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：体积与砂土粒子相等的球体的直径。如果设某砂土的体积为v，则为等容粒径砂土粒径可以用长轴a、中轴b、短轴c算术平均值表示假设椭球体，用几何平均值表示2 .粒配曲线的做法：(图1-1 p6)通过粒子分析(包括筛分和水析)，求出砂样中各种粒径的砂土的重量计算各粒径以下的砂土总重量在半对数坐标纸上，将砂土粒径d标绘在横轴(对数分格)上，将比该粒径小的砂土在全砂样中所占的重量的百分率p标绘在纵轴(普通分格)上，是求出所标绘的Dp的关系曲线的粒配曲线。3、粒配曲线的特征曲线梯度越陡，表示砂样内的粒子组成越均匀，相反越不均匀。4 .晶粒梯度曲线的特征量1 )中值粒径：

2、比该粒径大的砂土重量和小的砂土重量占砂样总重量的50%，即从粒配曲线的纵轴发现p=50%，其对应的横轴为2 )平均粒径：砂样内各砂粒径群的加权平均值。 即，粒配曲线的纵坐标(p )根据其变化状况分为几组，横轴(d )规定了与各组的砂土对应的上下限粒径及各组砂土在各组砂试样整体中所占的重量百分率，求出各组的砂土的平均粒径n-分割群数其中砂样粒径分配的平均方差为如果为零，则沙样均匀，一般沙样不均匀，总是大于零，因此通常3 )分选系数(不均匀系数)如果=1，则砂样非常均匀，越是1越不均匀。5 .影响泥沙孔隙率的因素砂粒的大小均匀度砂粒的形状堆积时堆积后受力的大小经时长度土砂越细空隙率越大土砂越均匀，

3、气孔率越大越接近球体，空隙率越大。6 .粒子比表面积：粒子表面积与其体积之比，球体的表面积粒子的比表面积间接地反映了粒子受到的物理化学作用对重力作用的相对大小。由于微粒砂粒的比表面积大，微粒表面的物理化学作用显着，对砂土运动有重要影响。7 .吸附层(固定层):表面带负电荷的微粒砂土在含有电解质的水中，通过静电引力的作用吸引水中的反向电荷(带正电荷)的离子，这样就牢固地吸附在粒子表面附近的反离子层上。扩散层：吸附层的离子电荷不足以平衡粒子表面的所有电荷，因此吸附层外有与粒子表面电荷不同的反离子层。双电层：粒子表面的离子层及其周围的反离子层(吸附层及扩散层)构成粒子的双电层，双电层外为中性水。粘结

4、水：由于砂土粒子表面的负电荷的作用，接近粒子表面时，吸附层范围内的水分子失去自由运动的能力，整齐地排列粘滞水：包围粘接水外，由于扩散层范围内的水分子远离粒子表面，所以受到的引力小，水分子的排列比较稀疏，只有很少的取向。粘合水和粘性水统称为凝结水。 在凝结水之外的水分子几乎不受静力引力的作用，能够在重力的作用下自由流动，被称为自由水。8 .砂土的干容重量(干密度):取出混乱的原砂样，测量其体积，在烘箱内在100150的温度下干燥后，其重量(或质量)与原砂样整体的体积之比。9、干容重量的影响因素是？土砂粒径：粒径粗的土砂的干容大，变化范围小，相反，粒径细的土砂的干容重量小，变化范围大。泥沙沉积厚度

5、的影响：泥沙沉积深度越深，奇干容积越大，变化范围越小，相反，沉积深度越浅，其干容重量越小，变化幅度越大。沉积持续时间的影响：干体积重随沉积持续时间的增加趋向稳定值，粗粒子的沉积持续时间不长，干体积重趋向稳定，初始干体积重较接近最终干体积重，而微粒砂土稳定所需时间长，初始干体积重与最终干体积重差异相当大。10、砂土沉降速度：砂土沉降速度反映了砂土与水流相互作用时对机械运动的抵抗力。 沉降速度越大，沉淀的倾向越强。 因此，沉降速度是泥沙的重要特性之一。11 .影响下沉速度的因素砂土的形状越接近球体，沉降越大，形状越扁平，越小阻力系数越大，沉降速度越小。水质对沉降速度的影响反映在凝聚中，影响凝聚的因

6、素都影响沉降。 水质对沉降的影响主要是对D0.03mm的细粒砂土来说。 在含有小盐分的范围内，絮凝物的平均沉降随着含盐量的增加而急速增大，盐分含量超过某一数值时，盐分含量进一步增加，对平均沉降的影响小。 砂含量越大，与曲线折返处对应的盐分含量越小。 (图1-8书含有p19盐分)可知，盐分含量超过10时，根据情况的不同，凝聚沉降速度的差异不大，一般为0.40.5mm/s左右。含沙量对沉陷速度的影响；混水容积的增大对砂粒的有效重力的减少也有重要的影响。 这些会减少砂土的沉降速度。微粒砂土形成絮状物，沉降速度随含沙量的增大而逐渐增大，15kg/m3左右最大的含沙量超过15kg/m3时，沉降速度随含沙

7、量的增大而减少。第二章推移质量运动1 .水流中泥沙的运动形式可分为哪两类？ 各自的定义是什么？推移质(接触质、跳跃质、层移动质)和悬浊质。接触质量：折动或滚动的砂土在运动中始终与床面接触。跳跃质：在床面附近以跳跃形式前进的砂土。床面层：流速低时，在同一种河床组成下，其接触质量或跳跃质量的运动范围仅限于河床表层以上约13倍的砂土粒径区域。层移质：河床表层以下的泥沙，在水流的拖曳力的作用下使层移动或滚动，运动速度从上到下逐渐减少。推移质是指实质上在河底附近以滚动、折动、跳跃或层移动的形式前进，其速度远小于水流速度的泥沙。悬浮质在水中浮动，是与水流速度几乎相同速度的泥沙。2、土砂起动：河床上静止的土

8、砂粒子随着水流条件的增强，在一定条件下开始运动的现象。3、砂土起动条件地面泥沙从静止状态向运动状态变化的临界水流条件。砂土的起动条件可以用流速、拖曳力、动力来表示。 由水流垂线的平均流速表示，由称为起动流速的拖曳力表示，称为拖曳力(起动剪应力或起动剪应力)，称为由水流功率表示的起动功率。4 .启动拖曳力：指砂土处于启动状态的地面剪断力。 其值与砂土起动时单位面积地面上水柱重量的水流方向的分力相等由于水的容积，j是水面比下降的水的密度。摩擦阻力流速。5、希尔斯曲线特征：曲线为鞍形，砂粒雷诺数附近，即近壁层流层的厚度接近床砂粒径时，砂土最容易起动。床面处于光滑区域时，砂土受到近壁层流层的隐蔽作用，

9、需要更大的拖曳力才能运动。 从那时起，曲线为45斜线。近壁层流层没有隐蔽作用，随着粒径的增大，砂土重量增大，粒子的稳定性增强，与此相应拖曳力也增大。6、沙波运动：演变质运动达到一定规模后，河床表面呈波状7 .沙波从平面形态分为四种类型：带状(顺直)砂波继续蛇曲(弯曲)状砂波月牙形砂波舌状砂波。8、沙波表面附近的水流流速随行程变化，山处流速最大，山谷处流速最大，山谷处流速最小。9 .沙波运动的两个重要现象：一是沙波对床沙的筛选作用，二是粗沙运动的间接性。 越细的砂土越向上，越细的下面越堆积粗的层，这就是砂波运动对砂土的筛选作用。10 .地面阻力包括砂粒阻力和砂波阻力。 其中，砂粒阻力是由地面砂粒

10、的摩擦阻力引起的，也称为表面阻力。 沙波阻力是形状阻力，沙粒阻力和沙波阻力一般称为动床阻力。11、河床阻力由地面阻力和河岸阻力两部分组成。求床面剪切力和河岸剪切力有两种方法：一种是爱因斯坦的水力半径分割法，另一种是能量梯度分割法。12、推移质输沙率：在一定的水流及床沙组成条件下，河道处于不流沙的平衡状态时，单位时间内通过过水断面的推移质的数量一般推移质输沙率用通过单位宽度的数表示，称为单幅推移质输沙率。13、推移质输沙率的研究途径大致可分为5种以流速为主的残奥表；以拖曳力为主的残奥表；从能量平衡的观点；从统一修正法考虑沙波运动规律14 .建立以垂线平均流速为主要残奥仪表的公式的基本思路如下影响

11、推移质输沙强度的主要水力因素是流速，可以认为流速越大，推移质输沙率越大。15 .把拖曳力作为主要的残奥表的式子，基本认识到拖曳力和起动拖曳力的差越大推移质数量率也越大。16 .泥沙堆积率：单位时间内单位面积地面沉降的泥沙质量砂土的清洗率：每单位时间从每单位面积的地面上推起的砂土量。第三章悬浮质运动1、砂土根据其运动形式可分为推移质和悬浊质根据其相对床砂组成的粗细和由来，运动砂土可分为床砂质和拉肚子质。2、床砂质：悬浮质中粗的部分和大部分的推移质来自相邻的上游段和本河段的河床，由床砂带来的土砂即床砂质与河床的冲淤变化有着密切的关系，因此也称为“造床质”。3、冲泻质：悬浮质中的细小部分和推移质中的

12、极少一部分在床沙中很少或几乎不存在。 它们从上游流域的侵蚀开始，被水流长久地运送到本河段。流潟质土砂几乎不与床砂交换，与河床的变迁没有密切的关系，所以有时也将流潟质称为“非造床质”。4、“床沙质和冲泻质”及“推移质和悬浮质”是运动中两个不同的命名，不能混淆。 床砂质和拉肚子质可以同时含有推移质和悬浊质，相反，推移质和悬浊质也可以同时含有床砂质和冲泻质。5 .每单位体积的混水中含有的砂土量为含砂量或含砂浓度，在工序中多用s表示，其含义如下体积比砂含量：重量比砂含量：6、(填埋问题)另一方面，有序扩散作用是泥沙上浮，而重力促进悬浮质泥沙沉降，因此悬浮质泥沙含量取决于沿水深分布有序扩散作用与重力作用

13、的对比关系。 与两者相比，当重力作用占优势时，悬浮质下沉趋势超过水面上浮趋势，水流含沙量逐渐增加，河床被冲刷。 两者的作用相当的话砂含量不变，河床不被冲走。7、(简单回答)二元恒定均匀流中，平衡下沙含量沿垂线分布的基本微分方程解决所需的假设：仅在沙含量不大时成立，可视为恒定值，沙土扩散系数沿垂线变化沙土扩散系数可视为相当于动量交换系数夹沙水流的流速分布为对数8、(重要简单解答)，指数z是无因次数，也称为“悬浮指标”，试验其物理意义，说明其数值大小对沿砂含量垂线分布的影响：指数z确定悬浮质沿砂含量水深分布的均匀度。 反映了重力作用与有序扩散作用的对比关系，其中重力作用是通过表现，有序动作是通过表

14、现。 z越大，重力作用相对越强。 相对平衡时，砂含量的垂线分布越不均匀，相反，z越小，工作越有序，因此相对强，相对平衡状态下砂含量的垂线分布变得均匀。9、扩散理论的适用条件：当泥沙颗粒细小、含沙浓度不大时，扩散理论得到的结果比较符合实际。 由于普通冲积平原河流就是这种挟沙情况，扩散理论在实际中得到了广泛应用。10、悬浮质输沙率是指在一定的水流和河床构成条件下，水流单位时间内通过河段泄漏的悬浮质中床砂质土砂量。11、常用平均含砂量表示悬浮质单幅输砂率，在一定的水流和泥沙条件下，当河流处于不冲淤临界状态时，单位水体能够夹持的悬浮质中床砂质量的平均值，其单位为kg/m或N/m。=单幅输沙率，q=单幅

15、流量展开为截面平均时：=截面送砂率，Q=截面流量12 .为什么在修正推移质、悬浮质的输砂率时，只取水力半径，只取摩擦阻力流速？分别是对应于砂粒阻力的部分的摩擦阻力流速和水力半径。 因为当地面上存在沙波时，河床阻力可分为沙粒阻力和沙波阻力。 前者是水流作用于沙粒，在其周围旋转时受到的表面阻力，与此相应地，传递到地面的水流势能所产生的有序涡流直接从地面沙粒的附近产生，直接作用于推移质的搬运，此外，由于此处接近河底，所以沙含量的梯度大，该有序也适用于沙粒的漂浮关于后者，水流是绕过沙波而受到的形状阻力，水流因沙波而有序地涡旋主要发生在沙波的顶上下游的分离面上。 这里离床面的泥沙还有一段距离，这种有序的

16、旋涡对推移质的作用不像前者那样直接，而且，因为这里离床面有一段距离，所以沙含量的梯度大幅度缓和，这种有序对悬浮质运动也起不到决定性的作用。13 .临界含砂量系数k及指数m随之变化，他们从悬浮质有序作用的观点出发对该式的建立进行了描述。整齐的作用是指悬浮质的存在减弱水流的整齐运动，减少水流的阻力损失。14、冲临界含砂量：的影响因素是什么？a:u-截面平均流速r-水力半径可以在宽浅河道中置换为平均水深h，-地砂质沉降速度(参照g-重力加速度)因为没有原因的次数，所以和没有原因的次数相比。 其中有水流倒数，表示可以表示水流秩序强度的相对重力作用。 因此，表现了与为了有序地动作的重力作用的对比关系。1

17、5、一定非一流中平均含沙量的边缘变化规律：s是修正截面的砂含量的x是修正截面到入口的距离的进口截面的砂含量分别是入口截面和修正截面的水流夹砂力，现在是不一流的，因此两者不同。物理意义：进口断面泥沙费饱和量经过距离x后的剩馀量水流沿路变化引起的河段挟沙力变化对出口含沙量的影响。16、总输沙率：在一定的水流和河床组成条件下，单位时间内可通过河段泄漏的砂量习惯于将总送砂率称为水流送砂能力或水流挟砂能力，有时也成为水流挟砂力。推移质送砂率和悬浊质中的床砂质送砂率的和称为床砂质总送砂率的推移质的送砂率和包含全悬浊质的冲潟质的送砂率的和称为全砂总送砂率。第四章异重流1 .异重流：指两种以上的密度差不大，可以混合的流体，条件适当时，由于密度差而产生相对运动。关于异重流的位置，分为3种。 一种是重流体在轻流体下运动，称为下异重流(混水异重流和盐水异重流)，另一种是轻流体在重流体上运动，称为上异重流(温差重流)，另一种是重流体和轻流体之间存在第三流体的运动，称为中异重流(天空云的运动)3 .混