河流动力学

一、 名词解释

1．泥沙的容重和密度

泥沙颗粒实有重量（或质量）与实有体积之比称为泥沙的容重（或密度）（s γ或者s ρ）

2.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%。

2．悬移质

在水中被紊动漩涡夹带、随水流悬浮前进的泥沙

3．推移质

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。

4．输沙率

一定的水流及床沙组成条件下，河道处于不冲不淤输沙平衡时，单位时间内通过过水断面的泥沙数量。

5．河道演变

河床在自然条件下或受人工建筑物影响而发生的变化。

6．水流挟沙能力

在一定的水流条件与河床组成条件的相互关系中，悬移质中属于床沙质部分的饱和含沙量，叫做水流挟沙能力。

7．河相关系

冲积河流的河床在水流与河床的长期作用下，常取得与所在水文、泥沙条件相适应的最适合的外形，表征这些外形的因素（如河宽、水深、曲率半径等）与水力、泥沙因素（如流量、比降、泥沙粒径等）之间常存在某种函数关系，这种关系称为河相关系。

8．异重流

两种或两种以上的流体相互接触，重率有一定的但是较小的差异，如果其中的一种流体，沿着交界面以及起塔特殊的局部处所，虽然可能发生不同流体间一定程度的掺混现象，但是整个说来，不同的流体在运动过程中不发生全局性的掺混现象。

9．潮流界

潮波和潮流上溯的过程中，既受到河床阻力的影响，又受到径流下泄的阻碍，潮汐的能量逐渐消耗。当潮波推进到达某一地点时，涨潮流速和径流下泄流速相抵消，潮水便停止倒灌，此处为潮流界。

10.潮区界

潮流界以上潮波仍继续上溯，但由于受到河水的阻滞，潮波波高急剧减小，直至潮差等于零，此处称为潮区界

11.感潮河段

自河口口门到潮区界之间的河段称为感潮河段。

12水流动力轴线

河道中沿流程各断面最大垂线平均流速所在位置的连线，它反映了水流最大动量所在位置。 13泥沙的起动和起动条件

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，这种现象称为泥沙起动。床面泥沙由静止状态转变为运动状态的临界水流条件，就是泥沙的起动条件。

14.入海河口

一个半封闭的沿海岸水体，与开敞海域自由连通，其中的海水被从内陆来的淡水显著地冲淡。

15.泥沙沉速

单颗粒泥沙在静止清水中均匀下沉时的沉降速度

16.河流动力学

研究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的变化和发展规律的一门科学。

二、简答题

1、位于水平河床上的泥沙而言，促成泥沙起动的力有哪些？赖以抗拒的力有哪些？

促成泥沙起动的力有：上举力、推移力、脉动压力等，赖以抗拒的力有：重力、粘结力等

2.河流的分类。

河流分为：山区河流、平原河流、潮汐河流。平原河流根据形态、演变特征可分为：弯曲河道、分叉河道、顺直河道、游荡河道。

3.简述弯道水流特征；

水流特征：凹岸水位低，凸岸水位高；凹岸冲刷，凸岸淤积

4、弯道水流动力轴线的主要特点

1）在弯道的进口段或者在弯道上有的过渡段常偏靠凸岸。。

2）主流线“低水傍岸”“高水居中”；顶冲点“低水上提”“高水下挫”

5.阐述河床演变的基本原理

输沙的不平衡性。当上游来沙量大于本河段水流输沙能力时，本河段将发生淤积；当上游来沙量小于本河段水流输沙能力时，本河段将发生冲刷。

6.影响河床演变因素有哪些？

1）河段的来水量及其变化过程

2）河段的来沙量、来沙组成及其变化过程

3）河段的河谷比降

4）河段的河床形态及地质情况

7.河口区潮波变形主要表现在哪些方面?

1）潮差的变化；2）涨落潮历时不对称；3）潮流速和潮位过程曲线出现相位差。

8.河口区潮汐的主要特征有哪些？

1）口门处水面周期升降2）周期较长，潮波周长可达数百公里，远大于波高，属浅水长波3）在重力、惯性力和摩擦力的支配下潮波在河口区内传播是非恒定流4）潮波进入口门后会继续向上游推进5）河口区潮流的强弱可以用进潮量来衡量6）河口区潮波会发生变形。

9．阐述异重流的特性

浑水异重流的一个最主要特征是重力作用显著减小，惯性力、阻力作用相对突出.

10.河口的分类，并说明钱塘江、黄河、黄浦江和长江分属何种河口？

潮汐河口的分类：一、按河口形态特征分类1）三角港河口2）三角洲河口。二、按河口区的动力和来沙特征分类1）强潮海相河口(钱塘江)2）弱潮陆相河口（黄河）3）湖源海相河口（黄浦江）4）陆海双向河口（长江）。三、按潮汐强弱分类1）感潮河口2）中潮河口3）弱潮河口

四、论述题

1.写出劳斯方程的形式，叙述其成立的若干假定。并阐述公式中悬浮指标的物理意义。 答：()

()()*u a a h z z h a C z C κω⎥⎦⎤⎢⎣⎡--=。

其成立的前提：1、垂向时均流速为0；2、流速对数分布；3、泥沙质量扩散系数与水流动量交换系数相等；4、泥沙沉速不随水深变化，为常数。

*u κω

为悬浮指标。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ω

来表达，紊动作用通过*u κ来表达。悬浮指标越大，则重力作用相对较强，紊动作用难以把

泥沙扩散到水体表面，悬移质将聚集在离床面不远处，于是在相对平衡情况下，含沙量垂线分布就越不均匀；反之，悬浮指标越小，紊动作用相对越强，在相对平衡状态下，含沙量分布就越均匀。

2.试论述潮汐河口的特性

1）具有内陆河流的特性，如径流的洪、中、枯水期的季节变化；

2）又有海洋的某些特征，如大、中、小潮的变化和潮汐引起的水位涨落与流速流向变化；

3）受到风浪的作用，大风时会产生增减水；

4）存在盐水入侵，盐淡水混合现象；较大河口还会受到科氏力的影响。

3．为防止和减小异重流及回流对盲肠式引航道和挖入式河港造成的淤积，可采取哪些措施？

1）在布置水利枢纽时应尽量把船闸和引航道放在靠近具有稳定深槽的河岸的一侧，并避开凸岸，避开洪水时大范围的回流区及缓流区；

2）挖入式港池口门的布置出了考虑航道及船舶进出港的航行条件外，应注意河床演变与泥沙运动的影响

3）减小主流与口门轴线的夹角可以减小回流淤积

4）减小口门宽度直接减小了回流分离面长度，可减小异重流流量

5）避免不必要地加大口门的水深

6）小股从盲肠河段内流向口门的水流就能有效地削弱异重流。

7) 在口门挡出异重流也是有效的减淤方法。

8）疏浚最好安排在退水期水深接近碍航时进行。

4、 推导stokes 公式（附必要的文字说明）。并阐述该公式适用的范围。

解：假定泥沙颗粒为球体，则泥沙在沉降时受到的水体阻力为：

42122D C F D D πρω=

泥沙水下重量

()63D g W s πρρ-=

在匀速下沉时阻力F D 与有效重力W 相等.阻力系数D D C Re 24

=

，则层流区的球体沉降速度公式为：

νγγγ

ω2

181D g s -=

使用范围：

5、顺直(微弯)型、弯曲型、分汉型、游荡型四种河道的河床演变规律。

顺直型河道演变特点：1）浅滩与深槽交替发生冲淤；2）边滩和深槽同步顺流下移；3）河床周期性展宽和缩窄

游荡型河道演变特点：1）多年平均情况下，河床不断淤积抬高，形成“地上河”；2）汛期主槽冲刷，滩地淤积，非汛期则相反3）沙洲移动迅速，河道外形经常改变，冲淤变化幅度