河流动力学复习 - 图文

第一章 绪论

1、河流动力学是什么样的学科？主要研究什么？

答：河流动力学是研究河道水流、泥沙运动、河床演变规律及其应用的学科。主要研究内容包括：①水流结构：研究水流内部运动特征及运动要素的空间分布；②泥沙运动：研究泥沙冲刷、搬运和堆积的机理；③河床演变：研究河流的河床形态、演变规律以及人为干扰引起的再造床过程。（由一条河流从表层到底部记忆，水流——泥沙——河床） 2、河流动力学的鲜明特点：半经验半理论 3、河流动力学的应用？

答：①港口选址论证；②航道整治；③排除修建水利枢纽的不利影响

第二章 水流的紊动

1、紊流的特性

答：①即使在流量不变的情况下，流场中任意一点的流速和压力也随时间呈不规则的脉动；②紊流具有扩散性 2、如何判断紊流的发生？

答：通过雷诺数进行判断。Re<2000左右，属层流；Re在10000~12000时，进入紊流范围 3、紊流发生的分类

答：①水流很快流过固体边界，边界是静止的，水流是运动的；②两种不同流速的液体相接触，在接触面上的流速梯度也产生漩涡；③水流绕过物体或物体在静水中运动时，在物体背面，水流发生分离而产生漩涡。

5、紊动切应力如何产生？主要内容？ 答

6、流速分布公式实际应用注意问题？

答：①天然河道Ks（明渠水流周界上的粗糙突起高度）难以直接测量。采用实测的方法来确定，即测出水槽的流速分布及u*值，再求出Ks；无法实测则查阅书册确定；②流速分布曲线原点对于不同床面不同

第三章 泥沙特性

1、孔隙率？

答：孔隙率是泥沙中孔隙的容积占沙样总容积的百分比 2、比表面积含义

答：颗粒表面积与其体积之比 3、双电层现象？粘结水？粘滞水？

答：水中（电解质中）离子吸附在泥沙表面和泥沙表面分子离解使泥沙颗粒表面带有负电荷，负电荷将吸引水中正电荷的离子形成吸附层。吸附层的离子不足以平衡颗粒电荷，继续吸附异号电荷形成扩散层，这就是双电层现象。

粘结水：在泥沙颗粒表面负电荷的作用下，靠近颗粒表面，在吸附层范围内的水分子失去自由活动的能力，整齐、紧密排列，这部分被称为粘结水。

粘滞水：围绕在粘结水外面，受到引力较小，排列较疏松的这部分水被称为粘滞水 4、什么是淤泥？絮凝现象？絮团沉速的影响因素

答：粒径小于0.03mm，沉积后，经历液体、粘性体或固体等阶段，固结过程可延续多年的泥沙。

泥沙在一定条件下彼此聚合的过程叫作絮凝。 影响因素：①泥沙形状；②水质；③含沙量 5、泥沙干容重？影响因素？

答：指除去水分后的沙样重量（或质量）与沙样体积之比。

影响因素：①泥沙粒径：颗粒越细其值越小，变幅越大；②泥沙淤积厚度：淤积深度越深干容重越大，变幅越小；③淤积历时：随着淤积历时的增加而增加，且变化较大，达到一定时间后趋于稳定。 6、沉速定义及条件

答：单颗粒在无限大静止清水中匀速沉降的速度。下沉原因：重力作用；所受阻力：水流对颗粒的阻力；与泥沙颗粒粗细有关。

7、泥沙颗粒沉降过程中为什么要对绕流流态进行划分？如何划分？ 答：

通过沙粒雷诺数进行划分。ReD??D/?。①ReD<0.5，绕流状态属层流；②ReD>1000，绕流状态属紊流；③ReD介于0.5~1000，属过渡状态。

8、推导泥沙颗粒沉速公式过程中，半经验半理论体现在什么地方？ 答：理论：分析球体受力，得到结构公式；经验：阻力系数由实验确定。

9、细颗粒泥沙在某海域发生絮凝（含盐度大于10%）的沉速？ 答：一般在0.4~0.5mm/s左右

第四章 推移质运动

1、什么是推移质、悬移质？本质区别？能否相互转化？

答：推移质：在河底附近，以滚动、滑动、跳跃或层移形式前进，其速度远小于水流速度的泥沙；悬移质：悬浮于水中，并在水流方向与水流以同样速度前进的泥沙。

推移质与悬移质间的差别：①运动规律不同：受力不同；运动速度不同；②能量来源不同：推移质直接消耗水流的机械能；悬移质仅消耗水流的紊动动能；③对河床作用不同。 可以相互转化。

2、无粘性均匀沙起动流速公式推导过程？起动拖曳力推导思路？ 答：

①滚动：思路：泥沙所受力对于某点力矩平衡

过程：颗粒所受的力：使其运动的力：水流推移力FD、水流的上举力FL

抗拒运动的力：泥沙的有效重力W

FD?CDa1D?22u02g、FL?CLa2D?22u02g、W?a3(?s??)D3

K1DFD?K2DFL?K3DWu0c?

?1/22K3a3K1CDa1?K2CLa2??S???gD、u0c???S???gD

②滑动：思路：泥沙颗粒受力平衡

过程：颗粒所受的力：使其运动的力：水流推移力FD、水流的上举力FL

抗拒运动的力：泥沙的有效重力W

作业题

利用起动底速和对数或指数流速分布公式，将起动底速转化为起动拖曳力。 3、临界粒径及产生原因？不同粒径泥沙起动时水流和粒径之间的关系？

答：存在某一粒径，大于该粒径时：粒径越大，越难起动；小于该粒径时：粒径越小，越难起动。

产生的原因：①近壁层流层对细颗粒泥沙的隐蔽作用；②细颗粒泥沙之间粘结力的作用 大于临界粒径的泥沙，随着粒径的增大，需要更强的水流才能起动；小于临界粒径的泥沙，随着粒径的减小，越难起动。

4、推导起动流速时，粗颗粒和细颗粒泥沙有何差别？如何考虑？ 答：细颗粒泥沙需要考虑束缚水，因为其存在双电层现象。 5、泥沙起动判别标准

答： 定性标准：Kramer方法；定量标准：窦国仁方法 Krammer方法：定性标准。最常用的方法 具体内容：无泥沙运动：静止

轻微的泥沙运动：个别动，可数 中等强度泥沙运动：少量动，不可计数 普遍的泥沙运动：普遍动，床面变形

6、非均匀沙和均匀沙相比那个更容易起动？

答：非均匀沙中较细泥沙受较粗泥沙的保护而较均匀沙相应粒径难于起动；相反非均匀沙中较粗泥沙暴露于床面而较均匀沙相应粒径容易起动。 7、沙波运动中水流与泥沙各有什么特点？

答：水流运动：①波峰处流速大，波谷处流速小；②水流越过波峰后，常发生离解，产生平轴漩涡在漩涡上下出现两个流速为零的停滞点。在两停滞点范围内，沙波表面附近的流速与主流速相反。

泥沙运动：水流流速大的地方泥沙运动快，反之慢。流速正的地方泥沙向下游输移，反之上游输移。沙波迎水面泥沙运动逐渐加快，波峰最大；背水面越过漩涡区，进入波谷区，沉积。总体来说，泥沙受水流冲刷向下游移动，越过坡顶开始扩散，在背水面沉积。最终导致沙波向下游推进。

8、什么是沙波？两个重要现象？对床沙的分选作用？

答：沙波运动：推移质运动达到一定规模，床面起伏，泥沙颗粒在床面的集体运动。 重要现象：①沙波对床沙有分选作用；②较粗泥沙运动的间歇性

分选作用：泥沙沿迎水面越过沙波峰顶后，在重力作用下，其中较粗的泥沙落到谷底，细的泥沙随漩涡的负流背水面向上游运动，越细的泥沙越向上，形成上细下粗的淤积。 9、静平整、动平整的区别与相似点？

答：静平整：流速小于起动流速，泥沙不动，床面平整

动平整：沙垄发展到一定程度，水流进一步增大，沙垄峰后漩涡越来越大，卷入的泥沙不一定落到背水坡，一般落到距坡脚较远的地方；此外，越过漩涡进入下一个迎水面的泥沙越来越多，最终导致沙垄消亡，河床平整。 10、冲击河流阻力的组成

答：床面阻力、河岸或边壁阻力、河槽形态阻力、人工建筑物的局部阻力等组成 11、床面阻力组成

答：泥沙阻力、沙坡阻力和泥沙运动附加阻力 12、指数阻力公式中A与什么因素有关？ 答：床沙粒配、形状及排列状况

13、什么是推移质输沙率？为什么使用单宽输沙率？

答：一定水流及床沙组成条件下，河道处于不冲不淤输沙平衡状态时，单位时间内通过过水断面的推移质数量称为推移质输沙率。一般用通过单位宽度的推移质数量表示，即单宽输沙率。

14、推移质输沙率与流速之间的关系，举例说明 答：输沙率大约与流速的3~4次方成比例

15、梅耶彼得公式中n?的作用，为什么要加这个系数？ 答：

16、爱因斯坦的基本认识，推导输沙率的思路

答：①河床表面的泥沙及运动的推移质组成了一个不可分割的整体，它们之间存在着不断的交换；②从泥沙运动的随机性出发，应该用统计学的观点来讨论大量泥沙颗粒在一定水流条件下的运动过程，而不是研究某一或某几个颗粒；③任何泥沙被带起的概率，决定于泥沙的性质和周围床面附近的流态，与其历史无关；④使泥沙运动的作用力主要是上举力，当瞬时上举力大于泥沙颗粒在水中的重量时，床面沙粒就进入到运动状态。一定的沙粒，在床面各处起动概率相同；⑤沙粒存在一个单步距离，仅取决于沙粒的大小及形状；⑥沙粒完成一个单步距离后，只要水流条件不满足其继续运动，沙里就会沉落。沙粒在床面各处沉落概率一样。

输沙平衡状态下，泥沙的沉积率和冲刷率相等，得到泥沙冲刷外移概率p和推移质运动强度

?（直接与gb有关）的关系。其中冲刷外移概率p与水流强度参数有关。

17、根据能量平衡建立的公式有哪几种？ 答：拜格诺公式，窦国仁公式 18、窦国仁推导推移质输沙率的思路 答:输沙平衡状态下，

n?单位床面输送推移质功率：K?0(U?U'c),k输沙效率系数,床面面积：1D2,m4n1泥沙颗粒数，m泥沙平面密实系数能量平衡：K?0(U?U'c)n1?2?3D＝D??S???n2vsm46n2从考察范围移走的泥沙颗粒数，vs移走时的速度n2vs?K?0(U?U'c)n1?2Dm4泥沙平衡：n2vs＝n3?,n3??n2vs??6D3??S???n1?2Dm4泥沙平衡：n2vs＝n3?,n3??1?K?0(U?U'c)??6D3??S???由此可得：ms?n3?6D3n1?2KmDDm4进而假设：gb＝?submsKmD??sK1UmsKmD，ub?K1U最后可得：gb?K0?K?0111(U?U'c)?KmD??S???

?S?S???0?U?Uc??U?19、推移质公式的比较

答：低强度时较为接近，高强度时差别较大

第五章 悬移质运动

1、床沙质、冲泻质的区别，如何区分？

答：床沙质：悬移质中较粗部分，绝大部分推移质来自相邻的上游河段，或本段河床 特点：造床质，与河床有交换，输沙能力与水流条件具有明确关系，冲淤变化 冲泻质：悬移质中较细部分，极小部分推移质起源于上游流域冲蚀

特点：非造床质，与河床没有交换，输沙能力与水流条件没有明确关系，处于次饱和状态 如何区分床沙质和冲泻质？①利用悬移质和床沙级配曲线；②取床沙级配曲线中的D5为划分界限。

2、扩散理论主要推导思路、基本假设

答：重力作用下下沉的泥沙和紊动扩散上浮的泥沙相同（单位面积时间）。基本假设：?m与悬移质扩散系数?y相等。

3、悬移质含沙量沿水深分布公式，悬浮指标的含义

S?h?ya???：悬浮指标反映了反应了重力作用与紊动答：劳斯公式：???,z?Sa?yh?a??U*作用间的对比：z小，紊动作用强，含沙量沿垂线分布均匀；z大，重力作用大，含沙量沿

垂线分布不均匀；z=5作为悬浮临界判别值 4、悬浮指标计算值与理论值的比较

答：实测值z1与理论值z有一定差别。z较小时：两者相近；z较大时：两者差异较大。z1

6、悬移质输沙率如何定义，挟沙能力与实际输沙率有何关系？

答：悬移质输沙率是指一定的水流与河床组成条件下，水流在单位时间内所能挟带并通过河段下泄的悬移质中床沙质泥沙的数量。

实际输沙和挟沙能力：两者通常是有差异的；前者大：超饱和状态，淤积；前者小：次饱和状态，冲刷；悬移质输沙率：不冲不淤，水流处于饱和。 7、爱因斯坦推导悬移质输沙率公式中最重要的一点。

答：爱因斯坦认为推移质集中在床面层范围内运动，悬移质在床面层以上的主流区运动。既然泥沙浓度沿垂线的变化是连续的，床面层顶端的泥沙浓度就应该等于悬移质的临底含沙量Sa，这样就可以在Sa与推移质输沙率之间建立联系。

8、武汉水院推导悬移质输沙率公式中表达挟沙能力与流速的关系，举例说明 答：

9、根据张瑞瑾公式，判断发生淤积的细颗粒与粗颗粒泥沙分别在哪淤积？ 答：

10、张瑞瑾公式的观点

答：提出了制紊的观点：悬移质的存在将使水流的紊动减弱，水流的阻力损失减小。

z11、拜格诺公式的观点，与其他公式的不同？

答：维持悬移质运动需作功，消耗水流势能。与武汉水院观点相左。 12、有几种输沙率，该怎样区分？

答：推移质输沙率、悬移质输沙率、床沙质总输沙率、全沙总输沙率

在一定水流与河床组成条件下，单位时间内能通过河段下泄的沙量称为总输沙率 推移质输沙率与悬移质中床沙质输沙率之和称为床沙质总输沙率 推移质输沙率与包括冲泻质在内的输沙率之和称为全沙输沙率 13、计算床沙质输沙率的公式思路

答：爱因斯坦公式、拜格诺公式：推移质输沙率与悬移质输沙率之和

第六章 异重流

1、什么叫作异重流？分哪几种类型？举例

答：两种密度相差不大、可以相混的液体，在条件适宜时因密度差异而产生的相对运动，各层流体在运动中基本保持原来的面貌，即使在交界面上有紊动也不会发生混合。 按位置分类：3种情况：

下异重流：较重的流体在较轻的流体下面运动。浑水异重流和盐水异重流 上异重流：较轻的流体在较重的流体上面运动。温差异重流

中异重流：在较重和较轻流体间存在第三种流体的运动。天空中云层的运动 2、异重流产生原因

答：清浑水密度的差异是产生浑水异重流的根本原因 3、异重流的受力特性是什么？为什么？

答：最主要的特性：浑水异重流的重力作用显著减少

原因分析：浑、清水密度差小：含沙量的较大变化只能引起浑水密度较小变化；密度差小：浮力大，有效重力小。

4、异重流最显著的运动特征？为什么？

答：最主要的特性：①惯性力相对突出，翻越障碍物；②阻力相对突出，维持运动要较大能坡

原因分析：重力作用显著减小，使得惯性力和阻力作用相对突出

第七章 河床演变

1、河床演变的两个反馈系统？

答：①水流挟带泥沙，泥沙的存在又影响水流结构；②水流作用于河床，河床变形，河床形态又影响水流。

2、河床变形分为哪几种？

答：①长期变形与短期变形；②大范围变形和局部变形；③纵向变形和横向变形；④单向变形和复归性变形；⑤自然变形和人工干扰变形

3、河床演变基本原理

答：根本原因：输沙的不平衡。

上游来沙量大于本河段输沙能力?本河段淤积 上游来沙量小于本河段输沙能力?本河段冲刷 纵向输沙不平衡?河床的纵向变形 横向输沙不平衡?河床的横向变形 4、影响河床演变的因素

答：①河段的来水量及其过程；②河段的来沙量、来沙组成及其变化过程；③河段的河谷比降；④河段的河床形态及地质情况。①②平原河流主导，③④山区河流主导 5、平原河流按形态和演变特征分为哪几个类型？ 答：顺直，弯曲，分汊，游荡

6、与山区河流相比，平原河流水流特征有什么特点？

答：山区河流水流特征：①洪峰暴涨暴落；②流量水位变幅大；③中水历时不长

平原河流水流特征：①坡度平缓，土壤疏松?径流系数小，汇流时间长；②汇水面积大，降雨不均?洪水缓涨缓落；③水流流态平稳；④流速较小 7、顺直、游荡型河段特点

答：顺直：①中水河床比较顺直或略有弯曲；②河床两岸常有犬牙交错的边滩

游荡：①河身宽浅，沙滩密布，汊道众多，水流散乱 8、弯曲河道横降面上的水流特征

答：凹岸水面增高，凸岸水面降低。表层横向流速指向凹岸，底层横向流速指向凸岸 9、弯道环流如何形成？

答：弯道单位水柱所受离心力从水面到河底逐渐减小；而水面横降比产生压力差从水面到河底均匀分布。两者合力呈表层指向凹岸、底层指向凸岸的形态，形成横向环流。 10、弯曲型河段悬移质如何运动，为什么？

答：①横向环流：上凹，下凸；②含沙量：上稀下浓?凹清凸浑 11、弯曲型河段演变特点，为什么会凹冲凸淤？

答：产生的原因：横向环流＋含沙分布。由于横向输沙不平衡，泥沙的横向净输沙量总是朝弯道的凸岸方向，因而凹岸不断受到冲刷后退形成陡岸深槽，相应的凸岸不断被淤积前进形成平缓边滩。

12、弯道动力轴线枯季、洪季有什么变化？顶冲点如何变化？ 答：洪水取直，枯水挫弯。高水下挫，枯水上提。 13、分汊型河道河床演变

答：①洲滩的移动和分合；②汊道的交替兴衰；③河岸的崩坍和弯曲 14、河相关系定义、类型

答：河流的河槽形态要素（河宽、水深及比降）与水流（流量、流速）、泥沙（含沙量、粒径）因素之间常常存在某种函数关系，通常称之为河相关系。 类型：①沿程河相关系；②断面河相关系；③平面河相关系 15、造床流量定义，哪几种计算方法？

答：造床流量是指其造床作用与多年流量过程的综合造床作用相当，对塑造河床形态起着控制作用的某一流量。 平摊流量法；计算法

第八章 潮汐河口演变

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