河流动力学第二次作业
1、
试证明起动流速公式
1/6
c
H
U
d
?
=?
?
与Shields起动拖曳力
公式
()
c
s
U d
f
r r d
τ
ν
*
??
= ?
-??
所表达的规律相同（式中K为沙粒雷诺数
U d
ν
*的函数）。
2、某水库下泻清水，其下游河道将发生冲刷。在下泻流量为500
米3/秒，河宽200米，过水断面面积为500米2，泥沙平均粒径为5.5毫米的条件下，河床将冲深多少？
3、设在地面比降为0.0001，糙率为0.02，物质组成为1.8毫米的
冲击土上开挖一条输送清水的渠道，输送流量5米3/秒，水的运动粘滞系数ν＝10-6米2/秒，假定两岸将进行护岸，断面可保持矩形，如要求渠道保持稳定，应选定多大的断面？（提示：起动条件可按shields曲线估算）
4、起动流速、止动流速和扬动流速三者有何其别？存在那些问
题？
（0）河流动力学概念:研究冲积河流在自然状态下以及受人工建筑物影响以后河道水流、泥沙运动规律和河床演变规律及其应用的学科。 主要研究内容: 水流结构：研究水流内部运动特征及运动要素的空间分布; 泥沙运动：研究泥沙冲刷、搬运和堆积的机理; 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; 河床变形预测：研究预测水流、泥沙运动及河床冲淤演变的方法. 研究方法: 理论分析, 室内试验,现场观测，数值计算 （1）河道水流的基本特性：河道水流的二相特性；河道水流的三维性；河道水流的不恒定性；河道水流的不均匀性 河道水流的水流结构：主流，副流，环流 二维明渠流速的分布规律：1.直线层，也成粘滞底层，切应力只有粘滞切力，流速按直线分布2.过渡层，粘滞切力与紊动切力同时存在，流动是层流和紊流的过渡区，该层没有统一的流速分布公式，近似按直线层或对数层公式计算3.对数层，切应力主要是紊动切应力，流速按对数分布4外层区.在对数层以上到水面的区间，切力主要是紊动力，流速分布常以缺速公式表示，故也称缺速区。流速分布要受上部边界影响，与边壁糙率也有一定关系。 河道水流阻力分解图：见ppt1 76页 明渠二维流的阻力损失表达方式：见ppt1 77页 （3）按运动状态分，泥沙的运动形式有：（床沙），推移质、悬移质 泥沙交换现象： 推移质泥沙运动特点：间歇性、置换性、速度小、跳跃性、数量少、消耗时均能量 悬移质泥沙运动特点：速度大、悬浮性、置换性、数量多、消耗紊动能 冲泄质：河流挟带的泥沙中粒径较细的部分，且在河床中数量很少或基本不存在的泥沙。 床沙质：河流挟带的泥沙中粒径较粗的部分，且在河床中大量存在的泥沙。 两者主要区别：1.前者是非造床质泥沙，后者是造床质。2.前者粒径较小，后者粒径较大3.前者在水流中的含量不仅取决于水流条件，还与河段上游流域供沙条件有关。 推移质~悬移质与床沙质~冲泄质命名的区别：前者按运动方式分；后者按造床作用、颗粒大小和泥沙来源分。 异重流：两种或两种以上的流体相互接触，而流体间有一定的但是较小的重度（密度）差异，如果其中一种流体沿着交界面的方向流动，在流动过程中不与其它流体发生全局性的掺混现象的运动。 异重流主要特征：（1）异重流的重度差很小，重力作用小，惯性作用大（2）具有翻越障碍以及爬高的能力 （5）泥沙悬浮机理：含沙量具有上稀下浓的沿垂线梯度。 泥沙悬浮扩散理论：基于泥沙颗粒在紊流中随机运动来求解泥沙浓度垂向分布的理论 重力理论：挟带悬移质的水流在运动过程中要消耗能量。所消耗能量分为两部分，一部分用于克服边界的阻力；另一部分用于维持悬移质的悬浮。重力理论的观点认为，悬移质的比重一般比水大得多，要使它在水里不下沉，水流必须对它做功以维持悬浮，即水流必须为此而消耗能量。 推求悬移质含沙量沿垂线分布规律有哪些方法：1.Rouse 公式2. 张瑞瑾公式3重力理论——维利卡诺夫公。. Rouse 方程及其中悬浮指标Z 的意义和如何计算：z a a h a y y h S S ??? ? ??-?-=，*=kU z ω，实际代表了重力作用与紊动扩散作用的相互关系
河流动力学概论(清华版)习题 第二章 1. 等容粒径、筛分粒径、沉降粒径的定义各是什么？为什么筛析法得到的泥沙颗粒粒径接近于它的等容粒径？ 答： （1）等容粒径为与泥沙颗粒体积相同的球体直径。如果泥沙颗粒的重量W 和容重γs （或体积V ）可以测定，则其等容粒径可按下式计算： 113 3 66n s V W D ππγ????== ? ????? （2）如果泥沙颗粒较细，不能用称重或体积法确定等容粒径时，一般可以采用筛析法确定 其筛分粒径。设颗粒最后停留在孔径为D 1的筛网上，此前通过了孔径为D 2的筛网，则可以确定颗粒的粒径范围为D 1＜D ＜D 2。 （3）对于粒径小于0.1 mm 的细砂，由于各种原因难以用筛析法确定其粒径，而必须用水析法测量颗粒在静水中的沉速，然后按照球体粒径与沉速的关系式，求出与泥沙颗粒密谋相同、沉速相等的球体直径，作为泥沙颗粒的沉降粒径。 （4）对形状不规则的泥沙颗粒，可以量测出其互相垂直的长、中、短三轴，以a ，b ，c 表示。可以设想颗粒是以通过中轴筛孔的，因此筛析所得到的颗粒的中轴长度b 。对粒径较粗的天然泥沙的几何形状作统计分析，结果可以表达如下式： ()13 b ab c = 即中轴长度接近（实测结果为略大于）三轴的几何平均值。如果把颗粒视为椭球体，则其体积为 6 V abc π = 等容粒径为 ()11 3 36n V D abc π??== ??? 因此，如果上述各假设成立，则筛析法所得到的泥沙颗粒粒径（颗粒恰好通过的孔径）接近于它的等到容粒径。 2. 100号筛的孔径是多少毫米？当泥沙粒径小于多少毫米时就必须用水析法做粒径分析？ 答：查表2-2知100号筛的孔径是0.149 mm ，当泥沙粒径小于0.1 mm 时就必须用水析法做粒径分析。 3. 什么是颗粒的形状系数？ 答：有时采用形状系数（shape factor ）来综合表示颗粒形状特点，定义如下： SF = 4. 密度、容重、干容重在概念上有什么区别？ 答：
长沙理工大学试卷标准答案 课程名称：河流动力学试卷编号：09 闭卷部分 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： （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： （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， z a a h a y y H s s ?? ? ? ? ? - - = ] 答案：s=8.17kg/m3；（5分） y大于或等于2.76 m。（5分） 开卷部分 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： （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
河流动力学-复习题
泥沙特性 粒径：就是体积与泥沙颗粒相等的球体的直径。 粒配曲线的特点、参数、作法: 沙样的平均粒径D m 是沙样内各泥沙粒径组的加权平均值。 横坐标D 粒径，纵坐标P 百分数。 作法：将粒配曲线的纵坐标p 按变化情况分成若干组，并在横坐标D 上定出各组泥沙相应的上、下限粒径D max 和D min 以及 各组泥沙在整个沙样中所占的重量百分比p 。 D ∑ ∑ ==??=n i i n i i i m P P D 11 分选系数S 125 75≥=D D o 泥沙中孔隙的容积占沙样总容积的百分比称为孔隙率。 比表面积就是颗粒表面积与体积之比。 颗粒比表面积间接地反映了颗粒受到的物理化学作用与重力作用的相对大小。 颗粒表面离子层及周围的反离子层（吸附层及扩散层）构成颗粒的双电子层。 细颗粒泥沙在一定条件下彼此聚合的过程叫做絮凝。 影响絮凝的因素：粒径、电解质价位、含沙量、含盐量。 取未经扰动的原状沙样，量出它的体积，然后在烘箱内经100-105度的温度烘干后，其重量（或质量）与原状沙样整个体积之比，称为泥沙的干容重或干密度。 单颗粒泥沙在无限大静止清水水体中匀速下沉时的速度称为泥沙的沉降速度。单位cm/s 推移质运动
滑动或滚动的泥沙，在运动中始终保持与床面接触叫做接触质。 在床面附近以跳跃形式前进的泥沙叫做跃移质。 悬浮在水中运动，速度与水流速度基本相同的泥沙叫做悬移质。 河床上静止的泥沙颗粒，随着水流条件的增强，到一定条件时开始运动，这种现象称为泥沙的起动。 床面泥沙由静止状态转变为运动状态的临界水流条件就是泥沙的起动条件。可用流速、拖曳力或功率表示。用水流垂线平均流速来表示叫起动流速。 起动拖曳力是指泥沙处于起动状态的床面剪切力。2 *U hJ o ργτ== 泥沙颗粒由运动状态转变为静止状态的临界垂线平均流速叫止动流速。 U C C KU =,岗卡0.71 窦、沙0.83 扬动流速是床面泥沙由静止直接转入悬移状态的临界垂线平均流速。 沙波形态的四种类型：带状(顺直)沙波、断续蛇曲（弯曲）状沙波、新月形沙波、舌状沙波 沙波运动两现象：一是沙波对床沙的分选作用，二是较粗泥沙运动的间歇性。 沙波表面附近的水流流速是沿程变化的，波峰处流速最大，波谷处流速最小。 床面阻力包括沙粒阻力和沙波阻力。沙粒阻力系床面沙粒阻力的摩阻而引起也称为表面阻力。沙波阻力属形状阻力，使迎水面与背水面产生压力差而引起。 沙粒阻力与沙波阻力就是动床阻力。 一定的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，以G b 表示。 推移质输沙率分五类：以流速为主要参变数、以拖曳力为主要参变数、根据能量平衡观点、从统计法则考虑以及按沙波运行规律来分析。
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。
２００６—２００７学年度第１学期 2004级水利水电工程专业 《河流动力学》课程试卷 注意事项：1. 考生务必将自己姓名、学号、专业名称写在指定位置； 2. 密封线和装订线内不准答题。 一、填空题：（每小空1分，共20分） １．河流动力学是研究冲积河流在以及所发生的变化和发展规律的一门科学。 ２．动床情况下，作用于河底的床面阻力一般包括和 两种。其中，只有一部分对沙波的形成（也即对推移质的运动）直接起作用，这就是所谓的。 ３．Froude数是明渠水流在某特定断面上的和 的对比，决定了水流的流态。 ４．推移质运动可以分为、 及三种。悬移质运动可以分为和 两种。
５．要研究泥沙运动规律，首先应了解泥沙的基本特性，它包括： 、 及 ，此外，还有对于细颗粒泥沙而言的 ，和对于粘性土壤而言的 。 ６．河流中运动着的泥沙，根据其运动状态的不同，可以分为 、 及 三种运动形式。 二、判断题：（每小题2分，共10分） １．河流的变化和发展是水流与河床相互作用的结果。 ( ) ２．利用筛析法所得的泥沙颗粒粒径接近于它的等容粒径。 ( ) ３．泥沙的水下摩擦系数对分散颗粒而言，一般随着粒径的减小而减小。( ) ４．泥沙颗粒在静水中下沉时，其周围水体的绕流状态与沙粒的雷诺数Re D 有关。 ( ) ５．所有的泥沙颗粒都以一定的转移概率分别经历推移质、悬移质和床沙这三种运 动形式。 ( ) 三、名词解释：（每小题5分，共25分） １．中值粒径D 50：
２．泥沙的孔隙率： ３．泥沙的沉速： ４．比表面积： ５．稳定渠道最优断面： 四、简答题：（每小题10分，共20分）１．试述在泥沙的沉降过程中，绕流的状态及其判别方式。 ２．试述推移质和悬移质之间在物理本质上的区别。
09-10学年第二学期《河流动力学》复习题 1.泥沙运动在河床演变中有什么作用？ 2.泥沙粒径有那些表达形式？ 3.何为泥沙干容重？它受哪些因素的影响？泥沙干容重与粒径、埋深的关系如何？ 4.试分析粒配曲线上沙样组成的相对均匀程度？ 5.比表面积指什么？它有何重要意义？ 6.什么是双电层与结合水？双电层的厚度与液体中反离子浓度有何关系，对絮凝有何影响？ 7.何谓粘结水、粘滞水和自由水？其特性如何？ 8.泥沙沉速在层流、紊流、过渡区中的计算公式有何不同？如何判别这三种绕流状态？ 9.什么是絮凝现象？影响絮团沉速的因素有哪些？ 10.泥沙的水下休止角指什么？影响泥沙水下休止角的因素有哪些？ 11.什么是泥沙的沉速？球体沉速与等容泥沙的沉速是否相同？为什么？ 12.何谓泥沙的起动流速？何谓泥沙的起动条件？ 13.按运动状态的不同，泥沙运动的形式有哪几种，和水流强度的关系怎样？ 14.何谓止动流速？它和起动流速有何关系？何谓扬动流速？ 15.张瑞瑾关于粘结力形成的观点如何？ 16.简述单颗粒泥沙沉降时不同运动状态下的运动特定和受力特点。 17.随着水流强度的增加，沙波经历哪些发展阶段？ 18.按运动状态的不同，泥沙运动的形式有哪几种？和水流强度的关系怎样？其中推移质多以哪种运动形 式出现？ 19.推移质和悬移质有何区别？它们是如何进行交换的？ 20.何谓推移质输沙率？可以从哪些途径去进行研究，各种研究途径的基本思路如何？ 21.何谓泥沙的起动条件？怎样表示泥沙的起动条件？如何判别床面泥沙是否起动？ 22.希尔兹曲线有何特点？希尔兹数的表达式如何？ 23.何谓泥沙的止动流速与扬动流速？它们和起动流速有何关系？ 24.沙波按平面形态可分为哪些类型？ 25.试分析说明沙波的运动机理。随着水流强度的增强，沙波经历哪些发展阶段？河道中为什么会产生沙 波？ 26.何谓动床阻力？它和定床阻力有何不同？如何划分床面与河岸阻力及沙粒与沙波阻力？沙粒阻力与沙 波阻力在泥沙运动中的作用如何？ 27.何谓推移质的输沙率？可以从哪些途径去进行研究，各种研究途径的基本思路如何？ 28.爱因斯坦推移质输沙率理论有何特点？ 29.历次作业题及测试题。 30.比较以垂线平均流速为主要参变数的推移质输沙率公式的特点。 31.重力作用和紊动扩散作用在泥沙运动中的作用如何？写出重力作用引起的下沉的泥沙量和紊动扩散作 用引起的上浮的泥沙量的数学表达式。 32.紊动扩散作用的影响因素有哪些？重力作用和紊动扩散作用的对比关系对悬移质含沙量沿水深分布的
《河流动力学》复习题 一、课件中讲述的名词 顶冲点，含沙量，粒径，中值粒径，泥沙干容重，泥沙水下休止角，体积含沙量，，沉速，絮凝现象，比表面积，悬移质，推移质，床沙，高含沙水流，异重流，泥沙起动，起动条件，起动流速，起动拖曳力，粘结力，床面层，shields数，接触质、跃移质，沙波，沙粒阻力，沙波阻力，动床阻力，泥沙起动标准，止动流速，扬动流速，推移质输沙率，推移质单宽输沙率，紊动扩散作用，床沙质，冲泻质，水流挟沙力，饱和输沙，超饱和输沙，次饱和输沙，非饱和输沙，不平衡输沙，平衡输沙，悬浮指标， 河床演变，单向变形，复归性变形，河床的自动调整作用，泥沙成型堆积体，河道节点，副流，侵蚀基点，河相关系，造床流量，平滩水位，环流强度，环流旋度，环流相对强度，水流动力轴线，河势，自然裁弯，撇弯，切滩，江心洲，耦合解、非耦合解，正态模型、变态模型，变率，相似理论基本原理，相似转换。 二、课后思考题 1、如何分析粒配曲线上沙样组成的相对均匀程度？ 2、水利工程中一般把泥沙分为哪几类？ 3、泥沙粒径有几种测量方法，各适用于哪种情况？ 4、何谓泥沙干密度？干密度主要与哪些因素有关，它们是如何影响干密度大小的？ 5、何谓泥沙水下休止角？其影响因素如何？ 6、有一卵石，d=0.1m，从水深h=10m的水面抛入水中，水的流速U=1m/s，若不考虑动水流动的影响，求卵石沉到河底的水平距离？ 7、什么是泥沙的沉速？球体沉速与等容泥沙的沉速是否相同？为什么？ 8、试比较岗恰洛夫、沙玉清、张瑞瑾的泥沙沉速公式，说明在层流、紊流、过渡区中泥沙沉速的计算公式有何不同？如何判别层流、紊流、过渡区这三种绕流状态？ 9、张瑞瑾、唐存本、窦国仁关于粘结力形成的观点如何？张瑞瑾认为粘结力和哪些因素有关？ 10、怎样表示泥沙的起动条件？实验室如何定性判别床面泥沙是否起动？ 11、简要叙述张瑞瑾起动流速公式推导思路（步骤）。 12、某河道型水库长20Km，河床坡降0.0001，当入库流量为1000m3/s时，全库区平均河宽为200m，回水末端以上平均水深为5m，库区河床为均匀沙，D50=3mm。问在上述水流条件下，回水末端以上河床的泥沙会不会向坝前推移？到达何处将停止推移？（库区水面接近
泥沙级配曲线 粒配曲线：表示天然沙组成特性的曲线 .绘制过程：取样→烘干→筛分→称重→点线→求各种特征值 （1）取样筛分，获取各粒经组D i 泥沙的重量； （2）统计出小于和等于各粒经D i 的沙重，并算出其占总重的百分比p i； （3）准备半对数坐标纸(横坐标为对数分格，纵坐标是普通分格)； （4）以粒经D i 为横坐标(对数坐标，从大到小)，小于和等于粒经D i 的沙重百分比p i为纵坐标(普通坐标)绘制D~p粒配曲线。 .曲线坐标：半对数坐标 粒配曲线反映的特性： ⑴可反映沙样颗粒的大小和范围； ⑵可反映沙样组成的均匀程度。 沙样的特征粒径（中值粒径d50与算术平均粒径d m关系？）粒径：单个泥沙颗粒的大小 1、等容粒径：体积相当的球体直径； 3 1 3 1 6 6 ?? ? ? ? ? = ? ? ? ? ? = s W V D πγ π 粗颗粒
2、平均粒径： ? 算术平均：()3/c b a D ++= ? 几何平均；3abc D =粗颗粒 2、筛分粒径：刚好能通过筛孔的粒径；停留在D1，通过D2的平均粒径；细颗粒 3、沉降粒径：粒径小于0.1mm 。如：比重计法、粒径计法、吸管法等。 沙样组成(群体性)： (1)代表粒径：中值粒径:d 50：级配曲线中p=50%对应的粒径。 算术平均粒径: Dm ，几何平均粒径dmg 100 1 ∑== n i i im m P D D （2）非均匀特性：拣选系数φ和均方差σ（几何标准偏差） 2575D D =? ??? ? ??+=1650508421D D D D σ 泥沙淤积物干容重的概念？影响淤积物干容重的因素? 泥沙的重力特性： 一、泥沙的容重与密度 1、定义s γ：泥沙颗粒单位体积的重量(T/m 3、KN/m 3)。 s s V Ws = γ 密实不含空隙的体积 2、常见值范围：＝2.55～2.75T/m 3，通常取平均值s γ＝2650kg/m 3。 3、有效比重：泥沙水下比重与水的比重之比，为无量刚值，a ＝1.65。 γ γ γ-= s a 水的比重＝1 000kg/m 3 二、泥沙淤积物干容重' γ 沙样烘干后（100-105℃的重量与原状沙样体积的比值。也称干密度' s ρ。由于泥沙颗粒存在 孔隙，干容重一般小于个体颗粒的容重。在分析河床冲淤变化时，泥沙冲淤的重量必须通过泥沙的干容重换算为泥沙冲淤体积。干容重变化为300～1700kg/ m 3，变化范围较大。 影响干容重的主要因素有：粒径，淤积历时，埋藏的深度和环境等。 浑水容重γm 与含沙量的关系？
泥沙特性 粒径：就是体积与泥沙颗粒相等的球体的直径。 粒配曲线的特点、参数、作法: 沙样的平均粒径D m 是沙样内各泥沙粒径组的加权平均值。 横坐标D 粒径，纵坐标P 百分数。 作法：将粒配曲线的纵坐标p 按变化情况分成若干组，并在横坐标D 上定出各组泥沙相应的上、下限粒径D max 和D min 以及 各组泥沙在整个沙样中所占的重量百分比p 。 D ∑ ∑ ==??=n i i n i i i m P P D 11 分选系数S 125 75≥=D D o 泥沙中孔隙的容积占沙样总容积的百分比称为孔隙率。 比表面积就是颗粒表面积与体积之比。 颗粒比表面积间接地反映了颗粒受到的物理化学作用与重力作用的相对大小。 颗粒表面离子层及周围的反离子层（吸附层及扩散层）构成颗粒的双电子层。 细颗粒泥沙在一定条件下彼此聚合的过程叫做絮凝。 影响絮凝的因素：粒径、电解质价位、含沙量、含盐量。 取未经扰动的原状沙样，量出它的体积，然后在烘箱内经100-105度的温度烘干后，其重量（或质量）与原状沙样整个体积之比，称为泥沙的干容重或干密度。 单颗粒泥沙在无限大静止清水水体中匀速下沉时的速度称为泥沙的沉降速度。单位cm/s 推移质运动 滑动或滚动的泥沙，在运动中始终保持与床面接触叫做接触质。 在床面附近以跳跃形式前进的泥沙叫做跃移质。 悬浮在水中运动，速度与水流速度基本相同的泥沙叫做悬移质。 河床上静止的泥沙颗粒，随着水流条件的增强，到一定条件时开始运动，这种现象称为泥沙的起动。 床面泥沙由静止状态转变为运动状态的临界水流条件就是泥沙的起动条件。可用流速、拖曳力或功率表示。用水流垂线平均流速来表示叫起动流速。 起动拖曳力是指泥沙处于起动状态的床面剪切力。2*U hJ o ργτ== 泥沙颗粒由运动状态转变为静止状态的临界垂线平均流速叫止动流速。U C C KU = ,岗卡0.71 窦、沙0.83 扬动流速是床面泥沙由静止直接转入悬移状态的临界垂线平均流速。 沙波形态的四种类型：带状(顺直)沙波、断续蛇曲（弯曲）状沙波、新月形沙波、舌状沙波 沙波运动两现象：一是沙波对床沙的分选作用，二是较粗泥沙运动的间歇性。 沙波表面附近的水流流速是沿程变化的，波峰处流速最大，波谷处流速最小。 床面阻力包括沙粒阻力和沙波阻力。沙粒阻力系床面沙粒阻力的摩阻而引起也称为表面阻力。沙波阻力属形状阻力，使迎水面与背水面产生压力差而引起。
２００６—２００７学年度第１学期 2004级水利水电工程专业 《河流动力学》课程试卷 注意事项：1. 考生务必将自己姓名、学号、专业名称写在指定位置； 2. 密封线和装订线内不准答题。 一、填空题：（每小空1分，共 20分） １．河流动力学是研究冲积河流在 以及 所发生的变化和发展规律的一门科学。 ２．动床情况下，作用于河底的床面阻力一般包括 和 两种。其中，只有一部分对沙波的形成（也即对推移质的运动）直接起作用，这就是所谓的 。 ３． Froude 数是明渠水流在某特定断面上的 和 的对比，决定了水流的流态。 ４．推移质运动可以分为 、 及 三种。悬移质运动可以分为 和 两种。 ５．要研究泥沙运动规律，首先应了解泥沙的基本特性，它包
括： 、 及 ，此外，还有对于细颗粒泥沙而言的 ，和对于粘性土壤而言的 。 ６．河流中运动着的泥沙，根据其运动状态的不同，可以分为 、 及 三种运动形式。 二、判断题：（每小题2分，共10分） １．河流的变化和发展是水流与河床相互作用的结果。 ( ) ２．利用筛析法所得的泥沙颗粒粒径接近于它的等容粒径。 ( ) ３．泥沙的水下摩擦系数对分散颗粒而言，一般随着粒径的减小而减小。( ) ４．泥沙颗粒在静水中下沉时，其周围水体的绕流状态与沙粒的雷诺数Re D 有关。 ( ) ５．所有的泥沙颗粒都以一定的转移概率分别经历推移质、悬移质和床沙这三种运 动形式。 ( ) 三、名词解释：（每小题5分，共25分） １．中值粒径D 50：
２．泥沙的孔隙率： ３．泥沙的沉速： ４．比表面积： ５．稳定渠道最优断面： 四、简答题：（每小题10分，共20分）１．试述在泥沙的沉降过程中，绕流的状态及其判别方式。 ２．试述推移质和悬移质之间在物理本质上的区别。
上海海事大学河流动力学复习资料
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的球体的直径。 设某一颗泥沙体积为V ，则等容粒径3/1)6(πV D = 泥沙粒径可用长轴a ，中轴b ，短轴c 的算术平均值表示)(3 1c b a D ++= 假设成椭球体，用几何平均值表示3abc D = 2、粒配曲线的作法：(图1-1 p6) ①通过颗粒分析（包括筛分和水析），求出沙样中各种粒径泥沙的重量 ②算出小于各种粒径的泥沙总重量 ③在半对数坐标纸上，将泥沙粒径D 绘于横坐标（对数分格）上，小于该粒径的泥沙在全部沙样中所占重量的百分数p 绘于纵坐标（普通分格）上，绘出的D~p 关系曲线即为所求的粒配曲线。 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50D ：是常用的特征值，它表示大于和小于该种粒径的泥沙重量各占沙样总重量的50%，即粒配曲线的纵坐标上找出p=50%，其对应的横坐标即为50D 2）平均粒径50D ：是沙样内各泥沙粒径组的加权平均值。即粒配曲线的纵坐标（p ）按其变化情况分成若干组，并在横坐标（D ）上定出各组泥沙相应的上、下限粒径min max D D 和
以及各组泥沙在整个沙样中所占重量百分数i p ?，然后求出各组泥沙的平均粒径 3 2min max min max i min max D D D D D D D D i +++=+=或 ∑∑==??=n i i n i i i m p p D D 11 n —为划分组数； 2502 σe D D m =，其中σ—沙样粒径分配的均方差，9 .151.84ln D D =σ 当σ为零时，沙样均匀，50D D m =，一般沙样不均匀，σ总是大于零，因此，通常50D D m > 3）分选系数（非均匀系数）25 750D D S = ，若0S =1，则沙样非常均匀，越>1，则越不均匀。 5、影响泥沙的孔隙率的因素 ①沙粒的大小 ②均匀度 ③沙粒的形状 ④沉积的情况 ⑤沉积后受力大小 ⑥历时长短 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。 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D D D 66 32==ππσ 颗粒比表面积间接地反映了颗粒受到的物理化学作用于重力作用的相对大小。
西北农林科技大学本科课程考试试题（卷） 200 —200 学年第2学期《河流动力学》课程 卷 专业班级：水工专业 命题教师：审题教师： 学生姓名：学号：考试成绩： 一：单项选择题（从下列各题中选出一个正确答案，并将其代号写在题干的 上。答案错选或未选者，该题不得分。每小题2分，共20分） 得分： 分 1、泥沙粒配曲线越缓，表明其泥沙组成 。 A、越均匀 B、越不均匀 C、粒径越细 D、粒径越粗 2、沙玉清在研究泥沙在过渡区得沉速时很有特点，他引进了两个无因次判数，一个名为 沉速判数Sa，另一个粒径判数Φ，其中粒径判数Φ是 与沉速判数Sa得函数（比值）Φ只与粒径有关，与泥沙无关，故称为粒径判数。 A、阻力系数 B、粒径 C、容重 D、沙粒雷诺数 3、下面四组概念中， 组的两个概念是不同得概念。 A、床沙与床沙质 B、饱和输沙与平衡输沙 C、推移质与床沙 D、悬移质与悬沙 4、作用于床面上的全部剪切力只有一部分对推移质得运动直接起作用，这就是所谓得 。 A、沙波阻力 B、沙粒阻力 C、床面阻力 D、动床阻力 5、工程中常依据造床流量设计中水河床形态，这个流量一般取为 。 A、设计流量 B、枯水流量 C、平滩流量 D、最大洪水流量 6、当水流强度由弱到强变化时，河道床面形态发展顺序一般为 。 A、沙垄-沙纹-沙浪-动平整 B、沙纹-沙垄-动平整-沙浪 C、沙纹-沙垄-动平-整沙浪 D、动平整-沙垄-沙纹-沙浪
7、 水流分叉后，河道内的总水面宽比分叉前单一河槽的河宽 。 A、大 B、小 C、不变 8、当重力作用大于紊动扩散作用，即y s y s ???>εω*时，河床变化表现为 。 A、冲刷 B、淤积 C、冲淤平衡 9、长江下游荆江河段属于 河道。 A、蜿蜒型 B、分汊型 C、游荡型 D、顺直（微弯） 10、根据张瑞谨的观点，悬移质的存在将使水流的阻力 。 A、增大 B、不变 C、减小 二、填空（将正确答案填入题干的 上。每小题2分，共10分） 得分： 分 1、河道发生淤积或冲刷的更本原因是 泥沙的紊动扩散作用 。 2、水流动力轴线在不同来水条件下具有 “低水傍岸，高水居中” 的特点。 3、在枯水期为了防汛腾出库容水库变动回水区内水流和泥沙运动具有 河道 的特征，河床演变以 冲刷淤积 为主 4、从取水防沙的角度讲，将取水口的位置布置在弯道的 凹岸 处，最为有利。 5、 沙粒阻力和沙波阻力 就是通常所说的动床阻力。 三、名词解释（每小题3分，共15分） 得分： 分 1、起动拖拽力：泥沙处于起动状态的床面剪切力。 2、絮凝现象：细颗粒泥沙在一定条件下彼此聚分的过程。 3、河相关系：冲积平原河流在夹砂水流与河床长期相互作用下，经过河床的自动调整作用，可能存在与所有河段具体条件相适应的某种均衡关系。这种均衡形态的有关要素之间，以及他们和表达来水夹沙条件及河床地质条件的物理量之间，存在某种函数关系。 4、水流动力轴线：河段中沿流程各断面最大垂线平均流速所在位置的连线，亦即主流线。
XX年《水力学及河流动力学》硕士研究生复试题 姓名成绩 试卷说明：填空题和选择题为必做题，问答题共8题，可任选4题。若考生选做超过 4题，则依所选题序，以前4题为准，以后各题均不计分。 考试时间：120分钟，总成绩：100分 一、填空题（每空0.5分，共18分） 1.按泥沙运动状态，可将泥沙分：床沙，推移质，悬移质。 2.冲积河流的河型有：顺直型，弯曲型，分汊型，游荡型。 3.影响河床演变的主要因素是：来水量及其过程，来沙量及其过程， 河谷比降，河床形态及地质条件。 4．边壁阻力和床面阻力的划分方法有两种，一是爱因斯坦的水力半径分割法， 根据此法，如将床面阻力进一步划分为沙粒阻力和沙波阻力，则床面水力半径 R b 应等于'' ' b b R R+；二是能坡分割法，根据此法，如将床面阻力进一步划分 为沙粒阻力和沙波阻力，则床面比降J b 应等于'' ' b b J J+。 5．沙波按其产生和发展过程可分为：静平床，沙纹，沙垄，动平床， 沙浪等五个阶段。 6.过闸水流与下游水流的的衔接形态根据跃后水深与下游水深的关系可分为 淹没水跃、临界水跃和远驱水跃。 7．按照主流的相对位置，消能可分为：底流，挑流和面（戽）流三种主要消能方式。 8.明渠水流流经河底障碍物时，若水流处于急流状态，则水面发生 壅高；若水流处于缓流状态，则水面发生跌落。 9.渗透破坏主要有：管涌、流土、接触流失 和接触冲刷。 10.根据上游堰高对堰泄流能力有无影响，实用堰可分为高堰和低堰。 二、选择题（每选对1个给1分，共22分） 1、悬移质泥沙根据造床作用的不同，可划分为床沙质和冲泻质，床沙质与水流条
件 a ，冲泻质与水流条件 b 。 （a ）关系密切； （b ） 关系不密切 （c ） 加阻 2、如果泥沙进入河道后一直保持悬移运动而输运入海，从不落淤到床面，则称其为___b___。 (a) 床沙质； b) 冲泻质； c) 悬移床沙质。 3、宽浅输水渠道底部为泥沙淤积形成的动床。不计边壁阻力，在其他条件都相同的情况下，当渠道底部有沙垄运动时，与渠道底部为动平整时相比，该渠道的水流阻力__a_______。 (a) 增加； (b) 不变； (c)减少。 4、作用于床面上的全部剪切力中只有一部分对沙波的形成（也即推移质的运动）直接起作用，这就是所谓的 a 。 (a) 沙波阻力; (b) 沙粒阻力; (c) 突然放大损失。 5、悬沙浓度分布公式的悬浮指标* u Z κω=，若泥沙容重和水流条件不变，则泥沙颗粒越粗，悬浮指标___a___。 (a) 越大； (b) 越小； (c) 不变。 6、描述水流运动的基本方程有 a 、b 、c ： a) 连续方程；b) 动量方程；c) 能量方程； 7、工程上避免和减少空蚀破坏的措施有__a 、b 、c 。 a) 调整体型； b) 掺气； c) 使用抗空蚀材料。 8、在有压管道的管壁上开一小孔，如果没有液体流出，且向孔内吸气，这说明小孔内液体的相对压强_a___ 。 a) 小于零； b) 等于零； c) 大于零。 9、高速水流常形成一些特殊水流现象，如 a 、b 、c 等。 a) 掺气； b) 空化； c) 冲击波。 10、避免渗透破坏的方法有__a 、b 、c___ 。 a) 增大渗径； b) 降低渗透坡降； c) 降低出口渗透压力。 11、河相关系的表达式有 a 、b 、c 。 a ）11βαQ B =， b ）22βαQ H =， c ）33βαQ U = 三、 问答题（任选4题，每题15分） 1. 沙粒在水中匀速沉降时，受到哪些力的作用？这些力与绕流状态的关系如何？（15分） 答：泥沙沉降主要受到沙粒的有效重力和绕流阻力作用。绕流阻力与绕流状态有关，泥沙沉降过程中有三种绕流状态：即层流沉降、过渡区沉降和紊流沉降。
2009年《河流动力学》硕士研究生复试题 （考试时间：120分钟，总成绩100分） 姓名成绩 一、填空题（17分） 1.按泥沙运动状态，可将泥沙分：，，。 2.冲积河流的河型有：，，，。 3.影响河床演变的主要因素是：，， ，。 4．边壁阻力和床面阻力的划分方法有两种，一是爱因斯坦的分割法，根据此法，如将床面阻力进一步划分为沙粒阻力和沙波阻力，则床面水力半径应等于；二是分割法，根据此法，如将床面阻力 R b 进一步划分为沙粒阻力和沙波阻力，则床面比降J 应等于。 b 5．沙波按其产生和发展过程可分为：，，，，等五个阶段。 6.细颗粒泥沙具有双电层结构，其形成的束缚水由和组成。7．按照泥沙的粗细和造床作用不同，悬沙可分为：，。 8.用河宽、水深、流速分别与流量表示的横断面河相关系的表达式为，，。 9.影响泥沙沉降速度的因素主要有：，， ，。 10．分汊型河道演变特性：，，。 二、选择题（22分） 1、悬移质泥沙根据造床作用的不同，可划分为床沙质和冲泻质，床沙质与水流条件，冲泻质与水流条件。 A 关系密切 B 关系不密切 C 加阻 2、如果泥沙进入河道后一直保持悬移运动而输运入海，从不落淤到床面，则称 其为______。 (a) 床沙质；b) 冲泻质；c) 悬移床沙质。 3、宽浅输水渠道底部为泥沙淤积形成的动床。不计边壁阻力，在其他条件都相 同的情况下，当渠道底部有沙垄运动时，与渠道底部为动平整时相比，该渠
道的水流阻力_________。 (a) 增加； (b) 不变； (c)减少。 4、作用于床面上的全部剪切力中只有一部分对沙波的形成（也即推移质的运动）直接起作用，这就是所谓的 。 (a) 沙波阻力; (b) 沙粒阻力; (c) 突然放大损失。 5、悬沙浓度分布公式的悬浮指标*u Z κω =，若泥沙容重和水流条件不变，则 泥沙颗粒越粗，悬浮指标______。 (a) 越大； (b) 越小； (c) 不变。 6、泥沙群体沉速的一般趋势是浓度越大，群体沉速_____。 a) 越大；b) 越小；c) 不变。 7、能够出现沙波消长现象的河道中，河床一般是____。 a) 粘土质； b) 卵砾质；c) 沙质。 8、如果河床质是非均匀的，在冲刷过程中将会发生的现象是_____。 a) 大颗粒被隐蔽；b) 小颗粒被暴露；c) 床沙粗化。 9、维持泥沙悬浮的原因是水流的紊动，也就是说，如果流动是_______，就肯定不会有悬移质泥沙运动。 a) 均匀流；b) 层流；c) 缓流。 10、 推移质泥沙运动的能量来源于_____。 a) 紊动动能； b) 水流势能； c) 悬浮功率。 三、 问答题（61分） 1. 沙粒在水中匀速沉降时，受到哪些力的作用？这些力与绕流状态的关系如何？（15分） 2.悬移质含沙量垂线分布ROUSE 公式存在的主要问题？悬浮指标（*u Z κω=）的物理意义？说明它对含沙量垂线分布的影响。（15分） 3、有一沉沙池，设计水深h =3.0 m ，来流流量为4.5 m 3/s, D=0.5 mm 。问： 1) 沉沙池至少应为多宽，才能使池中的平均流速不大于泥沙的起动流速？ 2）泥沙颗粒从水面沉降到池底需要多长时间？(不计紊动和浓度对沉速的影响) 3）沉沙池至少应为多长，才能使来流中的颗粒都沉降在池底？（16分） （提示：沉速公式gD D D γγγννω —s 299+??? ??+-=，取ν＝10－6m 2/s 临界起动流速公式： 6/114.1??? ??-=D h gD U s c γγ γ 4、.河床演变的基本原理？若在河道上筑坝蓄水，分析枢纽对下游河道的影响。（15分）
河流动力学三基试题参考答案 一、基本概念 1.泥沙输移比：某流域出口控制站实测的河流泥沙总量St与该流域的地表物质 侵蚀总量Se之比，称为泥沙输移比。 2.推移质：泥沙以群体形式运动时，以滚动（包括层移）、跃移形式运动的颗粒 统称为推移质。 3.悬移质：把悬浮在水流中，基本上与水流以相同速度作悬移运动的泥沙统称 为悬移质。 4.高含沙水流：是指水流挟带的泥沙颗粒非常多，含沙量很大，以至于该挟沙 水流在物理特性、运动特性和输沙特性等方面基本上不再像一般挟沙水流那样用牛顿流体描述。 5.异重流运动：两种或两种以上的流体相互接触，而流体间有一定的但是较小 的重度差异，如果其中一种流体沿着交界面方向流动，在流动过程中不与其它流体发生全局性掺混现象的运动。 6.泥沙的水下休止角：将静水中的泥沙颗粒堆积起来，其堆积体边坡形成的稳 定倾斜面与水平面的夹角称为泥沙的水下休止角。 7.含沙量：单位体积浑水中固体泥沙颗粒所占的比例，一般有重量含沙量和体 积比含沙量。 8.等容粒径：与泥沙颗粒体积相同的球体直径。 9.中值粒径D50：累计频率曲线上纵坐标取值为50%时所对应的粒径值。 10.算术平均粒径D m：各粒径组平均粒径的重量百分比的加权平均值。 11.风化作用：岩石和矿物在地表环境中，受物力、化学和生物作用，发生体积 破坏和化学成分变化的过程，称为风化作用。 12.泥沙的沉速：泥沙在静止清水中沉降速度达到恒定极限速度时，对应的沉速 叫做泥沙的沉速。 13.泥沙的干容重：一般把单位体积沙样干燥后的重量称为干容重。 14.泥沙的容重：泥沙颗粒的实有重量于实有体积的比值（即排出空隙率在外）。 15.推移质输沙率：在一定水力、泥沙条件下，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，用G b表示，单位一般用kg／s或者t／s。 16.泥沙的起动：设想在具有一定泥沙组成的床面上，使水流的速度由小到大逐 渐增加，直到使床面泥沙(简称床沙)由静止转入运动，这种现象称为泥沙的起动。 17.泥沙的起动条件：泥沙颗粒由静止状态变为运动状态的临界水流条件称为泥 沙的起动条件。 18.起动拖曳力：当用水流剪切力来表示泥沙启动条件时，称为起动剪切力或起 动拖曳力。 19.沙波：当推移质运动达到一定程度时，河床表面就会出现起伏不平但又比较 规则的波状起伏，称为沙波。 20.床面阻力：水流作用于床面的全部剪切力。 21.沙粒阻力：在水流作用于床面的全部剪切力中，只有一部分直接作用于颗粒 上，引发推移质的运动和床面形态的变化，这部分剪切力即所谓的沙粒阻力，也称表面阻力，是沙波迎水坡面上泥沙颗粒产生的阻力。 22.沙波阻力：也称形态阻力，是沙波背后水流分离，形成漩涡而产生的阻力， 它随着沙波的形态和尺度而改变。
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的球体的直径。 设某一颗泥沙体积为V ，则等容粒径3/1)6(πV D = 泥沙粒径可用长轴a ，中轴b ，短轴c 的算术平均值表示)(31c b a D ++= 假设成椭球体，用几何平均值表示3abc D = 2、粒配曲线的作法：(图1-1 p6) ①通过颗粒分析（包括筛分和水析），求出沙样中各种粒径泥沙的重量 ②算出小于各种粒径的泥沙总重量 ③在半对数坐标纸上，将泥沙粒径D 绘于横坐标（对数分格）上，小于该粒径的泥沙在全部沙样中所占重量的百分数p 绘于纵坐标（普通分格）上，绘出的D~p 关系曲线即为所求的粒配曲线。 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50D ：是常用的特征值，它表示大于和小于该种粒径的泥沙重量各占沙样总重量的50%，即粒配曲线的纵坐标上找出p=50%，其对应的横坐标即为50D 2）平均粒径50D ：是沙样内各泥沙粒径组的加权平均值。即粒配曲线的纵坐标（p ）按其变化情况分成若干组，并在横坐标（D ）上定出各组泥沙相应的上、下限粒径min max D D 和 以及各组泥沙在整个沙样中所占重量百分数i p ?，然后求出各组泥沙的平均粒径 3 2min max min max i min max D D D D D D D D i +++=+=或 ∑∑==??=n i i n i i i m p p D D 1 1 n —为划分组数； 2502 σe D D m =，其中σ—沙样粒径分配的均方差，9 .151.84ln D D =σ