河流动力学重点

前言

1.河流动力学就是以力学及统计等方法研究河流在水流、泥沙和河床边界三者共同作用下的变化规律的学科！主要内容包括泥沙运动和河床演变！

2.河流动力学的研究方法有理论研究、试验研究、原型观测、数学模型。

第一章

1.P16等容粒径公式。

2.粒径大小分类、漂石、卵石、砾石、沙砾、粉粒、黏粒，

3.有效密度的表示方法(PS-P)/P

4.从自然界取得的原状泥沙，经过100到105度的温度烘干后，其质量与原泥沙整体体积的比值称为泥沙的干密度。相应重量的比值称为干容重。

5.泥沙干密度主要受泥沙粒径、淤积厚度、淤积历时等因素的影响，注意图p21，P22的图

6.在静水中的泥沙，由于颗粒之间的摩擦作用，可以堆积成一定角度的稳定倾斜而不塌落，倾斜面与水平面的夹角称为泥沙的水下停止角！

第二章

1泥沙沉降速度是指单颗泥沙在足够大的静止请水中等速下沉时的速度，简称沉速。由于泥沙颗粒越粗，沉速越大，因此又被称为水力粗度!

2雷诺数小于0.5为停滞性状态，大于1000属于紊动状态，介于之间属于过渡状态。

3影响泥沙沉降速度因素有，颗粒形状，边壁条件，含沙浓度，紊动，絮凝等

4泥沙颗粒越细。其比表面积越大，当泥沙粒径小于0.01毫米，颗粒表面的物理化学作用可使颗粒之间产生微观结构，随着这种颗粒泥沙的增加，相邻的若干带有吸附水膜的细颗粒便彼此连接在一起形成絮团，这种现象称为絮凝现象。

第三章

注意资料计算题

游荡型河段演变规律：

形态特性，平面形态看，河身比较顺直，往往宽窄相间，类视藕节状，河段内河床宽浅，洲摊密布，岔道交织。

水流特性：因河床宽浅，平均水深很小。水文特性表现为暴涨暴落，年内流量变化大。

输沙特性：含沙量大，而且同流量下含沙量变化很大，流量与含沙量关系不明显。同意流量，因上站含沙量的不同，其输沙率相差很大，出现多来多排，少来少排现象。

演变规律：冲淤变化，汛期主槽冲刷，滩地淤积。非汛期，主槽淤积，滩地坍塌。从长时间看，表现为主槽淤积抬高，而滩地持续抬高。平面变化上，主流摆动不定，主槽位置也摆动，摆幅相当大导致河势变化剧烈！

第四章床面形态与水流阻力

1、沙波作为河床表面推移质泥沙运动的主要外在表现形式，直接关系到河床的变形，决定河床的阻力。随水流强度的不断变化，沙波有其产生、发展和消亡的过程。

2、沙波的五个发展阶段：沙纹→沙垄→过渡、动平整→沙浪→急滩与深潭

①沙纹：水流流过平整的河床床面，在水流达到一定强度后，部分沙粒开始运动，此后不久，少量沙粒聚集在床面的某些部位，形成小丘，徐徐向前移动加长，最后连接成为形状及其规则的沙纹。沙纹尺度较小，主要是近壁层流层的不稳定性所产生，与平均水深关系不大。随着水流强度的增大，沙纹在平面上逐渐从顺直过渡到弯曲、再过渡到对称和不对称的沙鳞。

②沙垄：随着流速的增加，沙纹发展成沙垄，其尺寸与水深有密切关系。在平面外形上，在水流强度逐渐加大的过程中，沙垄将自顺直发展到弯曲，成悬链和新月形。

③过渡、动平整：在沙垄发展到达一定高度以后，如果流速继续增大，沙垄转而趋于衰微，波长逐渐加大，波高逐渐减小，最后河床再一次恢复平整。

④沙浪：河床第二次恢复平整时，泥沙运动已达到相当大的强度。流速再次增大，接近或处于急流状态时，床面再一次产生起伏的波浪。沙浪的运动方向有像沙纹及沙垄一样，和水流运动方向一致的，但也有和水流运动方向相反的；前者为顺行沙浪，后者为逆行沙浪。 ⑤急滩与深潭：流速在增加时，床面的起伏使河流在外表上看起来像一条山区河流，急滩与深潭相间，急滩段水流属于急流，深潭段水流属于缓流，从急流过渡到缓流通过水跃，并且整个外形徐徐向上游移动。

3、希尔兹数Θ=d s )/(0γγτ-：反映水流促使床沙运动的力和床沙抗拒运动的力的比值。此参数越大，泥沙可动性越强，因而可以作为一个描述床沙由不动到动，由微动到大动的指标。

4、沙粒雷诺数Re =ν/*d U ：直接反映床沙高度与黏性底层厚度的比值，也可间接衡量水流促使床沙运动的力与黏滞力的比值。

5、弗汝德数gL U Fr /=：对于与水流重力波直接关联的特种沙波具有决定性意义。

第五章 推移质输沙率

1、推移质及推移质输沙率：在河流床面附近以滚动、滑动、跳跃和层移等方式运动的泥沙称为推移质。在一定水流及床沙组成条件下，单位时间通过过流断面的推移质质量，称为推移质输沙率。

2、爱因斯坦推移质运动理论：

①任何沙粒被水流带起的概率决定于泥沙的性质及水流在河床附近的流态，与沙粒过去的历史无关。

②对于一定的沙粒，进入运动的概率，在床面各处相同。

③使泥沙起动的主要作用是上举力。当瞬时上举力大于沙粒在水中的重量时，床面沙粒就进入运动状态。

④泥沙颗粒运动的单步距离约为沙粒直径的100倍。

3、爱因斯坦主要观点：①间歇性：认为推移质泥沙运动是从跳起→随水流运动→重力作用下沉床面（停止或滚、滑）→再次跳起，这样一个反反复复的过程；

②随机性：间歇性的跳跃式运动主要与水流的脉动有关，同时由于水流的脉动流速具有随机性，那么作用于泥沙颗粒上的瞬时作用力的大小也具有随机性，因此不仅使得泥沙颗粒的起动具有随机性，而且其跳跃高度和水平距离也具有随机性。

③交换性：泥沙颗粒在作跳跃运动时是推移质泥沙，当它回落到床面停止运动时，就成了床沙，因而可以把这种运动方式看作是床沙与推移质的交换现象。

4、爱因斯坦对推移质运动的六点基本认识：

(1)河床表面的泥沙及运动的推移质组成一个不可分割的整体，它们之间存在着不交换。运动一静止一再运动，说明了床面泥沙的全部历史。沙粒在床面上停歇的时间愈久输沙率愈小，推移质输沙率的大小实质上决定于沙粒在床面上停留时间的长短。

(2)从泥沙运动的随机性质出发，应该用统计学的观点来讨论大量泥沙颗粒在一定条件下的运动过程，而不是去研究某一颗或几颗沙粒的运动。

(3)任何沙粒被水流带起的概率，决定于泥沙的性质及其周围床面附近的流态，与沙去的历史无关。