河流动力学习题
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
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。
河流动力学作业参考答案.
(
1/2
v h ωλλλ==,其中
h λ是模型的垂向长度比尺。已知原型沙的容重是
32650/s kgf m γ=,原型沙的中值粒径是500.03D mm =,原型中水温为20℃。模型的垂
向长度比尺40h λ=,模型中用容重为31500/s kgf cm γ=的电木粉末作为模型沙。试求: (1试验时水温控制在20℃,则模型沙的中值粒径50D应是多少?
(2试验中的实际水温是5℃,此时仍按(1算出的模型沙中值粒径50D进行试验,则试验中实际的沉速比尺ωλ是多少?
(3试验时水温控制在20℃,但模型中悬沙浓度为100kg/m3
ln 10011
∑=∆∙=n
i i i mg
p 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1.43.6φ=-,试给出以毫米为单位的颗粒粒径范围解:因为D 2log -=Φ,其中D为颗粒粒径,所以可得到2
(3模型中1006.67%1500W
V s
S S γ=
=
=, ((55
110.06670.7082V S ωω=-=-=;于是:(
1/2
00
1.4121.4121.4128.930.7082p p p h m ωωωωλλωωω=
==⋅===⋅注:这个题目大家的问题比较多。
1.公式的选择,最好用Stokes公式。当然采用表2-8种其它三种层流计算公式不影响计
河流动力学题目
3.8 6.1
测点含沙量 （kg/m ） 0.69
求： （1）绘制含沙量沿水深分布曲线 （2）求理论悬浮指标 z=？ （3）由实测含沙量求实际悬浮指标 z1=？ （4）取η a=0.05，用 z1 绘制η ～S/S0.2 分布曲线，并检验实测的η ～S/S0.2，进行比较。
第二次作业
1、有一宽浅河道，水深 h=1.5m，断面平均流速 U=1.10m/s，坡降 J=0.0003。已 知床沙中值粒径 D50=0.6mm，水温 T=20℃。实测垂线含沙浓度如下 Y/h 0.05 0.07 0.10 0.15 0.20 0.25 (h-y)/y 19.0 13.3 9.00 5.67 4.00 3.00 3 SV/kgf/m 40.0 14.0 4.40 1.09 0.41 0.16 试求 （1） 理论悬浮指标 Z 和实测悬浮指标 Z1 （2） 在河道岸边修一取水工程，要求取水口的最大含沙浓度小于 2.0kg/ m3,求 取水口的高度？
3
3、某河流上测得：Q=450m3/s，U=1.84m/s，h=4m，dpj=0.06mm，t=25℃，J=0.41‰0，测点
水深及含沙量如下表
测点水深（m）
3
0.2
0.4 0.94
0.8 1.2
1.2 1.35
1.6 1.42
2.0 1.93
2.4 2.24
2.8 2.82
3.2 3.893.6源自4.11 U3 2、根据某河段实测资料，采用图解法和最小二乘法确定 S k gh 公式中
m
的系数 k 和指数 m。以建立适应该河段的水流挟沙力公式。资料如下表：
施测 地点 编 号 1 2 3 毛 4 5 6 7 8 9 家 10 11 12 13 14 15 16 桥 17 18 19 20 施测时间 （年、月、日） 1961•3•7 4•2 4•5 5•17 5•23 6•12 6•27 7•7 7•15 1962•3•9 4•4 4•10 4•20 5•2 5•3 5•5 5•20 6•20 6•25 7•3 沉速 （cm/s） 0.768 0.642 0.900 0.741 1.250 0.730 1.180 0.827 0.477 0.957 1.390 0.851 0.790 1.230 0.755 0.865 1.420 1.572 0.794 0.680 水深 （ m） 0.97 2.45 1.85 1.93 2.24 1.31 2.79 2.807 2.426 2.10 2.83 3.80 4.34 3.82 2.93 3.00 3.68 2.65 2.70 3.76 流速 （m/s） 0.716 1.13 1.02 1.39 1.09 0.947 0.834 1.06 0.906 0.58 1.08 0.94 1.02 0.68 0.712 0.72 0.66 0.70 0.65 0.58 床沙质含沙量 （kg/m ） 0.46 2.0 1.2 2.1 0.72 1.0 0.17 0.575 0.84 0.05 0.3 0.17 0.35 0.035 0.096 0.08 0.027 0.062 0.10 0.042
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。
河流动力学复习
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.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？其中推移质多以哪种运动形式出现？ 19.推移质和悬移质有何区别？它们是如何进行交换的？ 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.何谓泥沙的止动流速与扬动流速？它们和起动流速有何关系？ 24.沙波按平面形态可分为哪些类型？ 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？沙粒阻力与沙波阻力在泥沙运动中的作用如何？ 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。 30.比较以垂线平均流速为主要参变数的推移质输沙率公式的特点。
4
59.什么是造床流量？确定造床流量有哪几种方法？ 60.用计算法确定造床流量的步骤？ 61.第一造床流量和第二造床流量的（特点和实际运用）区别？ 62.河相关系指什么？不同河型的河相关系式有什么不同？
63.水利枢纽对其上下游河道有哪些影响？ 64.试列举冲积河流的纵向和横向稳定指标，并阐明它们的 物理意义。 65.水库常年回水区和变动回水区指哪个区域？
2
31.重力作用和紊动扩散作用在泥沙运动中的作用如何？写出重力作用引起 的下沉的泥沙量和紊动扩散作用引起的上浮的泥沙量的数学表达式。 32.紊动扩散作用的影响因素有哪些？重力作用和紊动扩散作用的对比关系 对悬移质含沙量沿水深分布的影响如何？ 33.超饱和状态、次饱和状态、饱和状态的含义？ 34.何谓床沙质？何谓冲泻质？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？同一河段的洪水与枯水期，床沙质与冲泻质的分界 粒径是否相同，为什么？ 35.将三维悬移质运动的一般扩散方程简化为二维恒定均匀流平衡情况下悬 移质扩散方程。 36.含沙量有几种表达形式？它们之间的关系如何？ 37.悬移质与推移质在运动方式、能量来源及受力特点方面有什么不同？ 38.用扩散理论研究含沙量沿垂线分布的出发点是什么？作了哪些假定？得 到什么结果？适用于什么条件？还存在什么问题？ 39.悬浮指标的表达式如何？其物理意义是什么？根据其物理意义说明其对 含沙量沿垂线分布的影响。 40.重力理论与扩散理论有何不同？重力理论有哪些可取之处与存在的问题？ 41.什么是临底含沙量？它对研究含沙量沿垂线分布及悬移质输沙率有什么 作用？
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 的分布图与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m m 054.050=d ，m m 075.075=d ，m m 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 的分布图与粒径的累积分布曲线 （3）、方格纸上粒径组的沙重百分数P 的分布图与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 +与d Re ～C B C +的关系曲线。
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河流动力学第二次作业
1、
试证明起动流速公式
1/6
c
H
U
d
⎫
=⎪
⎭
与Shields起动拖曳力
公式
()
c
s
U d
f
r r d
τ
ν
*
⎛⎫
= ⎪
-⎝⎭
所表达的规律相同（式中K为沙粒雷诺数
U d
ν
*的函数）。
2、某水库下泻清水，其下游河道将发生冲刷。
在下泻流量为500
米3/秒，河宽200米，过水断面面积为500米2，泥沙平均粒径为5.5毫米的条件下，河床将冲深多少？
3、设在地面比降为0.0001，糙率为0.02，物质组成为1.8毫米的
冲击土上开挖一条输送清水的渠道，输送流量5米3/秒，水的运动粘滞系数ν＝10-6米2/秒，假定两岸将进行护岸，断面可保持矩形，如要求渠道保持稳定，应选定多大的断面？（提示：起动条件可按shields曲线估算）
4、起动流速、止动流速和扬动流速三者有何其别？存在那些问
题？。