上海海事大学河流动力学复习资料学习资料

上海海事大学河流动力学复习资料

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)(3

1c 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

3

2min max min max i min max D D D D D D D D i +++=+=或 ∑∑==∆∆=n i i

n i i i

m p

p D D 11

n —为划分组数； 2502

σe 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）25

750D 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。

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D D D 66

32==ππσ 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。

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。

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。

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。

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's γ 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's γ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's γ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。

10、泥沙沉速: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，

ab C 越小，阻力系数d

C 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/m 3左右为最大；含沙量超过15kg/m 3后，沉速随含沙量增大而减小。

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。

跃移质：在床面附近以跳跃形式前进的泥沙。

床面层：在流速较低时，同一种河床组成，其接触质或跃移质的运动范围，仅限于河床表层以上大约1~3倍泥沙粒径的区域。

层移质：河床表层以下的泥沙，在水流拖曳力的作用下，将成层移动或滚动，运动速度由上而下逐次递减。

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。

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。

2、泥沙起动：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的现象。

3、泥沙起动条件？

床面泥沙由静止状态转变为运动状态的临界水流条件。

泥沙的起动条件可以用流速、拖曳力、功率来表示。用水流垂线平均流速来表示的，叫起动流速；用拖曳力表示的，叫拖曳力（起动切应力或起动剪切力）；用水流功率表示的叫起动功率。

4、起动拖曳力：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==

γ为水的容重；J 为水面比降；ρ为水的密度；*U 为摩阻流速。