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。

异重流：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（密度）差异，如果其中一种流体沿着交界面的方向流动，在流动过程中不与其它流体发生全局性的掺混现象的运动。

异重流主要特征：（1）异重流的重度差很小，重力作用小，惯性作用大（2）具有翻越障碍以及爬高的能力

（5）泥沙悬浮机理：含沙量具有上稀下浓的沿垂线梯度。

泥沙悬浮扩散理论：基于泥沙颗粒在紊流中随机运动来求解泥沙浓度垂向分布的理论

重力理论：挟带悬移质的水流在运动过程中要消耗能量。所消耗能量分为两部分，一部分用于克服边界的阻力；另一部分用于维持悬移质的悬浮。重力理论的观点认为，悬移质的比重一般比水大得多，要使它在水里不下沉，水流必须对它做功以维持悬浮，即水流必须为此而消耗能量。

推求悬移质含沙量沿垂线分布规律有哪些方法：1.Rouse 公式2. 张瑞瑾公式3重力理论——维利卡诺夫公。.

Rouse 方程及其中悬浮指标Z 的意义和如何计算：z

a a h a y y h S S ⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-⨯-=，*

=kU z ω，实际代表了重力作用与紊动扩散作用的相互关系

Rouse 公式主要缺点：计算得到的水面含沙量恒等于零，床面含沙量为无穷。

含沙量几种不同的表达方式: 流量平均含沙量；面积平均含沙量

悬移质输沙率：一定的水流与河床组成条件下，水流在单位时间内所能挟带并通过河段下泄的悬移质中床沙质的数量。

水流挟沙力：是指在一定水流、泥沙及边界条件下，水流所能挟带的包括推移质和悬移质在内的全部沙量。

如何用爱因斯坦公式计算悬移质泥沙输沙率：

⎥⎦

⎤⎢⎣⎡+⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛=*21'2.30lg 303.26.11I I k h aS U g s va s s γ 用爱因斯坦公式计算挟沙力：φγγ

γγ2

13⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛

-=s s b gD g ppt5 102页 （6）河床演变定义及其根本性原因是：自然条件及人类活动影响下河床所发生的变化过程；输沙不平衡

河床调节作用：调整方向是从输沙不平衡向平衡的方向发展，通过改变河宽、水深、比降、床沙组成使挟沙力与来沙相适应。

河床演变的基本规律：一般演变：1、平面变化：蜿蜒曲折的程度不断加剧，河长增加，曲折系数加大。2、横向变化：表现为凹岸崩退，凸岸淤长。3、纵向变化：弯道段洪水期冲刷而枯水期淤积，过渡段则相反；突变：包括自然裁弯，撇弯和切滩等类型。

影响河床演变的主要因素：1.来水量及其变化过程2. 来沙量、来沙组成及其变化过程3. 河段出口处的侵蚀基点高程，即河段的比降4. 河床周界条件，即河段所在区域的地貌条件。 河相关系：能够自由发展的冲积平原河流的河床，在水流的长期作用下，有可能形成与所在河段具体条件相适应的某种均衡的河床形态，在这种均衡状态的有关因子（如水深、河宽、比降等）和表达来水来沙条件（如流量、含沙量、泥沙粒径等）及河床地质条件的特征物理量之间，常存在某种函数关系，这种函数关系称为河相关系或均衡关系。

造床流量：造床作用与多年流量过程的综合作用相当的某一种流量。

实际工作中造床流量如何确定：1. 马卡维也夫法2. 平滩水位法3. 采用某一频率或重现期的流量作为造床流量4. 有效输沙流量法

河床稳定性指标有哪些?主要取决于什么？

河弯的形态有哪些：

第2章 泥沙的一般特性

1、河流泥沙的最根本来源是什么？

河流泥沙的最根本来源是岩石的风化

2、形成泥沙主要风化类型是什么？

• 风化种类：

✓ 物理风化：岩石在原地发生的崩解

✓ 化学风化：岩石发生的蚀变（溶解、水解、碳酸盐化）

✓ 生物风化：

3、泥沙粒径的常用表示计算方法是什么？

等容粒径:

筛分粒径

沉降粒径

4、级配曲线及其粒径分布特征值有哪些？