工硕-河流动力学课程作业及参考标准答案
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。
《河流动力学》试卷(B)
２００６—２００７学年度第１学期2004 级水利水电工程专业间《河流动力学》课程试卷时试注意事项： 1. 考生务必将自己姓名、学号、专业名称写在指定位置；线考线 2. 密封线和装订线内不准答题。
题号一二三四五总分分数：选分评卷人一、填空题：（每小空 1 分，共 20 分）号学订封１．河流动力学是研究冲积河流在以及所发生的变化和发展规律的一门科学。
２．动床情况下，作用于河底的床面阻力一般包括和两种。
其中，只有一部分对沙波的形成（也即对：推移质的运动）直接起作用，这就是所谓的。
级年Froude 数是明渠水流在某特定断面上的、３．和业专的对比，决定了水流的流态。
装４．推移质运动可以分为、密及三种。
悬移质运动可以分为和两种。
名姓５．要研究泥沙运动规律，首先应了解泥沙的基本特性，它包括：、及，此外，还有对于细颗粒泥沙而言的，和对于粘性土壤而言的。
６．河流中运动着的泥沙，根据其运动状态的不同，可以分为、及三种运动形式。
选分评卷人二、判断题：（每小题2分，共10分）１．河流的变化和发展是水流与河床相互作用的结果。
( ) ２．利用筛析法所得的泥沙颗粒粒径接近于它的等容粒径。
( ) ３．泥沙的水下摩擦系数对分散颗粒而言，一般随着粒径的减小而减小。
( ) ４．泥沙颗粒在静水中下沉时，其周围水体的绕流状态与沙粒的雷诺数Re D有关。
( ) ５．所有的泥沙颗粒都以一定的转移概率分别经历推移质、悬移质和床沙这三种运动形式。
( )选分评卷人三、名词解释：（每小题 5 分，共 25 分）１．中值粒径 D50：２．泥沙的孔隙率：３．泥沙的沉速：４．比表面积：５．稳定渠道最优断面：选分评卷人四、简答题：（每小题10分，共20分）１．试述在泥沙的沉降过程中，绕流的状态及其判别方式。
２．试述推移质和悬移质之间在物理本质上的区别。
选分评卷人四、计算题：（25分）１．某河段长40km，平均河宽800m，一次含沙洪水过后的淤积物总重量为4000 万 tf 。
河流动力学习题集
《河流动力学》习题集第一章1、泥沙粒径有哪些表达形式?2、试分析粒配曲线图上沙样曲线组成的相对均匀程度。
3、比表面积指什么？它有何重要意义？4、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？5、何谓泥沙干容重?它受哪些因素的影响?6．什么是泥沙的沉速?球体沉速与等容泥沙的沉速是否相同?为什么? 7．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?8．窦国仁建立沉速公式的基本出发点是什么?该公式的优缺点如何? 9．原水利电力部规范推荐的沉速计算公式有哪些?10、按水利部规范推荐的公式分别计算D=0.01，0.5，3mm时的沉速。
（g =9.841m/s2，水温为20°C）11、当D=0.5mm时，按岗恰洛夫公式，沙玉清公式，张瑞谨公式，窦国仁公式分别计算水温为20°C时，泥沙的沉速。
12．什么是絮凝现象?影响絮团沉速的因素有哪些?第二章1、已知泥沙粒配资料如下，做泥沙粒配曲线，并用合适的代表粒径，按照岗恰洛夫和沙莫夫公式，求水深h=0.5时的起动流速Uc。
2、推移质运动规律的研究涉及哪些环节，实际意义如何?3、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?其中推移质运动多以哪种运动形式出现?4、推移质和悬移质有何区别?它们是如何进行交换的?5、怎样表示泥沙的起动条件?如何判别床面泥抄是否起动?定量判别泥沙是否起动的困难是什么?6、试列出泥沙颗粒以滑动形式起动时力的平衡方程式，并推导出起动流速公式的一般结构形式。
运用多种形式的流速垂线分布公式，将近底流速u o转换为垂线平均流速U，进而推导出泥沙起动流速公式U C。
7、希尔兹的起动拖曳力理论有何特点?试推导希尔兹的起动拖曳力公式。
8、运用希尔兹理论求起动拖曳力时需要哪些实际资料，计算步骤如何?9、已知组成河床泥沙的资料如下，河流水深h=1.2m，比降J=0.9×10-4，水温T=20℃，水流为均匀流。
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，断面信息提取，曼宁糙度系数，非均匀沙的处理，悬移质级配，淤积物级配，床沙表层级配，床沙柱状分层调整，河床变形，断面修正等。
3 河工模型概述河工模型是研究河床演变、河道整治及洪水预测预演和水库运用方式等边界条件复杂、三维性较强等问题的重要手段。
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 /ss=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Y2/3 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 。
（完整版）河流动力学三基试题参考答案
（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。
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。
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，20014.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。
设某一颗泥沙的体积为V ，则其等容粒径为316⎪⎭⎫ ⎝⎛=πV d （12） 常用单位为mm ，对较大粒径也用cm 作单位。
如果可以把泥沙看成椭球体，因椭球体的体积为6abc π（a ，b ，c 为椭球体的长、中、短三轴），而球体的体积为63d π，令两者相等，可以看到3abc d = （13）也就是椭球体的等容粒径即为其长、中、短轴长度的几何平均值。
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《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。
设某一颗
泥沙的体积为V，则其等容粒径为
316⎪⎭
⎫ ⎝⎛=πV d （12） 常用单位为mm,对较大粒径也用cm 作单位。
如果可以把泥沙看成椭球体，因椭球体的体积为6abc
π（a ，b,c 为椭球体的长、中、短三轴)，而球体的体积为63
d π，令两者相等,可以看到
3abc d = （13）
也就是椭球体的等容粒径即为其长、中、短轴长度的几何平均值。
在实际工作中，对于不易测量其长、中、短轴长度的泥沙,通常通过两种方法确定其粒径。
对于较粗天然沙粒测量成果的统计分析表明,沙粒的中轴长度，和其长、中、短三轴的几何平均值（即等容粒径）接近相等且略大。
这样在实际中,对于粒径在0.062～32。
0mm 之间的沙粒，一般采用筛析法。
对于粒径在0.062mm 以下的粉粒和粘粒,已不可能进一步筛分,只能采用沉降法，如比重计法、粒径计、吸管法等。
这些方法的基本原理是,通过测量沙粒在静水中的下的沉降速度，按照粒径与沉速的关系式换算成粒径。
②泥沙的粒配曲线及有关特征值。
河流泥沙往往具有很强的非均匀性.通过对沙样颗粒组成的分析，得出其中各粒径级的重量百分比或者小于某粒径的重量百分比，并绘制泥沙粒径颗粒极配曲线.通过颗粒极配曲线可以直接表现泥沙沙样粒径的大小和沙样的均匀程度,落在图1所示右边的曲线(曲线Ⅱ）显然代表离境较细的沙样；坡度较陡的曲线（曲线Ⅰ）则代表粒径较均匀的沙样。
从粒配曲线上，可以查出小于某粒径的泥沙在总样中占的重量百分数，同时也可以查出在总沙样中占重量百分数的泥沙的上限粒径。
后者通常以重量百分数为脚标，附注在粒径d 的右下角，表示该上限粒径，如d 5、d 10、d 50…等。
其中d 50是一个十分重要的特征粒径，称为中值粒径，它表示在全部沙样中,大于和小于这一粒径的泥沙重量刚好相等.
d pj 为泥沙的平均粒径，可用下式表示
i n i i
i
pj p d p d ∆∆=∑=1 （14）
式中,d i 为第i 组泥沙的代表粒径。
Δp i 为粒径为d i 组泥沙在整个沙样中的所占重量百分比. 通常泥沙的平均粒径d pj 与中值粒径d 50并不相等,天然沙的平均粒径d pj 一般大于中值粒径d 50。
关于沙样的均匀程度也可采用如下形式的非均匀系数或称拣选数。