河流动力学
河流动力学
是一个常值，泥沙扩散系数沿垂线而变；
②泥沙扩散系数 y 与动量交换系数 m 相当也可看做 y m ；③挟沙水流的流速分布遵循 对数分布规律，并取 0.4 8、 （重要简答题） z
kU *
，指数 z 是一无因次数，又称为“悬浮指标” ，试用其物理意义
说明其数值大小对含沙量沿垂线分布的影响： 指数 z 决定了悬移质含沙量沿水深分布的均匀 程度。它反映了重力作用与紊动扩散作用的相互对比关系，其中重力作用通过 来表达， 紊动作用通过 kU* 来表达。Z 越大，则重力作用相对越强。在相对平衡情况下，含沙量垂线 分布越不均匀；反之，z 越小，紊动作用相对越强，在相对平衡状态下，含沙量垂线分布就 越均匀。 9、扩散理论的适用条件：泥沙颗粒较细、含沙浓度不大时，扩散理论所得的结果比较符合 实际。 通常的冲积平原河流正是属于这种挟沙情况， 因而扩散理论在实际中得到了广泛的应 用。 10、悬移质输沙率是指一定的水流与河床组成条件下，水流在单位时间内所能挟带并通过 河段下泄的悬移质中床沙质泥沙的数量。 11、常把悬移质单宽输沙率用平均含沙量 S * 表示， g s qS* , S * 是一定水流与泥沙条件下， 河流处于不冲不淤临界状态时， 单位水体所能挟带的悬移质中床沙质数量的平均值， 其单位
Di
D Dmin Dmax Dmin Dmax Dmin 或Di max 2 3
Dm
D p
i 1 n i
n
i
p
i 1
n—为划分组数；
i
Dm D50 e 2 ，其中 —沙样粒径分配的均方差， ln
2
D84.1 D15.9
总是大于零， 当 为零时， 沙样均匀，Dm D50 ， 一般沙样不均匀， 因此， 通常 Dm D50
河流动力学
第一章泥沙特性1. 等容粒径D:就是体积与泥沙颗粒相等的球体的直径。
2. 泥沙粒径测量方法：测量法（D〉20mm ；筛析法（0.1mm 《D<20mjm显微镜法（D<0.1mm；沉降法。
3. 粒配曲线：通过颗粒分析（筛分、水析），求出沙洋中各粒径泥沙质量，算出小于各粒径泥沙质量，然后在半对数坐标上，将泥沙粒径D绘于横坐标（对数分格）上，小于该粒径泥沙在全部沙洋中所占百分比p绘于纵坐标轴上，绘出的D~p关系曲线，即为粒配曲线。
4. 影响泥沙孔隙率的因素：1 .粒径均匀泥沙孔隙率最大2.泥沙形状3.泥沙沉积方式5. 比表面积：颗粒表面积与其体积之比。
颗粒比表面积间接反映颗粒受到的物理化学作用与重力作用的相对大小。
6. 絮凝：当扩散层较薄，颗粒间距较小时，粒间力表现为净引力。
相邻的颗粒彼此相互吸引而聚合在一起的现象。
影响絮凝因素：粒径大小，电解质离子浓度、价位，矿物组成。
7. 双电层：细颗粒泥沙在含有电解质的水中，颗粒周围会形成双电层，细颗粒泥沙通常在含有电解质的水中会发生两种情况（均带负电）：一是电解质中离子吸附在泥沙颗粒表面；二是泥沙颗粒表面分子发生离解。
双电层分为吸附层（带正电荷，且排列紧密），扩散层（游离反电荷层）8. 几何特性（颗粒形状、大小、群体泥沙组合特性）；重力特性（泥沙颗粒容重、淤积泥沙干容重）；水力特性（泥沙颗粒沉降速度）9. 泥沙容重（或密度）：泥沙颗粒实有质量与实有体积之比，无因次数（有效容重系数）a=（r s-r）/r（容重关系式）=（p s-p）/p（密度关系式）10. 干重度：如取未经扰动的原装沙样，量出它的体积，然后在烘箱中内经100~105C的温度烘干后，其重量（或质量）与原状沙样整个体积之比，称为泥沙的干重度（或密度）。
11. 干容重影响因素：1泥沙粒径（粒径粗，干容重大，变化范围小）2泥沙淤积厚度（淤积厚度越深，干容重越大）3淤积历时。
12. 沉速：单颗粒泥沙在无限大静止清水水体中匀速下沉时的速度。
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
河流动力学河流动力学(riv e r d ynamic s)研究河流运动发展基本规律的一I丁学科。
水流使河床变化，河床影响水流结构，两者通过泥沙运动，相互作用，相互依存，相互制约，经常处于变化和发展的过程中。
河流动力学是从水流动力作用出发研究水流和河床泥沙之间的运动及相对平衡的规律，为整治河流提供理论依据。
研究内容包括河道水流结构，泥沙运动规律和河床演变规律等三部分。
水流平面图(river p1ane) 在平面上将河流分成若干流量相等的流束图形。
天然河流中的水流运动是三维问题，不易计算。
实际工程中采用一种近似的方法，假定同一垂线上的流向相同，流速等于瑟线平均流速，仅考虑纵向水流沿纵横两方向的变化，忽ßI各环流作用。
把三维空. 问问题近似地简化成二维平面问题。
水流平面图是将整个水流用合适的流线分成许多流束，使各流束通过的流量相等，各流束宽度、深度和平均流速则不相同。
同时划分出若干与流线正交的横断面线，将河流构成平面上的矩形流网。
通过水流平面图可了解垂线平均流速沿流程和沿断面'f~ 分布及流向的变化。
河床横断面(cross sec t ion ofcha丑丑e1) 垂直于水流方向的河床，3d 面。
水流方向是指水流动力轴线的方向，当洪水、中水、枯水流的动力轴线不一致时，选取河床横断面的方向也有所不同，应根据需要选定。
若研究防洪问题，应取与洪水的动力轴线垂直的断面为河床横断面，又称"大断面"。
若以航道整治为目的，取与枯水的动力轴线垂直的断而为河床横断面，主要研究枯水河床的边滩、浅滩、深槽等变化。
山区河流的横断面，因受河流下切作用，汩谷往往发育为"V" 形或"U" 形。
平原河流是从冲积层上流过，所经之处地势平坦，河谷宽阔，河床横断面呈抛物线形、不对称的三角形或复式"W" 形。
河床纵剖面(longitudin a l profileof channe1) 沿河流动力轴线所切取的河床剖面。
河流动力学
下风化、破碎形成的。在上述作用下从流域 内地表进入水系（或大气层），在水力（风 力）作用下经历搬运、沉积后在新的地点成 岩，往复循环。
§ 1-2 研究对象
泥沙运动是地球上物质圈（水圈、大气 圈、岩石圈、生物圈）演化过程的重要环节。
侵蚀特点
范围
水力侵蚀→流水侵蚀和重 力侵蚀（崩塌、滑坡）
重力侵蚀
片蚀、沟蚀、崩岗侵蚀
黄土丘陵区： 渭河南北、三门峡
长江流域及以南地区： 广东、福建、四川等
湖北、广西、浙江、 安徽等省区
坡面剥蚀—片蚀 主要与人类活动有关 顺坡耕作时侵蚀更严重 土地退化 生态环境的恶化
四川、湖南、贵州等 云南、金沙江支流 三峡库区、贵州 （半）干旱、半湿润 洞庭湖、黄河三角洲
§1-1 基本概述
三、系统
地表上各种各样的物质运动可以区分成
不同的自然系统来分别进行研究，称为“地 质系统”。如：火山熔岩流动形成的岩浆流、 天然河流都可以看作是一个自然系统。
在某个自然系统中存在能量和物质的运
动、转换，称为动态系统。
§1-1 基本概述
系统的边界既可以用天然边界（流域的 分水岭、河流的河床、水面），也可以根据 研究目的人为划分。划定边界后，边界之外 的所有内容（物质、能量）都是外部环境， 而非系统的组成部分。
简介
一、概述 二、泥沙颗粒基本特性 三、床面形态与水流阻力 四、推移质（泥沙的起动与推移） 五、悬移质（水流挟沙力） 六、河道演变（基本原理） 七、河型
第一章 河流动力学概述
最早的人类是沿河流和河谷发展的。 （如尼罗河、黄河、印度河流域文明）从大 禹治水疏导百川、治理江河至举世瞩目的三 峡工程，都利用了河流动力学的基本原理。 河流动力学的研究与发展是人类为谋求生存 而对河流进行治理和利用的，它们之间有着 必然联系。
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。
《河流动力学》课件
THANKS
感谢您的观看。
地形特征对河流的影响
地形特征决定了河流的基本特点，如流向、流速、泥沙运动等，也影响了河流的开发和治理方式。
包括径流量、流量、水位等，受到气候、地形等因素的影响。
河流水量
包括水的清澈度、污染状况等，与人类的生产和生活密切相关。
水质状况
河流水量和水质状况对人类的生产和生活具有重要影响，如灌溉、航运、发电等。
河流的演变与变化
河谷的形成与演化
河谷的形成是由于水流侵蚀和沉积作用的结果，随着时间的推移，河谷的形态和规模会发生变化。
河流的裁弯取直
在长期的演变过程中，河流会不断裁弯取直，改变河道形态，以保持稳定的流向。
河流的发育阶段
从源头开始，经历上游、中游、下游等不同阶段，每个阶段都有不同的地貌特征和演变特点。
特点
A
B
C
D
河流是地球生态系统的重要组成部分，河流动力学的研究有助于了解和保护地球生态系统。
河流是人类生产生活的重要资源，河流动力学的研究有助于合理利用和保护水资源。
河流是自然灾害的重要来源之一，河流动力学的研究有助于预测和防范自然灾害。
02
CHAPTER
河流的分类与特征
河流的分类标准
按河流的流域面积、河流水量、河流流向、流域地形等标准进行分类。
水文循环是影响河流变化的重要因素，降雨、蒸发、径流等环节都会对河流产生影响。
水文循环
气候变化
地质构造
气候变化如气温、降水等的变化会影响水文循环，进而影响河流的演变。
河流水动力学
河流水动力学引言水是地球上最重要的自然资源之一，而河流是水在地球表面行使其主导性的物理特性的产物。
河流是地球上水循环的一部分，也是整个生态系统的重要组成部分。
对于理解河流水动力学及其对环境和人类社会的影响，具有重要意义。
本文将对河流水动力学进行详细探讨。
一、河流的定义与特征河流是水流动在地表上形成的地貌特征，通常由源头、河床、河流网络和出口组成。
河流具有以下特征：1.1 水的流动：河流是由水的流动形成的，水从高处流向低处。
1.2 水力过程：河流主要是由重力和阻力之间的相互作用产生的水力过程所驱动的。
1.3 河床：河流的底部被称为河床，通常由沉积物、砾石和沙子等物质组成。
二、河流水的运动方式河流水的运动方式主要有三种：均匀流、变动流和瞬变流。
2.1 均匀流：均匀流是指河流的水深、流速、水面宽度和横截面积在河长方向上保持恒定的流动状态。
2.2 变动流：变动流是指河流的水深、流速、水面宽度和横截面积在河长方向上存在变化的流动状态。
这种流动状态通常发生在曲流、弯道和交汇流等地形处。
2.3 瞬变流：瞬变流是指河流的水深、流速、水面宽度和横截面积发生即时变化的流动状态，通常发生在河流的波浪、白水、瀑布和涡漩等地方。
三、河流水动力学的驱动力河流水动力学是由多种驱动力所控制和影响的。
3.1 重力：重力是驱动河流水运动的主要力量之一。
水从高处流向低处是由于重力的作用。
3.2 摩擦力：摩擦力是河流水动力学中的另一个重要驱动力。
河床表面的摩擦力阻碍了水流的运动，并使水流变得更加湍急。
3.3 惯性力：惯性力是由于水体受力后继续运动的趋势而产生的。
当河流的水动力发生变化时，惯性力会产生反作用力，改变河流的流向和速度。
3.4 表面张力：表面张力是水分子之间的相互作用力，是河流水面能保持平坦和稳定的重要原因之一。
四、河流水动力学的影响因素河流水动力学受到许多因素的影响。
4.1 水量：水量是指河流中的水的总量，是影响河流水动力学的重要因素。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
10次
7次
1次
18次
17次
15次
14次
13次
9次
4次
5次
3次
作业一
1、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？
2、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？
3、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？
第二次作业
1、已知某河流床沙d90=0.9mm，推移质平均粒径D=0.5mm，比降J=0.0004，单宽流量q=3m3/(m . s)，水深h=1.89m。
忽略岸壁影响，试用Meyer-Peter公式计算推移质单宽输沙率。
2 已知：梯形断面渠道，底宽b=5m，边坡系数m=2，流量Q=40m3/s，坡降J=0.0008，运动粘滞系数ν=10-6m2/s，泥沙粒径D35=0.3mm，D65=0.9mm，水深H=1.93m。
设断面平均流速U由沙粒阻力决定，河床为粗糙床面，求沙粒阻力对应的水力半径R’。
3、有一沉沙池，设计水深h=3m，水温20℃，来流流量为4.5m3/s，不计紊动对泥沙颗粒沉速的影响，问：在尽量节约工程量的前提下，为保证将来水中粒径D≥0.5mm的泥沙颗粒完全除去，沉沙池的长度和宽度各应不小于多少？
4、已知宽浅型冲积河道，河宽B=850m，流量Q＝2500m3/s，比降J＝3/10000，D50＝0.06mm。
试用李昌华、刘建民方法求其平均水深和流速，并求此种情况下的糙率n和Darcy-Weisbach 系数f各为多少？
第三次作业
1.某灌区的干渠引水量Q=20m3/s，水中浮沙的中值粒径d50=0.03mm，水温T＝20℃，运
动粘滞系数ν＝1×10－6m2/s。
渠道过水断面为梯形，边坡系数m=1，底宽b=9.35m，水深h=2m。
求此渠道水流每天的输沙量。
2.河心滩把河流分成左右两条支河，左支的平均河宽B1 =260m，水深h1 =2.6m，右支的平
均河宽B2 =130m，水深h2 =1.6m，两支河长度相等，干流和两支流的n均为0.03，河床泥沙平均粒径为d=0.25mm，若干流流量为Q=1200m3/s，河宽B=300m，水深h=3.0m，问：（1）左右两支河的流量为多少？
（2）两支河是否发生冲刷或淤积？
第四次作业
1、为什么要将运动泥沙分为床沙质和冲泻质？它们各有什么特点？
2、用扩散理论研究含沙量沿垂线分布得到什么结果？适用于什么条件？还存在什么问题？可怎样改进？
3、简述从理论上推导河相关系的方法。