河流泥沙动力学
- 1 - 《河流动力学》课程规范（讲授+实验） 一、课程概况
课程号 HBX220017 课程名称 河流动力学 课程英文 名称 River Dynamics
总学时数/周数 32/5 学分 2 讲授 学时 28 实验学时 4 实习周数
开课单位 理工学院 适用专业 水利水电专业
课程类别 拓展教育课程 修读方式 选修 先修课程 水力学
考核方式 考核方式：平时成绩和期末成绩综合测评。期末考试：闭卷。 成绩构成比例：期末考试占70％；平时成绩占20％，实验成绩占10%。 平时成绩：主要依据考勤及平时作业情况综合评分。
教材及主要教学参考书
教材：张瑞瑾. 河流泥沙动力学[M].中国水利水电出版社，2014. 主要参考书：
[1]王昌杰.《河流动力学》[M].人民交通出版社，2004. [2]邵学军，等.《河流动力学概论》[M].清华大学出版社，2005.
课程简介 《河流动力学》课程是水利水电工程专业的一门专业教育课。是研究河道在自然状态下以及受人工建筑物控制以后在水流与河床相互作用的过程中运动发展的力学规律的一门课。本课程的知识点相对分散，公式较多，学生反映不太好学，因此，在本课程教学中应该以泥沙运动作为主线，以泥沙起动、推移质运动和悬移质运动的运动规律的分析理解作为重点，进而对理解泥沙运动对水流阻力、水流运动加以理解掌握。河床演变应与水流泥沙运动相联系。
能力培养任务 通过本课程的学习，使学生了解冲积河流在自然状态下以及受人工建筑物影响以后所发生变化的基本特性。流域上产生的泥沙进入支流、干流河道后，对河道的水流运动、河道演变及沿河的工业、农业、生活取排水工程有重要影响。领会学习处理复杂问题的思路及方法，能初步掌握河流泥沙运动的基本规律，分析水流泥沙运动与河道演变对环境的影响。通过本课程的学习，让本专业的学生掌握泥沙运动的观测、采集、分析、计算方法，运用所学知识去分析工程中遇到的泥沙问题。 - 2 -
二、课程知识、能力体系 《河流动力学》课程知识（能力）体系 序号 知识单元描述 知识点 对应能力 学时 要求
1 第一章 河流动力学基本概念简介 河道水流的基本特性；河道水流的水流结构；河道水流的紊动及阻力损失。 掌握河道水流的基本特性 2 了解
2 第二章 泥沙的特性 河流泥沙来源；泥沙的矿物特性与分类；泥沙的几何特性与重力特性。 熟练掌握泥沙的基本特性 3 掌握 3 第三章 泥沙的沉速 沉降公式；泥沙沉降的不同形式、影响沉速的几个主要因素。 熟悉泥沙沉降的不同形式并熟练掌握泥沙的沉降公式 3 熟悉 4 第四章 泥沙的起动 泥沙起动的物理机理、均匀沙的起动条件、非均匀沙的起动条件、斜坡上泥沙的起动流速、止动和扬动流速。 熟练掌握泥沙的起动形式与条件 4 掌握 5 第五章 沙坡运动及动床阻力 沙坡形态和运动状态、沙坡的发展过程和形成机理；床面形态的判别标准、沙坡尺度及其运行速度；动床阻力。 能熟练掌握沙坡运动与动床阻力 3 熟悉 - 3 -
6 第六章 推移质输沙率 推移质简介；均匀推移质输沙率公式与非均匀推移质输沙率公式；估算推移质输沙率的其他方法；用统计理论处理推移质输沙率问题的新进展。 掌握推移质的概念，并能估算推移质输沙率 3 掌握 7 第七章 悬移质运动基本状态及含沙量沿垂线分布 悬移质及其运动基本状态；悬移质运动的质量平衡及含沙量沿垂线分布。 掌握悬移质运动基本状态和 2 掌握 8 第八章 悬移质运动的能量平衡及水流挟沙力 重力理论述评、制紊假说、水流挟沙力。 掌握悬移质运动的能量平衡，能计算水流挟沙力 3 掌握 9 第九章 高含沙水流问题 高含沙水流的基本特性与泥沙运动及河床演变特点。 能解决高含沙水流问题 2 掌握
10 第十章 异重流 异重流的现象、一般特性、基本力学规律； 水库异重流和河渠异重流。 掌握异重流的现象、特性以及基本力学规律。了解一般常见的异重流 3 掌握 “要求”指学生对知识、能力掌握的熟练程度，填写：了解、熟悉、掌握。 - 4 -
三、教学内容及基本要求 理论教学部分（按章节顺序填写）学时：2
章 第1章 河流动力学基本概念简介
教学目的 和要求 通过学习后，要求学生能够：1、掌握河道水流的基本特性； 2、
了解河道水流的水流结构； 3、了解河道水流的紊动及阻力损失；
重点和难点 重点：河道水流的基本特性。 难点：河道水流的基本特性。
“三基”分析 基本知识：河流动力学基本概念、河道水流的水流结构、河道水流的紊动及阻力损失。 基本理论：河流的基本特性 基本方法：弯道环流、水流紊动
教学内容与 学时分配
教学内容（2学时） 1.1 河道水流的基本特性 （1.0学时） 1.2河道水流的水流结构 （0.5学时） 1.3河道水流的紊动及阻力损失 （0.5学时）
教学方法与 教学手段
教学方法：1.采用“以多媒体教学为主、板书为辅”的方式，多种教学手段相互补充，使课堂教学与实验教学相结合。 2.启发引导为主，从重知识目标转向重智能目标上转变。 3.线上教学与线下教学相结合，借助网络等方式搭建师生交流和互动的平台。 教学手段：1.理论讲授和实例讲解相结合。 2.通过课堂现场互动，达到“以学生为本、师生互动”的目的，充分调动学生的学习积极性和主动性。
本章思考题 河道水流有哪些基本特性？
主要 参考资料 [1]王昌杰.《河流动力学》[M].人民交通出版社，2004.
[2]邵学军，等.《河流动力学概论》[M].清华大学出版社，2005.
备注 - 5 -
理论教学部分（按章节顺序填写）学时：3 章 第2章 泥沙的特性
教学目的 和要求
通过学习后，要求学生能够： 1、了解河流泥沙来源； 2、熟
悉泥沙的矿物特性与分类； 3、掌握泥沙的几何特性； 4、掌握泥沙的重力特性。
重点和难点 重点：泥沙的矿物特性与分类、泥沙的几何特性、泥沙的重力特性。 难点：泥沙的几何特性、重力特性。
“三基”分析 基本知识：河流泥沙来源、泥沙的矿物特性与分类、泥沙的特性。 基本理论：泥沙淤积理论 基本方法：筛选分析
教学内容与 学时分配
教学内容（3学时） 2.1河流泥沙来源 （0.5学时） 2.2泥沙的矿物特性与分类 （0.5学时） 2.3泥沙的几何特性 （1.0学时） 2.4泥沙的重力特性 （1.0学时）
教学方法与 教学手段
教学方法：1.采用“以多媒体教学为主、板书为辅”的方式，多种教学手段相互补充，使课堂教学与实验教学相结合。 2.启发引导为主，从重知识目标转向重智能目标上转变。 3.线上教学与线下教学相结合，借助网络等方式搭建师生交流和互动的平台。 教学手段：1.理论讲授和实例讲解相结合。 2.通过课堂现场互动，达到“以学生为本、师生互动”的目的，充分调动学生的学习积极性和主动性。
本章思考题 影响干容重的因素有哪些？
主要 参考资料 [1]王昌杰.《河流动力学》[M].人民交通出版社，2004.
[2]邵学军，等.《河流动力学概论》[M].清华大学出版社，2005.
备注 - 6 -
理论教学部分（按章节顺序填写）学时：2 章 第3章 泥沙的沉速
教学目的 和要求 通过学习后，要求学生能够： 1、熟悉泥沙沉降的不同形式； 2、
掌握沉速公式； 3、熟悉影响沉速的几个主要因素。
重点和难点 重点：沉速公式。 难点：沉速公式。
“三基”分析 基本知识：泥沙沉降的不同形式、沉速公式。影响沉降的几个主要因素。 基本理论：泥沙沉速推导 基本方法：斯托克斯法、张瑞谨法、冈恰洛夫法、沙玉清法
教学内容与 学时分配
教学内容（2学时） 3.1泥沙沉降的不同形式 （0.5学时） 3.2 沉速公式 （1.0学时） 3.3影响沉速的几个主要因素 （0.5学时）
教学方法与 教学手段
教学方法：1.采用“以多媒体教学为主、板书为辅”的方式，多种教学手段相互补充，使课堂教学与实验教学相结合。 2.启发引导为主，从重知识目标转向重智能目标上转变。 3.线上教学与线下教学相结合，借助网络等方式搭建师生交流和互动的平台。 教学手段：1.理论讲授和实例讲解相结合。 2.通过课堂现场互动，达到“以学生为本、师生互动”的目的，充分调动学生的学习积极性和主动性。
本章思考题 试推导球体沉速公式
主要 参考资料 [1]王昌杰.《河流动力学》[M].人民交通出版社，2004.
[2]邵学军，等.《河流动力学概论》[M].清华大学出版社，2005.
备注 - 7 -
理论教学部分（按章节顺序填写）学时：4 章 第4章 泥沙的起动
教学目的 和要求
通过学习后，要求学生能够运用：1）掌握泥沙起动的物理机理；
2）掌握均匀沙的起动条件；3）了解非均匀沙的起动条件；4）了解斜坡上泥沙的起动流速；5）掌握止动和扬动流速。
重点和难点 重点：泥沙起动的物理机理、均匀沙的起动条件、止动和扬动流速。 难点：泥沙起动的物理机理、均匀沙的起动条件。
“三基”分析 基本知识：泥沙的起动的物理机理、均匀沙与非均匀沙的起动条件、止动和扬动流速。 基本理论：泥沙起动的临界条件 基本方法：张瑞谨法、唐存本法、窦国仁法、希尔兹法
教学内容与 学时分配
教学内容（4学时） 4.1泥沙起动的物理机理 （1.0学时） 4.2均匀沙的起动条件 （1.0学时） 4.3非均匀沙的起动条件 （0.5学时） 4.4斜坡上泥沙的起动流速 （0.5学时） 4.5止动和扬动流速 （1.0学时）
教学方法与 教学手段
教学方法：1.采用“以多媒体教学为主、板书为辅”的方式，多种教学手段相互补充，使课堂教学与实验教学相结合。 2.启发引导为主，从重知识目标转向重智能目标上转变。 3.线上教学与线下教学相结合，借助网络等方式搭建师生交流和互动的平台。 教学手段：1.理论讲授和实例讲解相结合。 2.通过课堂现场互动，达到“以学生为本、师生互动”的目的，充分调动学生的学习积极性和主动性。
本章思考题 什么是希尔兹数？
主要 参考资料 [1]王昌杰.《河流动力学》[M].人民交通出版社，2004.
[2]邵学军，等.《河流动力学概论》[M].清华大学出版社，2005.
备注
河流网泥沙输移的全周期动力学模型
Ｖｏｌ ３１ ｜ ＮＯ． ４
宁 夏 大 学 学报 （ 自然 科 学 版 ）
Ｊ ｕ ｎ ｌ ｆＮｉ ｇ ｉ ｉ ｅ ｓｔ （ ｔ ｒ ｌ ｃｅ ｃ ｉ ｏ ） ｏ ｒ ａ ｎ ｘａ Ｕｎｖ ｒ ｉ Ｎａ ｕ ａ ｉｎ ｅ Ｅｄ ｔ ｎ ｏ ｙ Ｓ ｉ
摘
要 ： 前期 研 究 的基 础 上 ， 据 黄 河流 域 水 沙 变化 特 点 ， 立 能够 长 时 间反 映 河 网上 冲 淤 和 水 流 携 沙 能 力 反 馈 在 依 建
调 节规 律 的泥 沙输 移 网络 动 力 学模 型． 过 合 理 设 值 将 黄 河 枯 水 期 模 型 与 丰 水 期 模 型 进 行 连 接 ， 到 能 够 体 现 枯 通 得
同的季节 、 流量 、 沙量 而 发 生变 化． 中枯水 期 和 含 其 丰水期 的输 沙率 公式分 别为
Ｓ — ＡＱ ， （） １
存 在 至少两方 面 的问 题 ： ①研 究 主 要 集 中在 某 个 河
段或水 库 ， 空 间上具 有较 大 的局 限性Ｌ ； 在 ｌ ②模 型 参量较 多 ， 突 出主要参 变量 间的关 系． 未 利用 这类 模 型计算 很难解 决实 际 工 程 问题 ， 至 有些 计 算 结 果 甚
期 时 ａ＝ １ ３ ｂ一 ０ ９ ． ＝．， ＝ ．８
前期 的研 究 中ｌ ５
，以黄河为研 究对 象分 别 根
据 黄河 流域枯 水期 、 水 期 特点 建 立 了能够 反 映 河 丰 网上 冲淤和水 流携沙 能力 反馈调 节规 律 的泥 沙输 移 网络 动力 学模 型ｌ ， 利 用 实测 数 据对 模 型进 行 了 ＿ 并 ［ ］ 验证 ， 验证 结果表 明模 型可 以用 以模 拟 自然河 流 的
河流淤积原理
河流淤积原理河流淤积是指河流中的泥沙、砾石等颗粒物质在水流作用下沉积在河道底部或两岸的现象。
这是一种自然过程，对于河流的形态和水文特征有着重要影响。
河流淤积原理是指导我们了解和预测河流淤积现象的基本理论。
河流淤积的原理可以从水动力学和沉积学两个方面来解释。
首先，水流在流动时会带动河道底部和两岸的沉积物。
当水流速度减小时，其携带能力也会减小，导致沉积物沉积在河床上。
其次，河流的淤积还与河道的形态和沉积物的特性有关。
河道的曲率、宽度和横断面形状等因素都会影响河流的水动力特征，从而影响沉积物的沉积过程。
河流淤积的过程可以分为沉积物运动和沉积两个阶段。
在沉积物运动阶段，水流的作用下沉积物被搬运到河道中的较低位置。
这个过程中，河流的水动力特征决定了沉积物的运动速度和方向。
水流速度越大，悬移质量浓度越高，沉积物的运动速度也就越快。
而在沉积阶段，随着水流速度的减小，沉积物逐渐沉积在河道底部或两岸。
这个过程中，沉积物的颗粒大小和密度决定了其沉积速度和沉积层的厚度。
河流淤积是一个动态过程，河流淤积物的形成和消失是同时进行的。
当河流的输沙量大于搬运和淤积的能力时，河道底部的淤积物将逐渐堆积起来，形成河床的升高。
相反，当河流的输沙量小于搬运和淤积的能力时，河道底部的淤积物将被侵蚀，河床的高度将逐渐降低。
这种动态平衡状态决定了河流淤积现象的周期性。
河流淤积现象对于河流的环境和生态系统有着重要的影响。
首先，河流淤积会改变河道的形态和水文特征。
河床的升高会导致河水的水位升高，增加洪水的威力和频率。
其次，河流淤积还会影响河流的水质和生物多样性。
沉积物中的有机物和污染物会对水质产生影响，而沉积物的沉积和悬浮态颗粒物的含量也会影响河流中的生物群落结构。
为了管理和保护河流资源，我们需要深入了解河流淤积原理，预测和评估河流淤积现象的发展趋势。
基于对河流淤积原理的研究，我们可以采取一系列措施来减轻淤积现象的影响。
例如，加强土壤保护，控制河岸侵蚀和河床冲刷，合理规划河道的疏浚和改道工程等。
泥沙流运动规律的研究与模拟
泥沙流运动规律的研究与模拟一、引言泥沙流是指河流中悬浮的泥沙颗粒在水流的作用下产生的一种流动形态。
泥沙流的产生对于河流的环境和生态产生了深刻的影响，因此泥沙流运动规律的研究对于水利工程、生态环境等领域具有重要的意义。
本文将对泥沙流运动规律的研究与模拟进行探讨。
二、泥沙流运动规律的研究1.泥沙流运动的分类根据泥沙流内部物理特点的不同，泥沙流运动可以分为四种类型：均匀流动、层状流动、密度流动和浅滩流动。
均匀流动是指泥沙颗粒的浓度相等，无论在垂直方向或水平方向上，泥沙流的浓度分布都呈现均匀的状态。
层状流动是指泥沙颗粒在垂直方向上存在着一定的分布，通常为浓密层和稀疏层的叠加。
密度流动是指由于泥沙颗粒的密度和水的密度存在差异而产生的流动，流经河道断面时呈俯冲形状态。
浅滩流动是指泥沙颗粒悬浮状态下流经浅滩时，泥沙颗粒会沉积在浅滩上，形成浅滩面上的泥沙流。
2.泥沙流运动的基本特征泥沙流运动的基本特征是泥沙颗粒的浓度、流速和底面负荷，而泥沙流的速度、浓度和质量通常分别用平均流速、平均浓度和流量来衡量。
在泥沙流的运动过程中，由于水流和泥沙颗粒之间相互作用，泥沙颗粒会发生弥散、沉淀和输移等一系列现象。
3.泥沙流运动的影响因素泥沙流运动的影响因素包括流量、流速、泥沙颗粒的大小、质量和型态等。
其中，流量和流速是泥沙流的重要参数，泥沙颗粒的大小、质量和型态是影响泥沙流输移和沉积特征的重要因素。
4.泥沙流运动的数学模型泥沙流运动的数学模型包括动力学模型和输移模型。
动力学模型是基于质量、动量和能量守恒原理建立的，用来描述泥沙颗粒在水流中的加速度和速度随时间的变化。
输移模型是基于泥沙颗粒在水流中的输移过程建立的，用来描述泥沙颗粒在水流中的输移路径和输移机制。
三、泥沙流的模拟泥沙流的模拟可以通过物理模型和数值模型两种方式进行。
1.物理模型物理模型是基于实验进行的，通常采用室内或室外的实验田进行模拟。
物理模型对实验条件要求较高，但实验仿真效果更加真实，并且可以对实验中各个参数进行实时监测和调节。
《河流动力学》
《河流动⼒学》
《河流动⼒学》课程教学⼤纲
课程编号：030054 学分：2 总学时：34
⼤纲执笔⼈：刘曙光⼤纲审核⼈：匡翠萍
⼀、课程性质与⽬的
《河流动⼒学》是港⼝航道与海岸⼯程专业本科⽣的必选专业基础课程。
通过本课程的学习，使学⽣了解和掌握冲积河流在⾃然状态以下及受⼈⼯建筑物影响以后所发⽣的变化和发展规律，为学习港⼝及航道⼯程专业课打下基础。
⼆、课程基本要求
1、熟练掌握泥沙运动基本规律，包括泥沙特性、推移质运动悬移质运动和异重
流。
2、熟练掌握河床演变特性，包括局部河段的河床演变和潮汐河⼝的河床演变
3、熟练掌握河床演变及河床变形计算
三、课程基本内容
第⼀章、泥沙特性
第⼆章、推移质运动
第三章、悬移质运动
第四章、异重流
第五章、平原河流的河床演变
第六章、潮汐河⼝的⽔流泥沙特点及河床演变
第七章、河床演变分析与河床变形计算
四、实验或上机内容
⽆
五、前修课程要求
⽔⼒学、流体⼒学、⼟⼒学等
七、教材与主要参考书
1、《河流动⼒学》，王昌杰主编，⼈民交通出版社，2001
2、《河流动⼒学基础》，王兴奎等编著，⾼等教育出版社，2004，
3、《泥沙输运理论与实践》，杨志达著，中国⽔利⽔电出版社，2002
4、《泥沙运动⼒学》，钱宁、万兆惠著，科学出版社，1983
5、《河床演变学》，钱宁、张仁、周志德著，科学出版社，1987。
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。
河流动力学试卷
答题要点：
（1）冲积河流的河床由泥沙组成，它们能随水流运动，而且，一定条件下，河床还会出现各种不同形态的沙波，也就是说，边界条件随水流条件的变化在不断地变化。因此，冲积河流的阻力随水流条件的改变也在变化，称之为动床阻力，（10分）
（2）清水定床中没有泥沙运动，不存在沙粒阻力和沙波阻力，且阻力基本不变化。（5分）
七、绘出弯道横向环流分析简图，推导横比降计算公式。（说明推导过程15分）
答案： （绘出弯道横向环流分析简图5分，推导过程完整10分）
（2）低水傍岸，高水居中；低水上提，高水下挫。（7分）
b)决定异重流运动的力主要有哪些? 这些力的相对作用情况与明渠水流相比有何异同?
答题要点：
（1）决定异重流运动的力主要有重力、阻力和惯性力；（4分）
（2）与一般明渠水流相比重力作用显著减弱，阻力和惯性力作用相对突出。（6分）
四、计算（10分）
用水泵由河流(二元恒定均匀流)向水渠抽水。已知河流水深为5m，距河床0.5m处，含沙量为49.ON/m3，水泵取水口置于水中距河床4.0m处，试问进入水渠的含沙量为多少。若要求进入水渠的水流含沙量小于14.7N/m3，问水泵取水口应置于水中距河床什么高度范围？[悬浮指标为0.5， ]
3.河床变形是由于（输沙不平衡）引起的，而变形又向着(恢复输沙平衡)的方向发展，此现象称为河床的 (水流与泥沙的自动调整作用)。
三、 问答(每题10分，共20分)
a)什么是水流动力轴线，弯道中水流动力轴线是任何随水位变化的?
答题要点：
（1）河道中各过水断面上最大垂线平均流速所在位置的平面连线。（3分）
4.河道表面阻力：系床面沙粒的摩阻而引起的阻力。
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。
悬移质输沙理论2
D +
−3 ⎞ ⎛ ⎛ ν ⎞ γs — γ 10 10 ⎟ + 1 .65 × 9 .8 × 0 .6 × 10 −3 gD = −9 × × ⎜9 × ⎜9 ⎟ + ⎜ γ 0 .6 0 .6 ⎟ ⎝ D⎠ ⎝ ⎠ −3 2 2
=-0.015+0.0996=0.0846m/s
悬浮指标为： Z =
单宽悬移质输沙率：1. 沿垂线积分计算
g s = γ s ∫ U ( y )S v ( y )dy
a h
问题1 ：积分的下限a＝？床面高度a处的含沙量 Sva ＝？ 问题2 : 是否可以从床面积到水面？ 对问题2的回答是“不行”，理由如下： a) 所采用的流速公式当y＝0时没有意义(流速和含沙量趋于正、负无穷 大)；b) 从输沙机理上看，在床面附近运动的泥沙，支持其重量的是河床 床面支持、而不是水流的紊动能量，所以这一层运动的泥沙属于推移质 的范畴。
D
ν
γs − γ 0 .6 × 10−3 −3 0 .1 gD = × 0 . 1 × 1 . 65 × 9 . 8 × 0 . 6 × 10 γ 10 −6
=18.69
河流动力学基础
17
悬移质单宽输沙率的概念 –
垂线积分型:均匀沙的Einstein公式 –
垂线平均型:维利卡诺夫公式 和 Bagnold公式
均匀沙的Einstein悬移质输沙率公式: 例题
[例]
2.3 ⎛ R' χ ⎞ U ⎟ = lg⎜ 12 22 . ⎜ κ ⎝ ks ⎟ U '* ⎠
算沙粒阻力对应的水力半径的过程见下表。
′ 的初值 Rb
1.0 0.5 0.6 0.7 0.67 0.68 0.69 0.685
(完整版)河流动力学作业参考答案[1].
===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——第三章
沙粒阻力(grain resistance ) (bed resistance ) 河底的床面阻力 沿程阻力 沙波阻力(form drag, form loss) (wall resistance ) 河岸、边壁阻力 冲积河流阻力 河流的平面形态特征 (河势)，如主流线的摆动、 局部阻力 河弯、河谷的突然扩宽 等 孤立的特大粗糙，如孤 石、小岛、潜滩等
动床床面形态的分类
1. 低能态流区(Lower flow regime, 低水流区) ：
1) 沙纹(ripples) 2) 沙垄(dunes)
2. 过渡区(transition zone) ：
动平整床面(plane bed) 3. 高能态流区 (upper flow regime) : 1) 动平整床面 (plane bed ) 2) 逆行沙垄和驻波 (standing waves)
§3.2 冲积河流床面形态的判别准则及特性研究
床面形态的判别因素： 1）流态 2）泥沙颗粒的物理特性（如可动性）
一般是通过试验和野外资料，分析得到一 系列的经验性关系，建立经验关系实际就是点 绘特定参数之间的关系图(例如绕流阻力系数经 验关系CD~Re曲线)。
沙波运动的判别参数
1. Shields数
* * *
D
11.6 U*
粘性底层厚度
3. Froude数
Froude数是明渠水流在某特定断面上的惯性作用 与重力作用的对比，决定了水流的流态，流态又影 响了沙波的形成和发展。只有在急流流态下，沙垄 才向逆行沙垄过渡、发展，在判别沙垄向逆行沙垄 过渡、发展的时候，它是一个常用的参数。
U2 Fr= 2 h 2g gh U