18-河流动力学课程大纲2020

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《河流动力学》课程教学大纲

《河流动力学》课程教学大纲英文名称：河流动力学（River Dynamics）课程编号：080820047总学时：32适用对象：水文与水资源工程专业本科第三年先修课程：水力学，自然地理学，水文测验学大纲主撰人：大纲审核人：一、课程性质、作用、教学目标1．本课程为水文与水资源工程专业的一门必修专业基础课。

2.目的是使该专业学生了解冲积河流在自然状态下以及受人工建筑物影响以后所发生变化的基本特性。

流域上产生的泥沙进入支流、干流河道后，对河道的水流运动、河道演变及沿河的工业、农业、生活取排水工程有重要影响。

领会学习处理复杂问题的思路及方法，能初步掌握河流泥沙运动的基本规律，分析水流泥沙运动与河道演变对环境的影响，在一定意义上，它也是一门专业课。

通过本课程的学习，让本专业的学生掌握泥沙运动的观测、采集、分析、计算方法，运用所学知识去分析工程中遇到的泥沙问题。

二、教学内容基本要求第一章绪论授课学时：2基本要求：了解河流动力学的研究对象、研究任务、研究方法。

介绍该学科的发展过程，学科的性质、地位、作用，介绍典型工程泥沙问题实例。

第二章河道水流授课学时：4基本要求：2-1 了解河道水流的基本特性：二相性、三维性、非恒定性、非均匀性。

2-2 了解紊动切力：紊动切力的概念、表达式及沿水深的分布规律。

2-3 了解明渠水流垂线流速分布：流速分布的层区，对数流速分布公式介绍。

2-4 掌握明渠水流阻力：阻力的表达形式及相关关系。

2-5 了解明渠水流能量的内在结构：单位水体提供能、消耗能和传递能之间的关系沿垂线分布，挟沙后的能量变化。

重点：水流基本特性和水流阻力难点：水流的能量结构第三章河流泥沙基本特性授课学时：8基本要求：3-1 掌握泥沙的物理特性：泥沙的粒径、沙样的级配曲线、泥沙的形状、容重；3-2了解细颗粒泥沙表面物理化学性质：双电层结构与结合水膜，絮凝与分散现象；3-3了解浑水的基本特性：浑水的含沙量、流型、粘滞性；3-4掌握泥沙的沉降速度：球体的沉降机理、泥沙的沉速公式及影响因素；3-5掌握河流泥沙的分类：按泥沙粒径大小、泥沙运动及造床作用分类；重点：泥沙的物理特性和泥沙的沉速难点：泥沙表面物理化学性质第四章推移质泥沙运动授课学时：4基本要求：4-1了解泥沙起动：起动的机理、泥沙起动的希尔兹关系、起动流速公式、起动的随机性、非均匀泥沙的起动；4-2了解推移质输沙率：均匀沙推移质输沙率公式、各类公式的基本思路、非均匀沙泥沙的处理。

《河流动力学》

《河流动⼒学》
《河流动⼒学》课程教学⼤纲
课程编号：030054 学分：2 总学时：34
⼤纲执笔⼈：刘曙光⼤纲审核⼈：匡翠萍
⼀、课程性质与⽬的
《河流动⼒学》是港⼝航道与海岸⼯程专业本科⽣的必选专业基础课程。

通过本课程的学习，使学⽣了解和掌握冲积河流在⾃然状态以下及受⼈⼯建筑物影响以后所发⽣的变化和发展规律，为学习港⼝及航道⼯程专业课打下基础。

⼆、课程基本要求
1、熟练掌握泥沙运动基本规律，包括泥沙特性、推移质运动悬移质运动和异重
流。

2、熟练掌握河床演变特性，包括局部河段的河床演变和潮汐河⼝的河床演变
3、熟练掌握河床演变及河床变形计算
三、课程基本内容
第⼀章、泥沙特性
第⼆章、推移质运动
第三章、悬移质运动
第四章、异重流
第五章、平原河流的河床演变
第六章、潮汐河⼝的⽔流泥沙特点及河床演变
第七章、河床演变分析与河床变形计算
四、实验或上机内容
⽆
五、前修课程要求
⽔⼒学、流体⼒学、⼟⼒学等
七、教材与主要参考书
1、《河流动⼒学》，王昌杰主编，⼈民交通出版社，2001
2、《河流动⼒学基础》，王兴奎等编著，⾼等教育出版社，2004，
3、《泥沙输运理论与实践》，杨志达著，中国⽔利⽔电出版社，2002
4、《泥沙运动⼒学》，钱宁、万兆惠著，科学出版社，1983
5、《河床演变学》，钱宁、张仁、周志德著，科学出版社，1987。

[讲义]《河流动力学》大学教材课件-床面形态与水流阻力PPT

§3-3 水流阻力和断面平均流速
5、床面形态与阻力损失的关系（几个阶段） ⑴ 增加段：
在低水流能态下（Fr＜1），随水流强度
由弱变强，泥沙输运从无到有，床面从平整开始，出现沙纹、再发展成沙垄，阻力系数越来越大，n可增大一倍左右。
到一定规模之处形成沙波） ② 沙波的消长对河流的阻力损失有很大影
响。（对糙律系数的影响远大于河床组成的粒径之影响） ③ 沙波的消长对航道水深有影响（较大沙波经过浅滩滩脊时，为航行带来一定困难）
§3-1 床面形态与水流条件、泥沙特性的关系
四、床面形态各阶段的特征 1、静平整：在平整河床上（泥质的），水流速度小
2、沙纹 ⑵ 主要特点：
大小与水流尺度无关 ① 尺寸：
大江大河的滩地面出现与小河滩出现的沙纹，尺寸大小差不多。
λ：30~50cm Δh：3~4cm
§3-1 床面形态与水流条件、泥沙特性的关系
2、沙纹 ② 形状：
纵剖面外形不对称，迎水坡长而平缓，背水坡短而陡，其坡度近似等于沙粒的水下休止角的正切。
20~40
0.4
100~145 7~12
40~457 3.5~13
50~1300 90~120
§3-1 床面形态与水流条件、泥沙特性的关系
3、沙垄 ⑵ 形状：
带状（弯道凸岸）新月形（宽浅河槽）犬牙交错形（周期性展宽河床）
§3-1 床面形态与水流条件、泥沙特性的关系
3、沙垄 ⑶ 运动特点： “迎冲背淤”
沙波背水坡的分离漩涡导致的迎水坡和背水坡的压力差。
§3-3 水流阻力和断面平均流速
⑴ 沿程阻力 ② 河岸、边壁阻力（wall resistance）
因河岸（滩地）、植被、护坡等产生的水流阻力。

河流动力学——第三章课件PPT

河床上的沙垄与沙漠里的沙丘不存在本质上的不同。
只要是流体和沙粒的交界面，就会有床面形态，因此床面形态在沙漠、冲积河流河床、碎屑滨岸带、深海海底都会出现。
在沙漠中，随着气流运动的不同、沙粒运动条件的不同，可以出现多种多样的沙丘。
纵向沙丘
横向沙丘
河流的床面形态
宏观上看，冲积河流河床上最大的形态是边滩(point bars)。它与河槽在平面上的摆动有关。
床面形态——纵向条纹
平行于水流方向的形态包括大尺度的沙脊、微尺度的纵向条纹。沙脊、纵向条纹等一般与流动中稳定的二次流有密切联系。
沙漠中的纵向沙脊高约为100m ～400m，长可达100km，一般也认为是由二次流作用形成的。
线状沙脊是广泛分布于潮控陆架上的巨大韵律性海底地形。有人认为潮流塑造了这种脊、槽相间的水下地形，将它们命名为潮流沙脊。也可以认为其形成与二次流有关。
动床床面形态的分类
1. 低能态流区(Lower flow regime, 低水流区) ： 1) 沙纹(ripples) 2) 沙垄(dunes)
2. 过渡区(transition zone) ：动平整床面(plane bed)
3. 高能态流区 (upper flow regime) : 1) 动平整床面 (plane bed ) 2) 逆行沙垄和驻波 (standing waves) 3) 急滩与深潭 (Chutes and pools)
床面形态是沙质推移质运动过程中自然堆积形成的有规律形状。
从水体运动的角度看来，相当于在自由水面之外又增加了一个自由面，自由程度视床面的可动性而定。所以又将动床条件下的水流运动研究称为“松散边界水力学”(动床水力学)(Loose boundary hydraulics）

《河流动力学》课件

同时，随着大数据和人工智能技术的应用，河流动力学的数据分析和模拟预测能力将得到进一步提升。未来，河流动力学将在解决实际问题中发挥更大的作用，为人类社会的可持续发展提供有力支持。
THANKS
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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。

河流动力学复习提纲

河流动力学复习提纲复习提纲一、绪论举例说明泥沙及河床演变对水利工程的影响，进而阐述河流动力学的对于工程设计、运行或管理的重要意义（含工程概况，出现的问题，产生的原因，解决的对策，经验教训等，图书馆，网上，亲朋好友找资料）（作业兼考试，500字以上）二、泥沙的基本特性1.河流泥沙的分类标准，飘石，细沙等2. 泥沙的粒径与测量计算方法3. 泥沙的颗粒级配曲线，颗粒级配曲线反映出的颗粒分布特性，特性粒径（平均粒径和中值粒径等）；床沙，推移质，悬移质颗粒级配曲线的分布特征4. 泥沙的容重与密度，有效容重，干容重与干密度的定义，密度与干密度二者间的关系，影响干容重与干密度的主要因素5.泥沙的水下休止角，与颗粒摩擦力的关系，影响水下休止角的因素6.浑水的含沙量，浑水的容重与密度，浑水的粘滞性三、泥沙的沉速1. 沉速的定义，泥沙颗粒下降的力学特征是什么？2. 泥沙在静水中沉降的三种形态，阻力特性，如何影响沉速？3. 泥沙沉速计算为何要分区，分区计算的沙玉清公式，张瑞瑾统一公式。

4. 影响泥沙沉速的因素有那些，如何影响。

含沙量对沉速的影响四、泥沙的沉速1. 沉速起动的概念，判别标准？泥沙起动的判别参数2. 床面上泥沙颗粒的受力特性。

泥沙的起动流速，均匀细颗粒散粒沙的起动流速公式。

其他情况下的起动流速的概念。

3. 扬动流速与止动流速。

4. 泥沙起动的拖曳力，希尔兹数，临界希尔兹数，希尔兹曲线判断泥沙起动。

五、河道的水流特性1. 基本特性，二相性，三维性，非恒定性，非均匀性2. 河道水流的流型；主流与副流，弯道环流3. 河流的动力轴线六、河道阻力与床面形态1. 河道阻力的来源与分类2. 河道阻力的分割。

3. 什么是沙波，沙波的特性与类型，床面形态的判别（三种方法）4. 动床阻力，沙粒阻力与沙波阻力的分割与计算（水力半径分割法与能坡分割法）七、推移运动与悬移运动1. 河流泥沙运动状态的分类，各自运动的特点2. 均匀推移质输沙率的三种计算方法3. 河流泥沙悬浮的机理，悬移泥沙分布的特点。

河流动力学

绪论
研究的主要内容
水流结构泥沙运动河床演变（历史）河床变形预测（未来）
为何学习河流动力学？
港口工程
♥ 港址选择：非常重要，比结构优化影响大 ♥ 冲淤变化不能大：水深、河岸、分汊 ♥ 水流条件要好：便于船舶停靠
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绪论
为何学习河流动力学？
航道整治
♥ 长江口航道整治 ♥ 分析原因，掌握规律 ♥ 研究措施，预测结果
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§2.1. 泥沙运动的形式
推移质与悬移质间的转换过程
悬移区
床面层
河床
（悬移质）（接触质及跃移质）（床沙）
悬移区床面层
层移区河床
（悬移质）（接触质及跃移质）（层移区）（床沙）
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§2.1. 泥沙运动的形式
推移质与悬移质间的差别
运动规律不同
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§1.4. 泥沙的水力特性
三、泥沙的沉速
（水电部规范公式）
层流区（D0.1mm）（斯托克斯公式）
1 s 18
g D2
紊流区（D>1.5mm） 1.057 s gD
（岗恰洛夫公式）
过渡区（0.15
D
1.5）
6.77
s
D s 1.92
( T 1) 26
（岗恰洛夫公式）
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§1.4. 泥沙的水力特性
四、其他影响因素
泥沙形状
♥ 细颗粒不重要 ♥ 砾石、卵石、块石应考虑
水质
♥ 絮凝的影响 ♥ 出现絮凝后，沉速增加，一般0.4－0.5mm/s
含沙量
♥ 颗粒下沉向上水流，水流紊动 ♥ 有效重力减少 ♥ 絮凝：含沙量超过一定限度后

河流动力学

第四章床面形态与水流阻力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，河床表面会表现起伏不平但又看似规则的波浪状形态，称为沙波。

4.1 沙波形态和发展过程随着水流强度的不断变化，沙波有其产生、发展和消亡的过程。

4.1.1沙波的纵剖面形态和运动状态通过玻璃水槽实验，可以得到河床表面沙波纵剖面形态如书上图4-1所示。

图中向上隆起的最高点部分称为波峰，向下凹入的最低点部分称为波谷；相邻两波谷之间或相邻两波峰之间的距离，叫做波长γ；波谷至波峰的铅直距离叫做波高hs。

沙波表面附近的水流流速是不均匀的，迎流面比较平坦，背流面泼面较为陡峻。

水流在沙波迎流面较为平顺，而越过波峰之后，常发生分离现象，形成横轴环流。

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。

4.1.2沙波的发展过程随着水流强度的加强，沙波运动及其相应的床面形态可分为5个不同的发展阶段。

1.沙纹试设想水流流过平整的河床床面，在水流达到一定强度以后，部分沙粒开始运动，此后不久，少量沙粒聚集在床面的某些部位，形成小丘，徐徐向前移动加长，最后连接成为形状极其规则的沙纹。

沙纹的尺度极小，波长短，波高低，与平均水深的关系不大，在深水区和浅水区都有可能形成。

2.沙垄随着流速的增加，沙纹发展成为沙垄。

沙垄的尺寸与水深有密切关系。

在平面外形上，在水流强度逐渐加大的过程中，沙垄将自顺直发展到弯曲、成悬链和新月形。

顺直的带状沙垄沿河宽的尺寸远较沿流向的尺寸为大。

在弯曲的河段的凸岸沙滩上，常分布有带状沙垄，朝下游方向伸向凹岸，脊线位置与把泥沙沿河床带向凸岸的底流相垂直，而与表层水流形成一较大的偏角。

3.过渡、动平整在沙垄发展到一定高度以后，如果流速继续增大，沙垄转而趋于衰微，波长逐渐增大，波高逐渐较小，最后河床再一次恢复平整。

河流动力学——精选推荐

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。

[讲义]《河流动力学》大学教材课件-悬移质运动和水流挟沙力

三、经验或半经验方法 1、Engelund-Hansen公式 2、Ackers-White公式
§5-4 水流挟沙力
3、张瑞瑾方法
“ 制紊功“假说——悬移质具有抑制紊动的作用，使水流条件（v、h、B）相同的浑水水流比清水在单位时间、单位流程内的能损小，两者的差别即制紊功。
据此建立能量平衡方程：
大量存在。 ⑵ 冲泻质悬移质中较细的一大部分泥沙，在河床中
少有或没有。
§5-1 悬移质概述
二、床沙质和冲泻质﹤仅限于悬移质﹥ 2、区别 ⑴ 床沙质有充分的供给来源，使这部分悬移质有维
持饱和的机会，其饱和含量可以从水流条件与河床组成条件的相互关系中确定。
⑵ 冲泻质则不同，主要依赖水流从上游带来，在本河段中得不到充分供给（若上游来量超过本河段水流所挟带的限度则发生淤积，反之不可能取得应有的补充），即冲泻质可能是不饱和的，其数量从上游冲蚀条件与本河段的水流相互关系中探索。
紊动扩散作用含沙浓度梯度ds/dy 提问：若ω一定，则υ′越大， ds/dy越小
时含沙量垂向分布变化？答案：趋向均匀（动态平衡）
§5-1 悬移质概述
问：细沙在静水中能否悬浮？答：颗粒极细的泥沙，虽然重力较水大，但
所受的重力作用十分微弱，即便放在在静止的水中，也可以借助分子的扩散作用与重力作用相抗衡，从而发生悬浮现象。这是悬移质存在的一种特殊状态。
§5-2 悬移质含沙量的垂线分布
§5-2 悬移质含沙量的垂线分布
Rouse公式的缺陷： ①因不能求绝对含沙浓度，故不能推求悬移质
输沙率； ②当水面S=0时，河底S→∞，不符合实际； ③若S较大、泥沙颗粒较粗，则计算误差大； ④实际Z比计算结果小，说明实际的悬沙分布
更均匀。

河流泥沙动力学

教学内容（4学时）
4.1泥沙起动的物理机理（1.0学时）
4.2均匀沙的起动条件（1.0学时）
4.3非均匀沙的起动条件（0.5学时）
4.4斜坡上泥沙的起动流速（0.5学时）
4.5止动和扬动流速（1.0学时）
教学方法与教学手段
教学方法：1.采用“以多媒体教学为主、板书为辅”的方式，多种教学手段相互补充，使课堂教学与实验教学相结合。
二、课程知识、能力体系
《河流动力学》课程知识（能力）体系
序号
知识单元描述
知识点
对应能力
学时
要求
1
第一章
河流动力学基本概念简介
河道水流的基本特性；河道水流的水流结构；河道水流的紊动及阻力损失。
掌握河道水流的基本特性
2
了解
2
第二章泥沙的特性
河流泥沙来源；泥沙的矿物特性与分类；泥沙的几何特性与重力特性。
4
掌握
5
第五章
沙坡运动及动床阻力
沙坡形态和运动状态、沙坡的发展过程和形成机理；床面形态的判别标准、沙坡尺度及其运行速度；动床阻力。
能熟练掌握沙坡运动与动床阻力
3
熟悉
6
第八章推移质输沙率
推移质简介；均匀推移质输沙率公式与非均匀推移质输沙率公式；估算推移质输沙率的其他方法；用统计理论处理推移质输沙率问题的新进展。
课程简介
《河流动力学》课程是水利水电工程专业的一门专业教育课。是研究河道在自然状态下以及受人工建筑物控制以后在水流与河床相互作用的过程中运动发展的力学规律的一门课。本课程的知识点相对分散，公式较多，学生反映不太好学，因此，在本课程教学中应该以泥沙运动作为主线，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，进而对理解泥沙运动对水流阻力、水流运动加以理解掌握。河床演变应与水流泥沙运动相联系。

河流动力学概论绪论

水利工程
➢库区淤积、淹没，坝下冲刷等均需进行河流动力学研究
港口码头航道工程取水口跨河桥梁其它涉河工程
Hale Waihona Puke 第11页/共24页xe
综上，由于人们在利用河流兴建各种水利工程引起了一系列问题，迫切需要对河流泥沙的运动规律及与之相关的河床演变规律进行研究。
认识河流的自身的发展变化规律最终目的是利用其为人类服务，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。
平均不足 2年就有一次
河流泥沙动力学
第8页/共24页
8
有关的工程问题
2、水库泥沙淤积问题
水库蓄水同时拦蓄泥沙，减小库容，影响水库正常调度运用，降低
兴利效益；由于泥沙淤积，水库末端上延，库面不断扩大，使得上游河谷、农田受到淹没和侵没的影响；泥沙随水流进入发电水轮机组，造成磨损，影响发电机寿命。
黄河三门峡水库——
16世纪中叶中国的潘季驯提出“筑堤束水，以水攻沙”的治河原则。
1786年法国的P.杜布阿研究了泥沙起动、沙波形成、断面稳定、粗化作用和河流形态等问题。
1879年法国的P.迪布瓦创立推移质运动的拖曳力理论。 1895年英国R.肯尼迪提出冲积回流的“均衡”理论。 1931～1933年美国的M.P.奥布赖恩和苏联的B.M.马卡韦耶夫
分别将紊流的扩散理论引用到悬移质运动。 1938年ROUSE关于泥沙紊动扩散理论，标志了独立学科的问
世。 1942年美国的H.A.爱因斯坦建立推移质运动统计理论，以后
又与悬移质运动扩散理论结合形成了床沙质挟沙力计算方法。 20世纪40年代末至50年代初河流动力学逐渐发展成为一门独
立的学科。

河流动力学教学设计

河流动力学教学设计介绍河流动力学指的是涵盖了河流水力学和河流泥沙动力学两个方面的学科，包括河流水流的形态、运动和力学特性等方面的研究。

在地质科学、水利工程等领域中，河流动力学都有着广泛的应用。

因此，河流动力学的教学设计显得尤为重要，本文将针对河流动力学教学设计进行探讨。

教学设计目的本教学设计旨在帮助学生掌握河流动力学的基本概念及其实际应用，提高学生对河流水力学和河流泥沙动力学的理解和应用能力，同时培养学生对科学研究和实际工程设计的兴趣和热情，以此提高学生的综合素质。

教学设计内容课程内容概述本课程主要包括以下内容：•河流水力学概述•河床形态与河流流态•河流水动力学计算•河流泥沙运动与河流泥沙动力学计算•案例分析及实践课程教学方式本课程采用讲授、案例分析和实践相结合的教学方式。

其中讲授部分主要针对理论知识的讲解，案例分析和实践主要是让学生通过对真实案例的分析和实践来提高其动手能力和解决实际问题的能力。

课程教学目标和要求1.掌握基本的河流水力学和河流泥沙动力学理论知识2.能够通过计算和实验对河流的水流和泥沙流动进行分析和研究3.培养学生解决实际问题的能力和思维方式4.培养学生对科学研究和实际工程设计的兴趣和热情。

课程教学计划第一周•讲解河流水力学概述，并介绍河流水力学的基本参数和变量•讲解河流水动力学计算方法及其应用，引导学生进行数值计算实践第二周•讲解河床形态与河流流态的关系，以及其对水力条件的影响•讲解河流泥沙运动的基本原理和计算方法，同时引导学生进行相应的实验第三周•讲解河流泥沙动力学的基本理论，介绍计算方法及其应用•进行案例分析，引导学生分析实际工程中的河流泥沙运动问题第四周•进行本课程的实践环节，由学生分组进行小型河流水力模型实验•完成本课程的作业和小结，反思自己的不足并提出改进建议总结本教学设计主要针对河流动力学的教学内容和教学方法进行探讨和设计，旨在提高学生对河流动力学的理解和应用能力。

河流动力学(第二章)

Cd≈0.45
当 Red = 2×105 附近，Cd 骤然降低，这种现象在高度紊乱状态时发生。（图）
3、过渡区（介流区）：当 0.5< Red < 103（沙玉清建议0.2 < Red < 103 ），阻力由粘滞力和形状阻力（惯性力）共同产生，阻力系数一般根据试验资料得到经验公式来计算。泥沙沉速的经验公式主要是针对过渡区的泥沙沉速计算。（图）
球体颗粒在水中自由沉速公式简介
4、窦国仁公式
球体颗粒在水中自由沉速公式简介
5、冈恰洛夫公式
冈恰洛夫依据自己和他人的试验资料，将相应的d 和ω 点绘在双对数纸上，通过相应于D<0.15mm （滞流区）， 0.15mm<D<1.5mm（过渡区）和 D>1.5mm（紊流区）三个区的实验点据定出了三条直线关系，作为颗粒处于不同沉降运动状态下的沉速公式。
Cd
24 Re
d
(1
3 16
Re d )
球体颗粒在水中自由沉速公式简介
2、牛顿沉速公式 1726年牛顿（I.Newton）提出扰流阻力公式：
F C d A

2
2g
C d A

2
2
其中，A为与泥沙运动方向垂直面上的泥沙颗粒的投影面积，当 Red > 103 后，Cd=0.45，当阻力与泥沙颗粒的水中重力相等时，可以解得：
滞流区
过渡区
紊流区
球体颗粒在水中自由沉速公式简介
6、沙玉清公式
沙玉清为了避免在计算过渡区沉速是的试算麻烦，引进了两个新的判数（沉速判数和粒径判数）
规范推荐计算公式
• d<0.062mm，采用冈恰洛夫公式滞流区公式（2-21） • 0.062mm<d<2.0mm，采用沙玉清过渡区公式（2-25）

河流动力学课程教学大纲

河流动力学课程教学大纲河流动力学课程教学大纲课程代码：74120080课程中文名称：河流动力学课程英文名称：River dynamics学分：3.0 周学时：2.5-1.0面向对象：预修要求：流体力学，水力学，高等数学，大学物理，理论力学一、课程介绍（一）中文简介本课程主要涉及两方面的内容：一、河流泥沙运动的基本规律，具体包括泥沙的来源和基本特性、泥沙的分类和起动、沙波形态和发展消长、冲积河流阻力的概念和计算、推移质输沙率、悬移质运动及水流挟沙力。

二、河床演变规律，具体包括河床演变基本原理、蜿蜒型河流演变规律、分汊型河流演变规律、游荡型河流演变规律、顺直型河流演变规律、浅滩演变规律。

通过课程的学习，使学生掌握河流的泥沙特性和泥沙运动规律，掌握河床演变的基本原理和规律，并具备一定的分析研究河流泥沙问题的能力。

（二）英文简介River dynamics is one of the fundamental courses for undergraduate students of ocean college in Zhejiang University. The course focuses on two parts: mechanics of sediment transport and fluvial processes. The first part mainly includes the source and properties of sediment, the classification and incipient motion of sediment, the waveform and development of sand waves, the concept and calculation of alluvial river resistance, bed load transport rate, suspended sediment movement and sediment transport capacity. The second part introduces the law of fluvial processes for various river types,which include meandering rivers, branching rivers, wandering rivers, straight rivers and shoals. Through theoretical study, students can master the law ofmechanics of sediment transport and fluvial processes, and acquire the ability to analyze river sediment problems.二、教学目标（一）学习目标通过本课程关于泥沙运动和河床演变的教学，让学生掌握泥沙的基本特性；泥沙的起动规律；沙波的形态和发展消长；动床阻力特性；推移质和悬移质的运动规律；河床演变基本原理；蜿蜒型河流、分汊型河流、游荡型河流、顺直型河流和浅滩的演变规律。

河流动力学第二版课程设计

河流动力学第二版课程设计一、课程概述本门课程是河流动力学的第二版课程设计，针对高年级本科生和硕士研究生开设。

本门课程将继续深入探讨河流动力学领域中的最新理论和实践，以提供更高层次的教育和管理机会，使学生具有更深厚的河流科学基础和解决实际问题的能力。

二、课程目标1.掌握河流动力学领域的最新理论和实践，了解河流动力学的基本概念、原理和规律。

2.学习河流流态、河流波动、河流水动力学等相关领域的专业知识，理解河流的物理过程和变化。

3.培养学生的创新和研究能力，提高他们解决实际问题的能力和技能。

4.强化学生的口头和书面表达能力，着重强调报告撰写和演示。

三、课程内容第一讲：河流流态本讲主要涵盖河流流态的基本概念和规律，包括：1.河流流态类型2.检验河流流态的流量数3.河流自然曲率和比降3.河流流态的稳定性分析4.典型的河流流态模式第二讲：河流波动本讲主要涵盖河流波动的基本概念和规律，包括：1.波动的定义和基本特性2.波动的发生机制3.波动的传播和扩散规律4.波动的衰减和吸收5.波动在自然系统中的应用第三讲：河流水动力学本讲主要涵盖河流水动力学的基本概念和规律，包括：1.河流水文化基础2.河流水力学基础3.河流水动力学基础4.河流水文化分析与应用四、课程评估本课程将采用多种评估方法，包括：1.书面和口头报告2.课程项目3.期末考试五、参考资料1.C. Raudkivi. River Mechanics. Palgrave. 19932.H. R. Moss, L. S. Samuels. Fundamentals of HydraulicEngineering Systems. Prentice-Hall. 19903.G. F. Pinder, W. G. Gray. Applied Fluid Mechanics. Prentice-Hall. 1991六、课程总结本门课程是深入探讨河流动力学领域的实践性课程。

河流动力学课件

河流动力学课件
§2-1 单个颗粒的特性
三、颗粒的密度、容重、比重 1、颗粒的密度ρs：颗粒单位体积内所含的质量。 2、容重γs：泥颗的实有重量与实有体积的比值（排除孔隙率在外），由颗粒的矿物组成决定。 3、比重：固体颗粒重量与同体积4℃水的重量之比。
河流动力学课件
§2-1 单个颗粒的特性
岩石碎屑的圆度在流水搬运初期迅速增加，然后增加速度减缓，直至完全变圆，而其球度以一个缓慢而稳定的速度增加。
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§2-1 单个颗粒的特性
☆ 泥沙颗粒不同外形的成因分析： ⑴ 与组成泥沙的原生矿物外形有关
岩石由不同矿物组合而成，不同矿物的比重、硬度各有差异，所以构成的岩石碎屑物在抵抗水流的冲刷时结果也不同，导致了泥颗形状各有千秋，在细颗粒沙中尤为明显。
河流动力学课件
§2-1 单个颗粒的特性
⑵ 与搬运的距离和时间有关一般来说，进入河床的泥沙其搬运距离
和时间较短的则棱角较多，磨圆度较差；反之亦然。这在现场查勘时很容易发现：在砾石河床中发现其粒径突然有明显不同（形状明显变化），说明附近不是有崩塌碎屑物就是可能有支流的汇入。
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§2-1 单个颗粒的特性
§2-1 单个颗粒的特性
2、常用的粒径定义和计算 ⑴ 等容粒径
定义：与泥沙颗粒体积相同的球体直径
公式：
Dn
(6V)13
(6W)13
s
⑵筛分粒径 D1<D<D2 ⑶沉降粒径 D<0.1mm的细沙水析法测颗粒在静
水中沉速
河流动力学课件
§2-1 单个颗粒的特性
★ 粒径是泥沙的一个重要性质，它不仅直接代表泥沙颗粒的粗细程度，而且与泥沙的许多其他特性紧密关联。粘性沙（较细）与非粘性沙（较粗）在同一水流交互作用过程中表现不同情况：较细的泥沙有较大的孔隙率和较小的干容重，较粗的相反；细颗粒沙多半棱角峥嵘，而粗砂失去棱角。故面对具体的河流时，必须弄清组成河床（渠底）的泥沙粒径及水流挟带的泥沙粒径是怎样的。