17河流动力学

1、第13章 泥沙运动的基本原理,13.1 概述 河流泥沙 水库泥沙 港口海岸泥沙 河流泥沙的来源 地表冲蚀（根源） 河床冲起,黄河泥沙,水土流失,13.2 河流泥沙的分类及其运动形式,一泥沙在静水中的沉降速度 由13章绕流阻力公式 本身重力 二者平衡得：,泥沙颗粒下沉时的阻力,层流区：粘滞力作用，只受表面力。 过渡区：表面阻力与形状阻力同时考虑。 紊流区：由于边界层的分离，主要是形状阻力。,二 影响沉速的因素,泥沙形状： 对于同一几何平均直径d，形状越扁平， 阻力系数越大，沉速越小。 水质：（絮凝现象） 颗粒吸附作用 颗粒的电化学作用 水的电化学作用 含沙量： 一般比清水时为小。,13.3 推移

2、质运动,一 基本概念 推移质：沿河床间歇性运动的较粗颗粒泥 沙。（底沙） 悬移质：在水中浮游前进的较小颗粒泥沙。（悬沙） 为悬沙 注意： 一方面推移质与悬移质有不同的运动状态，在运动中遵循不 同的力学规律，另一方面，推移质与悬移质又不是可以截然 划分、彼此毫无联系的。,二 泥沙的起动,1 泥沙起动的物理图形 受力分析： 推移力 上举力 重力 W,滑动条件： 滚动条件： 临界力矩平衡,2 起动流速,沙莫夫：c=1.14,三 沙波运动,当推移质运动达到一定的规模，河床表面便形成起伏状的沙波(或称沙浪)。沙波运动是推移质运动的主要形式。,沙波运动图形,沙波的应流坡面，属于冲刷区。由于这个区域里沙波表

3、面附近的流速是沿程递增的，故就这个区域的任何一处来说，来沙量将小于去沙量，引而发生冲刷。沙波的背流坡面，属于淤积区。这个区域为平轴环流所占领，泥沙基本只进不出，故迅速淤高。沙波迎流面冲刷、背流面淤积的综合结果，形成整个沙波向下游 “爬行”的运动趋势,四 推移质输沙率,1 切应力(拖曳力)公式 2 流速公式 3 能量公式 4 概率公式,13.4 悬移质运动,悬移质：在水中浮游前进的较小颗粒泥沙 悬移质之所以能够在水中浮游前进，实现其远距离输移，主要是重力作用与紊动扩散作用二者相结合的结果。悬移质的整个运动过程，就是紊动扩散作用与重力作用相互斗争的过程。当重力作用超过紊动扩散作用而居于主导地位时，

4、悬移质向河底下沉的倾向胜过向水面上浮的倾向，则水流中的含沙量将逐渐减少，整个过程表现为淤积。反之，当紊动扩散作用超过重力作用而居于主导地位，同时河床又系由可以冲刷的物质所组成时，悬移质向水面上浮的倾向胜过向河底下沉的倾向，则水流中的含沙量将逐渐增加，整个过程表现为冲刷。如果紊动扩散作用与重力作用处于暂时的相持状态，悬移质上浮下沉的倾向大致相当，则水流中的含沙量将暂时保持基本不变，而出现大体上不冲不淤的相对平衡状态。,水流挟沙力,泥沙连续性方程,在dt时段内流入和流出的泥沙量之差等于dx距离内河床的冲淤量。,13.5 异重流,异重流的定义： 两种或两种以上的流体互相接触，重率有一定但是较小的差异

5、，如果其中一种流体沿着交界面的方向运动，在交界面以及其它特殊的局部处所，虽然不同流体间可能有一定程度的掺混现象发生，但是整个来说，在运动过程中不会出现全局性的掺混现象，这种流动叫异重流。,自然界异重流的例子,大气中云的运动 风沙、雪的奔驰 河流入海处淡水和咸水的分界 热电厂冷却池冷热水分界 广义上，水在空气下面的流动，似乎也叫异重流，但二者重率差异较大，不能称为异重流。,异重流头部交界面与清水掺混情况,异重流抵达坝前，动能转化为位能，瞬时排沙。,异重流潜入界限,异重流潜入点,13.6 水库泥沙,13.1 概述 只要水位升高，就会发生泥沙的大量淤积。因为水位升高、流速减慢，挟沙能力降低。 水库淤

6、积引起的问题： 兴利库容和防洪库容损失，综合效益降低； 淤积上延引起淹没与浸没； 变动回水区冲淤对航运的影响； 坝前淤积对船闸、引航道、水轮机、引水口的影 响； 坝下游河床变形，河床下切； 下泄水流水质改善，同时加重库区污染。泥沙吸附污染物 质。,13.2 水库淤积的形态,13.2.1 水库淤积形态的分类及特性 三角洲形态 一般出现在坝前水位较稳定、壅水较高且具有一定回水长度的水库。 锥形淤积体 一般在壅水低、回水短、含沙量高或颗粒很细的水库出现。所有水库淤积的平衡后的终极形态就是锥形淤积体。 带状淤积体 出现在坝前水位变幅很大、致使变动回水区很长的水库。带状淤积体与水库淤积特性相悖，很难长时间维持，一般在淤积的最初阶段出现。,13.2.2 影响淤积形态的主要因素,库区地形：湖泊形多以三角洲形态，河道形 则为带状或锥状，还有二者间的。 来水量、来沙量、沙的组成： 水库运用方式：拦洪、蓄清排浑、滞洪： 水库泄流规模和泄