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 。
和过渡区粒径判数4两者均为沙 粒雷诺数R”的函数，只要找岀两个判数之间的关系即可从d 求岀3,而无须进行试 算，从而沙玉清沉速公式为也山+ 3.790 Sig "577?亠39。
张瑞瑾在研究泥沙的 静水沉速时认为过渡区的阻力既有粘滞力的特点，也有=6.90 s 什么是絮翩 象？影响絮擬的因素有哪些?10 145紊流区阻力的特点，只是两者的权重随沙粒雷诺数R施的变化而变化，采取阻力叠加原则得泥沙颗粒在静水中下沉时的绕流状态与沙粒雷诺数R&有关，当R M较小时（约小于0.5）,属层流区，当R施较大时，（大于1000）,属紊流区，当R&介于0.5与1000之间时，属过渡区。
5、试述含沙量对沉逮的影响。
答：当大量颗粒分散在流体中沉降时，由于互相的干扰，其沉速将小于单颗粒沉速，尤其是高含沙水流。
因为当水体中含较多泥沙时，含沙量的増大使浑水容重増加，下沉的泥沙引起的向上水流和激起的紊动使得沉速减小。
而当水体中含有较多细颗粒泥沙时，细颗粒泥沙和水中的电解质作用，将发生絮礙现象，含沙量较低时（小于15kg/m3）,将形成互不相连的絮团，増大了颗粒粒径，造成沉速増加;含沙量进一步増大，絮团联成絮网结构，则使得沉速大幅降低。
含沙量对沉速的影响，取决于以上各因素的对比关系。
作业二1、试分析说明秒波的运动机理。
随着水流强度的增加，沙波经历哪些发展阶段？河道中为什么会产生沙波？答：沙波的运动与其附近的水流流态密切相关。
在沙波的迎流坡上，随着水流流速沿程不断増大，河床泥沙所处的状态逐渐由静止开始沿水流向下游运动，其运动速度也沿程不断增大，故迎水坡面受爪流冲刷而逐渐冋下游移动；泥沙越过波峰后，受背水坡上横轴坏流挟持，发生旋滚，在背流面上的流速负值区域內，存在逆水流向上游的运动，最终在其自身重力的影响下，在背流面上沉积，故水流越过坡顶后开始扩散，泥沙在背水面淤积。
另外，对于部分颗粒较小的泥沙，越过波峰后，可能随水流跃过横轴环流影响区，继续向下游运动。
所以迎水面冲刷.背水面淤积的综合结果使整个秒坡缓缓地向下游移动，其推进速度远水于水流的速度。
沙波随着水流在不断变化，具有产生、发展和消亡的过程。
随着水流强度的増强，沙波运动将经历静平床、沙纹、沙垄、过渡.动平整、沙浪及急滩与深潭几个不同的发展阶段。
沙波是在水流的作用下形成的，与水流强度的关系十分密切。
但是河床上为什么会岀现沙波，尽管己有众多科学工作者就此曾逬行了研究，但目前对于这个问题还并不十分清楚。
有的人认为沙波形成于水面波有关，这种观点虽然可以解释沙波的形成机理，但无法解释深水及无自由表面的水体中沙波形成的机理；另外一些人认为，沙波的形成是河床组成的不均匀性与水流的不稳定性的综合结果，但不能用来说明驻波或逆波的形成；还有一些人认为沙波和交界面失去稳定与形成波动有关，但当床面泥沙运动很微弱的时候，还将其看成是与水体不同的比重较大的流体则是不恰当的。
总之，关于沙波成因的问题远没有到彻底解决的程度，还有待进一步研究。
2、已知某河流床秒 d =0. 9nm,推移质平均粒径左0. 5mn,比降J=0. 0004,单宽流量90<F3n )5/ ( nrs ),水深h=l. 89m<»忽略岸壁談向 试用Ueyei -Petei 公式计算推移质单宽 输沙率。
解：平均流速为u=牛,则由曼宁公式可得： h『勺巾 _ h"js _ (1.89) “ x (0.0004) m u 一 qfh 一 歹 1.89n .=<=(^pl =0_0120[(-)^}V-0.047(r,-r )^]^ 故g 尸 z -----------------O.]25p w (^-^)g[ OAgoxg&i Mxo.oog-o.oaxi.dT&o.^ioY]3^=2.429x10“ t/(s m)3己知；梯形断面渠道，底宽25卧边坡系数呼2,流量OMOm'/s,坡降J=0. 0008,运动粘滞系数^二10 nf/s,泥沙粒径D$5=0 3mm, D w =0.9m 叫 水深H=L93m 。
设断 面平均流速U 由沙粒阻力决定，即可采用教材公式(4-5)计算平均流速(取修正系数 z=l),求沙粒阻力对应的水力半径R ，o(提示=假定R ，,试算求解)解：由己知可得，断面面积 A= (b-rmli)h=(S*1.93X2) X 1.93= 17.10 in 2式 4-5 为：f-=5・751g( 12.27空R ),且 d = JgRju • % v即 U=5/75揮了lg(12.27襄)°65故 Q =UA =2.688X 17.10=45.96 m 3/s>40 m 3/s再假定 R' = l ・ 19m,则同理可得 U=2.338m/s, Q=39.98m 3/s^40 m 3/s 故沙粒阻力对应的水力半径为1.19iiio4 •何谓推移质单宽输沙率？可以从哪些途径境行研究，各种研究途径的基本思路如 何？答：一定的水流及床沙组成条件下，单位时间内通过卑位宽度过水断面的推移质质量 或数量称为推移质单宽输沙率。
输抄率公式的计算可以以流速或拖曳力为主要参变数 进行研究，也可以根据能量平衡观点建立公式，还可以根据统计法则建立公式。
各种 研究途径的基本思路=0.0193 )妙=0.490 O.125X1W ( 2.65-1 2.65)x9.8 假定 R* = 1.5m 贝U U=5.75y9.8xl.5x0.00081g( 12.271X1.5 0.9X10-3=2.688 m /s 0.0120 0.0193如下：（1）以流速为主要参变数的推移质输沙率公式：认为影响推移质输沙强度的主要因素是流速，当u>u,时，泥沙开始运动，流速愈大，推移质输沙强度愈高。
（2）以拖曳力为主要参变数的推移质输沙率公式：认为影响推移质输沙率的主要因素是拖曳力，当拖曳力起动拖曳力兀时，泥沙起动，“愈大，&愈大。
（3）根据能量平衡观点建立的推移质输沙率公式：认为水流为维持泥沙处于推移质状态，必然要消耗一部分能量，即单位时间內搬运固体颗粒所消耗的能量等于水流所损失的势能乘以某一效率。
（4）根据统计法则建立的推移质输沙率公式：认为研究推移质运动若不考虑它的随机性质，就很难反映推移质运动过程的本质，因而利用概率论的方法导岀了推移质运动强度①和水流参数屮函数关系的表达式，从而可以由推移质运动强度e与输沙率&的关系求岀输沙率&。
作业三K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？同一河段洪水期与枯水期•床沙质与冲泻质的分界粒径是否相同.为什么？客将运动泥沙分为床沙质和冲泻质是相对于河床组成和其来源而说的。
早在1940 年，爱因斯坦等人通过分析大量床沙及运动中泥沙的级配曲线时发现，床沙中粗的颗粒多于细的颗粒，运动中的泥沙则是细的颗粒多于粗的颗粒，而且运动泥沙中较细的一部分颗粒在床沙中也很少，甚至几乎没有，这些细颗粒在运动过程中与床沙几乎没有交换。
岀现这种现象是因为运动泥沙与床沙的组成有很大的差异，且输沙率与水流条件的关系有明显差异，故将其分为床沙质和冲泻质，这样更有利于分别研丸各自的输沙率和对河床演变的影响。
J 床沙质的特点：主要来自河床，在河床中大量存在，经常与床抄发生交换；在输沙量方面，和上游来沙量无关，只与本河段的水流条件有关；对河床的演变很大，称为造床质；分为次饱和、饱和和超饱和状态；在泥沙中的比例只占一小部分，主要以推移或悬移的运动形式。
冲泻质的特点：主要来自上游流域侵蚀，在河床中少有或者没有，几乎不和床沙发生交换；在输沙率方面，与本河段水流条件无关，主要决定流域来沙情况；对河床演变影响比较少，称为非造床质；运输状态次饱和状态；在泥沙中的比例占大部分，主要以悬移为主。
J 同一河段洪水期和枯水期，床沙质与冲泻质的分界粒径是不同的。
因为洪水期河床淤积，冲泻质转换为床沙质，床抄变细；枯水期河床冲刷，床沙质转换为冲泻质，床沙变粗，故床沙质与冲泻质的分界粒径也随之变化。
2. 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？可怎样改进？答：禺广散理论研究含沙量沿垂线分布的岀发点是二维恒定均匀流平衡情况下含沙量沿垂线分布的微分方程。
V作了如下三个假定：（1）沉速不随水深的变化而变化，等于静水中单个颗粒沉速；（2）悬移质扩散系数舞于动量交换系数务；（3）挟沙水流流速分布符合Kw-PwidH对数流速分布规律，并取卡门常数k=0.4j V罗斯得岀了二维恒定均匀流在不冲不淤的相对平衡情况下，相对含沙量沿水深分3布的方程式：丄仝1〕，又称为罗斯公式。
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，则其等容粒径为常用单位为 mm ，对较大粒径也用 cm 作单位。
d 3而球体的体积为 d，令两者相等，可以看到613)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。
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-(河床演变)-测试题
河流动力学-（河床演变）-测试题一、判断题：（每题2′，共50′）1. 对于较大河流，其上游多为山区河流，下游段多为平原河流，下游与入海口之间为潮汐河流。
[判断题] *对(正确答案)错2. 山区河流一般为冲积河流，平原河流和潮汐河流一般为非冲积河流。
[判断题] *对错(正确答案)3. 影响河床演变的主要因素包括：①来水条件；②来沙条件；③河谷比降；④河床形态和地质条件。
山区河流①、②两个因素起主导作用；冲击平原河流③、④两个因素常起主导作用。
[判断题] *对错(正确答案)4. 较大河流的上游段多为平原河流，下游段多为山区河流，下游与入海口之间为潮汐河流。
[判断题] *对错(正确答案)5. 河床演变的具体原因千差万别，但根本原因是输沙不平衡。
[判断题] *对(正确答案)错6. 顺直型河道河床演变具有浅滩和深槽交替发生冲淤的特点，浅滩：枯冲洪淤；深槽：洪冲枯淤。
[判断题] *对(正确答案)错7. 弯曲型河道主流线“高水傍岸、低水居中”，顶冲点“高水上提、低水下挫”。
[判断题] *对(正确答案)错8. 弯道的深泓线靠近凸岸，凹岸为边滩；深槽水深和边滩宽度随弯道曲率增大而增大。
[判断题] *对错(正确答案)9. 弯道水流作曲线运动，由于离心力作用使水面产生横比降，凸岸水面高于凹岸水面。
[判断题] *对错(正确答案)10. 弯道水流的表层水流向凸岸，底层水流向凹岸，形成弯道环流。
[判断题] *对错(正确答案)11. 弯曲河道发生撇弯时，凹岸是发生淤积的。
[判断题] *对(正确答案)错12. 自然裁弯与切滩是两种不同的现象，对河势的影响，切滩比自然裁弯要强得多。
[判断题] *对错(正确答案)13. 当河湾发展成曲率半径很小的急弯后，遇到较大的洪水，水流弯曲半径远大于河湾曲率半径，这时在主流带与凹岸急弯之间产生回流，使原凹岸急弯淤积，这种突变称为切滩。
[判断题] *对错(正确答案)14. 自然裁弯是在两个河湾之间狭颈上进行的，切滩是在同一个河湾的凸岸进行的。
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。
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
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==⋅===⋅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。
河流动力学作业二
河流动力学作业二《河流动力学》课程报告专题二：推移质1 概述沿河床床面滚动、滑动或跳跃前进的泥沙称为推移质。
推移质主要有以下特点：运动具有间歇性，与静止的床沙经常发生交换，前进速度远较水流速度小，属于运动泥沙中的较粗部分，会引起河床表面形成起伏的沙坡。
关于推移质运动，主要分以下三个部分内容讨论：泥沙起动、沙波运动以及推移质输沙率。
2 泥沙的起动在一定泥沙组成的床面上，逐渐增加水流强度，直到使床面泥沙由静止转入运动，这种现象即为泥沙的起动。
相应的临界水流条件称为泥沙的起动条件。
表达起动条件的形式一般有两种：起动流速或起动拖拽力。
就起动条件而言，均匀沙和非均匀沙，散体和粘性泥沙，平底和斜坡均各具特点。
由于起动标准存在不确定性，加上天然河流非均匀床沙起动的复杂性，作为河流泥沙动力学中一个最基本概念——起动条件，远未达到圆满解决的程度。
2.1 泥沙起动的物理机理2.1.1 作用在泥沙颗粒上的力水流作用下，床沙受到两类作用力：一类为促使泥沙起动的力如水流的推力和举力，另一类为抗拒泥沙起动的力如泥沙的重力及存在于细颗粒之间的粘结力。
此外，河水与地下水互相补给时河床内部出现渗流，床面泥沙还承受渗透压力（一般情况下渗透压力较小，不予考虑）。
水流推力是水流绕过考察颗粒时出现的肤面摩擦及迎流面和背流面的压力差所构成，水流举力则是水流绕流所带来的颗粒顶部流速大压力小、底部流速小压力大造成的，它们分别可用公式表达。
粘结力可分为原状粘土的粘结力和新淤粘性细颗粒的粘结力两类。
影响前者大小的因素较多，难以用数学关系简单表达，目前主要靠现场取样测定。
后者形成粘结力的原因无一致看法。
一种看法认为这种粘结力源于薄膜水仅能单向传压的特性，属于一种附加压力；另一种看法认为这种粘结力主要来自范德华力。
2.1.2 泥沙起动的随机性：沙粒形状及沙粒在群体中的位置都是随机变量，床面不同部位的瞬时起动底速或起动拖拽力也为随机变量。
2.1.3 泥沙起动的判别标准实验室广泛采用一种定性标准，即大体相当于克雷默所谓的“弱动”定为起动标准。
(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。