河流动力学课后习题答案第一章
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：113366n 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：()13b abc =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6V abc π=等容粒径为()11336n 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：颗粒的密度ρs 即颗粒单位体积内所含的质量，国际单位制单位为kg/m 3或g/cm 3，工程中常用t/m 3。
河流动力学作业参考答案
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∑=∆∙=ni ii m p D D 110014）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 1001exp(1∑=∆∙=ni i i mgp 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，试给出以毫米为单位的颗粒粒径范围1.4 3.6φ=-解：因为，其中D 为颗粒粒径，所以可得到D 2log -=Φ2D φ-=，3789.0224.111===-Φ-D 0825.0226.322===-Φ-D 所以颗粒的粒径范围为0.083mm-0.379mm 。
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
(完整版)河流泥沙动力学答案
7.有一条灌溉渠道，断面如图所示，通过粘性土壤地区，泥沙组成的平均粒径为0.03mm ，渠道长10公里，渠道坡降为1/3000，问引取清水，渠道水深为2m 时，会不会发生冲刷？如果发生冲刷，应如何修改渠道？（n=0.02） 解：（1）计算渠道水流的实际平均流速渠道过水断面面积：m mh bh A 825.12122=⨯+⨯=+=， 湿周：m 21.825.11211222=⨯+⨯+=++=h m b χ， 水力半径：m 97.021.88===χA R ， 根据谢才公式和曼宁公式计算渠道水流的实际平均流速：m/s .J R n RJ C U 89.03000197.00201121322132=⎪⎭⎫ ⎝⎛⨯⨯=== （2）计算渠道泥沙起动流速由于泥沙组成的平均粒径为0.03mm ，属于粗粉土，所以采用考虑粘性的张瑞瑾公式计算渠道泥沙起动流速了：m/s 59.0)1003.0(210000000605.01003.065.16.171003.0210000000605.06.172172.03314.032172.014.0=⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛⨯+⨯+⨯⨯⨯⨯⎪⎭⎫ ⎝⎛⨯=⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛++-⎪⎭⎫ ⎝⎛=---d h d d h U s c ρρρ由于U ＞U c ，即渠道实际平均流速大于泥沙起动流速，所以渠道会发生冲刷。
（3）为减少冲刷，可采用减缓渠道坡降的途径来修改渠道。
10.河道左岸有一座灌溉引水闸，闸底高出河底2米，当河道流量为1000m 3/s ，河宽为100m ，水深为5m ，水温为20℃时，问粒径为1mm 的泥沙会不会进入渠道？哪种粒径的泥沙会进入渠道？（河道断面接近矩形） 解：（1）若要使粒径为1mm 的泥沙进入渠道，需使河道断面平均流速大于或等于泥沙扬动流速，即s U U ≥，其中：河道断面平均流速： /s 251001000m A Q U =⨯==，泥沙扬动流速： 1193.010151.151.1561361⨯⎪⎭⎫⎝⎛⨯=⎪⎭⎫ ⎝⎛=-z d h z U s ω （水温20℃时，粒径1mm 的泥沙沉速s cm / 93.11=ω）。
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。
河流泥沙动力学习题及答案
河流泥沙动力学习题1.某河道悬移质沙样如下表所列。
要求：（1）用半对数坐标纸绘出粒径组的沙重百分数P 的分布图，绘出粒径的累积分布曲线，求出d 50、d pj 、ϕ（2575d d =）的数值。
（2）用对数概率坐标纸绘出粒径组的沙重百分数P 的分布图，绘出粒径的累积分布曲线，求出d 50、ϕ的数值。
（3）用方格纸绘出粒径组的沙重百分数P 的分布图，绘出粒径的累积分布曲线。
解：根据题意计算出小于某粒径之沙重百分数，列表如上。
（1）、半对数坐标纸上粒径组的沙重百分数P 的分布图及粒径的累积分布曲线从下述半对数坐标纸上的粒配累计曲线上可查得中值粒径mm 054.050=d ，mm 075.075=d ，mm 041.025=d 。
平均粒径：069.01008675.6141141==∆∆=∑∑==i ii iipj pdp d ，非均匀系数：353.1041.0075.02575===d d ϕ。
半对数坐标纸上的沙重百分数p的分布图2468101214161820220.010.11粒径（mm）沙重百分数（%）半对数坐标纸上的粒配累积分布曲线1020304050607080901000.010.11粒径（mm）小于某粒径之沙重百分数（%）（2）、对数概率坐标纸上粒径组的沙重百分数P 的分布图及粒径的累积分布曲线 （3）、方格纸上粒径组的沙重百分数P 的分布图及粒径的累积分布曲线方格纸上的沙重百分数p的分布图24681012141618202200.050.10.150.20.250.3粒径（mm）沙重百分数（%）方格纸上的粒配累积分布曲线10203040506070809010000.050.10.150.20.250.3粒径（mm）小于某粒径之沙重百分数（%）2.已知泥沙沉降处于过渡区的动力平衡方程式为（ω可查表）：223231)(ωρωρυγγd K d K d K s +=-令上式为 A=B+C要求计算并绘制d ～C B C +及d Re ～CB C+的关系曲线。
(完整版)河流动力学作业参考答案[1].
![(完整版)河流动力学作业参考答案[1].](https://img.taocdn.com/s3/m/d43f07b5af45b307e87197e9.png)
===浑水的重量比浓度为
33352.99
0.051198/0.0512/51.2/1035.003
s w W S gf cm gf cm kgf m V =====
注:公式,单位一定不要忘记,同时注意表达方式的书写。m ≠W,ρ≠γ,单位的换算。还有不要混淆gf和g的区别,前者是重力的单位,后者是质量的单位。1kgf=1000gf=9.8N,指的是1千克物体所受的重力。在计算中,重量也可以用质量来表示,单位是g ,表达符号是m.它与重量用力的表示,单位是gf ,数值上是一样的。
算结果。2.第一问中γ的确定,水温是在都为20o
C ,所以γ=998.2kgf/cm 3。
3.第二问出现的问题最多。尤其注意原型与模型因温度的不同,p γ,m γ,p ν,m ν取值
得不同。原型是20o
C ,所以p γ=998.2kgf/cm 3;p ν=1.004⨯10-6m 2/s ;模型是5o
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
则有b b RJ τγ=,w w RJ τγ=把以上各式代入(1式,则
b w RJ RJ RJ γγγ=+
根据曼宁公式,设岸壁区,河床区水流速度w U ,b U ,则有
2/31/2
1U R J n
=
,2/31/21w w w U R J n =,2/31/21b b b U R J n = 22
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。
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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。