河流动力学复习要点
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。
河流动力学复习重点
• 对数流速垂线分布； • 谢才公式； • 曼宁公式；
第2章 泥沙特性
• 泥沙级配曲线； • 沙样的特征粒径； • 泥沙的密实容重和干容重的概念； 影响干容重的因素；浑水容重； • 泥沙沉速概念；泥沙沉降状态；张 瑞谨沉速公式思路；会用该公式计 算泥沙沉速。
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第5章 异重流
• 异重流基本特性； • 浑水容重6章 河床演变 • 河床演变的概念； • 河床演变原理；运用该原理分析水库上下 游的河床演变或浅滩成因； • 影响河床演变因素； • 平原（冲积）河流的河型； • 按照浅滩外型及碍航情况的浅滩类型； • 造床流量概念； • 河床横向稳定及纵向稳定； • 断面河相关系；
• 平衡河流； • 河流动力轴线（主流线）； • 弯曲河道的水流运动、河床演变规 律； • 分汊河道演变特性； • 游荡河道演变特性。
第7章：河床变形预测
• 水库淤积纵剖面形态； • 坝下游冲刷一般特性；
第3章： 推移质泥沙运动 泥沙运动分类；推移质与悬移质划分； 泥沙起动概念； 床面泥沙在水流中受到哪些力的作用？ 起动流速概念；会用沙莫夫公式计算起动 流速； 沙波形成及发展过程； 沙波运动河流的影响； 推移质输沙率概念及探求途径及各类公式 其思路。
• 第4章 悬移质泥沙运动
• 床沙质与冲泻质概念与特性；为何要划分？ • 悬移质泥沙的紊动扩散理论； • 悬沙垂线分布（ROUSE公式）假设；悬浮指 标概念及对含沙量垂线分布的影响，ROUSE 公式缺点；熟练掌握ROUSE公式； • 重力理论的思路及适用情况； • 水流挟沙能力概念；运用挟沙力判断河床河 床冲淤？ 张瑞谨水流挟沙力公式形式，物理意义，参 数特性；
河流动力学复习资料
等容粒径：容积与泥沙颗粒体积相等的球体的直径。
影响干容重的主要因素：1.粒径：影响孔隙率n（粒径↑，n↓，~↑，变化范围↓）2.淤积厚度：影响土的自重应力，自身固结压缩→影响n（淤积越深，~越大，变化范围越小；）3.淤积历时：影响排水固结充分程度→影响n（沉积越短，~越小；沉积越长，~越大，然后趋于稳定值；大颗粒稳定历时短，细颗粒稳定历时长）4.级配：影响n（组成越不均匀，n越小，~越大）影响沉速的因素：1.泥沙颗粒形状；2.水质；3.含沙量；4.边界（有界沉速<无界沉速；近壁沉速<远壁沉速；近底沉速<远底沉速；D/B越小，沉速越大）；5.水体紊动推移质：靠近河床，间歇性运动（跃移质、接触质、层移质）。
其运动与河床冲淤变化息息相关。
推移质和悬移质的相对性（推和悬不能绝对分开，之间存在交换）：1.从河底到水面，泥沙是连续的，中间有交错部分（泥沙分布具有连续性，悬沙中较粗的颗粒与推移质中较细的颗粒交错，悬沙时而滚动，底沙也时而悬浮）；2.悬移质与推移质存在着交换（水流较弱时，悬移质→推移质；水流较强时，推移质→悬移质）；3.运动泥沙与静止泥沙发生交换（悬沙→底沙→床沙→底沙→悬沙）。
推移质和悬移质物理本质上的区别：1.运动规律不同（推：运动取决于泥沙跳离床面时的受力情况；悬：不仅取决于泥沙跳离床面时的受力情况，还受悬浮作用的影响）；2.能量来源不同（推：水流势能；悬：水流紊动动能）；3.对河床的作用不同（推：影响河床颗粒本身；悬：河床颗粒间的水体）。
沙波：水流强度达到一定强度后，推移质运动的集体形式。
沙波的平面形态：1.带状(顺直)沙波；2.断续蛇曲(弯曲)状沙波；3.舌状沙波、4.新月形沙波（沙鳞）。
沙波运动两个现象：1.沙波对床沙的分选作用；2.较粗泥沙运动的间歇性。
沙波运动的发展阶段：1.静平整；2.沙纹；3.沙垄；4.过渡及动平整；5.沙浪；6.碎浪；7.急滩与深潭。
冲积河流阻力（动床阻力）：床面阻力（沙粒阻力、沙波阻力）、河岸及滩面阻力、河槽形态阻力、人工建筑物的外加阻力。
河流动力学复习提纲
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。
河流动力学 知识重点
1.等容粒径体积与泥沙颗粒相等的球体的直径2.孔隙率泥沙中孔隙的容积占沙样总容积的百分比3.比表面积颗粒表面积与其体积之比。
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4.双电层颗粒表面离子层及其周围的反粒子层构成颗粒的双电层5.干容重如取未经扰动的原样沙洋，量出它的体积，然后在烘箱内经100-105°C 的温度烘干后，其重量(或质量）与原样沙洋整个体积之比，称为泥沙的干容重（干密度）6.影响干容重（干密度）的因素①泥沙粒径：泥沙粒径愈小，颗粒间孔隙率愈大，干容重就愈小②泥沙淤积厚度：泥沙的淤积厚度愈深，其干容重愈大，变化范围愈小；反之，淤积深度愈浅，其干容重愈小。
且变化幅度愈大③淤积历时：干容重's γ随淤积历时的增加而趋向于一个稳定值，较粗颗粒如卵石、砾石及沙粒等（D>0.1mm ），淤积历时不长，其干容重's γ就趋向一个稳定值，且初始干容重与最终干容重比较接近7.泥沙运动现象泥沙在水流中的运动形式分为推移质和悬移质两大类型。
其中推移质又分为接触质、跃移质和层移质三种。
在床面附近以跳跃形式前进的泥沙，叫做跃移质悬移质则是悬浮在水中运动，速度与水流速度基本相同的泥沙推移质实质上是指在河底附近，以滚动、滑动、跳跃或层移形式前进，其速度远小于水流速度的泥沙。
8.泥沙的起动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变为运动状态的临界水流条件，就是所谓的泥沙的起动条件。
泥沙的起动条件可以用流速，拖曳力或功率来表示9.起动拖曳力所谓起动拖曳力，是指泥沙处于起动状态的床面剪切力。
其值等于泥沙起动时，单位面积床面上水柱重量在水流方向的分力，即：2*0U hJ ργτ== 9.止动流速泥沙颗粒由运动那个状态转变为静止状态时的临界垂线平均流速扬动流速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。
河流动力学重点
重点：1、何谓河漫滩？它的作用如何？河漫滩为位于中水河槽两侧，洪水时淹没、中水时出露的滩地。
它由泥沙落淤而成，组成物质较为松散。
它起到调节洪水、削减洪峰，储存泥沙并通过滩槽水流交换，影响河槽冲淤等作用。
2、何谓泥沙成型堆积体？冲积河流上有规律地分布着各种形式的大尺度的沙丘（如边滩、江心滩、江心洲、沙埂、浅滩等），称为成型堆积体。
平原河流的河床演变，主要体现在河槽中成型堆积体的发展和变化上。
成型堆积体演变的主要规律是，汛期淤积壮大，枯水期冲刷萎缩。
4.何谓侵蚀基准面（点）？河床侵蚀与它有何关系？ 侵蚀基点：是指能控制出口水面高程的各种水面，如河面、湖面、海面等，或者是指能限制河流向纵深方向发展的抗冲岩层的相应水面。
注意：侵蚀基点并不是说，在此点之上的床面不可能侵蚀到低于此点高程；而只是说，在此点之上的水面线和床面线都要受到此点高程的制约。
能够自由发展的冲积性河流的河床，在挟沙水流长期作用下，有可能形成与所在河段具体条件相适应的某种均衡形态，即所谓水力几何形态。
6、解释下列系数及公式中每一项所表达的物理含义，并说明它们与河型的关系。
① hJ dh =1ϕ ② 2.05.01BJ Q b =ϕ ③ ⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛∆⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛+-⎪⎭⎫ ⎝⎛⎪⎭⎫ ⎝⎛⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛=ΘTQ Q Q Q Q Q h B B B d hJ 5.06.0min max min max 45.035.0max 6.0357、什么是造床流量？它的物理含义如何？8、将平滩流量作为造床流量原因？可采用哪几种方法确定平滩水位？③、确定平滩水位和平滩流量的方法a 、在河段内取若干个具有水位流量资料的代表断面，取其平滩水位时的平均流量作为造床流量。
b 、如果河流具有比较规则的断面，其平滩水位一般可以从水位～宽深比（B/h ）关系曲线的最低点或dB/dh 的最大值得到，然后依据水位～流量关系曲线得到平滩流量。
c 、从水位流量关系曲线的转折处得到平滩流量。
河流动力学重点
重点：1、何谓河漫滩？它的作用如何？河漫滩为位于中水河槽两侧，洪水时淹没、中水时出露的滩地。
它由泥沙落淤而成，组成物质较为松散。
它起到调节洪水、削减洪峰，储存泥沙并通过滩槽水流交换，影响河槽冲淤等作用。
2、何谓泥沙成型堆积体？冲积河流上有规律地分布着各种形式的大尺度的沙丘（如边滩、江心滩、江心洲、沙埂、浅滩等），称为成型堆积体。
平原河流的河床演变，主要体现在河槽中成型堆积体的发展和变化上。
成型堆积体演变的主要规律是，汛期淤积壮大，枯水期冲刷萎缩。
4.何谓侵蚀基准面（点）？河床侵蚀与它有何关系？侵蚀基点：是指能控制出口水面高程的各种水面，如河面、湖面、海面等，或者是指能限制河流向纵深方向发展的抗冲岩层的相应水面。
注意：侵蚀基点并不是说，在此点之上的床面不可能侵蚀到低于此点高程；而只是说，在此点之上的水面线和床面线都要受到此点高程的制约。
能够自由发展的冲积性河流的河床，在挟沙水流长期作用下，有可能形成与所在河段具体条件相适应的某种均衡形态，即所谓水力几何形态。
6、解释下列系数及公式中每一项所表达的物理含义，并说明它们与河型的关系。
d Q0.5①h1②bi…・0.2③hJ BJ0.60.350.450.6hJ BmaxB Q max Q mind 35B h Q max Q min7、什么是造床流量？它的物理含义如何？8将平滩流量作为造床流量原因？可采用哪几种方法确定平滩水位？③、确定平滩水位和平滩流量的方法a在河段内取若干个具有水位流量资料的代表断面，取其平滩水位时的平均流量作为造床流量。
b、如果河流具有比较规则的断面，其平滩水位一般可以从水位〜宽深比（B/h ）关系曲线的最低点或dB/dh的最大值得到，然后依据水位〜流量关系曲线得到平滩流量。
c、从水位流量关系曲线的转折处得到平滩流量。
10、河相关系指什么？数学表达式如何？不同河型的河、、恵一相关系式有什么不冋？h河相关系的数学表达式B f1Q，G，d h f2Q，G，d U f3Q，G，d J f4Q，G，d 式中，B、h、J分别为河宽、水深和纵比降；Q、G分别为来水量、来沙量，d代表河槽的边界条件。
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(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、泥沙运动规律与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、搬运与堆积的机理; 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,流动就是层流与紊流的过渡区,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,切应力主要就是紊动切应力,流速按对数分布4外层区、在对数层以上到水面的区间,切力主要就是紊动力,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、前者就是非造床质泥沙,后者就是造床质。
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、颗粒大小与泥沙来源分。
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《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
条件；重力理论基本思路；悬移质输沙率；临底含沙量；临界含沙量；水流挟沙
力的定义；张瑞瑾公式的来源（推导依据）；张瑞瑾公式要求了解系数K、指数m
的变化规律。
要求掌握的公式：
9Rouse公式的含义及熟练适用，推导过程要了解。
第6章：异重流
要求掌握的定义和原理：异重流的定义；异重流是如何形成的（浑水异重流中要求掌握水库异重流和河渠异重流的成因）；盲肠河段异重流产生条件；生活中常见
的异重流现象；异重流的特性。
要求掌握的公式：
9重力修正系数的由来。
第7章：河床演变
要求掌握的概念、定义和原理：河床演变定义；平原河流平面形态分类；影响河床演变的因素及在山区、平原河流河床演变中主要因素；河床演变的基本原理（河
床演变的根本原因；河流的自动调整作用）。
浅滩、深泓线、水流动力轴线、顶冲
点等的定义及其特点；自然裁弯、撇湾、切滩；各河型分类及各自的平面形态特
征及河床演变规律；弯道螺旋流的成因；弯道螺旋流对弯道中泥沙输移特性的影
响；大流量和小流量对弯道演变的不同作用；弯道裁弯引起的河道水力因子变化。
河相关系；造床流量及两种计算方法；河相系数的定义及反映的物理意义。
第8章：潮汐河口演变
要求掌握的定义和原理：河口定义；潮区界、潮流界的定义及相应位置变动的影响因素；河口区的分段；潮汐河口的分类及各自特征；潮波变形特点；进潮量；
盐淡水混合类型；盐水楔；滞流点；絮散；浮泥；淤泥；泥沙运动的滞后现象；
波浪作用下泥沙的运动规律。