河流动力学
河流动力学
是一个常值，泥沙扩散系数沿垂线而变；
②泥沙扩散系数 y 与动量交换系数 m 相当也可看做 y m ；③挟沙水流的流速分布遵循 对数分布规律，并取 0.4 8、 （重要简答题） z
kU *
，指数 z 是一无因次数，又称为“悬浮指标” ，试用其物理意义
说明其数值大小对含沙量沿垂线分布的影响： 指数 z 决定了悬移质含沙量沿水深分布的均匀 程度。它反映了重力作用与紊动扩散作用的相互对比关系，其中重力作用通过 来表达， 紊动作用通过 kU* 来表达。Z 越大，则重力作用相对越强。在相对平衡情况下，含沙量垂线 分布越不均匀；反之，z 越小，紊动作用相对越强，在相对平衡状态下，含沙量垂线分布就 越均匀。 9、扩散理论的适用条件：泥沙颗粒较细、含沙浓度不大时，扩散理论所得的结果比较符合 实际。 通常的冲积平原河流正是属于这种挟沙情况， 因而扩散理论在实际中得到了广泛的应 用。 10、悬移质输沙率是指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泥沙的数量。 11、常把悬移质单宽输沙率用平均含沙量 S * 表示， g s qS* , S * 是一定水流与泥沙条件下， 河流处于不冲不淤临界状态时， 单位水体所能挟带的悬移质中床沙质数量的平均值， 其单位
Di
D Dmin Dmax Dmin Dmax Dmin 或Di max 2 3
Dm
D p
i 1 n i
n
i
p
i 1
n—为划分组数；
i
Dm D50 e 2 ，其中 —沙样粒径分配的均方差， ln
2
D84.1 D15.9
总是大于零， 当 为零时， 沙样均匀，Dm D50 ， 一般沙样不均匀， 因此， 通常 Dm D50
河流动力学
第一章泥沙特性1. 等容粒径D:就是体积与泥沙颗粒相等的球体的直径。
2. 泥沙粒径测量方法：测量法（D〉20mm ；筛析法（0.1mm 《D<20mjm显微镜法（D<0.1mm；沉降法。
3. 粒配曲线：通过颗粒分析（筛分、水析），求出沙洋中各粒径泥沙质量，算出小于各粒径泥沙质量，然后在半对数坐标上，将泥沙粒径D绘于横坐标（对数分格）上，小于该粒径泥沙在全部沙洋中所占百分比p绘于纵坐标轴上，绘出的D~p关系曲线，即为粒配曲线。
4. 影响泥沙孔隙率的因素：1 .粒径均匀泥沙孔隙率最大2.泥沙形状3.泥沙沉积方式5. 比表面积：颗粒表面积与其体积之比。
颗粒比表面积间接反映颗粒受到的物理化学作用与重力作用的相对大小。
6. 絮凝：当扩散层较薄，颗粒间距较小时，粒间力表现为净引力。
相邻的颗粒彼此相互吸引而聚合在一起的现象。
影响絮凝因素：粒径大小，电解质离子浓度、价位，矿物组成。
7. 双电层：细颗粒泥沙在含有电解质的水中，颗粒周围会形成双电层，细颗粒泥沙通常在含有电解质的水中会发生两种情况（均带负电）：一是电解质中离子吸附在泥沙颗粒表面；二是泥沙颗粒表面分子发生离解。
双电层分为吸附层（带正电荷，且排列紧密），扩散层（游离反电荷层）8. 几何特性（颗粒形状、大小、群体泥沙组合特性）；重力特性（泥沙颗粒容重、淤积泥沙干容重）；水力特性（泥沙颗粒沉降速度）9. 泥沙容重（或密度）：泥沙颗粒实有质量与实有体积之比，无因次数（有效容重系数）a=（r s-r）/r（容重关系式）=（p s-p）/p（密度关系式）10. 干重度：如取未经扰动的原装沙样，量出它的体积，然后在烘箱中内经100~105C的温度烘干后，其重量（或质量）与原状沙样整个体积之比，称为泥沙的干重度（或密度）。
11. 干容重影响因素：1泥沙粒径（粒径粗，干容重大，变化范围小）2泥沙淤积厚度（淤积厚度越深，干容重越大）3淤积历时。
12. 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。
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。
河流动力学
河流动力学河流动力学(riv e r d ynamic s)研究河流运动发展基本规律的一I丁学科。
水流使河床变化，河床影响水流结构，两者通过泥沙运动，相互作用，相互依存，相互制约，经常处于变化和发展的过程中。
河流动力学是从水流动力作用出发研究水流和河床泥沙之间的运动及相对平衡的规律，为整治河流提供理论依据。
研究内容包括河道水流结构，泥沙运动规律和河床演变规律等三部分。
水流平面图(river p1ane) 在平面上将河流分成若干流量相等的流束图形。
天然河流中的水流运动是三维问题，不易计算。
实际工程中采用一种近似的方法，假定同一垂线上的流向相同，流速等于瑟线平均流速，仅考虑纵向水流沿纵横两方向的变化，忽ßI各环流作用。
把三维空. 问问题近似地简化成二维平面问题。
水流平面图是将整个水流用合适的流线分成许多流束，使各流束通过的流量相等，各流束宽度、深度和平均流速则不相同。
同时划分出若干与流线正交的横断面线，将河流构成平面上的矩形流网。
通过水流平面图可了解垂线平均流速沿流程和沿断面'f~ 分布及流向的变化。
河床横断面(cross sec t ion ofcha丑丑e1) 垂直于水流方向的河床，3d 面。
水流方向是指水流动力轴线的方向，当洪水、中水、枯水流的动力轴线不一致时，选取河床横断面的方向也有所不同，应根据需要选定。
若研究防洪问题，应取与洪水的动力轴线垂直的断面为河床横断面，又称"大断面"。
若以航道整治为目的，取与枯水的动力轴线垂直的断而为河床横断面，主要研究枯水河床的边滩、浅滩、深槽等变化。
山区河流的横断面，因受河流下切作用，汩谷往往发育为"V" 形或"U" 形。
平原河流是从冲积层上流过，所经之处地势平坦，河谷宽阔，河床横断面呈抛物线形、不对称的三角形或复式"W" 形。
河床纵剖面(longitudin a l profileof channe1) 沿河流动力轴线所切取的河床剖面。
河流动力学
下风化、破碎形成的。在上述作用下从流域 内地表进入水系（或大气层），在水力（风 力）作用下经历搬运、沉积后在新的地点成 岩，往复循环。
§ 1-2 研究对象
泥沙运动是地球上物质圈（水圈、大气 圈、岩石圈、生物圈）演化过程的重要环节。
侵蚀特点
范围
水力侵蚀→流水侵蚀和重 力侵蚀（崩塌、滑坡）
重力侵蚀
片蚀、沟蚀、崩岗侵蚀
黄土丘陵区： 渭河南北、三门峡
长江流域及以南地区： 广东、福建、四川等
湖北、广西、浙江、 安徽等省区
坡面剥蚀—片蚀 主要与人类活动有关 顺坡耕作时侵蚀更严重 土地退化 生态环境的恶化
四川、湖南、贵州等 云南、金沙江支流 三峡库区、贵州 （半）干旱、半湿润 洞庭湖、黄河三角洲
§1-1 基本概述
三、系统
地表上各种各样的物质运动可以区分成
不同的自然系统来分别进行研究，称为“地 质系统”。如：火山熔岩流动形成的岩浆流、 天然河流都可以看作是一个自然系统。
在某个自然系统中存在能量和物质的运
动、转换，称为动态系统。
§1-1 基本概述
系统的边界既可以用天然边界（流域的 分水岭、河流的河床、水面），也可以根据 研究目的人为划分。划定边界后，边界之外 的所有内容（物质、能量）都是外部环境， 而非系统的组成部分。
简介
一、概述 二、泥沙颗粒基本特性 三、床面形态与水流阻力 四、推移质（泥沙的起动与推移） 五、悬移质（水流挟沙力） 六、河道演变（基本原理） 七、河型
第一章 河流动力学概述
最早的人类是沿河流和河谷发展的。 （如尼罗河、黄河、印度河流域文明）从大 禹治水疏导百川、治理江河至举世瞩目的三 峡工程，都利用了河流动力学的基本原理。 河流动力学的研究与发展是人类为谋求生存 而对河流进行治理和利用的，它们之间有着 必然联系。
河流动力学及泥沙
河流动力学及泥沙汇报人：日期:•河流动力学概述•河流动力学的基本原理•泥沙的基本性质•河流泥沙运动的基本规律•河流泥沙问题的解决策略与案例分析•河流动力学及泥沙研究的前沿与展望01河流动力学概述河流动力学的定义和研究内容河流动力学的定义河流动力学是研究河流运动规律和物理机制的科学，它涉及到水文学、气象学、地貌学、物理学等多个领域。
研究内容主要包括河流的流速、流量、水位、水深、泥沙输移、河床演变等，以及由这些要素组成的流域水沙循环系统的宏观过程和微观机制。
河流动力学的重要性理论意义实践意义河流动力学的发展历程起源发展现状02河流动力学的基本原理动量方程描述水流中单位时间内动量守恒的原理。
能量方程描述水流中单位时间内能量守恒的原理。
连续方程水流运动的基本方程单位时间内通过某一断面的水量，通常用立方米/秒或加仑/秒为单位表示。
河流水位与流量流量水位流速流态河流的流速与流态阻力水流运动中受到的阻力，包括摩擦阻力、涡旋阻力等。
能量消耗水流运动中能量损失的大小，通常用能量方程计算。
河流的阻力与能量消耗03泥沙的基本性质根据泥沙的组成、搬运方式和沉积特点，可分为无机泥沙、有机泥沙和生物碎屑等。
特性泥沙具有不同的物理、化学和生物特性，如粒径、形状、密度、硬度、耐磨性等，这些特性影响其搬运、沉积和地貌形成的过程。
分类泥沙的分类与特性VS泥沙的搬运与输移搬运方式输移过程泥沙的沉积与地貌形成沉积类型地貌形成04河流泥沙运动的基本规律泥沙颗粒的碰撞与粘附泥沙颗粒的离散与聚集牛顿力学模型泥沙运动的力学模型01阻力与浮力的计算公式02阻力系数与浮力系数的确定03阻力与浮力对泥沙运动的影响泥沙运动的阻力与浮力床面形态的分类与特征水沙平衡的概念及建立床面形态对河流动力学行为的影响010203泥沙运动的床面形态与水沙平衡05河流泥沙问题的解决策略与案例分析03植物防护01河道整治02疏浚与清淤河流治理与泥沙控制的一般方法水库淤积由于入库水流携带的泥沙超过了水库的调节能力，导致水库淤积。
《河流动力学》课件
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地形特征对河流的影响
地形特征决定了河流的基本特点，如流向、流速、泥沙运动等，也影响了河流的开发和治理方式。
包括径流量、流量、水位等，受到气候、地形等因素的影响。
河流水量
包括水的清澈度、污染状况等，与人类的生产和生活密切相关。
水质状况
河流水量和水质状况对人类的生产和生活具有重要影响，如灌溉、航运、发电等。
河流的演变与变化
河谷的形成与演化
河谷的形成是由于水流侵蚀和沉积作用的结果，随着时间的推移，河谷的形态和规模会发生变化。
河流的裁弯取直
在长期的演变过程中，河流会不断裁弯取直，改变河道形态，以保持稳定的流向。
河流的发育阶段
从源头开始，经历上游、中游、下游等不同阶段，每个阶段都有不同的地貌特征和演变特点。
特点
A
B
C
D
河流是地球生态系统的重要组成部分，河流动力学的研究有助于了解和保护地球生态系统。
河流是人类生产生活的重要资源，河流动力学的研究有助于合理利用和保护水资源。
河流是自然灾害的重要来源之一，河流动力学的研究有助于预测和防范自然灾害。
02
CHAPTER
河流的分类与特征
河流的分类标准
按河流的流域面积、河流水量、河流流向、流域地形等标准进行分类。
水文循环是影响河流变化的重要因素，降雨、蒸发、径流等环节都会对河流产生影响。
水文循环
气候变化
地质构造
气候变化如气温、降水等的变化会影响水文循环，进而影响河流的演变。
河流水动力学
河流水动力学引言水是地球上最重要的自然资源之一，而河流是水在地球表面行使其主导性的物理特性的产物。
河流是地球上水循环的一部分，也是整个生态系统的重要组成部分。
对于理解河流水动力学及其对环境和人类社会的影响，具有重要意义。
本文将对河流水动力学进行详细探讨。
一、河流的定义与特征河流是水流动在地表上形成的地貌特征，通常由源头、河床、河流网络和出口组成。
河流具有以下特征：1.1 水的流动：河流是由水的流动形成的，水从高处流向低处。
1.2 水力过程：河流主要是由重力和阻力之间的相互作用产生的水力过程所驱动的。
1.3 河床：河流的底部被称为河床，通常由沉积物、砾石和沙子等物质组成。
二、河流水的运动方式河流水的运动方式主要有三种：均匀流、变动流和瞬变流。
2.1 均匀流：均匀流是指河流的水深、流速、水面宽度和横截面积在河长方向上保持恒定的流动状态。
2.2 变动流：变动流是指河流的水深、流速、水面宽度和横截面积在河长方向上存在变化的流动状态。
这种流动状态通常发生在曲流、弯道和交汇流等地形处。
2.3 瞬变流：瞬变流是指河流的水深、流速、水面宽度和横截面积发生即时变化的流动状态，通常发生在河流的波浪、白水、瀑布和涡漩等地方。
三、河流水动力学的驱动力河流水动力学是由多种驱动力所控制和影响的。
3.1 重力：重力是驱动河流水运动的主要力量之一。
水从高处流向低处是由于重力的作用。
3.2 摩擦力：摩擦力是河流水动力学中的另一个重要驱动力。
河床表面的摩擦力阻碍了水流的运动，并使水流变得更加湍急。
3.3 惯性力：惯性力是由于水体受力后继续运动的趋势而产生的。
当河流的水动力发生变化时，惯性力会产生反作用力，改变河流的流向和速度。
3.4 表面张力：表面张力是水分子之间的相互作用力，是河流水面能保持平坦和稳定的重要原因之一。
四、河流水动力学的影响因素河流水动力学受到许多因素的影响。
4.1 水量：水量是指河流中的水的总量，是影响河流水动力学的重要因素。
河流动力学
河流的基本功能(1)输运功能(将流域降水形成的径流和坡面系统侵蚀产生的泥沙向海洋排泄,同时维持河道的正常演变)(2)水源功能(地表水源和地下水补给源)(3)汇水功能(保证自净能力的前提下承纳工农业和城镇生活污水)(4)栖息地功能(陆生及水生生物)(5)天然屏障功能(如塔里木河阻止塔克拉玛干沙漠向北移动)本课程特点1、以泥沙起动、推移质运动和悬移质运动的运动规律的分析理解作为重点。
2、弄清其物理概念，分析影响因素。
本课程中的众多经验和半经验公式，不必背诵，在了解公式推导过程后，注意力放在弄清其物理概念，分析影响因素，注意其建立条件和适用范围等方面。
恒定流：流场中液体质点通过空间点时所有的运动要素都不随时间而变化的流动称为恒定流非恒定流：均匀流：涉及运动的各物理量沿流程不变的水流为均匀流。
非均匀流：液流的两种流态层流:质点不混掺。
紊流:质点混掺,河道水流的不恒定性：河道水流的不恒定性主要表现在两个方面：一是来水来沙情况随时空的变化，这与水力学相同；二是由于河床经常处于演变之中，因此河道水流的边界也随时空文化河道水流一般特性：二相，三维，非均匀，非恒定的紊流。
第一节风化过程风化作用:岩石和矿物在地表环境中，受物理，化学，生物作用发生体积变化和化学成分变化的过程。
流域地表的侵蚀影响因素气候土壤地形地貌人类活动1、侵蚀模数：每平方公里地面每年冲蚀若干吨泥沙来衡量，称为侵蚀模数，也称输沙量模数2、含沙量：每单位体积河水中的泥沙重量表示河流的含沙量。
单位：kg／m3等容粒径一、定义：体积与泥沙颗粒相等的球体的直径。
二、计算方法：体积法求粒径(理论上)重量法求粒径（适用于单颗粒砾石）筛分粒径：一、定义泥沙颗粒刚好通过正方形筛孔的边长。
（筛析法适用于称重不方便时）筛号与孔径之间关系见教材p24二、计算、沉降粒径：一、定义：泥沙在静水中等速下沉时的速度对应的粒径二计算方法：测量泥沙在静水中的沉降速度，按照粒径与沉速的关系式换算成的粒径(沉降法适用于粒径在0.1mm以下)中值粒径：在全部沙样中，大于和小于这个粒径的泥沙重量刚好相等。
(完整word版)河流动力学
1。
等容粒径（假定球体)D ： 算数品均值D ： 几何品均值（椭球体）D:泥沙级配曲线（群体性)：表示天然泥沙组成特性，在采集的代表沙样中，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.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。
沙样的特征粒径：⑴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。
1100n i i m i P d d =∆⋅=∑，max min 2i d d d +=⑵中值粒径50d 表示在全部沙样中,大于和小于这一粒径的泥沙重量刚好相等。
求法:粒配曲线—P=50％天然沙的平均粒径常常大于中值粒径2。
细颗粒泥沙的物理化学特征.细颗粒泥沙在含有电解质的水中，颗粒周围会形成双电层。
通常细颗粒泥沙的主要成分是粘土矿物,它们在含有电解质的水中会发生两种可能：电解质中的离子吸附在泥沙颗粒表面；泥沙颗粒表面的分子发生离解。
不论哪种情况都使泥沙颗粒表面带有负电。
由于凝絮作用，细颗粒在沉积时会连结成絮团，絮团与絮团会连接成集合体，集合体还会搭连而形成网架。
絮凝的新沉积物是一个高度蜂窝状的结构,含水量很高，密度很低，这样的淤积物具有很低的抗剪强度或粘结力。
3。
沉速概念，泥沙沉降状态.单颗粒泥沙在无边界影响的静止清水中的匀速下沉的速度。
因数值主要和粒径有关，也称水力粗度，常用ω表示,单位：cm/s.沉降的形式,泥沙颗粒在静水中下沉时的运动状态与沙粒雷诺数Re d ωνd G ==沙粒性力水流粘Z 力（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。
颗粒沉降属于层流状态，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，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。
河流动力学
河流动力学河流动力学是研究河流中水的运动规律和力学过程的学科。
河流是地球上最重要的水文系统之一，其水动力过程直接影响河流的形态演变、水质分布与传输、洪水灾害等一系列问题。
河流动力学的研究对于水资源的合理利用和河流生态环境的保护具有重要的意义。
河流动力学的研究对象是河流中的水流运动。
水流运动的基本特征是流速的变化和流向的变化。
河流中的水流运动是由各种力共同作用的结果。
其中，重力是主要的驱动力，它使得水从高处流向低处。
此外，摩擦力、浮力、惯性力等也参与了水流运动的过程。
河流中的水流运动是复杂而多变的，受到多种因素的影响。
首先，地形起伏是决定河流水流运动的关键因素之一。
地形起伏的不同会导致水流的变化，形成急流、激流、漩涡等不同的水流形态。
其次，河道断面形状和河床材料的不同也会对水流产生影响。
河道断面的变化会改变水流的流速和流向，而河床材料的不同也会影响水流的摩擦力和阻力。
再次，气候条件也是影响河流水流运动的重要因素。
气候条件的变化会导致水量的增减，从而影响水流的流速和流向。
河流动力学的研究方法主要包括实验研究和数值模拟两种。
实验研究是通过在实验室中模拟河流水流运动的过程，通过测量和观察来获取相关数据和现象。
实验研究的优点是可以对实验条件进行控制，可以获得较为准确的数据。
但是，实验研究也存在着实验条件的限制和实验结果的局限性。
数值模拟是通过建立数学模型来模拟河流水流运动的过程，通过计算机模拟来获取相关数据和现象。
数值模拟的优点是可以对不同条件进行模拟和预测，可以研究大尺度和长时间尺度的问题。
但是，数值模拟也存在着模型参数的选择和计算精度的限制。
河流动力学的研究成果在工程实践中得到了广泛的应用。
例如，河流动力学的研究可以为河流治理和水利工程的设计提供依据。
通过研究河流的水流运动规律，可以预测河流的演变趋势，为河道整治和防洪设计提供科学依据。
此外，河流动力学的研究还可以为河流生态环境的保护和修复提供理论支持。
河流动力学整理
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。
(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。
河流动力学复习
河流动力学就是以力学及统计等方法研究河流在水流、泥沙和河床边界河流动力学的研究内容：①水流结构，②泥沙运动，③河床演变。
河流动力学的研究方法：①理论研究，②实验研究，③原型研究，④数学模型。
河流特性：①两相流，②三维③不恒定流，④非均匀流。
河流分类：山区河流山前河流顺直型平原河流蜿蜒型分汊型游荡型风化作用：是岩石和矿物在地表环境中，受物理、化学和生物作用，发生结构破坏和化学成分变化的过程。
泥沙的几何特性：一般来说，较粗的泥沙颗粒沿河底推移前进，碰撞机会较多，容易磨成较为圆滑的外形；较细的泥沙颗粒随水流悬浮前进，碰撞机会较少，相对不容易磨损，棱角比较分明。
泥沙粒径分布的描述方法：（1）.泥沙粒径频率直方图（2）.泥沙粒径累积频率分布曲线。
（1）泥沙粒径频率直方图：采用一定的方法，将泥沙颗粒粒径按粒径大小顺序分为若干组，粒径位于di至dj区间（di<dj）的泥沙称为di~dj粒径组，di~dj 粒径组泥沙的质量与沙洋总质量的比值称为改组泥沙的质量比。
以不同粒径组泥沙为横坐标，一般采用对数刻度，以不同粒径组泥沙质量百分比为纵坐标，绘成直方图。
如果泥沙粒径组划分很细，即di~dj间距很小，则泥沙粒径频率直方图可以连成光滑的曲线，称为泥沙粒径频率分布曲线。
泥沙粒径频率直方图的形状与泥沙粒径分组的数目和间距有很大的关系，组分分得越多，间距越小，所得结果越能真实反映泥沙的粒径分布。
（2）泥沙粒径累积频率分布曲线：以横坐标表示泥沙颗粒粒径大小，纵坐标表示小于某一粒径di的泥沙质量与泥沙总质量的百分比。
泥沙粒径频率分布曲线与泥沙粒径累积频率分布曲线统称为泥沙粒径级配曲线。
泥沙来源：地表冲蚀（主要部分），河床的冲刷和风沙运动。
最根本来源：岩土的风化。
泥沙颗粒按粒径分类中值粒径ｄ：泥沙粒径累积频率分布曲线上横坐标取值为50%时所对应的粒径值。
50干容重（干密度）：将原状泥沙，经过110-105℃的温度烘干后，其重量（质量）与原泥沙整体体积的比值。
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
绪论基本内容：（1）河流动力学研究内容；（2）河流动力学研究方法；基本要求：（1）了解河流动力学的研究内容、学科发展简史、生产实践中的河流泥沙问题；（2）理解河流动力学的研究方法，了解河流动力学发展趋势。
一、河流动力学概念河流是水流与河床在地球物理诸自然因素及入类活动的影响下交互作用的产物。
河流有着自身的发展变化规律。
一方面，水流作用于河床，使河床发生变化，河道发生演变；另一方面，河床也作用于水流。
影响水流的特性。
二者构成一个矛盾的统一体，相互依存，相点影响，相互制约，永远处于变化和发展的过程中。
河流动力学——研究河道水流、泥沙运动和河床演变规律及其应用的学科。
即：关于河流运动发展的基本规律的系统知识。
二、研究意义及本课程作用人离不开水。
人类的许多活动都围绕着河流进行。
人们为利用水资源修建各种各样水利工程，如：桥梁、防洪堤，过江的隧道，航运码头、灌溉发电的综合水利枢纽、生产及生活用水排水等等。
这些活动或多或少地干涉了河流的自然进程，有些则极大地改变了河流的自然条件。
意义：如何认识河流的自身的发展变化规律并利用其为人类服务，或者引导其朝着有利于人类的方向发展，或者最小限度地降低因改变河流自然进程所带来的负面效应，这是河流动力学学科的根本所在。
本课程作用：防止洪水灾害需要构筑堤防、保护河岸和整治河道，为此必须了解河流的特性。
增加农业生产需要引水灌溉，防止引水口及灌溉渠道泥沙淤积是重要问题。
发展航运事业需要整治航道和修建港口，必须掌握浅滩及港区河道演变规律。
在河流上、中游兴建水库是水资源综合利用的有效方法。
但在水库修建后，改变了河流来水、来沙条件和边界条件，从而引起河床剧烈的冲淤变化，不仅影响水库寿命和枢纽的工作条件，而且对上、下游一定范围内的河段都将产生深刻影响。
预测和拟订减轻不利影响的措施是水库建设中的重大研究课题。
此外，城市取水和排水，铁路和公路建设，水资源保护等也都与河流动力学研究有关。
三、课程性质《河流动力学》是水文专业的技术基础课，也是该专业的研究方向之一。
第一讲河流动力学概述
参考书
沙玉清
钱宁
张瑞瑾
张小峰、刘兴年
邵学军王兴奎
朱鉴远
教学计划
泥沙运动力学 泥沙工程学 HEC-RAS的应用 ……
中国古代的治河名人（三人半？）
大禹（公元前21世纪）：
从“壅防百川，随高堙（音因）痺（音毕）”到 “疏川导滞”
李冰（公元前256年）：
蜀守冰凿离堆，辟沫水之害，穿二江成都之中。 水旱从人，不知饥馑，时无荒年，天下谓之天府也。
王景（公元69年，东汉）：分水分沙，滞洪放淤
“河、汴分流”；“十里立一水门，令更相洄注”。 黄河800年安宁。 从“疏、导” 到“筑堤束水，以水攻沙” “河务一团糟”，黄河无决溢最长仅10年。
学科体系
河流动力学
河道水力学
泥沙运动力学
河床演变学
河流模拟
泥沙工程学
狭义河流动力学
弯道水力学 洪水水力学 …… 模型试验 数学模型
治河工程 取水工程 水库工程 防洪工程 航道整治工程 ……
泥沙运动力学
（mechanics of sediment transport）
泥沙：受流体、冰川、重力等作用运动后 沉积下来的固体颗粒。 研究泥沙在流体中冲刷、搬运、沉积规律 的学科，是河流动力学的重要分支（另一 分支为河床演变学）。 特点：微观角度，力学方法为主。
泥沙的利与弊
利：
重要的工程材料 建筑地基 工业原料 淤灌农田
弊：
淤塞河道，抬高洪水
水库渠系的淤积失去作用 淤塞航道、码头影响通航 磨损水轮机、泄洪工程
无坝枢纽引水防沙
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作业一
1、有一卵石，d=0.1m，从水深h=10m的水面抛入水中，水的流速U=1m/s，若不考虑动水流动的影响，求卵石沉到河底的水平距离？
2、什么是泥沙的沉速？球体沉速与等容泥沙的沉速是否相同？为什么？
3、试比较岗恰洛夫、沙玉清、张瑞瑾的泥沙沉速公式，说明在层流、紊流、过渡区中泥沙沉速的计算公式有何不同？如何判别层流、紊流、过渡区这三种绕流状态？
第二次作业
1、已知某河流床沙d90=0.9mm，推移质平均粒径D=0.5mm，比降J=0.0004，单宽流量q=3m3/(m . s)，水深h=1.89m。
忽略岸壁影响，试用Meyer-Peter公式计算推移质单宽输沙率。
2 已知：梯形断面渠道，底宽b=5m，边坡系数m=2，流量Q=40m3/s，坡降J=0.0008，运动粘滞系数ν=10-6m2/s，泥沙粒径D35=0.3mm，D65=0.9mm，水深H=1.93m。
设断面平均流速U由沙粒阻力决定，河床为粗糙床面，求沙粒阻力对应的水力半径R’。
3、有一沉沙池，设计水深h=3m，水温20℃，来流流量为4.5m3/s，不计紊动对泥沙颗粒沉速的影响，问：在尽量节约工程量的前提下，为保证将来水中粒径D≥0.5mm的泥沙颗粒完全除去，沉沙池的长度和宽度各应不小于多少？
4、已知宽浅型冲积河道，河宽B=850m，流量Q＝2500m3/s，比降J＝3/10000，D50＝0.06mm。
试用李昌华、刘建民方法求其平均水深和流速，并求此种情况下的糙率n和Darcy-Weisbach 系数f各为多少？
第三次作业
1.某灌区的干渠引水量Q=20m3/s，水中浮沙的中值粒径d50=0.03mm，水温T＝20℃，运
动粘滞系数ν＝1×10－6m2/s。
渠道过水断面为梯形，边坡系数m=1，底宽b=9.35m，水深h=2m。
求此渠道水流每天的输沙量。
2.河心滩把河流分成左右两条支河，左支的平均河宽B1 =260m，水深h1 =2.6m，右支的平
均河宽B2 =130m，水深h2 =1.6m，两支河长度相等，干流和两支流的n均为0.03，河床泥沙平均粒径为d=0.25mm，若干流流量为Q=1200m3/s，河宽B=300m，水深h=3.0m，问：（1）左右两支河的流量为多少？
（2）两支河是否发生冲刷或淤积？
第四次作业
1、为什么要将运动泥沙分为床沙质和冲泻质？它们各有什么特点？
2、用扩散理论研究含沙量沿垂线分布得到什么结果？适用于什么条件？还存在什么问题？可怎样改进？
3、简述从理论上推导河相关系的方法。