河动复习重点

第二章 泥沙的基本特性1.几何特性：泥沙颗粒的形状、大小及群体泥沙的组合特性2.重力特性：泥沙颗粒的容重与淤积泥沙的干容重3.水力特性：泥沙颗粒的沉降速度4. 物理化学特性:对于细颗粒泥沙5. 生物化学特性:对于粘性土壤 泥沙级配曲线（群体性）：表示天然泥沙组成特性，在代表沙样中，小于某种粒径的泥沙累计百分数与该粒径在半对数纸上的关系曲线。

取样、烘干、筛分、称重、点线、求各特征值 绘制步骤：⑴取样筛分，获取各粒经组 D i 泥沙的重量；⑵统计出小于和等于各粒经D i 的沙重，并算出其占总重的百分比p i ；⑶准备半对数坐标纸(横坐标为对数分格，纵坐标是普通分格)；⑷以粒经D i 为横坐标(对数坐标，从大到小)，小于和等于粒经D i 的沙重百分比p i 为纵坐标(普通坐标)绘制D ~p 粒配曲线。

粒配曲线反映的特性⑴可反映沙样颗粒的大小和范围；⑵可反映沙样组成的均匀程度。

特征粒径：（1）中值粒径D 50：纵坐标50%相应的粒径（2）平均粒径Dm ：粒径按其所占重量的百分比为权的加权平均值。

Dm>=D 50泥沙的密实容重与密度γs ：泥沙颗粒的实有（重量或质量）和实有体积之比。

单位：N/m3,KN/m3，工程单位为t/ m3。

泥沙容重由密度乘以重力加速度。

（水的容重与之相似） 干容重γs ’：沙样烘干后，其重量(或质量)与原状沙样整个体积之比。

单位：N/m3,KN/m3，工程单位为t/ m3。

影响因素：①泥沙粒径：颗粒越大，γs ’越大，变化范围小；颗粒越小， 越小，变化范围大。

②淤积厚度：淤积越厚，越大，变化范围小；淤积越浅，越小，变化范围大。

因为淤积越厚，压得更密实；通常河床下层沙比上层沙的大。

③沉积历时：沉积越长，越大；沉积越短，越小；并且随沉积历时的增加而趋向一个稳定值，其中大颗粒稳定历时短，而细颗粒稳定历时长。

④泥沙组成：组成越均匀，空隙率越大，越小；组成越不均匀，空隙率越小，越大。

浑水容重：(r m =r+(1-r/r s )*s),含沙量S 较大的变化只能引起r m 较小的变化。

γ为水的容重；混合比含沙量S=泥沙重量/浑水体积。

泥沙的沉降速度：单颗粒泥沙在无边界影响的粒径有关，也称水力粗度，常用ω表示,单位:cm/s 沉速反映泥沙在与水流相对运动时对机械运动的抵抗能力。

沉速越大，则泥沙沉淀的倾向越强。

沉降的形式沙颗粒在静水中下沉时的运动状态与沙粒雷诺数Re d = ωd /ν（式中和d 、ω分别为泥沙的粒径及沉速，ν为水的运动粘滞性系数）①层流状态下降Re d <0.5,颗粒基本沿垂线下沉，颗粒不发生摆动、转动、滚动，周围水体不发生紊乱现象。

颗粒沉降属层流状态，下降速度较慢，绕流阻力以摩擦阻力为主，压差阻力相对较小，阻力系数D C 与Re d 呈直线关系 ②紊流状态下降Re d >1000, 泥沙颗粒脱离铅垂线，以极大的紊动状态左摇右摆下沉，附近的水体产生强烈的绕动和涡动。

压差阻力远大于摩擦阻力，其大小与Re d 无关③过渡状态下降Re d =0.5~1000, 泥沙沉降状态处于二者之间。

随Re d 增大，压差阻力不断增大，摩擦阻力不断减小，阻力系数与沙粒雷诺数之间为曲线关系张瑞谨沉速公式思路：根据阻力叠加原理，泥沙所受阻力为 有效重力为泥沙颗粒下沉时所受的阻力和有效重力平衡W=F 。

紊流区（Re d >1000，D >4mm ）ν/D 忽略层流区（Re d <0.5，D <0.1mm ）过渡区（0.1<D<4mm ）可看作通用公式ω =D gD s Dυγγγν95.1309.195.132--+）（影响泥沙沉速的其他因素：泥沙形状和粒径、含沙浓度、水体含盐度、水体的紊动。

第三章 推移质泥沙运动泥沙运动分类:泥沙一颗一颗的沿河滚动,滚一阵,歇一阵,常呈间歇性(在河底附近一滚动、滑动、跳跃或者层移形式前进,其速度小于水流速度);泥沙在水中悬浮着前进(细颗粒，连续运动,在水流方向以与水流大致相等的速度前进); 推移质与悬移质划分：推移质：在床面附近，以滚动、滑动、跃动等形式前进，其速度小于水流速度的泥沙，分接触质、跃移质、层移质。

悬移质：悬浮在水中运动，速度与水流速度基本相同的泥沙。

推移质与悬移质的联系：对同一个泥沙组成来说，在较弱的水流条件下，可以表现为推移质；在较强的水流条件下，可以表现为悬移质。

区别：（1）运动规律不同：输沙率与水流的切力关系不同，输沙量不同；（2）能量来源不同：推移质消耗水流的时均势能，增大阻力；悬沙来自紊动动能，对阻力是间接的；（3）对河床作用不同：悬沙通过容重增大静水压力；推移质通过颗粒间离散力与河床作用。

泥沙起动概念：河床上静止的泥沙颗粒，随着水流条件的增强，由静止转为运动 泥沙起动条件：床面泥沙由静止状态转入运动状态的临界水流条件。

床面泥沙在水流中受到哪些力的作用？拖曳力、上举力、脉动压力；有效重力、粘滞力（细颗粒泥沙之间）、渗透压力 沙漠夫公式：h 为水深起动流速(UC)：泥沙起动时的水流垂线平均流速。

沙波运动：泥沙颗粒在床面的集体运动。

沙波形成及发展过程a.静平整：流速小于起动流速，泥沙不动，床面平整b.沙纹：流速增大，少量沙粒聚集在床面的某些部分，形成山丘，徐徐向前移动加长，最后连结成为形状及其规则的沙纹。

c.沙垄：流速再增大，波高、波长均有增加，沙纹发展为沙垄。

d.过渡、e.动平整：沙垄发展到一定程度以后，流速进一步增大，沙垄峰后的平轴漩涡区愈来愈大，卷入漩涡区的泥沙不一定落到背水坡上而一般落到距坡脚稍远的地方；另一方面，直接越过漩涡区进入下一个迎水面的泥沙也越来越多。

这两方面导致沙垄坡高减小，波长增大，沙垄逐渐趋于消亡，河床再次恢复平整，但有大量泥沙在平整床面上运动。

f.沙浪：流速继续增大，Fr>1，床面再一次起伏，称沙浪。

g.碎浪：逆行沙浪在发展过程中，水面波动越来越超过河底的起伏，水面波幅可以达到床面沙浪波幅的 1.5-2倍，甚至水面波的波谷会低于河底沙浪的波峰，此时水面失稳破碎，形成碎浪。

h.急滩与深潭流速很大，Fr>>1，床面形态将像山区河流一样，出现急深。

急滩处为急流，强烈冲刷；深潭处为缓流，严重淤积。

沙波运动河流的影响：（1）沙波运动时推移质运动的集体形式，直接与推移质输沙率有关；（2）沙波是冲积河流阻力的主要组成部分之一；（3）沙波的消长对航道的水深有一定的影响。

（4）对河道演变影响直接（5）有时会引起水位流量关系异常。

推移质输沙率G b ：一定的水沙条件下，河道处于冲淤平衡时，单位时间通过断面的推移质数量。

单位:kg/s 或N/s 。

推移质输沙率公式研究途径五类：以垂线平均流速为主要参数（流速越大，推移质输沙率越大）；以拖曳力为主要参数（拖曳力与起动拖曳力的差值越大，推移质输沙率越大）；根据能量平衡观点（水流为维持推移质处于运动状态，必然要消耗一部分能量）；统计分析与力学分析结合（床面附近的泥沙运动与泥沙当时所在位置及遭遇到的瞬时流速有关，具有随机性质）；按沙波运动规律分析（凡推移质运动达到一定规模的处所，必然出现沙波） 第四章 悬移质泥沙运动 按造床作用分床沙质：悬移质中较粗部分的泥沙，在床沙中大量存在，参与塑造河床作用。

冲泻质：悬移质中较细部分的泥沙，床沙中较少存在，不参与造床。

特性：床沙质和水流条件与河床组成条件密切相关,在本段河流中有充分的供给来源,从而有维持饱和的机会,而冲泻质与水力条件关系不密切,一般是不饱和的;二者的运动状态取决于水流紊动作用于重力作用的矛盾统一,一定条件下可以相互转化。

为什么要划分？河床中大量存在的床沙质和整个推移质的运动状态与河流的发展息息相关。

造床作用和特性不同泥沙的扩散理论：若水流中有悬移质含沙量浓度梯度ds/dn 存在,则将发生悬移质传递作用,结果是悬移质将从含沙量较高的流层传递到含沙量较低的流层,传递强度可以用D n =-εs*ds/dn 表示.认为在冲淤平衡情况下单位时间内通过紊动扩散作用，自下而上穿过单位水平截面积的悬移质数量应与下降的沙量相等。

扩散理论用于细粒泥沙效果较好。

ROUSE 公式假定：（1）ω为常数；（2）流速分布符合对数型，并取k=0.4；（3）在y 方向上，泥沙扩分布的影响：z=ω/ku 力作用与紊动扩散作用的相互对比关系，z 越大，表明重力作用相对越强，悬移质含沙量在垂线上的分布越不均匀；反之，Ｚ值越小，悬移质分布越均匀。

ROUSE 公式缺点：y=H,s=0；y →0，s →∞；此外该公式计算时，必须知道一点的含沙量 Z ＝5，判断河床床面泥沙是否起悬的指标； Z ＝0.01，床沙质与冲泻质的区分临界。

悬浮指数的实测值小于理论值 重力理论的思路：理论基础:挟带悬移质的水流在运动过程中要消耗能量，所消耗的能量分为两部分，一部分用于克服水流的阻力损失；另一部分用于携带悬移质而作悬浮功.思路:E1=E2+E3, E1/E2/E3分别表示在单位流程、单位时间、单位过水断面中,浑水水流中的清水从高处流到低处所消耗的能量、浑水水流中的清水为了克服阻力功而提供的能量、浑水水流中的清水对泥沙所做的功。

适用于较粗的泥沙。

重力理论的适用情况：优点:考虑了泥沙对水流运动的影响。

缺点:所建立的能量平衡存在问题(悬移质消耗的能量来自于紊动能量,而不是水流托起所消耗的能量)水流携沙能力：在一定的水流和河床组成条件的相互关系中，水流能够挟带的悬移质中床沙质的临界含沙量S 0.运用挟沙力判断河床冲淤？来沙量S>S * ，超饱和输沙，淤积；<，不，冲刷，=，输沙平衡，不冲不淤。

影响因素:水流条件(流速,水深,比降,g)水流的物理性质(容重,粘性)泥沙的物理性质(容重,沉速或粒径)边界条件(河床物质的组成,河宽B) 张瑞谨由制紊假说提出：物理意义: U 3/(gR ω)=(U 2/(gR))/ (ω/U), 如果用弗汝德数代表紊动强度, ω/U 代表重力作用,则公式代表了二者之间对比关系，其值越大，挟沙能力也越大。

6131616.4)(144.1hD Uc Dh gD s Uc =-=或γγγm gR U K Sm )(3ω=gD S γγγω-=044.1νγγγω2039.0D g S -=31)D (K W γγ-=S 2232ωρD K D ωρK F +=ν参数特性:k和m由河床状态决定,不固定,为U3/(gRω) 的函数,由实测资料决定。

K值给出了上下包络线，是因为天然河流中悬移质运动往往并非处于平衡状态，而是存在冲刷或淤积。

影响水流挟沙力的四个主要因素：（1）水流条件(2)水流的物理性质（3）泥沙的物理性质（4）边界条件第五章异重流：两种密度不同但又相差不大、可以相互混合的流体，由于密度差异而发生的相对流动，并在流动中不发生全局性的掺混。