河床的冲刷深度。
下面举例说明泥沙起动流速公式的具体实际应用方法及其意义。
算例：已知某水库下游河段河床沙质组成，河宽B=200m, 过水面积A=500m2，床沙平均粒径d=5.5mm, 问当水库下泄流量Q=500m3/s时,河床会否发生冲刷？可能冲深多少？解：（1）判断河床会否发生冲刷？V = Q/A = 500/500 = 1.0 m/sH = 500/200 = 2.5 m由沙莫夫公式Vc= 4.6d1/3H1/6 = 4.6×（5.5×10-3）1/3×2.51/6= 0.946 m/s∵ V > Vc，∴河床会发生冲刷。
泥沙动力学——精选推荐
泥沙动力学泥沙动力学00形成原理概述河流中泥沙在水流作用下产生的各种运动。
泥沙按其在水流中的运动状态，分为推移质和悬移质。
推移质指受拖曳力作用沿河床滚动、滑动或跳跃前进的泥沙；悬移质指受重力作用和水流紊动作用悬浮于水中随水流前进的泥沙。
在一定水流条件下，这两种泥沙可以互相转化。
泥沙的起动定义泥沙的起动：指泥沙在一定水流条件下由静止转入运动。
促使水平河床上的泥沙颗粒起动的力有上举力和推移力等。
颗粒抗拒起动的力有重力、颗粒间的摩擦力和物理化学作用引起的粘结力等。
当起动的力大于抗拒起动的力时，泥沙便由静止转入运动。
泥沙起动的水流条件用起动流速或起动拖曳力表示。
起动流速指泥沙由静止到起动的临界状态下的沿断面或垂线的平均流速。
起动拖曳力指泥沙处于起动临界状态下的床面剪切力。
无粘性均匀沙起动流速与泥沙粒径成正比，粘性细泥沙起动流速与粒径成反比。
研究斜坡上粘性沙的起动，还需要考虑床面倾斜。
沙波运动沙波运动：当流速超过起动流速一定程度，推移质运动达到一定规模时，河床表面形成起伏的沙波。
沙波运动是推移质运动的主要形态。
沙波由波峰、波谷和波高等组成(见图)。
相邻两波峰(或波谷)之间的长度称为波长，波峰与波谷之间的垂直距离称为波高。
天然河道上沙波的尺度大小很不一致。
最小的沙波叫沙纹，波高约1～2厘米，波长约几厘米至十几厘米。
中等尺度的沙波叫沙垅，波高由不足 1米到2～3米，波长由几米到100米以上。
最大的沙波叫沙丘,波高一般在几米，波长可达数百米。
天然河道上的沙波运动主要指沙垅运动。
沙波表面附近的水流速度分布很不均匀，波谷处最小，波峰处最大。
水流越过波峰以后，常常发生分离现象，产生水平轴向的回流，使沙波表面附近的流速成为负值。
这样的流态使沙波迎流面成为冲刷区，背流面成为淤积区，综合作用结果使整个沙波向下游爬行。
天然河道中沙波运动总是落后于水流运动。
沙波的运动速度还没有理想的计算公式。
悬移质含沙量沿垂线的分布一般近水面含沙量小，随水深而增大。
(完整版)河流动力学三基试题参考答案
河流动力学三基试题参考答案一、基本概念1.泥沙输移比：某流域出口控制站实测的河流泥沙总量St与该流域的地表物质侵蚀总量Se之比，称为泥沙输移比。
2.推移质：泥沙以群体形式运动时，以滚动（包括层移）、跃移形式运动的颗粒统称为推移质。
3.悬移质：把悬浮在水流中，基本上与水流以相同速度作悬移运动的泥沙统称为悬移质。
4.高含沙水流：是指水流挟带的泥沙颗粒非常多，含沙量很大，以至于该挟沙水流在物理特性、运动特性和输沙特性等方面基本上不再像一般挟沙水流那样用牛顿流体描述。
5.异重流运动：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差异，如果其中一种流体沿着交界面方向流动，在流动过程中不与其它流体发生全局性掺混现象的运动。
6.泥沙的水下休止角：将静水中的泥沙颗粒堆积起来，其堆积体边坡形成的稳定倾斜面与水平面的夹角称为泥沙的水下休止角。
7.含沙量：单位体积浑水中固体泥沙颗粒所占的比例，一般有重量含沙量和体积比含沙量。
8.等容粒径：与泥沙颗粒体积相同的球体直径。
9.中值粒径D50：累计频率曲线上纵坐标取值为50%时所对应的粒径值。
10.算术平均粒径D m：各粒径组平均粒径的重量百分比的加权平均值。
11.风化作用：岩石和矿物在地表环境中，受物力、化学和生物作用，发生体积破坏和化学成分变化的过程，称为风化作用。
12.泥沙的沉速：泥沙在静止清水中沉降速度达到恒定极限速度时，对应的沉速叫做泥沙的沉速。
13.泥沙的干容重：一般把单位体积沙样干燥后的重量称为干容重。
14.泥沙的容重：泥沙颗粒的实有重量于实有体积的比值（即排出空隙率在外）。
15.推移质输沙率：在一定水力、泥沙条件下，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，用G b表示，单位一般用kg／s或者t／s。
16.泥沙的起动：设想在具有一定泥沙组成的床面上，使水流的速度由小到大逐渐增加，直到使床面泥沙(简称床沙)由静止转入运动，这种现象称为泥沙的起动。
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8 220.jpg ８ ２２０．ｊｐｇ
实验室水槽中的沙垄 流向朝向观察者，在某些沙垄上叠加沙纹，水深０．３１ｍ，流速 ０．８５ｍ／ｓ，坡度０．００３６，输沙率０．２８２ ｋｇ／（ｓ．ｍ），平均粒径 ０．９３ｍｍ，槽宽２．４４ｍ。
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14 226.jpg １４ ２２６．ｊｐｇ
泥沙运动理论，西尔兹临界推移力试验曲线 此曲线用于平整－－沙纹－－沙垄区的判断。最早进行低流速区床面 形态分区的是美国的西尔兹，他在１９３６年提出了泥沙启动条件。 在同一图中，标出了各种床面形态与纵横坐标的关系。
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4 216.jpg ４ ２１６．ｊｐｇ
天然河流洪水漫滩区域中的沙纹 流动方向从右下至左上，波峰相对来说比较短。
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11 223.jpg １１ ２２３．ｊｐｇ
实验室水槽中的过渡形态 流动朝向观察者。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，呈悬链和新月形。顺直的带状沙 垄沿河宽的尺寸远较沿流向的尺寸为大。
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7 219.jpg ７ ２１９．ｊｐｇ
周期性的横向沙洲 流动从左上至右下，沙洲上游坡上有沙纹，水深０．４５～１．８ｍ。
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12 224.jpg １２ ２２４．ｊｐｇ
实验室水槽中的过渡形态 垂直向下观察。流动从左到右，光源在上游，平整床面部分在流 动方向朝下游缓慢传播扩散。
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2 214.jpg ２ ２１４．ｊｐｇ
加入铝粉显示流线 在实验水糟中加入铝粉，使流线可以看出来，形成沙纹对自由水 面没有影响
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5 217.jpg ５ ２１７．ｊｐｇ
弯管水流凸岸淤积 由于离心力的作用，凸岸流速相对较低，造成挟沙能力下降，泥 沙沉降，形成淤积。
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实验室水槽中的 沙纹形态２１３
在实验水糟中 加入铝粉２１４
天然河流底部 的沙纹２１５
天然河流洪水漫滩 区域中的沙纹２１６
弯管水流凸岸 淤积２１７
弯管水流凸岸 淤积２１８
周期性的横向 沙洲２１９
实验室水槽中 的沙垄２２０
实验室水槽中沙垄 的侧视图２２１
大型灌溉渠道 中的沙垄２２２
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10 222.jpg １０ ２２２．ｊｐｇ
大型灌溉渠道中的沙垄 流动朝向观察者。随着流速的增加，沙纹成长而成沙垄。沙垄的 尺寸与水深有密切关系。在大小不一的河流里，它所能达到的高 度和长度也很不一样huilixue/wlkc1/image/image8/imagepages/image10.htm[2009-2-22 16:55:53]
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9 221.jpg ９ ２２１．ｊｐｇ
实验室水槽中沙垄的侧视图 流动从右到左，水中加铝粉使流线可见。表面波与底部波形状不 同，分离位置在沙垄的背水面。水深０．０７ｍ，流速０．０６７ｍ／ｓ，底 坡０．００５。
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1 213.jpg １ ２１３．ｊｐｇ
实验室水槽中的沙纹形态 水流从左向右。一个沙纹的长度为０．１２２ｍ。高度约０．０３ｍ，水深 ０．０７ｍ，流速０．２２ｍ／ｓ，坡度０．００１７，输沙率０．００４１６ ｋｇ／（ｓ．ｍ）， 水温２１摄氏度，宽度０．２７ｍ，床沙平均粒径０．２３ｍｍ。
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6 218.jpg ６ ２１８．ｊｐｇ
弯管水流凸岸淤积 参见２１７。
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13 225.jpg １３ ２２５．ｊｐｇ
实验室水槽中逆行沙浪侧视 流动从右到左，逆行波浪向上游移动，右边的波开始破碎。逆行 沙浪多发生在水浅流急之处。逆行沙浪在发展过程中，水面波动 愈来愈超过河底的起伏， 水面波波幅可以达到沙浪波幅的１．５～２倍，甚至水面波的波谷会 更低于河底沙浪的波峰。到了此时，水面波就要失去稳定而发生 破碎。肯尼迪（Ｊ．Ｋ．Ｋｅｎｎｅｄｙ）在水槽实验中发现波高和波长的 比值达到０．１４２时，水面波就要开始破碎。
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3 215.jpg ３ ２１５．ｊｐｇ
天然河流底部的沙纹 洪水的方向从左上到右下，波峰的长度比其他床面长度相对要长 些。
实验室水槽中 的过渡形态２２３ 实验室水槽中 的过渡形态２２４ 实验室水槽中逆行 波浪侧视２２５ 西尔兹临界推移力 试验曲线２２６
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