河流动力学复习

第一章绪论 考核内容为学科的发展概况 课程的内容及学习任务 1 了解河流动力学发展的历史 认识水流 泥沙 水电工程可持续发展间的相互关系 2 了解水流运动与泥沙运动的重要性 3 理解课程的任务与特点 4 了解课程的主要内容 考核知识点 1 河流动力学的任务 2 水流 泥沙 水电工程可持续发展间的相互关系 3 河流动力学的研究方法及特点 第二章 河流动力学基本概念 考核内容为河流动力学基本概念 1 河道水流的基本特性 二相性 非恒定性 三维性 非均匀性 2 水沙运动的不平衡性 3 河道水流的水流结构及阻力损失 考核知识点 1 河道水流的基本特性 2 河道水流的水流结构及阻力损失 第三章 泥沙特性 考核内容为泥沙的分类 泥沙的来源 泥沙的几何特性及泥沙的重力特性 1 泥沙的分类 2 泥沙几何特性 粒径 级配曲线 特征值 3 泥沙的重力特性 含沙量 浑水容重 考核知识点 1 泥沙的分类 2 泥沙的几何特性及重力特性 第四章 泥沙的沉速 考核内容为泥沙沉速的定义 沉降过程中的三种状态 沉速公式 影响沉速的主要因 素 泥沙沉速的测定 考核知识点 1 泥沙沉速的定义 沉速公式 2 影响沉速的主要因素 泥沙沉速的测定 第五章 泥沙的起动 考核内容为泥沙起动的物理机理 泥沙起动的物理现象及受力分析 考核知识点 1 均匀沙起动条件 力的表达式 散体及粘性泥沙的统一起动流速公式 2 散体泥沙的起动拖曳力公式 止动与扬动流速 第六章 沙波运动与动床阻力 考核内容为沙波运动规律与动床阻力计算 1 沙波形态与运动状态 沙坡的发展过程及形成机理 床面形态判别标准 沙波尺度及其 运行速度 推求推移质输沙率 沙波运动对河流的影响 2 动床阻力 河床与河岸阻力划分 沙粒与沙波阻力的划分 动床阻力的计算 考核知识点 1 沙坡的发展过程及形成机理 床面形态判别标准 沙波运动对河流的影响 2 动床阻力的计算 第七章 推移质输沙率 考核内容为推移质输沙率计算方法 1 以流速为参数的推移质输沙率公式一般形式及常用公式 冈恰诺夫 列维 沙莫夫公式 2 以拖曳力为参变数的推移质输沙率公式 公式建立的一般形式 特别是梅叶一彼德公式及 应用 其他推移质输沙率公式简介 考核知识点 1 推移质输沙率公式一般形式 2 推移质输沙率常用公式 第八章 悬移质运动基本状态及含沙量沿垂线分布 考核内容为悬移质运动基本规律 1 悬移质 床沙质和冲泻质的基本概念 紊动扩散作用与重力作用 2 悬移质运动的质量简称及含沙量垂线分布的劳斯公式 张瑞瑾对劳斯公式的修改 绝对含沙量的垂线分布 考核知识点 1 悬移质 床沙质和冲泻质的概念 紊动扩散作用与重力作用 2 含沙量垂线分布公式 第九章 悬移质水流挟沙力 考核内容为水流夹沙力计算 1 水流夹沙力的定义 公式的建立及应用 2 分组水流挟沙力计算 考核知识点 1 水流夹沙力公式的建立 2 水流夹沙力计算 试卷答案试卷答案 课程名称 河流动力学 试卷编号 09 一 名词解释 每题 4 分 共 20 分 1 泥沙水下休止角 在静水中的泥沙 由于摩擦力的作用 可以形成一定的倾斜面而不塌 落 此倾斜面与水平面的夹角称为泥沙的水下休止角 2 水流挟沙力 一定水流条件下的单位水体所能携带的床沙质泥沙数量 3 泥沙异重流 异重流是指两种重率存在差异 因含沙量不同 但不大 可以相混的流体 在条件适宜时因重率异而产生的相对运动 在运动过程中 各层流体能基本保持其原来的 面貌 不因交界面上存在的紊动掺混作用而发生全局性的混合现象 4 河道表面阻力 系床面沙粒的摩阻而引起的阻力 5 河流近口段 自潮区界起至潮流界止的河段称为河流近口段 二 填空 每空 1 分 共 10 分 1 影响泥沙颗粒的沉降的因素除泥沙粒径 水流的粘滯性外还有 泥沙的形状 水质 和 含沙量 2 如果 泥沙 交换不平衡 则必然产生 河床变形 河床的 变形 是绝对的 演变 达到的 平衡 是相对的 3 河床变形是由于 输沙不平衡 引起的 而变形又向着 恢复输沙平衡 的方向发展 此 现象称为河床的 水流与泥沙的自动调整作用 三 问答 每题 10 分 共 20 分 a 什么是水流动力轴线 弯道中水流动力轴线是任何随水位变化的 答题要点 答题要点 1 河道中各过水断面上最大垂线平均流速所在位置的平面连线 3 分 2 低水傍岸 高水居中 低水上提 高水下挫 7 分 b 决定异重流运动的力主要有哪些 这些力的相对作用情况与明渠水流相比有何异同 答题要点 答题要点 1 决定异重流运动的力主要有重力 阻力和惯性力 4 分 2 与一般明渠水流相比重力作用显著减弱 阻力和惯性力作用相对突出 6 分 四 计算 10 分 用水泵由河流 二元恒定均匀流 向水渠抽水 已知河流水深为 5m 距河床 0 5m 处 含沙 量为 49 ON m3 水泵取水口置于水中距河床 4 0m 处 试问进入水渠的含沙量为多少 若 要求进入水渠的水流含沙量小于 14 7N m3 问水泵取水口应置于水中距河床什么高度范围 悬浮指标为 0 5 答案 答案 s 8 17kg m3 5 分 y 大于或等于 2 76 m 5 分 五 叙述 z 的物理意义 说明其数值大小对悬移质含沙量沿垂线的分布的影响 10 分 答题要点 答题要点 1 z 是一无因次数 称为悬浮指标 它反映了重力作用与紊动扩散作用的相对大小 5 分 2 z 越大 含沙量沿垂线分布越不均匀 z 越小 含沙量沿垂线分布越均匀 5 分 六 分析天然河道的动床阻力与清水平直规整河道定床阻力的异同 15 分 答题要点 答题要点 1 冲积河流的河床由泥沙组成 它们能随水流运动 而且 一定条件下 河床还会出现 各种不同形态的沙波 也就是说 边界条件随水流条件的变化在不断地变化 因此 冲积 河流的阻力随水流条件的改变也在变化 称之为动床阻力 10 分 2 清水定床中没有泥沙运动 不存在沙粒阻力和沙波阻力 且阻力基本不变化 5 分 七 绘出弯道横向环流分析简图 推导横比降计算公式 说明推导过程 15 分 答案 答案 绘出弯道横向环流分析简图 5 分 推导过程完整 10 分 2010 年 秋季 学期 水环学院 20081501 河流动力学 课程考试试卷 A 卷 答 案 一 名词解释 每小题 3 分 共 24 分 1 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科学 2 等容粒径 就是体积与泥沙颗粒相等的球体的直径 3 平均粒径 即各粒径组平均粒径的重量百分比的加权平均值 4 含沙量 单位体积浑水中固体泥沙颗粒所占比例 5 推移质 在床面附近随着水流以滑动 滚动 跃移形式运动的颗粒统称为推移质 6 起动拖曳力表达式 7 悬移质单宽输沙率 即在一定水流 河床边界条件下 单位时间内从河道单位宽度 下泄的悬移质中床沙质的数量 8 造床流量 造床作用与多年流量过程的综合作用相当的某一种流量 二 填空题 每空 1 分 共 43 分 1 河道水流的基本特性 二相性 非恒定性 三维性 非均匀性 2 河流泥沙的最根本来源是 岩石的风化 3 泥沙沉降有三种状态 滞性状态 过渡状态 紊动状态 4 河道动床阻力可以分为 沙粒阻力 和 沙波阻力 5 河流动力力学中一般可以用达西阻力系数 糙率系数 谢才系数 边壁粗糙尺度系数四 个系数来表示阻力系数 6 推移质的主要运动特点是间歇性 置换性 速度小 跳跃性 数量小 消耗时均能量 7 常见的表达泥沙起动条件的形式有两种 起动流速和起动拖曳力 8 随着水流的加强 推移质泥沙运动大致包括下列四种情况 静止 弱动 中动 普动 其中现在大部情况下是以弱动作为泥沙起动标准 9 就位于床面上的泥沙而言 促成泥沙起动的主要力有 上举力和推移力 泥沙赖以抗拒 起动的力为重力 10 沙波的分类 从平面形态看 沙波大致可以分为四类 带状沙波 断续蛇状沙波 新 月形沙波和舌状沙波 11 在沙波的形成 发展及消亡过程中 沙波经过以下几个发展过程 静平床 沙纹 沙 垄 动平整 逆波和急滩与深潭 12 从理论上探求推移质输沙率的途径可大致分为五类 即以流速和拖曳力为主要参变数 考虑问题 根据能量平衡观点考虑问题 从统计法则考虑问题和按沙波运动情况考虑问题 13 河道演变的具体原因千差万别 但根本原因可归结为输沙不平衡 三 简答题 每题 5 分 共 20 分 1 影响泥沙的干容重有哪些主要因素 影响泥沙干容重的因素有 1 泥沙颗粒的大小 颗粒越大 干容重越大 变化范围小 颗粒越小 干容重越小 变化范围大 2 泥沙的淤积厚度 淤积越厚 干容重越大 变 化范围越小 淤积越浅 干容重越小 变化范围越大 3 泥沙的淤积历时 沉积越短 干容重越小 沉积越长 干容重越大 然后趋于稳定值 4 泥沙的组成 组成越均匀 孔隙率越大 干容重越小 组成越不均匀 孔隙率越小 干容重越大 2 试写出推移质泥沙起动的力学平衡方程式 并写出推移质泥沙沙莫夫泥沙起动公式 如泥沙颗粒沿着床面滑动的 则起动临界状态下力的平衡方程式为 如泥沙颗粒以滚动的形式起动 则起动临界状态下力的平衡方程式为 沙莫夫 1 14 m 1 6 由此得 3 二维 恒定 均匀泥沙扩散方程是什么 劳斯 Rouse 方程中悬浮指标 Z 如何计算 它所表达的含义是什么 二维 恒定 均匀泥沙扩散方程 Z 叫做 悬浮指标 c 它实质 上代表重力作用 与紊动扩散作用 的对比关系 悬浮指标的数值愈大 表明 重力作用在与紊动扩散作用的对比中愈强 悬移质含沙量在垂线上的分布越不均匀 反之 悬浮指标愈小 则表明重力作用在与紊动扩散作用的对比中愈弱 悬移质含沙量在垂线上 的分布越均匀 4 什么是河床演变的基本原理 河流内部矛盾的发展和外部条件的变化都可能使输沙平衡遭到破坏 从而使河床变形 同 时河床又具有向平衡状态进行自我调整的能力 使得河床演变得以持续进行 这就是河床 演变的基本原理 四 计算题 每题 14 分 共 14 分 1 某河流的平均水深为 h 1 5m 断面平均流速为 U 1 1m s 水力坡降为 J 3 10000 均 匀床沙粒径为 D 0 6m 试利用爱因斯坦公式计算推移质单宽输沙率 悬移质单宽输沙率 和水流挟沙力 泥沙密度 2650kg m3 泥沙沉速 泥沙的沙粒半径 爱因斯坦推移质输沙率公式 爱因斯坦悬移质输沙率公式 已知 I1 0 1 I2 0 75 解 床面剪切应力 剪切流速 泥沙颗粒沉速 D 0 6mm 悬浮指标 故泥沙颗粒在作推移运动的同时也作悬浮运动 爱因斯坦水流强度 由 按爱因斯坦理论求其推移质单宽输沙率和悬移质输沙率 2010 年 秋季 学期 水环学院 20081501 河流动力学 课程考试试卷 B 卷 答案 一 名词解释 每小题 4 分 共 32 分 1 几何平均粒径 即粒径取对数后进行平均运算 最终求得的平均粒径值 2 泥沙干容重 沙样经过高温烘干后 其重量与原状沙样整个体积的比值 3 泥沙沉降速度 是指泥沙颗粒在静水中由于重力下沉达到等速运动以后的下沉速度 4 悬移质 泥沙悬浮在水中 基本上与水流以相同速度浮游前进的泥沙颗粒统称为悬 移质 5 推移质单宽输沙率 即在一定水力 泥沙条件下 单位时间内通过过水断面单位宽 度的推移质数量 6 水流挟沙力 是指在一定水流 泥沙及边界条件下 水流所能挟带的包括推移质和 悬移质在内的全部沙量 7 河相关系 在河道均衡状态下 河道型态与来水来沙条件之间某种定量因果关系 8 造床流量 造床作用与多年流量过程的综合作用相当的某一种流量 二 填空题 每空 1 分 共 33 分 1 河道水流普 遍具有较大的雷诺数 从工程观点来看 河道水流一般居于 阻力平方 区 2 岩石风化的主要类型是 物理风化和化学风化 3 泥沙运动按输运方式可以分为 悬移质 推移质 按粒径 来源 造床作用可以分为 冲泻质和床沙质 5 对于床面由均匀沙组成的情况 边壁粗糙尺度就等于 D 6 悬移质的主要运动特点是速度大 悬浮性 置换性 数量多 消耗紊动能 7 泥沙起动的随机性是指 运动状态的随机性 初始位置的随机性和受作用力的随机性 8 天然河流中床沙是否起动 一般不易观测 通常采用的办法是以输沙率为零对应的水流 强度即为泥沙起动条件 9 泥沙颗粒沿着床面滑动 则起动临界状态下力的平衡方程式为 FD W FL f 10 沙波的分类 按沙波的尺度大小可以分为 沙纹 沙垄和沙丘或者沙滩 11 动床阻力计算主要有两种方法 水力半径分割法和能坡分割法 12 泥沙悬浮机理的理论主要有两个 泥沙扩散理论和重力理论 13 当泥沙悬浮指标小于 0 01 时 悬移质相对含沙量将接近于一条垂向直线 它起着区分 床沙质与冲泻质的作用 14 悬移质输沙率乘积法是求解得出断面平均含沙量和平均流速 然后两者之积乘以过水 断面面积就是全断面的悬移质输沙率 15 存在着两种河相关系 沿程河相关系和断面河相关系 三 简答题 每题 5 分 共 25 分 1 水流拖曳力与摩阻流速 底流速的关系如何 水流拖曳力是泥沙起动时床面临界剪切应力 2 什么是级配曲线 给出中值粒径 算数平均粒径 几何平均粒径的定义或定义式 粒配曲线 表示天然沙颗粒组成的曲线 上限粒径 在总沙样中占某重量百分数的泥沙的上限粒径 如 D5 D10 D50 等等 D50 中值粒径 小于该粒径和大于该粒径的泥沙颗粒各占 50 Dm 平均粒径 即各粒径组平均粒径的重量百分比的加权平均值 3 何为动床阻力 它与定床阻力有何不同 在天然冲程河流中 河床上会不断发生冲淤变化和沙坡消长 边岸可能发生冲刷 主流方 向和主槽位置也不是固定不变的 无论是沿程阻力还是局部阻力都处于变化之中 因此 它的阻力与定床阻力不同 称之为动床阻力 其综合糙率系数将不再是一个常数 4 什么是河床演变 影响河床演变有哪些主要因素 河流内部矛盾的发展和外在条件的变化都可能使输沙平衡遭到破坏 从而使河床变形得以 持续进行 这就是河床演变的基本原理 对实际工程有重要影响的泥沙输运问题一般其时 间尺度都限于百年以内 从而流域内的气候 地形 植被 岩性可视为确定的自变量 河 流沿程地质构造的升降运动可以忽略 侵蚀基准面 内陆湖泊水面 海平面 也可视为是