《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
水平，起动流速由沙莫夫公式计算）
13、Shields曲线有何特点？
14、简述悬移质和推移质泥沙的特点（至少5个方面）？
15、简述沙波表面的水流及泥沙运动状态。
16、简述随着水流强度的增加，沙波的各个发展阶段及其特点。
17、河道中为什么会产生沙波？
18、沙波运动的判别参数有哪些（至少回答5个参数）？其物理意义如何？
19、证明相对流速U*/ω实质是 Shields数的另一种表达形式。
20、冲积河流阻力由哪些阻力单元组成？
21、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以及沙粒与沙波阻力？
22、简述Einstein水力半径分割法当已知R、J及床沙级配时，求解断面平均流速的计算步骤
23、已知：梯形断面渠道边坡系数m=2, b=5m ，Q=40m3/s，坡降J＝8/10000，ν＝10－6m2/s，泥沙粒径D35＝0.3mm，D65=0.9mm，水深h＝2.0m。设断面平均流速U由沙粒阻力决定，即可采用教材公式（4-5）计算平均流速（取修正系数χ=1），求沙粒阻力对应的水力半径R’。
24、已知宽浅型冲积河道，流量Q=2500m3/s，比降J＝3/10000，河宽
B=850m，D50＝0.06mm。试用李昌华、刘建民方法求其平均水深和流速，并求此种情况下的糙率n和Darcy-Weisbach阻力系数f各为多少？（取D95=2D50)
25、当河床上出现沙波以后，运用哪些方法、哪些公式来进行过流能力的计算？其计算步骤如何？
26 、已知宽浅型冲积河道，单宽流量q=2.5m3/(s.m)，比降为J＝3/10000，D50＝0.5mm，D35＝0.3mm，D65＝0.9mm。试用Einstein方法求其水深，并求此种情况下的糙率n和Darcy-Weisbach系数f各为多少？
27、某渠道断面为梯形，底宽5.0m，边坡1：2，坡降J＝3/10000，边壁突起高度
ks＝0.008m，无床面形态。试用Einstein断面平均流速公式求Q=35m3/s的水深。
28、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？
29、解释Meyer-Peter公式括号内第一项之前加修正系数的原因。
30、已知某河流床沙d90=0.9mm，推移质平均粒径d=0.5mm，比降J=0.0004，单宽流量
q=3m 3/(m.s),水深h=1.89m 。忽略岸壁影响，试用Meyer-Peter 公式计算推移质单宽输沙率。
31、有一沉沙池，设计水深h=3m ，水温20℃，来流流量为4.5m 3/s ，不计紊动对泥沙颗粒沉速的影响，问：在尽量节约工程量的前提下，为保证将来水中粒径D≥0.5mm 的泥沙颗粒完全除去，沉沙池的长度和宽度各应不小于多少？（要求沉速统一用张瑞瑾公式计算，泥沙起动流速用沙莫夫公式计算）
32、运动泥沙与床面泥沙的交换达到平衡的含义？
33、说明Einstein 公式的物理意义。34、叙述采用Einstein 公式计算推移质单宽输沙率的步骤。35、单位时间单位水平截面上紊动扩散作用引起的上浮泥沙量的数学表达式36、将三维悬移质运动方程简化为二维恒定均匀流平衡情况下悬移质运动方程。37、单位截面重力作用引起的泥沙下沉量的数学表达式38、悬移质运动方程各项的物理意义。39、利用二维恒定均匀流平衡情况下含沙量沿垂线分布的微分方程以及Karman-Prandtl 对数流速分布公式,证明 含沙量水深分布的公式为。*u a a h a y y h S S κω???? ??--=40、Rouse 求解二维恒定均匀流平衡情况下的悬移质运动基本方程作了哪些假定？得到什么结果？适用于什么条件？41、Rouse 公式还存在什么问题？可怎样改进？42、某宽浅河段，水深h=3.0m ，单宽流量q=7.2m 3/(m.s)。来自上游的悬移质含沙量S=10kg/m 3，相应平均粒径d=0.15mm ，水温t=15℃（υ=0.0114cm 2/s ）。①、判断本河段是否有冲淤变化。②、在来水来沙条件不变的情况下，估算河道恢复稳定后的水深h 0 。（假定河宽B 、悬移质粒径d 、以及挟沙力指数和系数k 、m 均不变。）
43、何谓床沙质？何谓冲泻质？为什么要将运动泥沙分为床沙质和冲泻质？它们各有什么特点（至少6个方面）？同一河段的洪水与枯水期，床沙质与冲泻质的分界粒径是否相同，为什么？
44、判断并说明原因：流量较大时，输沙率较大。
45、张瑞瑾水流挟沙力公式的基本思路？其公式的物理含义如何？
46、某河流的平均水深h ＝1.5m ，断面平均流速为U ＝1.1m/s ，水力坡降J ＝3/10000，均
匀床沙粒径为D ＝0.6mm ，水温t=20℃（ υ=0.01cm2/s ），用张瑞瑾方法求悬移质床沙质
的输沙率。
47、某一梯形断面渠道，已知悬移质粒径d=0.3mm ，流量Q=5.2m3/s ，底宽b=3.8m ，边坡系数m=1，底坡i=0.0006，糙率系数n=0.025，水温t=15℃，水中平均含沙量为1kg/m3，渠中为均匀流，试求：用黄河干支流水流挟沙力公式（S pj 是以全沙含
77.070.025.2pj R U 07.1S ω=沙量表示的断面平均含沙量；除ω单位以cm/s 计，其余均以kg 、m 、s 计。），判断渠中能否发生冲淤现象。
48、证明：动量交换系数εm 的水深平均值为。即，h U 067.06/h U **κ49、河道演变的根本原因是什么？50、河道演变可怎样分类？
51、影响河床变形的主要因素有哪些？52、冲积性平原河流的可分为哪几种主要类型？各种河型的主要特征如何？53、论述河道水流的水流结构。54、简述河道水流的基本性质。55、解释河床演变、节点、河漫滩、泥沙成型堆积体、河势、侵蚀基点等基本概念。56、河相关系指什么？数学表达式如何？57、从理论上推导均衡河流河相关系的方法如何？如何补充第四个约束条件？58、河流自动调整作用的含义和特性。59、什么是造床流量？确定造床流量有哪几种方法？60、用马卡维也夫法确定造床流量的思路和步骤？61、第一造床流量和第二造床流量的特点？62、窦国仁河床活动性指标各项的含义？63、河流的能耗最小如何表达？64、简述顺直型河段的演变规律。65、名词解释：曲折系数、环流强度、环流旋度、环流相对强度、顶冲点。66、弯道水流运动有何特点？产生这些特点的原因是什么？67、什么是水流动力轴线？简述弯道水流动力轴线和顶冲点的变化特点。68、从水流挟沙力角度分析蜿蜒型河段洪水期与枯水期弯道段和过渡段冲淤特性。69、简述弯道一般演变规律。
70、何谓自然裁弯、撇弯和切滩？71、简述汊道的形态特征。72、汊道有哪几种类型？73、写出汊道分流比、分沙比公式（用流量和含沙量表示，以及用主、支汊含沙量比值Ks 表示）。
74、汊道演变过程有哪几个特点？75、简述游荡型河段的形态特性和主要演变规律。76、简述游荡型河道的水流和输沙特性。77、何谓 “多来多排、少来少排”现象？
78、游荡型河道汛期主槽冲刷、滩地淤积，非汛期主槽淤积，滩地崩塌的原因是什么？79、游荡型河段主槽摆动剧烈、河势不稳定的原因是什么？80、有哪些定量估算河床演变的方法？81、河床冲淤变形计算基本方程包括哪些方程？82、泥沙数学模型如何分类？83、何为泥沙数模计算的偶和解与非耦合解？84、说明恒定非均匀流平均含沙量沿程变化方程右侧各项的物理意义及其在方程中所占的分量。85、恒定均匀流含沙量沿程变化方程式中第一项和第二项中挟沙力的含义是否相同？为什么？86、一维恒定平衡输沙泥沙数学模型基本方程组和泥沙补充方程为哪些方程？87、一维恒定不平衡输沙泥沙数学模型基本方程组哪些方程？88、 河工模型可分为哪几类？89、 解释相似基本原理、比尺、变率、相似转换的含义。90、 相似现象有那几个主要相似特征？这些相似特征所包含的物理量的比尺是否可以任意选定？如何确定比尺关系式？91、 试根据一度恒定非均匀流公式导出比尺关系式，并阐明各比???
? ??+=-g 2U dx d R n U dx dz 23/422尺关系式的物理含义？92、定床模型一般应遵循那几个主要比尺关系式，有那几个主要限制条件？93、动床模型泥沙运动相似包括哪些方面？
三、课件中的例题及作业题
水力学、河流动力学、流体力学专业词汇 Fundamental Glossary in Hydraulics Hydrostatics 水静力学Hydrodynamics 水动力学 Physical properties of water 水的物理性质Density 密度 Specific gravity 比重Kinematic viscosity 运动粘性 Absolute viscosity 动力粘性Elastic modulus 弹性模量 Surface tension 表面张力Temperature 温度 Isotropic (y) 各向同性Anisotropic (y) 各向异性 Uniform (ity) 均匀(性) Heterogeneous (ity) 不均匀(性) Main force 主要作用力Gravity 重力 Inertia force 惯性力pressure 压力(强) Drag 阻力Mass force 质量力 Surface force 表面力Constitutive relationship 本构关系 Stress 应力Strain 应变 Deformation 变形Displacement 位移 Normal 法向Tangent 切向 Shear 剪力Acceleration 加速度 Angular deformation 角变形 Local acceleration 当地加速度convective acceleration 迁移加速度compressibility 压缩性 continuity连续性 Scalar 纯量vector 矢量tensor 张量 magnitude 模(大小) direction 方向 Divergence 散度curl 旋度gradient 梯度 Source 源sink 汇 Frequency 频率amplitude 振幅phase 相位resonance共振 Mass conservation 质量守恒momentum conservation 动量守恒 energy conservation 能量守恒 Initial condition 初始条件boundary condition边界条件 Ordinal differential equation 常微分方程 partial differential equation 偏微分方程 Convection, advection 对流diffusion 扩散dispersion 弥散 decay 衰减degradation降解 Flow pattern流态flow type 流型 Laminar flow 层流turbulent flow 紊流 Supercritical flow 急流subcritical flow 缓流critical flow临界流 Rapidly varied flow急变流gradually varied flow渐变流 Uniform flow 均匀流non-uniform flow 非均匀流 Mainstream flow 主流wake flow 尾流 Steady flow 恒定流unsteady flow 非恒定流 One-dimensional flow 一维流two-dimensional flow二维流 three-dimensional flow 三维流 Single-phase flow 单相流double-phase flow 两相流 multi-phase flow 多相流
水力学及河流动力学研究展望 河流动力学的发展具有悠久的历史，但采用现代科学体系进行系统的研究则是20世纪才开始的。河流动力学是以流体力学、地学、海洋和环境科学等为基础的交叉学科，其趋势仍是采用各学科之长，在理论探索、科学实验和数学模拟等方面深入发展。 1研究发展趋势 展望河流动力学的研究，它应包含两个方面的内容，一是在传统理论张现代化量测技术的基础上，对已有的研究成果进行系统的总结、归纳和提高，对一些假定和近似处理给出更严密的论证，对一些经典的试验成果重新进行检验。二是开拓新的研究领域和研究方向，特别要注重与其它学科和最新的科学技术融会贯通。在上世纪的30年代至50年代，以Shields 曲线、Rouse悬沙公式、Meyer-Peter及Einstein推移质公式为代表，基本奠定了泥沙运动力学的理论体系，半个世纪以来，主要是进行补充和完善的工作，除在工程应用方面取得巨大的进展外，在理论体系上没有重大的突破。通过数十年来的理论积蓄和量测技术的时代跨越，有望在近些年内在理论体系上取得突破性进展，在试验科学上获得重大的成果。 1.1.1基础理论研究 河流动力学基础理论研究包括泥沙运动力学基本理论和河流过程原理及调整规律的研究。早在30年代，Rouse应用扩散理论导出了悬移质泥沙浓度分布公式，即扩散方程，它是进行输沙计算的基本方程。在现代两相流理论中，扩散模型只是宏观连续介质理论的一种简单模型。更一般的模型是双流体模型，两相流中关于固液两相流的基本方程、作用力分析及其应力本构关系的理论，极大地促进了泥沙运动力学理论的发展。但泥沙运动理论与固液两相流理论又有所区别，其内容更丰富，更独具创新性。悬移质、推移质、水流挟沙力、动床阻力等等都是一般两相流理论中没有的概念。这些概念是泥沙运动力学理论体系的基础，使得泥沙运动力学理论纰固液两相流理论更生动、更便于在生产实际中应用。悬移质和推移质输沙理论、非平衡输沙理论、水流挟沙力、床面形态和动床阻力等都是泥沙运动力学基础理论研究的重要内容，而且在80年代以前已经发展得比较成熟，之后除了引入固液两相流的双流体模型外，并没有重大的进展，许多理论研究是低水平重复。因此，该领域的理论研究应集中在两个方面： 1）对现有的理论成果或成果或公式进行认真总结，去伪存真，归纳提高。如钱宁（1980）关于推移质公式比较的研究堪称范例，几家著名的推移质输沙率公式尽管基于不同的理论，
前言 1.河流动力学就是以力学及统计等方法研究河流在水流、泥沙和河床边界三者共同作用下的变化规律的学科！主要内容包括泥沙运动和河床演变！ 2.河流动力学的研究方法有理论研究、试验研究、原型观测、数学模型。 第一章 1.P16等容粒径公式。 2.粒径大小分类、漂石、卵石、砾石、沙砾、粉粒、黏粒， 3.有效密度的表示方法(PS-P)/P 4.从自然界取得的原状泥沙，经过100到105度的温度烘干后，其质量与原泥沙整体体积的比值称为泥沙的干密度。相应重量的比值称为干容重。 5.泥沙干密度主要受泥沙粒径、淤积厚度、淤积历时等因素的影响，注意图p21，P22的图 6.在静水中的泥沙，由于颗粒之间的摩擦作用，可以堆积成一定角度的稳定倾斜而不塌落，倾斜面与水平面的夹角称为泥沙的水下停止角！ 第二章 1泥沙沉降速度是指单颗泥沙在足够大的静止请水中等速下沉时的速度，简称沉速。由于泥沙颗粒越粗，沉速越大，因此又被称为水力粗度! 2雷诺数小于0.5为停滞性状态，大于1000属于紊动状态，介于之间属于过渡状态。 3影响泥沙沉降速度因素有，颗粒形状，边壁条件，含沙浓度，紊动，絮凝等 4泥沙颗粒越细。其比表面积越大，当泥沙粒径小于0.01毫米，颗粒表面的物理化学作用可使颗粒之间产生微观结构，随着这种颗粒泥沙的增加，相邻的若干带有吸附水膜的细颗粒便彼此连接在一起形成絮团，这种现象称为絮凝现象。 第三章 注意资料计算题 游荡型河段演变规律： 形态特性，平面形态看，河身比较顺直，往往宽窄相间，类视藕节状，河段内河床宽浅，洲摊密布，岔道交织。 水流特性：因河床宽浅，平均水深很小。水文特性表现为暴涨暴落，年内流量变化大。 输沙特性：含沙量大，而且同流量下含沙量变化很大，流量与含沙量关系不明显。同意流量，因上站含沙量的不同，其输沙率相差很大，出现多来多排，少来少排现象。 演变规律：冲淤变化，汛期主槽冲刷，滩地淤积。非汛期，主槽淤积，滩地坍塌。从长时间看，表现为主槽淤积抬高，而滩地持续抬高。平面变化上，主流摆动不定，主槽位置也摆动，摆幅相当大导致河势变化剧烈！ 第四章床面形态与水流阻力 1、沙波作为河床表面推移质泥沙运动的主要外在表现形式，直接关系到河床的变形，决定河床的阻力。随水流强度的不断变化，沙波有其产生、发展和消亡的过程。 2、沙波的五个发展阶段：沙纹→沙垄→过渡、动平整→沙浪→急滩与深潭 ①沙纹：水流流过平整的河床床面，在水流达到一定强度后，部分沙粒开始运动，此后不久，少量沙粒聚集在床面的某些部位，形成小丘，徐徐向前移动加长，最后连接成为形状及其规则的沙纹。沙纹尺度较小，主要是近壁层流层的不稳定性所产生，与平均水深关系不大。随着水流强度的增大，沙纹在平面上逐渐从顺直过渡到弯曲、再过渡到对称和不对称的沙鳞。 ②沙垄：随着流速的增加，沙纹发展成沙垄，其尺寸与水深有密切关系。在平面外形上，在水流强度逐渐加大的过程中，沙垄将自顺直发展到弯曲，成悬链和新月形。
1.对数流速垂线分布 1、泥沙级配曲线：横坐标表示泥沙粒径，纵坐标表达在所考虑的沙样中粒径小于横坐标相应的某一粒径在总沙样中所占的百分比的曲线。 2、粒配曲线的绘制方法和过程：⑴取样筛分,获取各粒经组D i 泥沙的重量;⑵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 ;⑶准备半对数坐标纸(横坐标为对数分格,纵坐标是普通分格);⑷以粒经Di 为横坐标(对数坐标,从大到小),小于和等于粒经Di 的沙重百分比pi 为纵坐标(普通坐标)绘制D~p粒配曲线。 3、级配曲线可以反映沙样颗粒的相对大小和范围，可反映沙样组成的均匀程度1、特征粒径:单颗粒泥沙粒径:等容粒径,算术/几何平均粒径,筛分粒径,沉降粒径;群体泥沙代表粒径:平均粒径(d i=(d max-d min)/2;D m=∑(d i*p i)/100);中值粒径(d50);非均匀特点:均方差(σ=1/2(D84/D50+ D50/D16));挑选系数(Φ=开方(D75/D25))(越接近1,沙样就越均匀,越大于1,沙样越不均匀); 1.孔隙率:泥沙中孔隙的容积占沙样总容积的百分比。泥沙孔隙率因沙粒大小、均匀度、沙粒形状、泥沙沉积方式、沉积后受力大小和历史长短等有关。粗沙(39％-40％);中沙(41％-48％);细沙(44％-49％)。细颗粒泥沙表面面积大，使得摩擦、吸附、搭成架构等作用增大;粒径均匀的泥沙孔隙率最大;球体,孔隙率小。(细颗粒泥沙具有较大的孔隙率和较小的干容重) 1.容重γs:泥沙颗粒的实有重量和实有体积(不含空隙体积)之比(一般变化范围不大,取2650kg/m3);有效容重系数:泥沙水下比重与水的比重之比(a=(γs-γ)/γ);干容重γs’;泥沙颗粒的实有重量和整个体积(含空隙体积)之比(变化范围大,因为空隙变化大);用途:确定泥沙冲淤体的体积;影响因素:粒径(主)、淤积深度、埋藏深度和环境、排水情况、有无初露水面暴露在空气中、细颗粒的化学成分等;γs’与γs的关系：γs’= γs(1-e)；规律:粒径大的泥沙γs’大一些，变化范围小一些,粒径小的反之;浑水容重:如果以S 代表水的含沙量,则浑水容重(r m=r+(1-r/r s)*s),含沙量S较大的变化只能引起r m较小的变化。 1.泥沙沉速ω：单颗粒泥沙在静止的无限大的清水水体中匀速下沉的速度(有效重力和阻力相等);与泥沙的粒径、形状、含盐度、含沙浓度、水体紊动和沙粒雷诺数有关(R ed=ωd/v,表示惯性力与水流粘滞力的相对关系); 2.泥沙的沉降状态：层流(滞性)状态下降:R ed<0.5, 垂线下沉，下沉速度缓慢，扰流阻力以摩擦力为主，压差阻力相对较小(阻力与μdω的一次方成正比),颗粒不发生摆动、转动、滚动，周围水体不发生紊乱现象;过渡状态下降: R ed=0.5~1000,颗粒表面形成流速梯度很大的边界层，尾部边界脱离表面发生分离，分离区产生稳流，造成很大的能量损失，随着R ed的增加，分离区相应增大，压差阻力也不断增大，摩擦阻力不断减小;紊流状态下降:R ed>1000, 颗粒表面边界层在尾部的分离区达到最大，压差阻力远远大于摩擦阻力， 其大小与R ed的变化无关，颗粒左摇右摆下沉，颗 粒本身也转动，周围水体也紊动(水流阻力与ρd2 ω2成正比) 。 1.张瑞瑾沉速公式思路(阻力叠加原理,从过渡区入 手) PS:泥沙特性分为几何特性、重力特性、水力特性、 物理化学特性、生物化学特性； 1. 泥沙运动分类:泥沙一颗一颗的沿河滚动,滚一阵, 歇一阵,常呈间歇性(在河底附近一滚动、滑动、跳 跃或者层移形式前进,其速度小于水流速度);泥沙在 水中悬浮着前进(细颗粒，连续运动,在水流方向以 与水流大致相等的速度前进); 2.推移质与悬移质划分:Def:河底附近以滚动、滑 动、跃动或层移等形式前进、速度小于水流速度的 泥沙称推移质(接触质、跃移质、层移质); 以浮游方式前进的泥沙称推移质联系:一个泥沙组 成来说,较弱的水流条件下,以表现为推移质;较强的 水流条件下,以表现为悬移质，二者可以相互转化。 区别:运动规律不同(受力、运动速度、输沙率与水 流切力的关系、输沙量等都不同);能量来源不同(推 消耗水流的机械能即时均势能，悬消耗水流的紊动 动能);对河床的作用不同(悬沙通过容重增大净水压 力,悬移质通过颗粒间的离散力与河床作用). 1.泥沙起动概念：随着水流条件的增强,沙颗粒由静 止转为运动,泥沙起动.泥沙起动条件:持泥沙颗粒静 止状态的平衡条件遭到破坏,面泥沙由静止状态转 入运动状态的临界水流条件(起动流速(以垂线平均 流速表示)、起动拖曳力(拖曳力表示、起动功率(水 流功率));特性:复杂性(水流条件、沙粒性质、泥沙 组成);随机性(水流运动和泥沙分布排列等具有随机 性). 2.沙在水流中受到的力:促成泥沙起动的力:上举力、 推移力(两者由沙粒的迎水面和下面压力增大而背 水面和上面压力减小形成的)、脉动压力;抗拒泥沙 起动的力:重力、粘结力(与沙粒间的空隙厚度、在 水平面上的投影面积、所受的铅直向下的压力、水 的纯洁度与化学成分、沙粒的压结程度有关)。 3.起动流速:泥沙由静止变为运动式的临界水流条 件,用起动流速表示,位于河床表面的某种泥沙(即床 沙),当流速等于或者大于泥沙起动流速时,泥沙起动 反之静止。 4.沙莫夫启动流速公式： 5.研究泥沙起动的意义:计算输沙率;航道整治时使 用;护滩、护滩块石稳定计算、研究输沙率 1.沙波运动:泥沙颗粒在床面的集体运动称沙波运 动(推移质泥沙运动达到一定程度时的产物.对河道 水流结构、河道阻力、泥沙运动和河床演变均有重 要作用)； 2.沙波形态和运动特征:(几何特征:迎水面缓,背水 面陡;运动特征:迎水面加速区,冲刷,背水面减速区, 淤积,床沙分选:上粗下细;水流运动特征:波峰处流 速大,波谷处流速小,迎水面存在停滞点,背水面:分 离、漩涡;阻力特性：迎水面与水面存在压力波,与 水流速度相反,称形状阻力 3.沙波形成及发展过程:静平整(流速小于起动流速, 泥沙不起动,床面平整)、沙纹(流速增大,沙粒聚集最 后形成形状规则的沙纹)、沙垄、过渡、动平整(流 速增大,波高变小,床面恢复平整)、沙浪(流速继续增 大,Fr>1,床面再次出现沙波)、急滩与深潭(Fr>>1,强 烈冲刷形成急滩,强烈淤积形成深潭). 4.沙波形成过程中的两个现象:沙波对床沙的分选 作用(上粗下细);粗沙运动的间歇性。 5.沙波运动对河流的影响:沙波运动时推移质运动 的主要形式;沙波的消长对河流的阻力损失有很大 影响;沙漠的消长对航道的水深有一定的影响;沙波 的形成和发展影响H-Q关系。 6.沙波类型:带状沙波(很少见)、继绩蛇曲沙波(最常 见)、堆状沙波(常见)、顺直沙波、弯曲沙波、链状 沙波、舌状沙波、新月沙波等。 7.沙波产生的原因：不同流体相对运动时交界面上 的不稳定性;接近河床的流速沿程分布与沙波形式 相适应。 1.推移质输沙率概念:一定的水沙条件下,河道处于 冲淤平衡时,单位时间通过单宽河床的推移质数量, 以g s表示,单位:kg/m.s 2.公式类型及其思路:以临界拖引力和临界流速考 虑问题(当拖引力获水流速度达到或超过某一临界 值以后，床沙才可能发生推移,推移质输沙率的大小 与水流实有的拖引力或流速超过临界拖引力或临 界流速的程度有关,如沙莫夫公式);从沙波运行情况 考虑问题(凡推移质运动达到一定规模的处所，必然 出现沙波,推移质输沙率与U4成正比);从统计法则 考虑问题(H.A.爱因斯坦公式:抓住泥沙自床面冲刷 下移的概率P的确定最为推导的核心
（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
1.等容粒径（假定球体）D ： 算数品均值D ： 几何品均值（椭球体）D: 泥沙级配曲线（群体性）：表示天然泥沙组成特性，在采集的代表沙样中，小于某种粒径的泥沙累计百分数与该粒径在半对数纸上的关系曲线。 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：⑴平均粒径Dm ：粒径按其所占重量的百分比为权的加权平均值。 1100n i i m i P d d =??=∑，max min 2i d d d +=⑵中值粒径50d 表示在全部沙样中，大于和小于这一粒径的泥沙重量刚好相等。求法：粒配曲线—P=50%天然沙的平均粒径常常大于中值粒径 2.细颗粒泥沙的物理化学特征。细颗粒泥沙在含有电解质的水中，颗粒周围会形成双电层。通常细颗粒泥沙的主要成分是粘土矿物，它们在含有电解质的水中会发生两种可能：电解质中的离子吸附在泥沙颗粒表面；泥沙颗粒表面的分子发生离解。不论哪种情况都使泥沙颗粒表面带有负电。由于凝絮作用，细颗粒在沉积时会连结成絮团，絮团与絮团会连接成集合体，集合体还会搭连而形成网架。絮凝的新沉积物是一个高度蜂窝状的结构，含水量很高，密度很低，这样的淤积物具有很低的抗剪强度或粘结力。 3.沉速概念，泥沙沉降状态。单颗粒泥沙在无边界影响的静止清水中的匀速下沉的速度。因数值主要和粒径有关，也称水力粗度，常用ω表示,单位:cm/s.沉降的形式,泥沙颗粒在静水中下沉时的运动状态与沙粒雷诺数Re d ωνd G ==沙粒性力水流粘Z 力（式中和d 、ω分别为泥沙的粒径及沉速，ν为水的运动粘滞性系数）①层流状态下降:Re d <0.5,颗粒基本沿垂线下沉，颗粒不发生摆动、转动、滚动，周围水体不发生紊乱现象。颗粒沉降属于层流状态，下降速度较慢，绕流阻力以摩擦阻力为主，压差阻力相对较小，d C 与Re d 呈直线关系②紊流状态下降:Re d >1000, 泥沙颗粒脱离铅垂线，以极大的紊动状态左摇右摆下沉，附近的水体产生强烈的绕动和涡动。压差阻力远大于摩擦阻力，其大小与Re d 无关③过渡状态下降:Re d =0.5~1000, 泥沙沉降状态处于二者之间。随Re d 增大，压差阻力不断增大，摩擦阻力不断减小，阻力系数与沙粒雷诺数之间为曲线关系 4.影响泥沙沉速因素。泥沙的形状对沉速的影响。对于几何平均粒径D 相同的不同石块，形状愈扁平，阻力系数C D 愈大，其沉速愈小；水质对沉速的影响。主要影响对象是D<0.03mm 的细颗粒泥沙。①影响絮凝现象的第一个因素是泥沙粒径。泥沙愈细，絮团愈大②水中电解质的离子浓度与价数。反离子的价数高，絮凝作用强。另外，在小含盐度的范围内，絮凝团的平均沉速因含盐度的增加而迅速增大；当含盐度超过某一数值后，含盐度的增大，对平均沉速的影响不大；含沙量对沉速的影响。 5.影响泥沙淤积物干容重因素。取未经扰动的原状沙洋，量出它的体积，然后在烘干箱内经100度烘干后，其重量与原状沙洋整个体积之比，称干容重。N/m 3。①泥沙粒径。粒径较粗的泥沙干容重大，变化范围小。②泥沙淤积厚度。淤积愈深，干容重愈大，变化范围愈小。③淤积历时。干容重随淤积历时的增加而趋向于一个稳定值。④泥沙组成：组成越不均匀，孔隙率越小，干容重越大。 8.含沙量分布的重力理论原理，优缺点。泥沙比水重，为维持泥沙在水流中悬浮而不下沉，
河流动力学实验 (一) 武汉大学水利水电学院 二〇一二年十月
实验一 泥沙颗粒分析试验 一、实验目的及项目 1、掌握实验室中运用筛分法及移液管体分析河床质、悬移质沙样的方法。 2、掌握绘制泥沙颗粒级配曲线的方法，求出泥沙样品的50d ，pj d ，?=等特征值。 二、筛分析法：适用于粒径大于0.1毫米（或：0.074、0.060毫米）的泥沙颗粒分析。 （一）试验设备 1、粗筛：园孔，孔径为200、100、60、40、20、10、5、2毫米。 2、细筛：方孔，孔径为5.0、2.0、1.0、0.5、0.25、0.1、（或0.074、0.06）毫米。 3、洗筛：孔径为0.1毫米。 4、其他：振筛机、烘箱、天平、毛刷、盛沙杯等。 （二）操作步骤 1、检查沙样：用玻璃棒在沙样中搅拌，如玻璃棒没有粘附沙粒。则可以为已风干，否则应作风干处理，如沙样过多，则用四分法取出代表性沙样分析。 2、将分取沙样，（大约100-300克左右）放在天平上称出总重量，准确至0.01克。 3、根据沙样的最大粒径，准备好粗、细筛数只，并按孔径由大到小依次排列备用。 4、将沙样倾入粗筛之最上一层，加盖后，放在振筛机上振筛15分钟。 5、从最上一层开始，顺序将各级筛取下，在纸上用手扣打摇晃，直至无沙漏下为止，漏下之沙放在下一级筛内，卡在孔径中之沙。应计入本层筛之内。 6、将留在各级筛上之沙，扫入编号杯内，分别称重。 7、测记最大粒径：在最上一层筛内，找出最大一颗粒沙子，量其粒径为沙样最大粒径。 （三）实验记录
武汉大学水利水电学院 质筛分析记录计算表表一 分析：核算： 三、移液管法 （一）试验设备 1、移液管分析仪一套，本仪器只适用于粒径小于0.1mm及浓度为0.3~2%的泥沙颗粒分析。 2、盛沙杯：容量为100ml的玻璃杯7个。 3、沉降筒：容量为600ml的玻璃量筒一个。 4、温度计：量度50℃，最小刻度0.1℃一支。 5、电动天平：感量万分之一克。
Fundamental Glossary in Hydraulics 水力学及河流动力学词汇 Hydrostatics水静力学Hydrodynamics水动力学Physical properties of water水的物理性质 Density密度 specific gravity比重Kinematic viscosity 运动粘性absolute viscosity 动力粘性Elastic modulus 弹性模量surface tension 表面张力Temperature 温度 isotropic (y) 各向同性Anisotropic (y) 各向异性uniform (ity) 均匀(性) Heterogeneous (ity)不均匀(性) Main force 主要作用力Gravity 重力 inertia force 惯性力 pressure 压力(强) drag 阻力 Mass force 质量力 surface force 表面力Constitutive relationship 本构关系 Stress 应力 strain 应变 deformation 变形displacement 位移 normal 法向 tangent 切向 shear 剪力 acceleration 加速度 Angular deformation 角变形Local acceleration 当地加速度convective acceleration 迁移加速度 compressibility 压缩性continuity连续性 Scalar 纯量 vector 矢量 tensor 张量 magnitude 模(大小) direction 方向 Divergence 散度 curl 旋度 gradient 梯度 Source 源 sink 汇 Frequency 频率 amplitude 振幅 phase 相位 resonance共振 Mass conservation 质量守恒 momentum conservation动量守恒 energy conservation 能量守恒 Initial condition 初始条件 boundary condition边界条件 Ordinal differential equation 常 微分方程 partial differential equation 偏微 分方程 Convection, advection 对流 diffusion 扩散 dispersion 弥散 decay 衰减 degradation降解 Flow pattern流态 flow type 流型 Laminar flow 层流 turbulent flow 紊流 Supercritical flow 急流 subcritical flow 缓流 critical flow临界流 Rapidly varied flow急变流 gradually varied flow渐变流 Uniform flow 均匀流 non-uniform flow 非均匀流 Mainstream flow 主流 wake flow 尾流 Steady flow 恒定流 unsteady flow 非恒定流 One-dimensional flow 一维流 two-dimensional flow二维流 three-dimensional flow 三维流 Single-phase flow 单相流 double-phase flow 两相流 multi-phase flow 多相流 Irrotational flow 无旋流 potential flow 势流 rotational flow 有旋流 Open channel flow 明渠流 free surface flow 自由表面 流(明渠流) Pipe flow 管流 pressure flow 有压流 Jet 射流 plume 卷流(羽流) cross flow 横流 Stagnation point驻点 separation point分离点 Coherent structure相干结构 bursting猝发 turbulent intensity紊动强度 Boundary layer 边界层 viscous sub-layer粘性底层 displacement thickness排挤 厚度 mixing length混掺长度 Flow field, current field 流 场 flow net 流网 Submerged discharge 淹没出 流 unsubmerged discharge非淹 没出流 Renolds number雷诺数 Froude number 佛汝德数 Prandtl number普朗特数 Courant number柯朗数 Peclet 彼克雷特数 dimensionless number无量纲 数 Streamline 流线 path line迹线 V ortex line 涡线
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：
2005年《水力学及河流动力学》硕士研究生复试题 姓名成绩 一、填空题 1.在闸门局部开启时，随上游和下游水位的变化，过闸水流可能形成的流态有： ，，，。 2.过闸水流与下游水流的衔接形态根据 可分为，，。 3.根据下泄水流主流的相对位置，消能可分为、、 三种主要消能方式。 4.渗透破坏主要有、、、 。 5.避免渗透破坏的方法有：、、 、。 6.溢洪道布置形式有：、、 、。 7.拱形溢流坝下泄水流的主要特点是：， 。 8.高速水流常形成一些特殊的水力现象，例如： 。9.明渠水流流经河底障碍物时，若水流处于状态，则水面发生 ；若水流处于状态，则水面发生。 10.描述水流运动的三大基本方程是：， ，。 11. 建立推移质输沙率公式的指标可用：，， ，，。 12.按泥沙运动状态，可将泥沙分：，，。 13.冲积河流的河型有：，，，。 14.影响河床演变的主要因素是：，， ，。 15.影响泥沙沉降速度的因素主要有：，， ，，。 16.水流挟沙能力是： 。 影响水流挟沙能力的因素有和两类。 17.沙波按其产生和发展过程可分为：，，， ，等五个阶段。
18.用河宽、水深、流速与流量表示的横断面河相关系的表达式为 ， ， 。 19.水流动力轴线是 。 20.细颗粒泥沙具有双电层结构，其形成的束缚水由 和 组成。 二、问答题 1.简述明渠渐变流与急变流的水力特性。 2.底流消能率主要决定哪一个参数，若单宽流量增大，将对消能率产生何影响？请证明你的观点。 3.简述高水头、大流量条件下的泄洪消能布置方式。 4.分析水流掺气对生态环境的影响 5.何为河流的自动调整作用？若在河道上筑坝蓄水，坝下游河段将如何进行调整？ 6.阐述弯曲型河道的演变规律。 7.比较泥沙的起动切力与起动流速的优缺点。 8.挟沙力公式m gR U k S )( 3 *ω =右边的物理意义？要率定系数k 和指数m ， 需要收集哪些资料？运用该式时应注意什么问题？ 9.现要在天然河道中布置取水工程，应收集那些资料，进行那些问题的分析？ 10.图中有两球，已知21d d =，水深21H H >，流速21U U =，试问随着水流平均流速的增大，哪一颗球容易起动？为什么？ H 2 d1 d2
《河流动力学》复习要点 注意： 1.除下文中明确要求掌握的定义、公式和推导过程外，其他公式不需死记硬背。 2.对于类似于“雷诺数”这样的概念，除需掌握其定义式外，还需掌握其物理含义。 第1章：绪论 要求掌握的定义和原理：河流动力学研究内容；研究方法；与港口航道工程的关系。 第2章：水流的紊动 要求掌握的定义和原理：层流；紊流；雷诺数；紊动应力；粗糙高度K s；应对近壁流层厚度δ、对数流速分布公式(式2-20)、指数流速分布公式(式2-28)、图2-16 较为熟悉（另见P.44）。 （本章以基于理解的了解为主，大部分不需死记硬背） 第3章：泥沙特性 要求掌握的定义和原理：粒径的三种不同定义；粒径频率与级配曲线（含义）的关系；粒径分布特征值的不同定义与计算方法；分选系数（含义）；孔隙率；细颗 粒絮凝现象的表面电化学解释（双电层及絮凝的形成）；密度和容重的不同单位及 适用范围；干容重与水下休止角的概念；泥沙的沉速；沙粒雷诺数Re*定义式； 泥沙不同沉降形式的流态特征；沉速的影响因素。 要求掌握的公式(包括其推导过程和推导过程中涉及的相关公式)： 9圆球Stokes公式； 9圆球紊流区公式； 9圆球过渡区公式（即通式）。 第4章：推移质运动 要求掌握的定义和原理：推移质和悬移质；两者区别及交换；泥沙的起动条件及表达方式；圆球颗粒起动的三种方式；Shields曲线特点；粘性泥沙颗粒起动的特 点。Shields数定义式；泥沙止动条件；泥沙扬动条件；沙波床面形态发展阶段； 床面阻力和河岸阻力；沙粒阻力与沙波阻力；分割水力半径的物理意义；分割能 坡的物理意义。推移质输沙率及单宽推移质输沙率的定义；对于均匀沙的推移质 输沙率，有哪些研究途径，各种研究途径的的基本思路如何。 要求掌握的公式(包括其推导过程和推导过程中涉及的相关公式)： 9无粘性均匀沙泥沙颗粒滑动起动的临界条件表达式； 9无粘性均匀沙泥沙颗粒滚动起动的临界条件表达式； 9对于均匀沙情况，采用不同研究途径建立的推移质输沙率公式中，各表达了何种物理含义。 第5章：悬移质运动 要求掌握的定义和原理：床沙质和冲泻质及其划分；紊动扩散作用；施密特方程； 悬移质含沙量定义；悬浮指标表达式及其数值的含义；Rouse方程假定不足及适用
《河流动力学》课程报告专题六、七： 河流泥沙数学模型及河工模型 1 河流泥沙数学模型简介 随着计算机技术的高速发展和河流泥沙基本理论的进步，水沙数学模型得到了快速 发展，被广泛地应用于水利工程、江河治理和河口海岸与泥沙运动有关的领域中，解决 了很多生产难题，发挥了巨大效益。 水沙数学模型包括：1D模型、平面2D模型、立面2D模型、准3D、完全3D等。数学模型要求应该能够严格遵守物理原理、边界和初始条件，能够节省时间、人力和成本，具体的模型选择要经过方案比选与优化。 泥沙数学模型的功能主要是帮助解决实际问题和发现新的机理或规律。前者包括：河道演变、水库泥沙淤积、水力工程的下游冲刷、取水口的稳定性、引航道及港地回淤、河口海岸工程泥沙问题。后者主要是通过对比分析大量计算方案成果，有可能发现河道演变、水库泥沙淤积等的内在机理。这是模型试验和资料分析无法达到的，因为这些方法所反映的情况是有限 的。 数学模型应满足一下基本要求：满足物理的基本原理、被分析方法所检验（分析解、人工解）、被实验和实测资料所检验、可以预测主要的物理过程、数值解稳定收敛、数值结果可接受、符合实际情况。 2 河流泥沙数学模型的控制方程、模型建立与使用 主要方程包括水流连续方程、水流运动方程、泥沙连续方程以及其他补充方程。 常用的控制方程包括：3D悬移质运动扩散方程、3D水流运动方程、平面2D水流泥沙运动方程、立面2D水流泥沙运动方程、1D水流泥沙运动方程（水流连续方程、水流动量方程、泥沙连续方程）。 数学模型的建立流程如下： 数学模型的使用中，以下环节需要重点关注和讨论分析：微分方程的离散，挟沙能力的分析及其表达式使用、挟沙能力系数，回复饱和系数的表达式，边界和初始条件，断面信息
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。
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。