最新武大河流动力学试卷

武汉大学水利水电学院

2010-2011学年第1学期期末考试

《河流动力学》试卷A卷

学号姓名年级/专业分数

一．简述题（共6题，满分40分）

1．简要论述床沙质和冲泻质的概念及其河流动力学意义。有人将粒径小于0.0625 mm的泥沙都视为冲泻质，对此你有何意见？[本题满分8分]

床沙质：悬移质中较粗的一部分以及绝大部分推移质来自相邻的上游段及本河段的河床，是从床沙中被带起进入运动的泥沙；床沙质与河床的冲淤变化有密切的联系，所以又称“造床质”。

冲泻质：悬移质中较细的一大部分以及推移质中的极小部分是床沙中很少或几乎不存在的，它们起源于上游的流域冲蚀，是被水流长途携带输送到本河段的。

2. 冲积河流中的沙波是向下游传播的。请结合下图，运用水沙动力学基本原理予以解释。[本题满分8分]

沙波的迎流坡坡面的流速是沿程增加的，故在这个区域里的任何一处，来沙量将小于去沙量，因而发生冲刷；沙坡的背流坡坡面上为横轴环流所占领，泥沙基本上只进不出，因而发生淤积。沙波迎流面冲刷，在背流面淤积的综合结果，形成整个沙坡向下游爬行的运动态势。

3. 试论影响非均匀沙起动的主要物理机理 (力学效应)。[本题满分6分]

不同粒径的起动拖曳力是独立的，仅与粒径大小有关，粒径越大的泥沙，所需起动拖曳力越大，但同时，某些粒径较小的泥沙可以隐蔽在大粒径泥沙中，具有隐蔽效应，此时粒径越小越难起动。所以重力作用和隐蔽作用的综合效益。

4．设某冲积河流水沙运动与河床基本处于平衡状态。现在河道中游某处修建一水库。试应用张瑞瑾明渠水流挟沙力概念定性地解释水库淤积与大坝下游河床冲刷的原因。 [本题满分6分]

当挟沙水流到达坝前，水深增大，比降平缓，流速降低，所以悬移质水流挟沙力

减小，泥沙沉降淤积；同理，大坝下游水深小，流速增大，悬移质水流挟沙力增大，需大坝下游的床沙补充，故而造成何床冲刷。

5．异重流在特定条件下可能运行很远的距离。试结合下图论述其物理机理。[本题满分6分]

1）异重流的三个特性：重力作用显著降低、惯性力作用相对突出、阻力作用相对突出。

2）某些特定条件下异重流头部与床面产生特殊的交换，有利于减缓阻力，利于异重流流动；含沙量大时，异重流的重力大，有效重力加速度变大，为惯性作用下能运行很远的距离提供条件。

6．简要论述明渠高含沙水流沿水深的基本结构特征。[本题满分6分]

二．推导题 [本题满分10分]

Consider suspended sediment transport in steady and uniform flows. The settling velocity of a single sediment particle in still water is 0W , the turbulent diffusion coefficient of

suspended sediment 6/*h u s κε=, where κ is von Karman constant, *u is bed shear velocity,

h is flow depth. Also, the volumetric concentration of suspended sediment at the height

a y = above the bed is equal to a C .

Derive the distribution of suspended sediment concentration along the flow depth under the following two cases.

Case (a): suspended sediment concentration is sufficiently small so that its impact on the

effective settling velocity of sediment is negligible.

Case (b): the effective settling velocity W of sediment can be calculated by )1(0C W W -=,

where C is volumetric concentration of suspended sediment.

三．名词解释[本题满分18分, 每题3分] 1、河流的自动调整作用

河床的冲淤变化是由于输沙平衡破坏而产生的，而河床冲淤变化又是向着恢复输沙平衡的方向发展的现象。

2、河床演变

泛指自然情况下及修建整治建筑物后河床发生的冲淤变化。

3、潮区界

潮流界以上，潮水停止倒灌，潮波继续上溯，使河水受阻壅高，但潮差急剧降低，潮差为零的地方。

4、河道整治

在总体规划的基础上，通过修建整治建筑物或采取其他整治手段（疏浚、爆破等），调整水流结构及局部河床形态，使河床向着有利的方向发展。

5、造床流量

造床作用与多年流量过程的综合造床作用相当的某一种流量。

6、水库淤积的上延现象

淤积自回水末端（通常指正常蓄水位回水末端）向上游发展的现象。

四、简答题 [本题满分18分, 每题6分]

1、影响河床演变的主要因素是什么？

影响河床演变的主要因素：进口条件、出口条件及河床周界条件。

进口条件：河段上游的来水量及其变化过程；河段上游的来沙量、来沙组成及其变化过程。

出口条件:出口处的侵蚀基点条件。

河床周界条件：地理、地质地貌条件，包括河谷比降、河谷宽度、河底河岸的土层组成等。

2、弯道内水流的输沙特点是什么?

在横向环流的作用下，表层含沙量较小的水流不断流向凹岸，冲刷河岸及河底，形成深槽；底层含沙量大的水流流向凸岸，落淤沉沙。

由于横向输沙不平衡及纵向水流的作用，造成凹岸不断崩塌，凸岸不断淤长延伸。