河流动力学总结

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河流动力学整理

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1.对数流速垂线分布1、泥沙级配曲线:横坐标表示泥沙粒径,纵坐标表达在所考虑的沙样中粒径小于横坐标相应的某一粒径在总沙样中所占的百分比的曲线。

2、粒配曲线的绘制方法和过程: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Di 为横坐标(对数坐标,从大到小),小于和等于粒经Di 的沙重百分比pi 为纵坐标(普通坐标)绘制D~p粒配曲线。

3、级配曲线可以反映沙样颗粒的相对大小和范围,可反映沙样组成的均匀程度1、特征粒径:单颗粒泥沙粒径:等容粒径,算术/几何平均粒径,筛分粒径,沉降粒径;群体泥沙代表粒径:平均粒径(d i=(d max-d min)/2;D m=∑(d i*p i)/100);中值粒径(d50);非均匀特点:均方差(σ=1/2(D84/D50+ D50/D16));挑选系数(Φ=开方(D75/D25))(越接近1,沙样就越均匀,越大于1,沙样越不均匀);1.孔隙率:泥沙中孔隙的容积占沙样总容积的百分比。

泥沙孔隙率因沙粒大小、均匀度、沙粒形状、泥沙沉积方式、沉积后受力大小和历史长短等有关。

粗沙(39%-40%);中沙(41%-48%);细沙(44%-49%)。

细颗粒泥沙表面面积大,使得摩擦、吸附、搭成架构等作用增大;粒径均匀的泥沙孔隙率最大;球体,孔隙率小。

(细颗粒泥沙具有较大的孔隙率和较小的干容重)1.容重γs:泥沙颗粒的实有重量和实有体积(不含空隙体积)之比(一般变化范围不大,取2650kg/m3);有效容重系数:泥沙水下比重与水的比重之比(a=(γs-γ)/γ);干容重γs’;泥沙颗粒的实有重量和整个体积(含空隙体积)之比(变化范围大,因为空隙变化大);用途:确定泥沙冲淤体的体积;影响因素:粒径(主)、淤积深度、埋藏深度和环境、排水情况、有无初露水面暴露在空气中、细颗粒的化学成分等;γs’与γs的关系:γs’= γs(1-e);规律:粒径大的泥沙γs’大一些,变化范围小一些,粒径小的反之;浑水容重:如果以S 代表水的含沙量,则浑水容重(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。

河流动力学复习整理

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(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。

河流动力学复习

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1、河床演变概念:河床演变:河床在自然条件下或受人工建筑物影响发生的变化,是水流、泥沙与河床相互作用的结果。

演变特征:一定的河床形态和组成,对应一定的水流结构和水流条件;一定的河床形态和组成,对应一定的输沙率河床变形:沿流程发生的变形(纵向)和河床在与水流垂直方向上的变形(横向);单一朝某一方向(单向)周期性往复(恢复性变形)。

河床演变基本原理:主要原因是输沙不平衡,不饱和则冲刷,过饱和则淤积,上游来沙量与本段输沙能力之间的调节;横向输沙不平衡引起横向变化,纵则纵变。

水流与河床相互作用中,泥沙是枢纽。

水流携带泥沙,泥沙影响水流结构,水流影响河床形态,河床也作用于水流(2反馈体系)。

河床演变向着停止变形,达到平衡的方向发展。

河道变形,断面面积,流速变化;平衡是暂时的,上游来水来沙变化。

2、造床流量与马卡维耶夫法:造床流量是造床作用与多年流量过程的综合造床作用相当,对塑造河床形态起着控制作用的某个流量。

计算法(马):某个造床作用的大小与其输沙能力大小有关,还有该流量的历时。

比降J,历时(出现频率)P,G=Q m JP方法:将某断面历年观测到的全部流量分级,求出每级的平均Q;确定各级流量的概率P;绘制该河段流量~比降关系,分别求出J;计算各级造床作用G;绘制Q~G关系,G最大时对应的Q即为造床流量3、河床横向稳定及纵向稳定:河床纵向稳定性决定于泥沙抗拒运动的能力与水流对泥沙作用力之间的对比关系。

稳定系数=D/J横向稳定性决定于土壤抗冲能力(强)、滩槽高差(大)。

稳定系数=Q0.5/BJ0.24、断面河相关系:纵剖面并非连续光滑曲线,而是波浪或阶梯形曲线,对数、指数、双曲线、抛物线形。

横断面河相关系,ξ=B0.5/h(苏联)有关要素,需取造床流量时相应值5、水流动力轴线:河段中沿流程各断面最大垂线平均流速所在位置的连线,反映水流最大动量所在位置。

偏靠凹岸。

6、影响河床演变的主要因素:河段来水量及其过程;河段来沙量、来沙组成及变化过程;河段的河谷比降;河段的河床形态及地质情况。

河流动力学总结

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第一章 泥沙特性 等容粒径定义:容积与泥沙颗粒体积相等的球体的直径算术平均粒径: 定义:长、中、短轴的算术平均值几何平均粒径: 定义:将泥沙视为椭球体,求其等容粒径(球体) 天然沙孔隙率的一般规律(影响因素)⑴粒径:沙样越粗,孔隙率越小(细沙表面积大,颗粒间摩擦、吸附及搭成构架的作用强)。

粗砂:39~40%;中沙:41~48%;细沙:44-49%;粘土絮凝后可达90%。

⑵均匀程度:均匀沙的孔隙率最大。

因非均匀沙粗颗粒间孔隙由细颗粒填充。

⑶形状:圆滑的、棱角不分明的沙样孔隙率较小。

⑷沉积时间:越长,孔隙率越小。

比表面积的定义: 泥沙颗粒的表面积与其体积之比 比表面积的意义:颗粒越小,比表面积越大:。

反映泥沙颗粒的物理化学作用与重力作用的相对大小,比表面积越大(亲水性越强),物理化学作用越大。

影响干容重的主要因素:⑴粒径:影响孔隙率n 。

粒径↑,n ↓,gs’ ↑,变化范围↓;粒径↓ , n ↑ , gs’ ↓,变化范围↑。

⑵淤积厚度:影响土的自重应力,自身固结压缩→影响孔隙率n 。

淤积越深,gs’越大,变化范围越小;淤积越浅,gs’越小,变化范围越大。

⑶淤积历时:影响排水固结充分程度→影响孔隙率n 。

沉积越短, gs’越小;沉积越长, gs’越大,然后趋于稳定值;大颗粒稳定历时短,细颗粒稳定历时长⑷级配:影响孔隙率n :组成越均匀,孔隙率越大,gs’越小;组成越不均匀,孔隙率越小,gs’越大。

水下休止角:泥沙在静水下自然堆积而不塌落的坡面倾角,f (°)。

水下摩擦系数:f =tg f 说明:粒径越大,水下休止角越大,摩擦系数越大,坡度越陡。

束缚水=粘结水+粘滞水 絮团:分散细颗粒相互吸引,聚合成结构松散、类似棉花团的较大团粒或团块,称为~,絮团形成的过程即称絮凝 沉降的过程①初始,γs>γW ,重力>阻力,加速下沉②沉速增加→阻力逐渐增大,而重力恒定,加速度减小③当重力=阻力,加速度=0,泥沙匀速下沉,沉速趋于稳定。

河流动力学_总结

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河流动力学第一章泥沙特性1、等容粒径:体积与泥沙颗粒相等的球体的直径。

设某一颗泥沙体积为V ,则等容粒径3/1)6(πV D =泥沙粒径可用长轴a ,中轴b ,短轴c 的算术平均值表示)(31c b a D ++= 假设成椭球体,用几何平均值表示3abc D =2、粒配曲线的作法:(图1-1 p6)①通过颗粒分析(包括筛分和水析),求出沙样中各种粒径泥沙的重量②算出小于各种粒径的泥沙总重量③在半对数坐标纸上,将泥沙粒径D 绘于横坐标(对数分格)上,小于该粒径的泥沙在全部沙样中所占重量的百分数p 绘于纵坐标(普通分格)上,绘出的D~p 关系曲线即为所求的粒配曲线。

3、粒配曲线特点曲线坡度越陡,表示沙样内颗粒组成越均匀,反之,不均匀。

4、粒配曲线特征值1)中值粒径50D :是常用的特征值,它表示大于和小于该种粒径的泥沙重量各占沙样总重量的50%,即粒配曲线的纵坐标上找出p=50%,其对应的横坐标即为50D 2)平均粒径50D :是沙样内各泥沙粒径组的加权平均值。

即粒配曲线的纵坐标(p )按其变化情况分成若干组,并在横坐标(D )上定出各组泥沙相应的上、下限粒径min max D D 和 以及各组泥沙在整个沙样中所占重量百分数i p ∆,然后求出各组泥沙的平均粒径32min max min max i min max D D D D D D D D i +++=+=或∑∑==∆∆=n i i n i i im pp D D 11n —为划分组数;2502σe D D m =,其中σ—沙样粒径分配的均方差,9.151.84ln D D =σ 当σ为零时,沙样均匀,50D D m =,一般沙样不均匀,σ总是大于零,因此,通常50D D m >3)分选系数(非均匀系数)25750D D S =,若0S =1,则沙样非常均匀,越>1,则越不均匀。

5、影响泥沙的孔隙率的因素①沙粒的大小 ②均匀度 ③沙粒的形状 ④沉积的情况 ⑤沉积后受力大小 ⑥历时长短泥沙越细,孔隙率越大;泥沙越均匀,孔隙率越大;越接近球体,孔隙率越大。

河流动力学 知识重点

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1.等容粒径体积与泥沙颗粒相等的球体的直径2.孔隙率泥沙中孔隙的容积占沙样总容积的百分比3.比表面积颗粒表面积与其体积之比。

颗粒比表面积间接地反映了颗粒受到的物理化学作用与重力作用4.双电层颗粒表面离子层及其周围的反粒子层构成颗粒的双电层5.干容重如取未经扰动的原样沙洋,量出它的体积,然后在烘箱内经100-105°C 的温度烘干后,其重量(或质量)与原样沙洋整个体积之比,称为泥沙的干容重(干密度)6.影响干容重(干密度)的因素①泥沙粒径:泥沙粒径愈小,颗粒间孔隙率愈大,干容重就愈小②泥沙淤积厚度:泥沙的淤积厚度愈深,其干容重愈大,变化范围愈小;反之,淤积深度愈浅,其干容重愈小。

且变化幅度愈大③淤积历时:干容重's γ随淤积历时的增加而趋向于一个稳定值,较粗颗粒如卵石、砾石及沙粒等(D>0.1mm ),淤积历时不长,其干容重's γ就趋向一个稳定值,且初始干容重与最终干容重比较接近7.泥沙运动现象泥沙在水流中的运动形式分为推移质和悬移质两大类型。

其中推移质又分为接触质、跃移质和层移质三种。

在床面附近以跳跃形式前进的泥沙,叫做跃移质悬移质则是悬浮在水中运动,速度与水流速度基本相同的泥沙推移质实质上是指在河底附近,以滚动、滑动、跳跃或层移形式前进,其速度远小于水流速度的泥沙。

8.泥沙的起动河床上静止的泥沙颗粒,随着水流条件的增强,到一定条件时开始运动,这种现象称为泥沙的起动。

床面泥沙由静止状态变为运动状态的临界水流条件,就是所谓的泥沙的起动条件。

泥沙的起动条件可以用流速,拖曳力或功率来表示9.起动拖曳力所谓起动拖曳力,是指泥沙处于起动状态的床面剪切力。

其值等于泥沙起动时,单位面积床面上水柱重量在水流方向的分力,即:2*0U hJ ργτ== 9.止动流速泥沙颗粒由运动那个状态转变为静止状态时的临界垂线平均流速扬动流速扬动流速是床面泥沙由静止直接转入悬移状态的临界垂线平均流速。

河流动力学重点

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重点:1、何谓河漫滩?它的作用如何?河漫滩为位于中水河槽两侧,洪水时淹没、中水时出露的滩地。

它由泥沙落淤而成,组成物质较为松散。

它起到调节洪水、削减洪峰,储存泥沙并通过滩槽水流交换,影响河槽冲淤等作用。

2、何谓泥沙成型堆积体?冲积河流上有规律地分布着各种形式的大尺度的沙丘(如边滩、江心滩、江心洲、沙埂、浅滩等),称为成型堆积体。

平原河流的河床演变,主要体现在河槽中成型堆积体的发展和变化上。

成型堆积体演变的主要规律是,汛期淤积壮大,枯水期冲刷萎缩。

4.何谓侵蚀基准面(点)?河床侵蚀与它有何关系? 侵蚀基点:是指能控制出口水面高程的各种水面,如河面、湖面、海面等,或者是指能限制河流向纵深方向发展的抗冲岩层的相应水面。

注意:侵蚀基点并不是说,在此点之上的床面不可能侵蚀到低于此点高程;而只是说,在此点之上的水面线和床面线都要受到此点高程的制约。

能够自由发展的冲积性河流的河床,在挟沙水流长期作用下,有可能形成与所在河段具体条件相适应的某种均衡形态,即所谓水力几何形态。

6、解释下列系数及公式中每一项所表达的物理含义,并说明它们与河型的关系。

① hJ dh =1ϕ ② 2.05.01BJ Q b =ϕ ③ ⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛∆⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛+-⎪⎭⎫ ⎝⎛⎪⎭⎫ ⎝⎛⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛=ΘTQ Q Q Q Q Q h B B B d hJ 5.06.0min max min max 45.035.0max 6.0357、什么是造床流量?它的物理含义如何?8、将平滩流量作为造床流量原因?可采用哪几种方法确定平滩水位?③、确定平滩水位和平滩流量的方法a 、在河段内取若干个具有水位流量资料的代表断面,取其平滩水位时的平均流量作为造床流量。

b 、如果河流具有比较规则的断面,其平滩水位一般可以从水位~宽深比(B/h )关系曲线的最低点或dB/dh 的最大值得到,然后依据水位~流量关系曲线得到平滩流量。

c 、从水位流量关系曲线的转折处得到平滩流量。

河流动力学复习整理

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(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、泥沙运动规律与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、搬运与堆积的机理; 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,流动就是层流与紊流的过渡区,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,切应力主要就是紊动切应力,流速按对数分布4外层区、在对数层以上到水面的区间,切力主要就是紊动力,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、前者就是非造床质泥沙,后者就是造床质。

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、颗粒大小与泥沙来源分。

河流动力学复习整理

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(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。

河流动力学重点归纳

河流动力学重点归纳

研究对象:河流河流是水流与河床在地球物理诸自然因素以及人类活动影响下交互作用的产物水流与河床的交互作用中,泥沙起着纽带的作用:泥沙淤积,河床抬高,泥沙冲刷,河床下切 研究的核心:泥沙的基本运动规律研究对象:泥沙从微观来看:泥沙为散粒群体在河流动力学中,研究泥沙的运动过程,视泥沙为连续介质注意:在水流中的泥沙含量过低时,只能做散粒个体看待,不能视作连续介质。

(散粒个体泥沙是不接受紊动扩散作用的)主要理论工具力学:泥沙颗粒受力分析统计理论:无数泥沙颗粒,具有随机行,从宏观上研究,即不能不用到统计理论 解决问题的手段模型试验:分为物理模型和数学模型采用模型试验的原因:泥沙运动涉及的物理量往往较多,边界条件往往比较复杂没有较简单的公式或可求出精确数值解的模型模型研究的过程实际问题 → 简化(留取主要矛盾)→模型建立(设计、验证)→试验研究数学、物理模型都要经过类似的过程1.2河流动力学发展简史初创期:1938年,劳斯(H.Rouse ),第五次国际应用力学讨论会会刊上发表关于泥沙紊动扩散理论,标志河流动力学从水力学中分离出来;同一时期还有:1933年,奥布莱恩(M.P .O’Brien ),1931年,马卡维也夫(B.M.Makabeeb )初期(1931~1950)泥沙紊动扩散理论的讨论;中期(1950~1970)能量平衡问题;近期(1970~至今)水沙两相流的基本问题1.自觉地努力学会掌握理论与实际结合的原则2.要认真观察和分析河流运动过程中的矛盾现象,提示客观存在着的对立与统一的规律,坚持具体情况具体分析的科学精神3.对前人的成果要批判的继承和吸收第二章 泥沙特性2.1泥沙的粒径和粒配曲线泥沙:通常把组成河床和随水流运动的小颗粒叫做泥沙。

粒径是表示泥沙颗粒大小的一个量度。

确定粒径时遇到的困难:1.泥沙形状不规则;2.泥沙的粒径不均匀等容粒径。

定义:容积与泥沙颗粒相等的球体的直径。

计算公式可简称为粒径,单位毫米(mm )。

河流动力学整理

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1.对数流速垂线分布1、泥沙级配曲线:横坐标表示泥沙粒径,纵坐标表达在所考虑的沙样中粒径小于横坐标相应的某一粒径在总沙样中所占的百分比的曲线。

2、粒配曲线的绘制方法和过程: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Di 为横坐标(对数坐标,从大到小),小于和等于粒经Di 的沙重百分比pi 为纵坐标(普通坐标)绘制D~p粒配曲线。

3、级配曲线可以反映沙样颗粒的相对大小和范围,可反映沙样组成的均匀程度1、特征粒径:单颗粒泥沙粒径:等容粒径,算术/几何平均粒径,筛分粒径,沉降粒径;群体泥沙代表粒径:平均粒径(d i=(d max-d min)/2;D m=∑(d i*p i)/100);中值粒径(d50);非均匀特点:均方差(σ=1/2(D84/D50+ D50/D16));挑选系数(Φ=开方(D75/D25))(越接近1,沙样就越均匀,越大于1,沙样越不均匀);1.孔隙率:泥沙中孔隙的容积占沙样总容积的百分比。

泥沙孔隙率因沙粒大小、均匀度、沙粒形状、泥沙沉积方式、沉积后受力大小和历史长短等有关。

粗沙(39%-40%);中沙(41%-48%);细沙(44%-49%)。

细颗粒泥沙表面面积大,使得摩擦、吸附、搭成架构等作用增大;粒径均匀的泥沙孔隙率最大;球体,孔隙率小。

(细颗粒泥沙具有较大的孔隙率和较小的干容重)1.容重γs:泥沙颗粒的实有重量和实有体积(不含空隙体积)之比(一般变化范围不大,取2650kg/m3);有效容重系数:泥沙水下比重与水的比重之比(a=(γs-γ)/γ);干容重γs’;泥沙颗粒的实有重量和整个体积(含空隙体积)之比(变化范围大,因为空隙变化大);用途:确定泥沙冲淤体的体积;影响因素:粒径(主)、淤积深度、埋藏深度和环境、排水情况、有无初露水面暴露在空气中、细颗粒的化学成分等;γs’与γs的关系:γs’= γs(1-e);规律:粒径大的泥沙γs’大一些,变化范围小一些,粒径小的反之;浑水容重:如果以S 代表水的含沙量,则浑水容重(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。

河流动力学复习

河流动力学复习

河流动力学复习1.河流动力学主要内容:水流结构、泥沙运动、河床演变。

2.等容粒径:体积与泥沙颗粒相等的球体的直径d=(6V/π)1/33.干密度:从自然界中取得的原状泥沙,经过100~105°C的温度烘干后,其质量与原泥沙整体体积的比值。

4.干密度主要受泥沙粒径、淤积厚度、淤积历时等因素的影响。

1)泥沙粒径:组成越均匀、粒径越大的泥沙沉积下来的干密度较大;2)淤积厚度:泥沙淤积物埋深越深,压实越明显,干密度也越大;3)淤积历时:泥沙干密度随淤积历时的增加而趋于一个稳定值。

5.泥沙沉降速度:指单颗泥沙在足够大的静止清水中等速下沉时的速度,简称沉速。

6.影响泥沙颗粒沉降速度的原因:颗粒形状、边壁条件、含沙浓度、紊动、絮凝等。

7.泥沙的起动:在具有一定泥沙组成的床面上,逐渐增加水流强度,直到使床面泥沙由静止转入运动,这种现象叫做~8.希尔兹起动拖曳力公式:9.沙波:当水流强度达到一定程度、河床表面推移质泥沙运动达到一定规模时,河床表面会表现起伏不平但又看似规则的波浪状形态,称为~10.沙波运动:在沙波的迎流面,由于水流流速沿程递增,泥沙发生冲刷;在沙波的背流面,受横轴环流的影响,泥沙发生淤积,沙波迎流面冲刷,背流面淤积的综合结果,形成整个沙波向下游“爬行”的运动态势,称之为沙波运动。

11.沙波的发展过程:沙纹,沙垄,过渡、动平整,沙浪,急滩与深潭。

12.动床阻力(水流作用在河床床面上的剪切力)分为:沙粒阻力,沙波阻力13.边界阻力14.推移质: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为推移质。

15.推移质运动形式:接触质、跃移质、层移质16.均匀沙推移质输沙率公式:1)以流速为主要参变数的推移质输沙率公式认为影响推移质输沙率强度的主要水利因素是水流流速,流速越大,则推移质输沙率越大。

2)以拖曳力为主要参变数,在大量试验资料基础上建立的推移质输沙率公式推移质输沙率主要决定于水流拖曳力,拖曳力愈大,则推移质输沙率愈大。

河流动力学与航道整治实验总结

河流动力学与航道整治实验总结

河流动力学与航道整治实验总结摘要:对试验项目进行充分研究,分析现状河道情况下的河床演变、通航条件,及碍航成因提出整治工程方案,整治措施及工程布置。

关键词:河床演变;碍航;整治措辞1.河道概况和滩险分析:嘉陵江是长江上游的重要一级支流,是国家内河高等级航道“两横一纵两网十八线”的重要组成部分,由北向南纵贯全川经重庆汇入长江,被国家列为战备航道。

它连接川、陕、甘、渝三省一市,是沟通西南、西北的主要交通运输线,形成了一条西北、西南地区与三峡库区以及长江中下游地区联系的通衢大道,是西南地区综合运输体系的重要组成部分,具有其他运输形式不可替代的作用,地位十分重要。

嘉陵江是全国第一条全江渠化的山区河流,嘉陵江干流广元至重庆河段共规划建设17 个梯级,川境内规划建设14 个梯级,目前,渠化工程已接近尾声,嘉陵江渠化工程从根本上解决了枯水期滩多水浅的问题,未建梯级之前共有各类碍航滩险约280 个,渠化工程完成后滩险数量减少到仅49 个,主要分布在各枢纽坝下河道1~5km 范围内,其航道尺度达不到设计标准。

例如:马回船闸建成年代较早,其下游引航道淤积较为严重。

不满足IV级航道建设要求。

为了解决嘉陵江航运河道淤积的问题,加快推进嘉陵江航运复苏,全面发挥嘉陵江高等级航道的航运潜力,加快沿江地方经济发展,四川省发展与改革委员会于2014 年4 月以川发改基础[2014]221 号文批复同意建设嘉陵江川境段航运配套工程。

观音州是嘉陵江上著名的的滩险之一,河道两岸特殊的地形和地质造就了山区河流的流速大,流态紊乱等特点,河面狭窄,河内险滩,礁石居多,水深浅、落差大等特殊的工况条件,对船舶航行造成了极不利因素,因此采取措施进行航道整治显得意义重大。

2.项目研究意义:宏观方面:嘉陵江航道整治工程完善,系统的治理对促进长江与嘉陵江通航发展外贸经济,对外交往的过程中,起着无可替代的作用;河流的分布面广,有利于实行大、中、小结合及长短途运输的结合。

(完整word版)河流动力学复习

(完整word版)河流动力学复习

第一章绪论1、河流动力学是什么样的学科?主要研究什么?答:河流动力学是研究河道水流、泥沙运动、河床演变规律及其应用的学科.主要研究内容包括:①水流结构:研究水流内部运动特征及运动要素的空间分布;②泥沙运动:研究泥沙冲刷、搬运和堆积的机理;③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。

(由一条河流从表层到底部记忆,水流——泥沙——河床)2、河流动力学的鲜明特点:半经验半理论3、河流动力学的应用?答:①港口选址论证;②航道整治;③排除修建水利枢纽的不利影响第二章水流的紊动1、紊流的特性答:①即使在流量不变的情况下,流场中任意一点的流速和压力也随时间呈不规则的脉动;②紊流具有扩散性2、如何判断紊流的发生?答:通过雷诺数进行判断。

Re<2000左右,属层流;Re在10000~12000时,进入紊流范围3、紊流发生的分类答:①水流很快流过固体边界,边界是静止的,水流是运动的;②两种不同流速的液体相接触,在接触面上的流速梯度也产生漩涡;③水流绕过物体或物体在静水中运动时,在物体背面,水流发生分离而产生漩涡。

5、紊动切应力如何产生?主要内容?答6、流速分布公式实际应用注意问题?答:①天然河道Ks(明渠水流周界上的粗糙突起高度)难以直接测量.采用实测的方法来确定,即测出水槽的流速分布及u*值,再求出Ks;无法实测则查阅书册确定;②流速分布曲线原点对于不同床面不同第三章泥沙特性1、孔隙率?答:孔隙率是泥沙中孔隙的容积占沙样总容积的百分比 2、比表面积含义答:颗粒表面积与其体积之比 3、双电层现象?粘结水?粘滞水?答:水中(电解质中)离子吸附在泥沙表面和泥沙表面分子离解使泥沙颗粒表面带有负电荷,负电荷将吸引水中正电荷的离子形成吸附层。

吸附层的离子不足以平衡颗粒电荷,继续吸附异号电荷形成扩散层,这就是双电层现象。

粘结水:在泥沙颗粒表面负电荷的作用下,靠近颗粒表面,在吸附层范围内的水分子失去自由活动的能力,整齐、紧密排列,这部分被称为粘结水。

河流动力学重点

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)/P4•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。

河流动力学知识点汇总

河流动力学知识点汇总

河流动力学是以力学、统计学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。

河流动力学的研究内容:泥沙运动和河床演变。

Chapter1河流:河槽与其流动的水流。

水系:河流干流和支流的总体。

流域:河流的集水区,由分水线包围所构成。

水系形态规律:二相、三维、不恒定、不均匀。

河道级别——越支越低。

分枝比:级别为x河道数目与比x高一级别x+1河道数目的比值。

(1)河道分枝比规律:在任何一个流域内,水系的平均分枝比接近与一个常数。

(2)河道数量规律:在任何一个流域内,随着河道级别的增加,河道数目不断减少,十分接近与一递减的几何数列。

(3)河道平均长度规律:在任何一个流域内,某一级河道的平均长度与其低一级河道的平均长度的比值为一常数,随着河道级别的增加,河道的平均长度倾向与一递增的几何数列。

(4)河道平均纵比降规律:在任何一个流域内,随着河道级别的增加,河道的平均纵比降倾向与一列递减的几何数列。

(5)河道面积规律:在任何一个流域内。

随着河道级别的增加,河道的平均流域面积倾向与一列递增的几何数列。

直接测量等容粒径:相同体积球体的直径。

d=(6V/π)1/3d=(abc)1/3泥沙的粒径测量筛析法水析沉降法泥沙粒径频直方图泥沙粒径分布的描述方法泥沙粒径累计频率分布曲线!!!!泥沙的水下休止角:静水中的泥沙在颗粒之间的摩擦作用下可以堆积成一定角度的稳定倾斜面而不塌落,该倾斜面与水平面的夹角为泥沙的水下休止角。

Chapter2泥沙沉降速度:单颗泥沙在足够大的静止清水中等速下沉时的速度。

也称水力粗度。

泥沙颗粒在静水中下沉时的运动状态与沙粒雷诺数有关。

W=−13.95νd影响泥沙沉速的因素:颗粒形状、边壁条件、含沙浓度、紊动、絮凝。

在具有一定泥沙组成的床面上,逐渐增加水流强度,直到使床面泥沙有静止转入运动,这种现象称为泥沙的起动。

起动流速和起动拖拽力。

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。

河流动力学复习整理

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。

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9、干容重的影响因素?
①泥沙粒径:粒径较粗的泥沙干容重大,变化范围小;反之,粒径较细的泥沙干容重小,变化范围大。
②泥沙淤积厚度影响:泥沙的淤积深度越深,琪干容重越大,变化范围越小;反之,淤积深度越浅,其干容重越小,且变化幅度越大。
③淤积历时的影响:干容重 随淤积历时的增加而趋向于一个稳定值,较粗颗粒淤积历时不长,其干容重 就趋向稳定,且初始干容重与最终干容重比较接近;而细颗粒泥沙 趋向稳定所需的时间要长的多,初始干容重与最终干容重相差甚远。
3、粒配曲线特点
曲线坡度越陡,表示沙样内颗粒组成越均匀,反之,不均匀。
4、粒配曲线特征值
1)中值粒径 :是常用的特征值,它表示大于和小于该种粒径的泥沙重量各占沙样总重量的50%,即粒配曲线的纵坐标上找出p=50%,其对应的横坐标即为
2)平均粒径 :是沙样内各泥沙粒径组的加权平均值。即粒配曲线的纵坐标(p)按其变化情况分成若干组,并在横坐标(D)上定出各组泥沙相应的上、下限粒径
假设成椭球体,用几何平均值表示
2、粒配曲线的作法:(图1-1p6)①通过颗粒分析(包括筛分和来自析),求出沙样中各种粒径泥沙的重量
②算出小于各种粒径的泥沙总重量
③在半对数坐标纸上,将泥沙粒径D绘于横坐标(对数分格)上,小于该粒径的泥沙在全部沙样中所占重量的百分数p绘于纵坐标(普通分格)上,绘出的D~p关系曲线即为所求的粒配曲线。
以及各组泥沙在整个沙样中所占重量百分数 ,然后求出各组泥沙的平均粒径
n—为划分组数;
,其中 —沙样粒径分配的均方差,
当 为零时,沙样均匀, ,一般沙样不均匀, 总是大于零,因此,通常
3)分选系数(非均匀系数) ,若 =1,则沙样非常均匀,越>1,则越不均匀。
5、影响泥沙的孔隙率的因素
①沙粒的大小②均匀度③沙粒的形状④沉积的情况⑤沉积后受力大小⑥历时长短
粘结水:在泥沙颗粒表面负电荷的作用下,靠近颗粒表面,在吸附层范围内的水分子便失去了自由活动的能力而整齐的、紧密地排列起来
粘滞水:围绕在粘结水外面,在扩散层范围内的水分子因距颗粒表面较远,受到的引力较小,水分子的排列比较疏松,仅有轻微的定向。
粘结水和粘滞水统称为束缚水。束缚水外的水分子几乎不再受静力引力作用,在重力作用下能自由流动,称为自由水。
7、吸附层(固定层):表面带负电荷的细颗粒泥沙在含有电解质的水中,由于静电引力作用,吸引水中反号电荷(带正电荷)的离子,这种被牢固吸附在紧邻颗粒表面周围的反离子层。
扩散层:吸附层的离子电荷不足以平衡颗粒表面的全部电荷,因此在吸附层外还有一层与颗粒表面电荷异号的反离子层。
双电层:颗粒表面离子层及其周围的反离子层(吸附层及扩散层)构成颗粒的双电层,双电层外属中性水。
10、泥沙沉速:单颗粒泥沙在无限大静止清水水体中匀速下沉时的速度称为泥沙的沉降速度,简称沉速。
(泥沙沉速反映着泥沙在与水流相互作用时对机械运动的抗拒能力。沉速越大,则沉淀的倾向越强。因此,沉速是泥沙的重要特性之一。)
11、影响沉速的因素
①泥沙的形状,越接近球体,沉降越大,形状越扁平, 越小,阻力系数 越大,沉速越小。
②水质对沉速的影响,反映在絮凝,所有影响絮凝的因素均影响沉降。水质对沉降的影响主要是对D<0.03mm的细颗粒泥沙而言的。在小含盐度的范围内,絮团的平均沉降因含盐度的增加而迅速增大;当含盐度超过某一数值后,含盐度的进一步增加,对平均沉降的影响不大。含沙量越大,曲线转折处相应的含盐度越小。由(图1-8书p19含盐度)可见,在含盐度超过10‰后,不同情况的絮凝沉速相差不大,一般在0.4~0.5mm/s左右。
③含沙量对沉速的影响
因浑水容重加大而引起的沙粒有效重力减小也有重要影响。这些将使得泥沙沉速减小。
细颗粒泥沙形成絮团,沉速随含沙量增大而逐渐增大,直到15kg/m3左右为最大;含沙量超过15kg/m3后,沉速随含沙量增大而减小。
影响絮凝现象的因素:
① 泥沙粒径。泥沙愈细,其比表面积愈大,颗粒聚集成絮团的作用愈强,相对于基本颗粒而言,形成的絮团越大。
第二章推移质运动
1、泥沙在水流中的运动形式可分为哪两类?定义各是是什么?
推移质(接触质、跃移质、层移质)和悬移质。
接触质:滑动或滚动的泥沙,在运动中始终保持与床面接触。
河流动力学-总结
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河流动力学
第一章泥沙特性
1、等容粒径:体积与泥沙颗粒相等的球体的直径。
设某一颗泥沙体积为V,则等容粒径
泥沙粒径可用长轴a,中轴b,短轴c的算术平均值表示
泥沙越细,孔隙率越大;泥沙越均匀,孔隙率越大;越接近球体,孔隙率越大。
6、颗粒比表面积:颗粒表面积与其体积之比,对于球体,其表面积
颗粒比表面积间接地反映了颗粒受到的物理化学作用于重力作用的相对大小。
(细颗粒沙粒的比表面积很大,所以,细颗粒表面的物理化学作用明显特别突出,从而对泥沙运动产生重要的影响。)
②水中电解质的离子浓度与价数。水中反离子浓度较小,扩散层的厚度就较大,沙粒的分散状态就比较稳定;反之,水中反离子浓度较大,扩散层厚度就较小,沙粒容易絮凝。反离子对沙粒的絮凝作用,与反离子的价数有密切关系。反离子的价数高,絮凝作用强。这是因为反离子的价数高,双电层厚度小,就容易产生絮凝。
③水中的含盐量、含沙量等。小含盐度的范围内,絮团的平均沉速因含盐度的增加而迅速增大;当含盐度超过某一数值后,含盐度的进一步增加,对平均沉速的影响不大。含沙量越大,曲线转折处相应的含盐度越小。含盐度超过10‰后,不同情况的絮凝沉速相差不大。
△如果水中电解质反离子浓度增加,反离子向颗粒表面挤压,吸附层中反离子数增多,可更有效地平衡颗粒表面电荷,双电层厚度也相应较小。所以容易发生絮凝。相反,当离子浓度增加,反离子向水中扩散,更多的反离子由吸附层进入扩散层,双电层厚度也相应增大。
絮凝:细颗粒泥沙在一定条件下彼此聚合的过程
8、泥沙的干容重(干密度):取出经扰动的原状沙样,量出它的体积,然后在烘箱内经100~150℃的温度烘干后,其重量(或质量)与原状沙样整个体积之比。
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