河流动力学复习答案

一

动态系统的平衡状态：所有动态系统中都存在着建立和维持平衡的状态，平衡状态是指一种能力最低的状态。

地球最大的两个最大的动态系统：水文系统，地质构造系统

水文系统包含哪些子系统：（1）大气层-海洋系统（2）坡面系统（3）河流系统（4）海岸线（5）冰川系统（6）地下水系统（7）风成沉积系统

地貌学和河流工程学采用的时间尺度有何不同：

现代地貌学----数千年至数十万年

工程学------数天至数百年在此尺度上认为地质构造、地貌、气候是不变的

河流的自然功能：

（1）输运功能：将流域形成的径流和坡面系统侵蚀产生的泥沙像海洋排泄，同时维持河道的正常演变（2）水源功能：地表水和地下水补给源（3）汇水功能：在保证自净能力的情况下承纳工农业和城镇生活的排污（4）栖息地功能：陆生及水生生物（5）天然屏障的功能

泥沙输运可以分为哪两部分：（1）坡面、沟道内的泥沙运动（2）河道内的泥沙运动

泥沙输移比的概念和影响因素：

（1）某流域出口控制站的实测站的河流泥沙总量St 与该流域的地表物质侵蚀总量Se 之比（St/Se）为泥沙输移比；（2）因素：小流域输移比与地表物质的矿物成分和粒径组成有关

三

Shields数可以看成是哪两个力的比值：shields数：Θ=τb/(γs-γ)= γHJ/(γs-γ)D 可以看做是水流作用在床面上的剪应力和床沙水下重量的比值

低能态区、过渡区、和高能态区的含义以及各自床面（沙波）形态：

（1）低：对应于定床水流为缓流情况的动床明渠水流的能态。床面形态包括沙纹、沙垄（2）过：~~临界流~~床面形态是平整床面

（3）高：~~急流~~床面形态包括平整床面，逆行沙垄和驻波，急流和深潭

何为沙波？有哪几个发展阶段？是说明水流流区和床面形态的关系？

沙波是非平整状况下沙质河床的床面形态。

发展：从丢水流能态区到过渡区再到高水流能态区，经历了平整-沙纹-沙垄-平整（过渡区）-逆行沙垄五个阶段

床面形态是水流流区的判别依据

明渠均匀流阻力的概念，U H J n的相互关系？

对于明渠恒定均匀流，利用水流的能坡（J）断面平均流速（U）水利半径（宽浅型河道R ≈H）以及反映边壁粗糙状况的阻力系数n 这四个变量就可以求出明渠均匀流阻力方程（也叫断面平均流速）；谢才：U=C√RJ

沙波阻力与沙波发展过程的关系：沙波阻力一定是，沙波、沙垄阻力大；动平整的阻力小，再者沙波阻力会因为沙波—动平整—逆行沙垄而发生从大到小的变化，继而在形态变化时，阻力又增加了

综合阻力：河床阻力和河岸阻力

河床阻力：沙粒阻力和沙波阻力

四

何为泥沙起动条件？起动的水力学指标用三种方式表示？

（1）当水流强度达到某一临界值时，静止于河床表面的泥沙颗粒就会开始运动，这一水流强度临界值即为泥沙起动条件

（2）三种方式：床面剪切应力、水流功率、平均流速

①床面临界起动剪切应力τc满足Θc=τc/((γs-γ)D=f(U*D/ν) 时，泥沙

起动

②斜坡上，泥沙颗粒的临界起动条件为临界拖拽力满足下式时，泥沙起

动：

√(W` sinθ)2 +(F`d )2 =tanψ(W` cosθ—F L )

F L 为泥沙的上举力；ψ为水下休止角；W`为泥沙的自重

③当临界流速U C 满足沙莫夫公式或者其他时，泥沙起动

Shields的起动拖曳力公式及shields曲线的特点

F`d =tanψ(W`-F L)

曲线特点：①Re* <10，不易起动，Θc随粒径的减小而增大；②Re* =10。最易起动；③101000,Θc接近常数0.06 推移质输沙率的概念

只河床处于不冲不淤状态下，单位时间内通过河床断面的推移质数量，常用单位宽度表示

掌握推移质输沙率公式建立的三种途径：

①借助于量纲分析、基于大量实验资料而不断完善的半经验公式，代表为Meyer-Peter公式。②采用力学分析、基于水流功率和能量转换概念建立了半经验公式为Bagnold公式③按照随机理论推导出运动泥沙与床面泥沙的交换达到了平衡时的输沙率公式，代表性公式为Einstein公式

最大输沙率假说的前提：流量、边岸物质组成和河道比降已知

最小功率假说的前提：（1）输沙率沿程相等（2）在满足约束的条件下单位河长内的水流功率最小（3）在满足约束条件下的水流功率损耗沿程分布均匀

最小功率假说两个最优稳定何宽分别对应：低水流能态的宽浅型（浅滩）；高水流能态的窄深型（深潭型）

弯道中的悬移质输移的特点：

由于弯道螺旋流的存在，使得弯道中的悬移质泥沙浓度分布不同于顺直河段的情况。水面附近含沙量小、泥沙较细的水流被螺旋流带向弯道凹岸位置，而流向凸岸的水流含沙量、粒径都较大。从泥沙粒径在断面上的分布可见，左边凹岸的水相对较清，泥沙粒径细，含沙量在垂线上的分布也均匀一些，而含沙量高的水体和较粗的泥沙集中靠近右边凸岸，尤其是其河底处。

蜿蜒河道的演变：

（1）平面上的横向摆动。弯道演变过程中最为突出的是凹岸因冲刷而后退，凸岸因淤积而前进，形成弯道的横向摆动，同时伴随有向河谷下游的纵向运动。对于大型河流来说，弯道摆动是破坏河势稳定的主要威胁

（2）蜿蜒河道的剧烈变化-裁弯。弯道的发展是河流自我调整过程的一部分，当弯曲度达到某一临界值后，比降变得越来越小，弯道就变得越来越不适应水流和泥沙的运动，“上提下挫”的情况非常频繁，在适当的流量下就会发生裁弯，使原河湾处的流路缩短，河道比降加大，从而增强运输能力。

裁弯分为切滩裁弯（外裁），截颈裁弯（内裁）两种方式

相对稳定分汊河道中江心洲形成三种类型：

（1）泥沙落淤形成心滩（2）边滩切割分离出心滩（3）河势变缓而落淤的沙洲被多条汊道切割形成多个江心洲

三种多流路河道的稳定程度

沿垂线分布的特点详见卷子