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第四节河流泥沙的运动

第四节河流泥沙的运动

第四节河流泥沙的运动第四节河流泥沙的运动⼀、推移质运动推移质的运动来源于床⾯泥沙的起动。

当床⾯泥沙起动达到⼀定程度后,床⾯会出现起伏不平的沙波,⽽沙波运动⼜往往是推移质运动的主要形式。

因此,在介绍推移质运动时,往往需要涉及到河床泥沙的起动、起动流速及沙波运动的相关概念。

1.泥沙的起动流速设想床⾯为泥沙组成且具有⼀定厚度,在这种⽔槽中施放⽔流,使⽔流的速度由⼩到⼤逐渐增加,直到使床⾯泥沙(床沙)由静⽌转⼊运动,这种现象称为泥沙的起动。

泥沙颗粒由静⽌状态变为运动状态的临界⽔流条件,称为泥沙的起动条件。

泥沙的起动条件常⽤起动流速Uc表⽰,它相当于床⾯泥沙开始起动时的⽔流平均流速U。

对于天然沙,其起动流速常由下式计算:U c = 4.66131hd(3-3)式中,d为泥沙粒径;h为⽔深。

适⽤范围:d>0.15~0.2mm。

泥沙的起动流速是关系到河床冲刷状态的重要判据,因此,对它的研究具有重要的理论与实践意义。

例如,在研究坝下游河床冲刷时,⾸先需计算河床泥沙的起动流速。

当河道实际⽔流流速U超过床沙的起动流速Uc时,就可判定,河床就会被冲刷;反之,河床就不会发⽣冲刷。

河床在冲刷过程中,⽔深随之增加,流速降低,当发展到⽔流条件不⾜以使床⾯泥沙继续起动时,冲刷便会⾃动停⽌。

再如,组成河床的泥沙粗细不均时,则细的颗粒被⽔流优先冲⾛,粗的颗粒留下来逐渐形成⼀层抗冲覆盖层,冲刷逐渐停⽌下来。

河床冲刷前的⾼程与冲刷终⽌后的⾼程之差,即为河床的冲刷深度。

下⾯举例说明泥沙起动流速公式的具体实际应⽤⽅法及其意义。

算例:已知某⽔库下游河段河床沙质组成,河宽B=200m, 过⽔⾯积A=500m2,床沙平均粒径d=5.5mm, 问当⽔库下泄流量Q=500m3/s时,河床会否发⽣冲刷?可能冲深多少?解:(1)判断河床会否发⽣冲刷?V = Q/A = 500/500 = 1.0 m/sH = 500/200 = 2.5 m由沙莫夫公式Vc= 4.6d1/3H1/6 = 4.6×(5.5×10-3)1/3×2.51/6= 0.946 m/s∵ V > Vc,∴河床会发⽣冲刷。

泥沙的起动与沉降

泥沙的起动与沉降
湖泊中泥沙的沉积过程
在湖泊底部形成沉积物堆积,影响湖泊的形态和演变。
湖泊中泥沙沉积的影响
影响湖泊水质、生态系统和水资源利用等。
海岸带的泥沙运动
1 2
海岸带泥沙的来源
主要来自河流搬运、风力搬运和波浪侵蚀等。
海岸带泥沙的运动方式
在波浪、潮汐和风的共同作用下,沿岸输移和近 岸沉积。
3
海岸带泥沙运动的影响
环境因素的影响
风的影响
潮汐与波浪作用
风的作用能够引起近岸水体的混合和悬浮, 从而影响泥沙的起动和迁移。在强风条件下, 风力作用可能导致泥沙的再悬浮和扩散。
潮汐和波浪作用能够引起水体的垂直混合和 水平搬运,从而影响泥沙的起动和沉降。在 潮汐和波浪较强的区域,泥沙的迁移和分布 特征会受到显著影响。
05 泥沙起动与沉降的工程应 用
泥沙颗粒性质的影响
颗粒大小
泥沙颗粒的大小直接影响其起动和沉 降特性。较小的颗粒更容易受到水流 的作用力而悬浮和迁移,而较大的颗 粒则更容易沉降。
颗粒形状与表面特性
泥沙颗粒的形状和表面特性也会影响 其起动和沉降。不规则形状的颗粒更 容易在紊动水流中分散,而具有较大 表面积的颗粒则更容易吸附其他物质, 影响其沉降。
塑造海岸地貌、影响海洋生态环境和海洋资源开 发等。
04 泥沙起动与沉降的影响因 素
水流条件的影响
水流速度
水流速度是影响泥沙起动和沉降的重 要因素。随着水流速度的增加,泥沙 更容易被冲刷和搬运,导致更多的泥 沙起动和迁移。
水流的紊动
水流中的紊动作用能够增加泥沙颗粒 的悬浮和混合,从而影响泥沙的起动 和沉降。在较强的紊动条件下,泥沙 更容易被搬运和分散。
泥沙的起动与沉降
目 录
• 泥沙起动的条件 • 泥沙的沉降速度 • 泥沙的输移与沉积 • 泥沙起动与沉降的影响因素 • 泥沙起动与沉降的工程应用

泥沙的沉速讲解

泥沙的沉速讲解

1/
3
s
1
/
3
1/
3
4 3
ReD CD
1/ 3
ReD
Sa
d
g1/
3
s
1/
3
1
/
3
g1/
3
s
2/3
1/ 3 d
上述公式中单位用国际单位:ω:m/s,g:m/s2,d:m
公式单位若为:ω: cm/s,g:cm/s2,d:mm
g1
/
3
s
1/ 3 d
10 2/ 3
F 3 d 3 d
(2-4)
圆球绕流阻力的一般表达式 (2-2)
F
Cd
d2
4
2
2

Cd
24
d
24 Red
(2-5)
8
5、层流区、紊流区和过渡区圆球沉速公式 ①、层流区圆球沉速公式( Red<0.5)源自将CD24
d
代入球体在静水中沉速的一般表达式
(2-5)
4 s gd 3Cd

第2章 泥沙的沉速 2.1 泥沙沉降的不同形式 1、沉速的定义
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。用符号ω表示。
定义的理解,应注意的几点 ⒉ 泥沙在水中沉降时所受作用力 ⒊ 泥沙在水中沉降特点 ⒋ 研究泥沙沉降的意义
5. 泥沙在静水中下沉时的运动状态
沙粒雷诺数
Red
D
泥沙在层流区的岗恰洛夫沉速公式为
0.75 1 s gd 2 1 s gd 2 18 24
(2-21)
13
3、岗恰洛夫公式 ②紊流区沉速公式(d>1.5mm)

泥沙的起动

泥沙的起动
(4)
其中αx和αy为系数,d=10mm, d′ 的取值为
(5)
颗粒间存在着吸力 对于略大的颗粒,其吸力远小于颗粒的 重力,从而表现为无粘性颗粒。 对于细小颗粒,此吸力远大于颗粒的重力, 成为粘结力 。
粘结力的大小,除与矿物性质等物理和 化学因素有关外,还与颗粒大小有关。 对于粒径分别为d1和d2的两个球体间的粘 结力,从理论上可以得出其值与两个粒 径乘积的平方根成正比。另一方面又与 两个颗粒的间距成反比,即与颗粒密实 程度有关。颗粒愈密实,颗粒间的间距 就会小,从而粘结力也就愈大。试验资 料表明,此粘结力Fc可表述为
(9)
式中α1、α2、α3 为综合系数。根据试验资料可取 α1=1.75,α2 =3.6, α3ε=ε0。这里ε0是综合粘结力参数, 其值与颗粒的物理化学性质有关,对于粘土还与有 机质含量及沉积环境等有关,变化范围较大。根据 试验资料可知,对于一般泥沙ε0 =1.75cm3s2,对于粘 土最大可达17.5cm3/s,对于电木粉ε0 = 0.15cm3/s3,对 于塑料沙ε0 = 0.1cm3/s2。式中的薄膜水厚度参数δ= 2.31×10-5cm(相当于770个水分子厚度)。
浅析泥沙起动
港航081 吴平 200810413012
概述
• 泥沙起动是泥沙运动理论中最基本的问题 之一,也是研究工程泥沙问题时首先遇到 的问题。早在19世纪就提出了泥沙起动的 概念,20世纪初开始了系统的研究,至今 仍在继续。
1. 作用于床面泥沙颗粒的力
• 对于较粗颗粒的泥沙,都是以单颗粒形式起动; • 对于较细颗粒的泥沙,由于粘结力和水流脉动 (“扫荡”)的影响,往往以数十个或数百个颗粒组 成的群体形式起动,起动后仍以单颗粒形式在水 流中运动。 • 自由沉降于床面上的颗粒群体,在其起动时所受 到的各种作用力均较单颗粒时按相应倍数增大, 因而在讨论力或力矩的平衡时仍可按单颗粒处理。 虽然泥沙颗粒并不是球体,但仍可按球体处理, 对其所引起的偏差可在确定经验系数时给予间接 考虑。

环境工程学原理沉降PPT课件

环境工程学原理沉降PPT课件

d
p3g(P 2
)
2
紊流区:下限是ReP为1000
K 36
ReP
dP
1.74
dP(P )g
(6.2.11)
1.74
dP3g(P ) 2
1.74 K 1000
第28页/共68页
K 3.3 105 (6.2.12)
第二节 重力沉降
例 6.2.1:求直径为 40m,密度为 2700kg/m3 的固体颗粒在 20℃的 常压空气中的自由沉降速度。已知 20℃,常压状态下空气密度为 1.205 kg/m3,黏度为 1.81×10-5Pa·s。 解:(1)试差法
• 如在给水处理中需要从水源水中分离去除各种浊 度物质、细菌等。
• 在废气净化中,也需要分离废气中的粉尘等。
第2页/共68页
第II篇 分离过程原理
分离过程的分类?
• 机械分离:非均相混合体系(两相以上所组成的 混合物)--利用流体力学原理 (沉降、过滤)
• 传质分离:均相混合体系--利用物料平衡和传质原理 • 平衡分离过程(借助分离媒介,如溶剂或吸附 剂等,使均相混合体系变成两相系统) • 速率分离过程(在某种推动力下,利用各组分 扩散速率的差异实现组分分离)
(
ut 2
2
)
0
ut
4(P )dPg 3CD
(6.2.5)
ut——颗粒终端沉降速度(terminal velocity)
(1)层流区:ReP2 CD=24/ReP
ut
1 18
P
gdP2
(6.2.6)
斯托克斯(Stokes)公式 第21页/共68页
第二节 重力沉降
(2)过渡区:2<ReP<103

河流动力学第四章

河流动力学第四章
3/29/2011
河流泥沙动力学
授课教师:薛海 水利学院
第四章 泥沙的起动
静止泥沙
起动过程
运动泥沙
在一定泥沙组成的河床上,随着水流强度的增 加,床面泥沙从静止转入运动状态的过程,称 为泥沙的起动。
1
3/29/2011
第四章 泥沙的起动
泥沙起动研究的主要内容
起动流速 起动临界 水流条件 起动拖曳力
第四章 泥沙的起动
泥沙起动研究的目的
河床冲刷、淤积研究需要 泥沙起动条件 河床演变研究的需要
2
3/29/2011
第四章 泥沙的起动
FD=CDA u02/2 床面泥沙颗粒的受力
起动条件 一颗静止于床面上的泥沙,主要受到水流的作用力和床面的反作用力, 当二者平衡时,泥沙颗粒处于临界起动状态。
FL=CLA u02/2
Re* = 10 , 最易于起动, Shields 数≈0.03 Re* < 10 , 不易于起动,粒径越小,所需起动拖曳力大 Re* > 10 , 起动拖曳力随粒径的增大而加大 Re* > 1000 , Shields 数接近一常数0.06。
8
3/29/2011
蓝色倾斜线的方程: 因而,上式还可写作:
4
3/29/2011
第四章 泥沙的起动
对这种现象如何研究? 1)首先需要确定多大比例的泥沙开始运动算作起动; 2) 用大量统计资料来确定泥沙的临界起动条件: 例如Shields曲线、起动流速公式-确定性方法 ; 3)应用随机理论研究泥沙的随机运动并由此确定起动条件 和输移量计算方法:例如Einstein法、韩其为法。
第四章 泥沙的起动
无粘性非均匀沙的起动 河床的粗化过程
非均匀沙起动的非恒定性是指在泥沙的运动过程中, 较细部分的泥 沙冲刷外移而较粗的泥沙颗粒仍留在床面上,形成粗化层, 从而使泥沙的 起动条件也发生变化。

《泥沙的沉速》课件

《泥沙的沉速》课件
利用率和经济效益。
05 泥沙的沉速研究展望
研究方向
1 2
泥沙沉速与环境因素的关系
研究泥沙沉速与水流速度、水深、水质等因素的 关系,揭示泥沙运动规律。
泥沙沉速与河床演变
探讨泥沙沉速与河床演变的关系,预测河床形态 变化趋势。
3
泥沙沉速与人类活动影响
分析人类活动对泥沙沉速的影响,提出相应的治 理措施。
03
探讨影响泥沙颗粒沉速的主要因 素,如颗粒形状、大小、密度、
水的温度和流速等。
04
04 泥沙的沉速应用
水库淤积预测
泥沙淤积对水库寿命的影响
水库淤积速度过快会导致水库寿命缩短,影响水库的正常运行。通过泥沙的沉 速研究,可以预测水库淤积情况,为水库的维护和管理提供科学依据。
沉速与水库淤积量的关系
水库淤积量与泥沙的沉速密切相关。通过研究泥沙的沉速,可以推算水库淤积 量,进而制定合理的清淤计划,保持水库的库容和功能。
牛顿公式是描述泥沙颗粒在流动水体中受 到的阻力与流速、颗粒粒径、水的粘滞系 数之间的关系的公式。它基于牛顿第二定 律和斯托克斯阻力理论推导得出。公式表 达为:F=Cdv/2,其中F为阻力,C为阻 力系数,d为颗粒粒径,v为水的粘滞系 数。
修正公式
总结词
对斯托克斯公式和牛顿公式进行修正,以考虑实际水体中的复杂因素对泥沙沉速和阻力的影响。
环境保护
揭示人类活动对河床演变的影响,保护生态 环境。
泥沙资源利用
泥沙资源化利用
随着城市化进程的加速,建筑、道路等工程 需要大量的砂石材料。通过研究泥沙的沉速 ,可以从河床中提取符合工程要求的砂石材 料,实现泥沙资源化利用。
沉速与泥沙资源利用的关 系
泥沙的沉速与砂石材料的粒径、级配等密切 相关。通过对泥沙沉速的研究,可以优化砂 石材料的提取和加工工艺,提高泥沙资源的

第3次课第3章起动流速

第3次课第3章起动流速

Uc1.07lg8d.8 9h5 sgd
单位为kg.m.s.制,公式的适用范围为d>0.08~1.5mm。
25 25
第二十五页,编辑于星期三:十六点 一分。
例: 对于d=0.5mm粒径的泥沙颗粒,分别采用沙莫夫公式 和岗恰洛夫公式计算水深为1m时的起动流速值。
解: 沙莫夫公式
Uc
1.14
s
1
gdh 6 d
第3章 泥沙的起动
1、泥沙的起动:在一定的条件下,床面泥沙由静止转为运
动的现象。
2、泥沙的起动条件:泥沙颗粒由静止状态转为运动状态
基 本
时的临界水流条件,称起动的条件。


3、起动流速:当用水流垂线平均流速来表示起动条件时,该流
速称为临界起动流速。
起动条件可用起动流速或起动拖曳力表示。
4、起动拖曳力:当用水流剪切力表示起动条件时,该剪切力称 为起动拖曳力。
22 第二十二页,编辑于星期三:十六22点 一分。
3.2.1.3 窦国仁公式
认为粘结力应由水对床面颗粒的下压力及颗粒间的分子引力两部 分组成。
U c 0 .7 l4 g 1K h 1 s sg d 0 .1g 9d h k 1 /2
(3-34)
公式单位为g、cm、s制。
径d=1mm,将以上参数代入
式(3-11),并将公式中各变量均采用国际单位(kg、 m、s制),得
U c d h 0 .1 1 4.6 7 sd 6 .0 1 5 7 0 1 d 0 .7 0 h 2 1 /2
(3-13)
20 20
第二十页,编辑于星期三:十六点 一分。
3.2.1.2 唐存本公式
(3-11)
18 18
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泥沙的起动与沉降
21、静念园林好,人间良可辞。 22、步步寻往迹,有处特依依。 23、望云惭高鸟,临木愧游鱼。 24、结庐在人境,而无车马喧;问君 何能尔 ?心远 地自偏 。 25、人生归有道,衣食固其端。
41、学问是异常珍贵的东西,从任何源泉吸 收都不可耻。——阿卜·日·法拉兹
42、只有在人群中间,才能认识自 己。——德国
43、重复别人所说的话,只需要教育; 而要挑战别人所说的话,则需要头脑。—— 玛丽·佩蒂博恩·普尔
44、卓越的人一大优点是:在不利与艰 难的遭遇里百折不饶。——贝多芬
45、自己的饭量自己知
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