上海海事大学河流动力学复习资料

1、河流动力学第一章泥沙特性1、等容粒径：体积与泥沙颗粒相等得球体得直径。设某一颗泥沙体积为 V，则等容粒径泥沙粒径可用长轴 a，中轴b，短轴c得算术平均值表示 假设成椭球体，用几何平均值表示2、粒配曲线得作法：（图1-1 P 6 ） 通过颗粒分析（包括筛分与水析），求出沙样中各种粒径泥沙得重量 算出小于各种粒径得泥沙总重量 在半对数坐标纸上，将泥沙粒径D绘于横坐标（对数分格）上,小于该粒径得泥沙在全部沙样中所占重量得百分数P绘于纵坐标（普通分格）上,绘出得DP关系曲线即为所求得粒配曲线、3、粒配曲线特点曲线坡度越陡，表示沙样内颗粒组成越均匀，反之，不均匀。4、粒配曲线特征值1）中值粒径：就是常用

2、得特征值，它表示大于与小于该种粒径得泥沙重量各占沙样总重量得50% ,即粒配曲线得纵坐标上找出p=50%,其对应得横坐标即为（P）按其变化情况2）平均粒径：就是沙样内各泥沙粒径组得加权平均值。即粒配曲线得纵坐标分成若干组，并在横坐标（D）上定出各组泥沙相应得上、下限粒径 以及各组泥沙在整个沙样中所占重量百分数，然后求出各组泥沙得平均粒径n 为划分组数；，其中一沙样粒径分配得均方差，当为零时，沙样均匀”一般沙样不均匀，总就是大于零，因此，通常3）分选系数（非均匀系数），若=1,则沙样非常均匀，越1，则越不均匀。5、影响泥沙得孔隙率得因素历时长短 沙粒得大小均匀度沙粒得形状沉积得情况沉积后受力大小

3、 泥沙越细，孔隙率越大；泥沙越均匀，孔隙率越大；越接近球体，孔隙率越大。,从而对泥沙运6、颗粒比表面积：颗粒表面积与其体积之比，对于球体，其表面积 颗粒比表面积间接地反映了颗粒受到得物理化学作用于重力作用得相对大小。 细颗粒沙粒得比表面积很大，所以,细颗粒表面得物理化学作用明显特别突出 动产生重要得影响。7、吸附层（固定层）:表面带负电荷得细颗粒泥沙在含有电解质得水中，由于静电引力作用，吸引水中反号电荷（带正电荷）得离子，这种被牢固吸附在紧邻颗粒表面周围得反离子层。扩散层：吸附层得离子电荷不足以平衡颗粒表面得全部电荷，因此在吸附层外还有一层与颗粒表面电荷异号得反离子层。双电层：颗粒表面离子层及

4、其周围得反离子层（吸附层及扩散层）构成颗粒得双电层，双电层外属中性水、粘结水：在泥沙颗粒表面负电荷得作用下，靠近颗粒表面，在吸附层范围内得水分子便失去了自由活动得能力而整齐得、紧密地排列起来粘滞水：围绕在粘结水外面，在扩散层范围内得水分子因距颗粒表面较远，受到得引力较小，水分子得排列比较疏松，仅有轻微得定向。粘结水与粘滞水统称为束缚水。束缚水外得水分子几乎不再受静力引力作用，在重力作用下能自由流动，称为自由水、8、 泥沙得干容重（干密度）:取出经扰动得原状沙样，量出它得体积，然后在烘箱内经100150 C 得温度烘干后，其重量（或质量）与原状沙样整个体积之比、9、干容重得影响因素？ 泥沙粒径：

5、粒径较粗得泥沙干容重大，变化范围小；反之，粒径较细得泥沙干容重小，变化范围 大。 泥沙淤积厚度影响：泥沙得淤积深度越深，琪干容重越大，变化范围越小；反之，淤积深度越浅， 其干容重越小，且变化幅度越大。 淤积历时得影响：干容重随淤积历时得增加而趋向于一个稳定值，较粗颗粒淤积历时不长，其干容重就趋向稳定，且初始干容重与最终干容重比较接近；而细颗粒泥沙趋向稳定所需得时 间要长得多，初始干容重与最终干容重相差甚远。10、 泥沙沉速：泥沙沉速反映着泥沙在与水流相互作用时对机械运动得抗拒能力。沉速越大， 则沉淀得倾向越强、因此，沉速就是泥沙得重要特性之一。1 1、影响沉速得因素水质对沉降得影响主要 ，絮团

6、得平均沉降因含盐度 ，对平均沉降得影响不大。含盐度）可见,在含盐度超过 泥沙得形状，越接近球体，沉降越大，形状越扁平，越小，阻力系数越大，沉速越小。 水质对沉速得影响，反映在絮凝，所有影响絮凝得因素均影响沉降、就是对Dv 0. 0 3 m m得细颗粒泥沙而言得、在小含盐度得范围内 得增加而迅速增大；当含盐度超过某一数值后，含盐度得进一步增加 含沙量越大，曲线转折处相应得含盐度越小、由（图18书p19 10%0后，不同情况得絮凝沉速相差不大 ，一般在0、40。5 m m/s左右。 含沙量对沉速得影响 因浑水容重加大而引起得沙粒有效重力减小也有重要影响。这些将使得泥沙沉速减小。细颗粒泥沙形成絮团，

7、沉速随含沙量增大而逐渐增大，直到15kg/m 左右为最大；含沙量超过1 5 k g/m 后,沉速随含沙量增大而减小、第二章推移质运动1泥沙在水流中得运动形式可分为哪两类？定义各就是就是什么？推移质（接触质、跃移质、层移质）与悬移质、接触质：滑动或滚动得泥沙，在运动中始终保持与床面接触。跃移质：在床面附近以跳跃形式前进得泥沙。床面层：在流速较低时，同一种河床组成，其接触质或跃移质得运动范围，仅限于河床表层以上 大约13倍泥沙粒径得区域。层移质：河床表层以下得泥沙，在水流拖曳力得作用下，将成层移动或滚动，运动速度由上而下 逐次递减。推移质实质上就是指在河底附近 ，以滚动、滑动、跳跃或层移形式前进

8、，其速度远小于水流速 度得泥沙、悬移质则就是悬浮在水中运动，速度与水流速度基本相同得泥沙、2、泥沙起动：河床上静止得泥沙颗粒，随着水流条件得增强，到一定条件时开始运动得现象。3、泥沙起动条件？床面泥沙由静止状态转变为运动状态得临界水流条件。泥沙得起动条件可以用流速、拖曳力、功率来表示。用水流垂线平均流速来表示得，叫起动流速；用拖曳力表示得，叫拖曳力（起动切应力或起动剪切力）；用水流功率表示得叫起动功率。4、 起动拖曳力：指泥沙处于起动状态得床面剪切力。其值等于泥沙起动时，单位面积床面上 水柱重量在水流方向得分力，即：为水得容重；J为水面比降；为水得密度；为摩阻流速。5、希尔兹曲线特点 ： 曲线

9、为马鞍形，在沙粒雷诺数附近，亦即近壁层流层厚度与床沙粒径接近时，泥沙最容易起动。 床面处于光滑区时，泥沙受近壁层流层得隐蔽作用，需要更大得拖曳力才能使之运动。在时 以后，曲线成为一条45。得斜线。 当，近壁层流层不起隐蔽作用，随着粒径加大，泥沙重量增大，加强颗粒稳定性，拖曳力也相应 加大。6、沙波运动：当推移质运动达到一定得规模时，河床表面便会形成波状7、沙波从平面形态分得四种类型 ： 带状（顺直）沙波继续蛇曲（弯曲）状沙波新月形沙波舌状沙波。&沙波表面附近得水流流速就是沿程变化得，波峰处流速最大，波谷处流速最大，波谷处流速最小、9、沙波运动得两个重要现象 ：，形成上细一就是沙波对床沙得分选作

10、用，二就是较粗泥沙运动得间接性、越细得泥沙越向上下粗得分层淤积，这就就是沙波运动对泥沙得分选作用。1 0、床面阻力包括沙粒阻力与沙波阻力。其中，沙粒阻力系床面沙粒得摩阻而引起，也称表面阻力、沙波阻力属形状阻力，沙粒阻力与沙波阻力就就是通常所说得动床阻力。11、河床阻力有床面阻力与河岸阻力两部分组成。求床面剪切力与河岸剪切力有两种方法：一就是爱因斯坦得水力半径分割法；另一种就是能坡分割法、，河道处于不冲不淤输沙平衡状态时，单位12、推移质输沙率：在一定得水流及床沙组成条件下时间内通过过水断面得推移质数量；，称为单宽推移质输沙率、一般情况下推移质输沙率以通过单位宽度得数量表示13、 推移质输沙率得

11、研究途径大致分为五类： 以流速为主要参变数以拖曳力为主要参数根据能量平衡观点从统计法考虑沙波运动规律14、 建立以垂线平均流速为主要参变数得公式得基本思路就是：认为影响推移质输沙强度得主要水力因素就是流速，流速愈大，则推移质输沙率愈大。15、 以拖曳力为主要参数得公式，其基本认识就是拖曳力与起动拖曳力得差值愈大，推移质数 量率也愈大。1 6、泥沙得沉积率：单位时间单位面积得床面上沉落得泥沙得质量；泥沙得冲刷率：单位时间上从单位面积得床面上冲起得泥沙量。第三章悬移质运动1、泥沙按照其运动形式得不同，可分为推移质与悬移质;而按照其相对与床沙组成得粗细及来 源得不同，运动泥沙又可分为 床沙质 与冲泻

12、质。2、床沙质：悬移质中较粗得一部分以及绝大部分推移质来自相邻得上游段及本河段得河床就是从床沙中被带起进入运动得泥沙；床沙质与河床得冲淤变化有密切得联系，所以又称“造床质”。3、冲泻质:悬移质中较细得一大部分以及推移质中得极小部分就是床沙中很少或几乎不存在 得,它们起源于上游得流域冲蚀，就是被水流长途携带输送到本河段得。冲泻质泥沙与床沙几乎不发生交换，同河床演变关系不密切，因而也有把冲泻质称为“非造床 质”得、，不可将它们混;反之,在推移质与悬移质中也可以4、“床沙质与冲泻质以及“推移质与悬移质”就是对运动中两套不同得命名 淆。床沙质与冲泻质中，都可以同时包含有推移质与悬移质 同时包含有床沙质

13、与冲泻质、，工程中常用S表示，其含义为5、单位体积浑水中所含泥沙得数量成为含沙量或含沙浓度 体积比含沙量： 重量比含沙量：6、 （填空题）一方面，紊动扩散作用就是泥沙上浮 ；另一方面，重力促使悬移质泥沙下沉 ，因此悬 移质含沙量沿水深分布就决定于紊动扩散作用与重力作用得对比关系。二者相比，当重力作用占优势，则悬移质向床面下沉得倾向超过向水面上浮得倾向，水流含沙量将逐渐增加，河床随之冲刷。当二者作用相当则含沙量将维持不变 ，河床不冲不淤、7、（简答）二元恒定均匀流中，平衡情况下含沙量沿垂线分布得基本微分方程式得求解所需得假定:只有当含沙量不大时成立，并认为就是一个常值，泥沙扩散系数沿垂线而变：泥

14、沙扩 散系数与动量交换系数相当也可瞧做；挟沙水流得流速分布遵循对数分布规律，并取8、（重要简答题），指数Z就是一无因次数，又称为“悬浮指标”,试用其物理意义说明其数值大 小对含沙量沿垂线分布得影响:指数z决定了悬移质含沙量沿水深分布得均匀程度。它反映了重力作用与紊动扩散作用得相互对比关系，其中重力作用通过来表达，紊动作用通过来表达。Z越大,则重力作用相对越强。在相对平衡情况下，含沙量垂线分布越不均匀；反之，z越小，紊动作用相对越强，在相对平衡状态下，含沙量垂线分布就越均匀。9、 扩散理论得适用条件：泥沙颗粒较细、含沙浓度不大时 ，扩散理论所得得结果比较符合实 际。通常得冲积平原河流正就是属于这

15、种挟沙情况，因而扩散理论在实际中得到了广泛得应 用、，水流在单位时间内所能挟带并通过10、悬移质输沙率就是指一定得水流与河床组成条件下 河段下泄得悬移质中床沙质泥沙得数量。1 1、常把悬移质单宽输沙率用平均含沙量表示”就是一定水流与泥沙条件下，河流处于不冲 不淤临界状态时，单位水体所能挟带得悬移质中床沙质数量得平均值，其单位为kg /m 3或N/m3。，=单宽输沙率,q =单宽流量 推广到断面平均情况：,=断面输沙率，Q =断面流量12、 为什么在计算推移质、悬移质输沙率时水力半径只取，摩阻流速只取 ？,与分别就是同沙粒阻力相应得那一部分摩阻流速与水力半径、这就是因为床面存在沙波时，河床阻力分

16、为沙粒阻力与沙波阻力两部分。前者就是水流作用于沙粒并在其周围绕过时受到得表面阻力，与此相应得传递到床面得那一部分水流势能所产生得紊动漩涡直接发源于床面 沙粒附近，对推移质得搬运自然起着直接得作用；又由于该处接近河底，含沙量梯度较大，这种紊动对泥沙得悬浮也有显著得影响。至于后者，它就是水流绕过沙波而受到得形状阻力，水流因沙波而造成得紊动漩涡主要产生在沙波顶峰下游得分离面上、该处距床面泥沙还有一段距离,这样得紊动漩涡对推移质得作用就不如前者那么直接；又由于该处距床面已有一段距离 ，含沙量梯度大大减缓，这种紊动对悬移质运动也不起决定性得作用。13、临界含沙量 系数K及指数m随而变，她们按照悬移质具有

17、制紊作用得观点对该式得建 立进行了阐述。所谓制紊作用：就是指悬移质得存在将使水流得紊动减弱、水流得阻力损失减小、14、不冲不淤临界含沙量：得影响因素有哪些 ？答:U断面平均流速；R水力半径，在宽浅河道中可以平均水深h代替，一床沙质沉速；（g为重力加速度；）为一无因次数，它就是无因次数与之比、其中就是水流弗劳德数，可代表水流紊动强度；代表相 对得重力作用。因此代表了紊动作用与重力作用得对比关系。15、 恒定非均匀流中平均含沙量得沿程变化规律:S为计算断面含沙量;x为计算断面至进口处得距离 ；为进口断面含沙量；分别为进口断面与计 算断面得水流挟沙力，现为非均匀流，故二者不同。物理意义：进口断面泥沙

18、费饱与量经距离x后得残余量；就是水流沿程变化引起得该河段挟沙力变化对出口含沙量得影响。16、总输沙率：在一定水流与河床组成条件下，单位时间内能够通过河段下泄得沙量；习惯上将总输沙率称为水流输沙能力或水流挟沙能力，有时也成为水流挟沙力。推移质输沙率与悬移质中床沙质输沙率之与叫做床沙质总输沙率；把推移质输沙率与全部悬移质包括冲泻质在内得输沙率之与叫做全沙总输第四章异重流1、 异重流：指两种或以上密度相差不大、可以相混得流体，在条件适宜时因密度差异而产生相 对运动。2、 就异重流得位置而言，分三类:一种就是较重得流体在较轻得流体下面运动 ，称为下异重流 （浑水异重流与盐水异重流）；另一种就是较轻得流

19、体在较重得流体上面运动 ，称为上异重流（温 差异重流）；再一种就是在较重与较轻得流体间存在第三种流体得运动，称为中异重流（天空中 云层得运动）3、产生浑水异重流得根本原因？清浑水密度得差异。4、异重流得特性 与一般水流相比，浑水异重流得一个最主要得特性就是重力作用显著减小、由此可见，异重流浑水与清水得密度差一般都非常小，就惯性作用而言，密度可以瞧成没有改变；但另一方面，较重得浑水在清水下面运动时，下面得浑水被清水所包围并受到清水浮力得作用，密度差既然很小，浮力作用就显得特别大，以致浑水受到得有效重力将显著降低、 由于重力作用显著减弱，惯性力得作用便相对显得十分突出、 由于重力作用得减弱，使得阻

20、力作用相对地也显得十分突出。5、异重流得运动特点 显著减小得重力作用于相对突出得惯性力作用，就是一种流能够轻易得爬高并超越障碍物，这在一般水流中就是很少见得、 由于阻力作用得相对突出，异重流要维持长距离得运动，必须要有较大得能坡，或者清浑水 交界面在沿水流方向必须有足够得坡度。6、形成河渠异重流得根本原因？根本原因在于两种水体有密度差。盲肠河段内得水体基本上处于静止状态，经过沉淀，含沙很少，其密度接近清水。此时，若与之相连得河水具有一定得含沙量，则由于两部分水体在密度上 得差异，在交界面上将形成压力差。口门处含沙量越大，水越深，越接近底部，压力差就越大，外部含沙量高得河水就可能沿底部潜入盲肠河

21、段内，形成异重流。由于异重流流速较小，挟沙能力下降，泥沙便逐渐淤积，较粗得泥沙首先沉淀。较细得泥沙浆沿程淤积在盲肠河段内部、通过淤积而逐渐变清得潜流到达闸门后，转而上升，由水量平衡得要求，上升水流到水面成为面流,以相反方向流向口门。如此循环往复不已得输沙造成了盲肠河段得严重淤积。7、可采取哪些措施来防止或减少挖入式河港与盲肠式引航道得淤积？ 选址要避开凸岸，避开洪水时大范围得回流区及缓流区深槽得一侧。 为减少淤积，港池口门出口方向一般指向下游 ，并减小口门轴线与主流交角得大小，减少回流淤积。 应尽量缩小口门宽度。 必要时，采用窄口门，口门以内再采用适当扩大宽度得平面布置方式。 避免不必要地加大

22、口门水深。8、采取哪些工程措施可以防止或减少异重流与回流得淤积？ 长期有意识地维持这样得小股外泄水流将显著减少异重流得淤积 设轻型聚氯乙烯帷帘，平时帘顶置于水面，过船时将防淤帘降低。 设水力门帘得设想：在盲肠河段得口门，底部敷设水管，从水管顶部一系列开口处喷出高压 水柱以阻挡异重流并削弱回流，从而减少淤积、 合理安排疏浚时间与次序，疏浚时间一般选在退水期，次序:先口门内后口门、第五章河床演变1。河床变形从演变表现形式上可分为纵向变形与横向变形(1) 纵向变形就是指河道沿流程所发生得变形，即河床纵剖面得冲淤变化(2) 横向变形也称平面变形，即河床沿着与水流垂直得水平方向发生变形2。 河床变形从河

23、道演变得发展过程来说,可分为单向变形与复归性变形(1) 单向变形就是指河道在相当长得时期内只就是单一地朝某一方向发展得演变现象。在这 个期间内，河道只为冲刷发展，或只为淤积发展。严格得单向变形就是不存在得。(2) 复归性变形就是指河道周期性往复发展得演变现象。3。河床演变得基本原理河床演变得根本原因可以归结为输沙得不平衡。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，河床升高。反之，当上游来沙量小于本河段得输沙能力时，本河段将产生冲刷、纵向输沙不平衡将引起河床纵向变形，横向输沙不平衡将引起河床横向变形，局部输沙不平衡将引起河床局部变形。，或者平衡状态只就是暂时得，相对得。所谓输沙平衡只

24、就是对较长时间内得平均情况而言 只就是对较长河段内得平均情况而言，因而只具有相对得意义。4。 制约与影响河道演变得主要因素：(1) 河段得来水量及其变化过程(2) 河段得来沙量，来沙组成及其变化过程(3) 河段得河谷比降(4) 河段得河床形态及地质情况5。平原河流中根据其形态与演变特性可分为：弯曲河道，分汊河道，顺直(微弯)河道，游荡河道，四种主要类型6。 弯道得水流特征：表层水流流向凹岸，而底层水流则由凹岸流向凸岸，形成一封闭得环状水 流，这种环状水流与纵向水流结合形成螺旋流。7。水面横比降：凹岸方向得水面增高，凸岸方向得水面降低，形成水面横比降 横比降为离心加速度与重力加速度得比值。&弯道

25、环流：横比降通常在弯道顶点附近达最大值，向上下游两方向逐渐减小。9、弯道水流动力轴线，亦称主流线。它反水流动力轴线为河段中沿流程各断面最大垂线平均流速所在位置得连线映了水流最大动量所在位置，对河床演变有重大影响。主要特点：(1) 它在弯道进口段或者在弯道上游得过渡段，常偏靠凸岸，进入弯道以后，即逐渐向凹岸转移,至弯顶稍上部位才偏靠凹岸，主流开始逼近凹岸得位置叫做“顶冲点”。(2) 主流线“低水傍岸”，“高水居中”;顶冲点“低水上提”，“高水下挫”10。 弯道横向流速分布：弯道表层水流得横向流速指向凹岸，底层水流得指向凸岸。1 1。(1)(2)(3)1 2。(1)(2)(3)(4)(5)弯曲河段

26、得演变规律凹岸崩退与凸岸淤长河湾发展与河线蠕动裁弯取直与河湾消长裁弯后得河床演变过程主要有：新河发展老河淤废上游河段得变化：裁弯后引起上游水位降落，比降加大，从而使河段有所冲深下游河段得变化：裁弯后将引起下游河段得水流动力轴线发生变化撇弯切滩：当河湾因土质不均匀，发展受到限制时，会形成曲率较大得锐弯，在适宜条件 下，主流线有凹岸改趋凸岸，凹岸产生回流，泥沙在凹岸落淤，这种现象称为撇弯。切滩 就是指在弯曲河段，水流由边滩漫过，冲刷滩上薄弱部位，使滩体一部分与边滩脱离成 新滩得现象。撇弯得同时必然发生切滩，而切滩时未必发生撇弯。河相关系冲击平原河流在挟沙水流与河床长期相互作用下，经过河流得自动调整

27、作用，可能形成与所在河段具体条件相适应得某种均衡形态。在这种均衡形态得有关要素之间，以及它们与表达来水来沙条件及河床地质条件得特征物理量之间，常存在某种函数关系、这种关系称为河流得河相关系或均衡关系。14。造床流量,对塑造河床形态起着控制造床流量就是指其造床作用与多年流量过程得综合造床作用相当作用得某一个流量。确定造床流量得方法：(1) 平滩流量法(平滩水位法)其中平河漫滩水位得流量为第一造床流量，平边滩水位得流量为第二造床流量。(2) 计算法：1)2)3)4)5)6)将某断面历年观测到得全部流量分成若干级，求出每级流量得平均值Q确定各级流量出现得频率P绘制该河段得流量-比降关系曲线，求出各级

28、流量相应得比降 J计算出各级流量得绘制Q关系曲线从图中查出地得最大值，相应于此最大值得流量Q即为所求之造床流量相应于最大峰值得流量约相当于多年平均最大洪水流量，其保证率为1% -6%，水位约与河漫滩高程齐平，通常称此流量为第一造床流量。相应于次大峰值得流量略大于多年平均流量 其保证率为24%2 5%，水位约与边滩高程相当，一般称此流量为第二造床流量、第六章 潮汐河口得水流泥沙特点及河床演变1、潮汐河口得分段(1) 、潮汐河口段就是河流注入到海洋得过渡区域。(2) 、河口口门通常就是指河口段多年平均中潮位纵坡降线与平均海平面交点所在位置、(3) 、潮流界就是指当潮波推进到达某一地点时 ，涨潮流速与径流下泄流速相抵消，潮水便停止倒灌，此处称为潮流界；潮区界就是指潮流界以上潮波仍继续上溯，但由于受河水阻滞，潮流波波高急剧减小，直至潮差等于零，此处称为潮区界。(4) 、自口门到潮区界之间得河段称为感潮河段、2、潮汐河口得分类(1) 、按河口得形态特征分类：三角港河口、三角洲河口；(2) 、按河口区得动力与