河流复习题

一、名词解释1、天然河流运动过程由水流、泥沙以及可动边界的各种运动和变化叠加而成的过程称天然河流运动过程。

2、动态系统如果在某个自然系统中存在能量和物质的运动和转换，则称之为动态系统3、土壤允许流失量土壤允许流失量是从保护土壤肥力的角度提出的，它的涵义是：长时间内保持土壤肥力和生产力不下降情况下的最大流失量。

4、来水来沙条件一个河段的上游下泄的水量和水流中所携带的泥沙量是决定此河段河床变形的主要因素，称为来水来沙条件。

5、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St/Se，称为泥沙输移比6、等容粒径等容粒径(nominal diameter)为与泥沙颗粒体积相同的球体直径。

7、D50D50：中值粒径(median size)，即累积频率曲线上纵坐标取值为50％时所对应的粒径值。

换句话说，细于该粒径和粗于该粒径的泥沙颗粒各占50％的重量。

8、泥沙粒径累积频率曲线若以粒径为横坐标，以“小于粒径D的百分比”为纵坐标，点绘表2-4中第2列与第5列数据(也就是能通过各级筛孔的沙样在总重量中依次所占的比例)，称为泥沙粒径累积频率曲线。

9、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。

10、含沙量含沙量即单位体积浑水中固体泥沙颗粒所占的比例。

11、沙波阻力沙波阻力又称形态阻力或压差阻力，其起因是沙波背水面流动边界层的分离，12、自然粗化过程对于一条有泥沙补给的河流，在一般洪水时，床面会形成一层较粗的床沙，它对较细的颗粒起着隐蔽和保护作用，称为自然粗化过程。

13、工程泥沙问题在河道上修建取水工程、防洪工程或桥梁等，在一定程度上改变了天然河流的演变特性。

这类受人类活动影响而发生的河床变形及有别于自然情况下的泥沙问题，称为工程泥沙问题。

14、水流挟沙力水流挟沙力的涵义是在一定的水流及边界条件下，水流所能挟带的包括推移质和悬移质在内的全部沙量15、河网密度单位流域面积内的河道长度称为河网密度16、均衡河道如果河床和边岸的物质组成不改变或流域来水来沙没有较大变化，在准衡时段内，河道依然能够在河道平面摆动和断面有冲有淤的演变过程中达到一个稳定、平衡的一般形态，河道的主要几何尺寸基本不变，此时称为河流处于平衡状态，又称形成了“均衡河道”。

17、平滩水位平滩水位指在滩槽分明的河道里，主槽充满之后、与新生河漫滩表面齐平的水位。

18、自然堤在漫滩前，水流在主槽中集中流动，流速大，挟沙力较强。

漫滩后过水面积和湿周增加,由于滩面上水深小、阻力大，引起洪水运动滞止和流速显著降低，导致泥沙大量落淤在滩地上,其中靠近主槽的部位淤积较厚、淤积颗粒较粗，形成沿主槽的自然堤。

18、河相关系河相关系所表达的是河道处于均衡状态时，所研究的河段上水动力因子(包括泥沙因子)和河道断面形态之间的定量因果关系。

19、河流功率河流功率(stream power)特指比降为J(单位为m／m)的单位河长上的水流功率，也就是流量为Q的恒定水流经过单位河道长度后发生的势能变化。

简答题1、一般将河流所具有的各种自然功能分为5个方面：(1)输运功能(将流域降水形成的径流和坡面系统侵蚀产生的泥沙向海洋排泄，同时维持河道的正常演变)；(2)水源功能(地表水源和地下水补给源)；(3)汇水功能(在保证自净能力的前提下承纳工农业和城镇生活排污)；(4)栖息地功能(陆生及水生生物)；(5)天然屏障的功能(如塔里木河阻止塔克拉玛干沙漠向北移动)。

2、简述三门峡水库的运行方式对黄河河道的影响。

三门峡水库蓄水拦沙运用期间和滞洪排沙的前期水位的抬高，相当于抬升了侵蚀基准，造成河流入库附近河床坡度的降低，流水搬运能力降低。

大量泥沙堆积于库区，上游河道发生加积抬高，引起向源堆积。

河床的淤高和淤积的上延，使在库区汇流的渭河下游淤积严重，造成了渭河口的淤堵和黄河水倒灌入渭河，增加了渭河下游防洪的难度，并加剧了盐碱化趋势。

采取蓄清排浑运用方式后，库区的冲淤受水库运用水位和来水来沙条件的影响较大。

非汛期水库拦沙下泄清水，下游河道由建库前的淤积转为冲刷，水库的淤积量与下游河道的减淤量大致相当。

汛期来水量加大，下游河道淤积量相应加大，但由于流量较大，黄河有“大水多排沙”的特性，从全年来看，下游淤积量减少，水沙关系得到改善。

与无水库相比，下游河道每年减少淤积0.2亿～0.3亿t，所不利的是主槽淤积量没有减少，有些河道淤积还略有增加，加大了洪灾发生的概率。

3、简述推移质和悬移质运动形式之间的区别(1)运动规律的不同推移质和悬移质的单宽输沙率(按重量计)与水流剪切力的关系是完全不同的。

悬移运动使输沙效率提高。

2)能量来源的不同推移质运动包含固体之间的碰撞、滚动摩擦等作用，直接消耗水流的时均能量，增加水流阻力(即边界上的平均切应力)。

悬移质运动效率之所以较高，是因为它所消耗的是水流的紊动能量而非时均能量，对水流阻力的影响是间接的、复杂的(细颗粒悬移质有可能减少水流的阻力)。

(3)对河床作用的不同悬移质增加水的容重而用静水压力作用于河床，推移质则通过粒间离散力直接与河床发生作用。

推移质运动与床面形态的形成密切相关。

4、简述定床水力学和动床水力学的主要区别。

水力学的研究对象一般是管道、渠道等人工建筑物中不挟带泥沙的清水运动，这种清水运动常常具有稳定的流动边界，⏹例如研究明渠流动时，渠道的底面和边壁都认为是固定的，其形状和糙率一旦给定后就不再变化，从这个意义上说，可称之为“定床水力学”。

⏹在天然冲积河流中，河床上会不断发生冲淤变化和沙波消长，边岸可能发生冲刷，上流方向和主槽位置也不是固定不变的，因此无论是沿程阻力还是局部阻力都处于经常变化之中，其综合糙率系数将不再是一个常数，⏹河流动力学的一些内容义可以称之为“动床水力学”，它与“定床水力学”的主要区别之一就是在进行水力计算，确定流速、水深、比降等水力要素时，必须计入边界可动性所造成的影响。

5、简述冲积河流阻力包括那些部分。

6、简述床面形态、泥沙输运与阻力损失的关系床面形态、泥沙输运与阻力损失的关系可分为几个阶段：(1)增加段 (2)跌落段 (3)再增加(1)增加段。

在低水流能下（Fr<1），随着水流强度由弱变强，泥沙输运从无到有，床面从平整开始，出现沙纹、再发展成沙垄，阻力系数越来地大，Manning糙率系数n可增大一倍左右。

(2)跌落段。

当水流强度继续加大，由低水流能态转化为高水流能态时（Fr≈1），床面出现动平整。

此时输沙率继续增大，由于沙垄夷平，流动阻力反而跌到最低点，Manning糙率系数n接近最小值。

(3)再增加。

随着水流强度的继续增加，达到急流流态之后（Fr≈1），Manning 糙率系数n重又缓慢增长。

7、天然河流中泥沙起动的复杂性（1）对河床表面任一指定位置的颗粒，其大小、形状和与其他颗粒的相对位置都是随机的。

另一方面在天然河流中，水流都具有脉动的性质，即其作用在床面上某一指定位置上颗粒的力也完全是随机的。

研究床面上某一指定位置的泥沙颗粒的起动，会遇到双重的随机性。

（2）非均匀沙的起动特性较为复杂，除了前面已经提到的随机性外，还具有非恒定性。

（3）细颗粒泥沙之间的粘结力。

8、简述悬移质垂线分布的重力理论与扩散理论的区别。

该理论与扩散理论的不同之处在于，它不是从随机运动理论的观点而是从能量平衡的观点来分析问题，其基本观点是：挟带悬移质的水流在运动过程中要消耗能量。

所消耗的能量分为两部分，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。

9、从理论上阐述悬移质输沙率计算的思路及应注意的问题。

•根据前面介绍的理论方法，可以求出悬移质含沙量S v及流速U沿垂线的分布。

•据此可计算得出，河道过水断面中高程y处单位时间、单位断面面积上通过的悬移质沙量为US v，将其沿垂线积分即可得出全水深上的悬移质单宽输沙率。

•另一个更为简便的方法是求解得出断面平均含沙量和平均流速，则两者之积就是全断面的悬移质输沙率。

•求得悬移质沿垂线的相对分布后，当推求悬移质输沙率时，必须借助于其他途径得出参考高度a处的含沙量S va才能求出垂线上各点的含沙量。

•此外，求积分时首先还必须确定积分的上下限值。

•最简单的方法是从床面积分到水面处。

•但在已有的理论公式中，当y=0时，流速和含沙量将分别趋于正、负无穷大。

•另一方面，从输沙的物理过程看，直接积分到床面也是不合理的因为在床面附近运动的泥沙，其重量是由床面支持的而不是由水流的紊动能量支持的，所以这一层运动的泥沙属于推移质的范畴。

10、简述河道均衡状态的判断依据（1）以河道形态随时间的变化为判据如果一定时段内，流域来水来沙条件和边岸抗冲性是稳定不变的，则河流会响应这些条件调整自身的空间形态，在平均意义上使其宽度、比降和弯道形态维持一个相应的稳定值。

也即，泥沙输运和冲积演变过程的稳定性能够衍生出河道平均形态的稳定性，如果流域来水来沙条件和边岸抗冲性改变，则河道会通过调整适应而形成新的均衡河道。

另一方面，河道是处于一种动态平衡之中。

即使在准衡时段内，来水来沙条件和边岸抗冲性能够保持稳定不变，河道形态的几何特征参数(如弯曲系数)仍可能会围绕一个平均值不断波动。

所以即使冲积河流的河道具有比较稳定的形态，一般也只称之为处于“稳定状态”。

（2）以河道内泥沙的输运过程为判据河道形态达到均衡的根本原因是水沙输运过程达到了动态平衡。

Mackin 据此在1948年提出均衡河流的定义为：一条均衡河流是在经过一定的年月以后，坡降经过精致的调整，在特定的流量和断面特征条件下，所达到的流速恰好使来自流域的泥沙能够输移下泄。

但这个定义中仅把河道的比降作为最关键的因变量，而没有把断面形态(如河宽)也作为可以随着比降和平面形态(弯曲系数等)一起参与自动调整的因素。

（3）以河道的输沙耗能效率为判据对于恒定流量和恒定含沙量的情况，河道的最优运行效率表现为在可能的范围内使输运这一来沙量所消耗的水流机械能最小，也就是通过自我调整、最后得到允许范围内的最小河道比降。

用这种方法来衡量河流的均衡状态也存在一些弱点，因为河道水流的机械能损失并不是都用于输运所挟带的泥沙，绝大部分用于克服河道阻力，其中一部分化为紊动动能支持悬移质运动，一小部分直接用于推移质运动。

而且不改变河道比降，仅仅通过床面形态的变化也可以对能耗率产生很大影响。

11、什么是造床流量?说明其在实际工程中的重要意义。

为什么可以用平滩流量表示造床流量?对均衡河道形态的形成起到控制、主导作用的某个中等流量，叫造床流量。

它是河道演变中最重要的自变量，它决定了河流的平均形态，因此工程中常常依据这一流量来设计常年河流(有时也包括间歇河流)的断面和平面形态。