河流动力学重点.doc

重点：1、 何谓河漫滩？它的作用如何？ 河漫滩为位于中水河槽两侧，洪水时淹没、中水时出露的滩地。 它由泥沙落淤而成，组成物质较为松散。 它起到调节洪水、削减洪峰，储存泥沙并通过滩槽水流交换，影响河槽冲淤等作用。2、 何谓泥沙成型堆积体？冲积河流上有规律地分布着各种形式的大尺度的沙丘（如边滩、江心滩、江心洲、沙埂、浅滩等），称为成型堆积体。平原河流的河床演变，主要体现在河槽中成型堆积体的发展和变化上。 成型堆积体演变的主要规律是，汛期淤积壮大，枯水期冲刷萎缩。 4.何谓侵蚀基准面（点）？河床侵蚀与它有何关系？侵蚀基点：是指能控制出口水面高程的各种水面，如河面、湖面、海面等，或者是指能限制河流向纵深方向发展的抗冲岩层的相应水面。注意：侵蚀基点并不是说，在此点之上的床面不可能侵蚀到低于此点高程；而只是说，在此点之上的水面线和床面线都要受到此点高程的制约。能够自由发展的冲积性河流的河床，在挟沙水流长期作用下，有可能形成与所在河段具体条件相适应的某种均衡形态，即所谓水力几何形态。6、解释下列系数及公式中每一项所表达的物理含义，并说明它们与河型的关系。 7、什么是造床流量？它的物理含义如何？8、将平滩流量作为造床流量原因？可采用哪几种方法确定平滩水位？、确定平滩水位和平滩流量的方法a、在河段内取若干个具有水位流量资料的代表断面，取其平滩水位时的平均流量作为造床流量。b、如果河流具有比较规则的断面，其平滩水位一般可以从水位宽深比（B/h）关系曲线的最低点或dB/dh的最大值得到，然后依据水位流量关系曲线得到平滩流量。c、从水位流量关系曲线的转折处得到平滩流量。10、河相关系指什么？数学表达式如何？不同河型的河相关系式有什么不同？河相关系的数学表达式 式中，B、h、J分别为河宽、水深和纵比降；Q、G分别为来水量、来沙量，d代表河槽的边界条件 。12、从理论上推导均衡河流河相关系的方法如何？如何补充第四个约束条件？13、在一条河流上，下游测站A的平滩流量是上游测站B处平滩流量的4倍，试估算测站A处平滩流量下的水面宽比测站B处大多少？（提示：利用Leopold河宽与流量关系求解）15、解释河道整治及河势的概念。1、河道整治是在总体规划的基础上，通过修建整治建筑物或采用其他整治手段（如疏浚、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。2、河势是指一条河流或一个河段的基本流势，有时也称基本流路。17、河势规划的原则是什么？河道整治工程的设计参数有哪些？因势利导、综合治理、全面规划、综合治理、因势利导、重点整治、整治工程应有一定的控制长度和强度，做到技术上可靠，经济上合理设计参数：设计标准（设计水位流量） 河槽设计断面 整治线（治导线） 整治标准（设计流量和设计水位）1、设计洪水流量及设计洪水位2、造床流量及相应的水位3、设计枯水位及相应的流量、河槽设计断面1、洪水河槽设计断面从能够渲泄一定标准的洪水的角度来考虑。2、枯水河槽设计断面限于过渡段即浅滩段断面的设计，出发点是为了满足通航需要。3、中水河槽设计断面中水河槽的河宽和水深的确定：按谢鉴衡河相关系式推求。19、何谓整治线（治导线）？它有何特点？1、整治线：指河道经过整治以后，在设计流量下平面轮廓、能满足国民经济各部门的要求；、是布置整治建筑物的重要依据；、整治线一般都是圆滑的曲线，在曲线与曲线之间联以适当长度的直线。、整治线如能得到控制，不仅水流平顺，滩槽分明，而且比较稳定 20.堤防的规划与设计的主要内容有哪些？ 1.堤线选择 2.堤距 3,堤顶高程 4.堤防断面 22、 堤身横断面设计的主要参数有哪些？堤身横断面一般设计为梯形。主要设计参数是堤身稳定性、堤顶宽度及临、背水边坡系数。设计方法大致与土坝相同。25.解释通航保证率、航道尺度、航道设计水位、整治水位的概念。通航保证率是指在规定的航道水深下，一年内能够通航的天数与全年天数之比，常用百分率表示。在设计水位下，航道水深、航道宽度、航道曲率半径统称航道尺度。它是船只安全、顺利航行的航道最小尺寸。 为了保证设计船型（船队）在通航期内能安全、方便地航行，航道必须具备必要的通航条件，它们包括：1、足够的水深、宽度和曲率半径；2、合适的水流条件，包括流速、比降和流态；3、足够的水上净空，包括净空高度和宽度。根据通航标准要求达到航道尺度的起算水位，称为设计水位确定设计水位的方法当河流处于自然状态时，设计水位可通过整理水文资料来推求；当河流受水利枢纽控制时，设计水位要通过水利计算来确定；而在河床变形较大的情况下，就要通过河床变形计算来决定。整治水位指与整治建筑物头部高程齐平时的水位。在这个水位下，建筑物就能起到束水导流、冲刷河床的作用25、 自然状态下确定设计水位的方法有哪几种？1、 算术平均法 将历年最低水位的算术平均值或各枯水年最低水位的算术平均值作为设计水位。2、 保证率法 保证率为统计年限中各年内高于和等于某一水位的天数占全年天数的百分比。将基本水位站的水位资料，从高水位至低水位依次进行统计，然后作出水位保证率曲线，按规定的通航保证率查得相应的水位，即为设计水位。3、 保证率频率法27.保证率频率法确定设计水位的步骤如何？a、将水文系列中每一年的水位，从高水位至低水位依次进行统计，绘出保证率曲线；b、根据规定的通航保证率，查出各年满足通航保证率的水位；c、用经验频率公式 计算各水位的频率值，绘出经验频率曲线。d、再根据要求的重现期，查出相应的水位，即为设计水位。30、有一浅滩河段，因航深不够，需要进行整治，已知在设计流量Q时，未整治前河道宽度、平均水深分别为B1、h1，现采用缩窄河宽的办法，使其平均水深增大为h2，设该河段以推移质运动为主，并得推移质输沙率（式中），试从整治前后输沙能力不变的条件出发，推求整治宽度B2的表达式。32、上挑丁坝和下挑丁坝对水流和河床的影响如何？35、有一冲积平原河道，原河宽为B0，平均水深为h0，相应流量为Q0，因工程需要，在河道中修建一道围堰，将其河宽束窄为 ，问河床将发生什么变化？在河床达到新的相对平衡后，其平均水深h应为若干？（悬移质挟沙力公式，泥沙组成不变）36、 顺直型河段的演变给生产部门带来哪些不利影响？其整治原则是什么？采取什么工程措施整治顺直型河段？1、 顺直型河段的演变给生产部门带来的不利影响 对航运的影响1、浅滩位置不固定，航道多变，给航行带来困难；2、边滩移动到港口时，造成港口淤积，使船舶停靠困难。对取水工程的影响当边滩移动到取水口前时，造成取水困难，甚至无法取水。 整治原则：固定边滩，使其不向下游移动，从而达到稳定整个顺直型河段的目的。工程措施：修建上挑式淹没丁坝群。30. 从水流挟沙力角度分析蜿蜒型河段洪水期与枯水期弯道段和过渡段冲淤特性。39、一分汊河道如图，左汊过水断面面积为，平均水深为，糙率为，自分流点A到汇流点B的长为。右汊的过水断面面积是左汊的两倍，平均水深为左汊的两倍，糙率与左汊相等，A至B的长度为左汊的1.44倍。假定进入两汊的床沙质粒配基本一致，且两汊基本上处于输沙平衡状态，求：、左、右两汊分流量的比值；、左、右两汊的床沙质输沙率比。（水流挟沙力）42、何谓控导工程？它有哪些类型？各自的特点如何？哪种类型的控导工程比较好？、控导工程 护岸、护滩工程，一方面能直接保护岸滩免受冲刷，另一方面通过对险工的保护达到控制河势导引主流的目的。故修建在险工处的护岸、护滩工程在黄河上又叫控导工程。a、 控导工程的类型 平顺型、凸出型和凹入型。b、平顺型险工的特点 平顺型险工的特点是外形比较平顺，这类险工易受上游河势的影响，其靠溜地点变化较大。当上游河势变化时，险工部位也随之变化，经过险工挑流后的出水方向也相应有所改变。所以这类险工并不能很好地控制河势。c、凸出型险工的特点 有显著挑流作用，能将主流挑向对岸预定的部位。如靠溜长度较长，则水流能顺着险工岸线流动，出水方向比较固定，所以它不仅能起挑流作用，且能起导流作用。若靠溜长度较短，虽然险工靠溜，但主流顶冲险工后，由于险工外形凸出，出水方向不稳定，不能很好地控制河势。d、凹入型险工的特点 凹入型险工的特点是，外形为凹入的弧形，有如弯道的凹岸，这类险工能经常靠溜，且靠溜范围长，变化小，水流经过险工后，出水方向颇为稳定，能顺着凹岸弧线平顺地流出，既能迎托水流，又能导引水流，在控制河势方面比平顺型和凸出型都好。 较好的控导工程型式必须能控制住河势，且顺着出水方向有一定的控制长度，形成导流线，以便导引水流循着既定的方向流出。因此，凹入型和有足够长度的凸出型控导工程是比较好的。43、有一河道，为了减轻其防洪负担，并为了解决邻近地区通航和用水问题，在其右岸开挖一条引河，分走其流量的1/4，设河道分流前流量Q0，河宽为B0，平均水深为h0。河床基本上不冲不淤。问分走相同比例的沙量时，在分流口门以下河道平均水深h为多少？（假定河宽不变，泥沙组成不变，悬移质挟沙力公式）44.水库淤积纵剖面形态可分为哪几种基本类型？水库中三角洲淤积的形成条件是什么？、三角洲淤积形态、带状淤积形态、锥体淤积形态1、三角洲淤积形成条件：库容大，来沙粒径粗，库水位变幅小，库区地形开阔（如湖泊型水库）的水库中。44.根据水库淤积纵剖面形态及床沙粒径沿程变化特点，可将三角洲淤积区分为哪几段？简述各段的主要主要特点。三角洲淤积区分为五段：尾部段；顶坡段；前坡段；异重流淤积段；坝前淤积段。、三角洲尾部段的特点 挟沙水流处于超饱和状态，水流对泥沙的分选作用明显，淤积物主要是推移质和悬移质中较粗部分的泥沙。、三角洲顶坡段的主要特点 挟沙水流已趋于饱和，顶坡段坡面与水面线接近平行，水流接近于均匀流。顶坡上床沙组成沿程变化不大，无明显的床沙沿程细化现象。、前坡段特点 水深陡增，流速距减，挟沙力大大减小，水流再次处于超饱和状态。大量细颗粒泥沙在此淤积。淤积物组成沿程变化较大，再一次出现明显的分选作用，床沙沿程细化。、异重流淤积段的特点 淤积泥沙粒径组成较细，粒径沿程几无变化，基本上不存在分选作用。淤积物分布比较均匀，其淤积纵剖面大致与库底平行。、坝前淤积段特点 落淤的泥沙全为细颗粒泥沙，淤积物表面往往接近水平。48、解释水库“淤积一大片，冲刷一条带”和“死滩活槽”的冲淤规律。水库的上述冲淤规律对水库运用管理有何有益的启示？“淤积一大片，冲刷一条线”：库水位较高时，只要水到之处无论滩槽都发生淤积，淤积在全断面发生，大片平淤的结果使滩槽形态不甚分明；库水位较低时，水库挟沙能力较强，又会在库区冲出一条深槽，使滩槽更加分明，形成“冲刷一条线”。“死滩活槽”库区滩地一般只淤不冲，而主槽则有冲有淤。亦即淤积在滩地上的泥沙绝大部分不能排走，因而滩面逐年淤高，形成“死滩”。而主槽虽然在库水位高时淤积，但水位较低时或泄空时，淤积在主槽内的泥沙则大部分被冲走。从多年平均看，总能出现一条相对稳定的“活槽”。 “淤积一大片，冲刷一条线”、“死滩活槽”说明：滩地库容一旦损失是不容易恢复的，而主槽所损失的库容则可以在采用合理的运用方式的条件下得到恢复。因此，在水库的管理运用上要尽量保持水库的有效库容。即一方面尽可能保持滩地库容，这就要求汛期进库水流含沙量高时，合理确定坝前水位，尽量使水流不漫滩，减少滩地淤积。另外，尽可能采用蓄清排浑运用方式，使水库有泄空冲刷的条件。同时也可采取降低底孔位置等方法以增大泄流能力，力求使主槽冲刷时能冲得深、拉得宽，确保一定的主槽库容。49.解释水库“翘尾巴”现象。由翘尾巴相对长度和相对高度与相对比降和相对水深的关系式 说明为什么三门峡水库修建后，回水末端以上的黄河北干流和渭河翘尾巴比较严重，你认为可采取什么措施来减轻黄河北干流和渭河的翘尾巴现象，从而达到降低潼关高程的目的。淤积自正常蓄水位回水末端向上游发展的现象，称为水库淤积上延现象，俗称“翘尾巴”现象。、在给定相对水深的条件下，翘尾巴相对长度与相对高度随相对比降的增大而增大； 在给定相对比降的条件下，翘尾巴相对长度与相对高度随相对水深的增大而减小。、 相应于原河床比降甚大，而新平衡比降甚小。这可能在下述情况下出现，即原河床组成为基岩，推移质及悬移质均处于次饱和状态，而淤积达到平衡时的床沙组成则为悬移质淤积物。这种情况有利于使 值甚小，从而使翘尾巴的相对长度和相对高度甚小。相应于原河床比降较小，而新平衡比降与之接近。这可能在两种情况下出现，一种是原河床组成为粗颗粒卵石，而淤积达到平衡时床沙组成仍为同样的粗颗粒卵石，悬移质在建库前后均处于次饱和状态；另一种是原河床组成为悬移质，而淤积达到平衡时的床沙组成仍为同样的悬移质。这两种情况均有利于使 值趋向1，从而使翘尾巴的相对长度和相对高度趋向无穷大。、 相应于水库雍水程度无限高，此时相对水深值可从式（11-7）中剔除，即相对水深对翘尾巴的影响可忽略不计，当 为定值时，翘尾巴相对较远； 则相应于水库不发生淤积，自然不存在翘尾巴现象；、分析式（11-7）可明显看出，多沙河流的翘尾巴现象一般比少沙河流严重。这是因为在其他条件相同情况下，多沙河流的平衡比降 要大得多的缘故，另外，还可看出，无论是多沙河流或少沙河流，只要淤积后的河床组成与原河床组成接近相等，则 接近于 ，方程式右侧分母趋向于零，翘尾巴相对长度和相对高度理论上趋向于无穷大，翘尾巴现象将十分严重。三门峡水库修建后，回水末端以上的黄河北干流和渭河翘尾巴比较严重，一个原因是水库雍水较高，更重要的原因是水库淤积物组成与原河床组成比较接近，因而淤积比降与原河床比降比较接近。51、解释水库淤积极限状态的含义。水库的淤积极限状态，是指水库淤积达到终止时，河道恢复了接近天然条件的相对平衡状态。这时，水库基本上不再淤积，库区河道的水流条件和河道形态都恢复天然河流的特征。也就是说，此时，水流条件已接近均匀流，而河道形态则保持一定的宽深比关系。 53、水库排沙运行方式有哪几种？请简述各种运行方式的特点。、水力排沙 1、滞洪或泄洪排沙 、蓄清排浑运用方式非汛期：抬高到正常水位运行，将清水存蓄起来发电兴利；汛期：降低到汛限水位运行，库内保持一定的流速，将含沙浑水排出库外。、滞洪排沙泄流规模较小，一般洪水库内仍会产生雍水，虽然库内具有一定流速，但较天然河道流速要小，这样虽然能将细颗粒泥沙排出库外，但粗颗粒泥沙仍将淤积在库内，其水库淤积量较蓄水水库要小，但较泄洪排沙运行的水库要大。运行应注意，洪水来临时及时开启闸门，此时排沙效率最高，应增大泄流，减少滞洪时间和水流漫滩机会，当经过一段时间后，排沙效率会显著降低，此时应减少泄量，以减少弃水量。 、泄洪排沙 水库泄流设施规模较大，汛期水位降低得多，一般洪水都能穿堂而过，不产生雍水，洪水携带的泥沙能全部排出水库，只有在大洪水时才会产生滞洪作用。2、异重流排沙 、影响因素 异重流排沙效果与洪水流量、含沙量、泥沙粒径、泄量、库区地形、开闸时间和底孔尺寸及高程等因素有关。、各因素与排沙效率的关系 洪水流量大且历时长，则能保证异重流能持续运动到坝前，排沙效果高；含沙量大、粒径细，则泥沙不易沉降，排沙效果高；库区地形比较平顺，无急剧复杂的变化，且库底存在深槽，比降大，回水短，异重流不易扩散掺混，能持续保持流动，排沙效率高；开闸及时、泄量大，且底孔高，排沙效率也高。、异重流排沙的特点异重流排沙的特点与滞洪排沙基本相同，即开始时排出的水流含沙量大，排沙效率高，但经过一定时间洪峰降落后，含沙量逐渐下降，排沙效率也随之降低。、实际运用中应注意的问题当异重流到达坝前时，应及时开闸，并增大泄量，洪峰降落后则应逐渐减少泄量，以提高异重流排沙效率 。 3、泄空排沙、泄空排沙由两种冲刷方式组成沿程冲刷；溯源冲刷。、沿程冲刷的特点冲刷历时长，冲刷强度若，主要发生在回水末端附近，对于清除水库尾部的淤积有比较显著的作用。、溯源冲刷的特点冲刷过程发展快，强度大，如系锥体淤积，则首先发生在坝前；如系三角洲淤积，则首先发生在三角洲顶点附近，然后向上游发展。56、 泄空冲刷由哪两种冲刷方式组成？各自的特点如何？（答案见上题）57.谈一谈你对水库横向冲蚀技术的认识。水库横向冲蚀技术又称高渠拉沙，是依靠重力侵蚀及水力冲刷作用，对水库中的滩地淤积进行破离和输移的一项清淤新技术。59、从泥沙运动基本规律的角度看，减少泥沙对水轮机磨损，在枢纽布置和运行方式方面可采取哪些措施？ （1）引取表流（2）利用弯道环流 （3）制造螺旋流排沙 4）设置沉沙池60.谈一谈对高水头枢纽河床式电站防沙排沙措施的认识？1、运行方式蓄清排浑2、设置排沙底孔及泄洪排沙洞、布置原则：1）排沙底孔一般布置在电站进水口下面，也可布置在电站一侧或两侧；(2)排沙底孔高程愈低、孔口尺寸愈大防沙效果愈好。、排沙底孔的作用：1）在电站进水口前形成冲刷漏斗；2）在双层过水时，拦截电站引水中的粗颗粒泥沙，将其通过排沙底孔排往下游。3）排沙底孔关闭期间，将粗颗粒泥沙拦截在冲刷漏斗内，通过定期打开排沙底孔，将拦截的粗颗粒泥沙排出水库。4)防止泥沙淤堵电站进水口。2、 泄洪排沙洞的布置和作用3、 布置原则：(1)、洞口位置距电站进水口要有一定距离；(2)、泄洪排沙洞以布置在主流区为宜 ；(3)、高程应尽可能降低；(4)、断面尺寸尽可能大一些，保证较大洪水在洞前不壅水。、泄洪排沙洞作用：泄洪排沙洞的作用是既泄洪，又排沙（1）泄洪排沙洞能控制主流，恢复库容，是实现调水调沙的重要手段；（2）利用泄洪排沙洞实现蓄清排洪。低水头枢纽河床式电站与高水头枢纽防沙措施的区别（1）枢纽一开始运用就面对泥沙问题，因而有关防沙措施应及时安排好；（2）运用水位变幅小，坝区河道更具有天然河道性质。排沙底孔、排沙廊道和泄洪排沙闸的高程，与电站进水口的高程差距不可能很大，因此，这些措施对防止粗沙过机效果显著，而对细颗粒泥沙则作用较小。61.排沙底孔、排沙洞的布置原则分别是什么？它们的作用分别是如何？1、 排沙底孔的布置原则和作用、布置原则：1）排沙底孔一般布置在电站进水口下面，也可布置在电站一侧或两侧；2）排沙底孔高程愈低、孔口尺寸愈大防沙效果愈好。、排沙底孔的作用：1）在电站进水口前形成冲刷漏斗；2）在双层过水时，拦截电站引水中的粗颗粒泥沙，将其通过排沙底孔排往下游。3）排沙底孔关闭期间，将粗颗粒泥沙拦截在冲刷漏斗内，通过定期打开排沙底孔，将拦截的粗颗粒泥沙排出水库。4）防止泥沙淤堵电站进水口。2、泄洪排沙洞的布置和作用布置原则：1) 、洞口位置距电站进水口要有一定距离；2) 2)、泄洪排沙洞以布置在主流区为宜 ；(3)、高程应尽可能降低；(4)、断面尺寸尽可能大一些，保证较大洪水在洞前不壅水。泄洪排沙洞的作用是既泄洪，又排沙。（1）泄洪排沙洞能控制主流，恢复库容，是实现调水调沙的重要手段；2）利用泄洪排沙洞实现蓄清排洪。62、低水头枢纽引水式电站常用的防沙排沙措施有哪些？低水头枢纽引水式电站的防沙排沙措施分水分沙式这种枢纽的主要防沙措施是尽可能利用弯道环流，正面引水，侧面排沙，并结合使用导沙坎及螺旋流冲沙槽、冲沙闸、沉沙池等其它措施，以引取表流，排走底流。这种防沙排沙措施，与有坝灌溉取水工程防沙排沙措施基本上是一致的。1、弯道环流的利用利用弯道环流的形式有两种，第一种是利用天然弯道环流；第二种是人工制造弯道环流，但根据具体条件不同，可能采取多种形式。例如整个河道并非弯道，但利用导流墙或人工岛制造局部环流，正面取水，侧面排沙（图