(完整版)河流动力学作业参考答案[1].

7.有一条灌溉渠道，断面如图所示，通过粘性土壤地区，泥沙组成的平均粒径为0.03mm ，渠道长10公里，渠道坡降为1/3000，问引取清水，渠道水深为2m 时，会不会发生冲刷？如果发生冲刷，应如何修改渠道？（n=0.02） 解：（1）计算渠道水流的实际平均流速渠道过水断面面积：m mh bh A 825.12122=⨯+⨯=+=， 湿周：m 21.825.11211222=⨯+⨯+=++=h m b χ， 水力半径：m 97.021.88===χA R ， 根据谢才公式和曼宁公式计算渠道水流的实际平均流速：m/s .J R n RJ C U 89.03000197.00201121322132=⎪⎭⎫ ⎝⎛⨯⨯=== （2）计算渠道泥沙起动流速由于泥沙组成的平均粒径为0.03mm ，属于粗粉土，所以采用考虑粘性的张瑞瑾公式计算渠道泥沙起动流速了：m/s 59.0)1003.0(210000000605.01003.065.16.171003.0210000000605.06.172172.03314.032172.014.0=⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛⨯+⨯+⨯⨯⨯⨯⎪⎭⎫ ⎝⎛⨯=⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛++-⎪⎭⎫ ⎝⎛=---d h d d h U s c ρρρ由于U ＞U c ，即渠道实际平均流速大于泥沙起动流速，所以渠道会发生冲刷。

（3）为减少冲刷，可采用减缓渠道坡降的途径来修改渠道。

10.河道左岸有一座灌溉引水闸，闸底高出河底2米，当河道流量为1000m 3/s ，河宽为100m ，水深为5m ，水温为20℃时，问粒径为1mm 的泥沙会不会进入渠道？哪种粒径的泥沙会进入渠道？（河道断面接近矩形） 解：（1）若要使粒径为1mm 的泥沙进入渠道，需使河道断面平均流速大于或等于泥沙扬动流速，即s U U ≥，其中：河道断面平均流速： /s 251001000m A Q U =⨯==，泥沙扬动流速： 1193.010151.151.1561361⨯⎪⎭⎫⎝⎛⨯=⎪⎭⎫ ⎝⎛=-z d h z U s ω （水温20℃时，粒径1mm 的泥沙沉速s cm / 93.11=ω）。

作业一1. 有一（1=0.Im,从水深li=10m 的水面抛入7K 中，水的流速若不考 虑动水流动的影响，求卵石沉到河底的水平距离？解：d=0.1m=100mm>2mm,^用沙玉清紊流区公式co=l.14 J —_ gd = 1.14 ^1.65x9.8x0.1 = 1.45 in /ss=ut=lx6.90=6.90 m故卵石沉到河底的水平距离为6.90m.2. 什么是泥沙沉速？球体的沉逮与等容泥沙的沉速是否相同？为什么？答：单颗粒泥沙在足够大的静止清水中等速下沉时的速度，称为泥沙的沉速。

球体的 沉速与等容泥沙的沉速不相同。

因为泥沙的形状复杂，沉降中受到的阻力较球体沉降 阻力大，同粒径的沉速有所减小。

答：当水质中含有较多的细颗粒泥沙，特别是含有复奈化学成分时，泥沙不再以单颗 粒的形式下沉，而是结成一团下沉，这种现象称为絮凝现象。

影响泥沙絮凝作用的因 素包括泥沙粒径、矿物成分.含沙量及水质等。

4.试比较岗恰洛夫、沙玉清.弓瘵瑾的泥沙沉速公式，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、紊汛 过渡区这三种绕流状态？答：比较岗恰洛夫、沙玉清和张瑞瑾的泥沙沉速公式可得，三者在层流区的计算公式 形式一样，其中岗恰洛夫和沙玉清的公式完全一致，阻力系数Cd 都取的"24,而张瑞 瑾取的1/25.6。

三者在紊流区的泥沙沉速公式形式也完全一致，仅阻力系数取值不一 样，最后简化而得的岗恰洛夫公式为3=1. 06可号1皿，抄玉清公式为 3= 1.14J 牛绻，张瑞瑾公式为3=1.04寸牛匕如 三者在过渡区的公式差异最 大，岗恰洛夫对比了滞流区沉速公式的结构形式，认犬过渡区公式几个变量的方次应 该介于滞流区和紊流区之间，取的d 的方次为1,比工的方次为2/3八的方次由-1逐Y2/3 1/ _ 1/渐増至0,最后取过渡区沉速公式的结构形式为3邙务（节丄严d, R 为无量纲系 数，是表征粒径和温度变化改变粘滞性影响的一个附加因素；沙玉清在研尢过渡区泥 沙沉降规律时引逬了两个新的判数，即沉速判数S 。

1. 解释Langbein-Schumm 定律，说明为什么最大产沙量发生的半干旱草原地区，而不是沙漠灌丛区或降雨量很大的地区。

答：在干旱区，地表几乎处于裸露状态，稀疏的荒漠灌丛对地表物质保护作用很弱，但由于降雨也很少，降雨侵蚀力极弱，水流的侵蚀强度很低。

实际上这类地区以风蚀为主。

处于干旱到半干旱区这一范围的流域，有效降雨量增加首先引起侵蚀力迅速增大(降雨多为集中暴雨形式)，而流域内植被是并不茂盛的草本植物，其抗蚀力的增加不足以与侵蚀力抗衡，故在这一范围内随着有效降雨的增加，侵蚀强度迅速增大，并在半干旱区(有效降雨量为300mm 左右)达到峰值。

2 什么是流域的泥沙输移比?宜昌站以上的长江流域，泥沙输移比约为多大?答：泥沙量St与流域中的地表侵蚀总量Se之比称为泥沙输移比．Se、St两者之差就是自侵蚀发生地点到流域出口控制点之间的输运过程中沉积减少的沙量。

宜昌站以上的长江流域，泥沙输移比St/Se约为0.353 说明河网密度和沟壑密度的定义。

黄土高原丘陵沟壑区的沟壑密度为大?答：单位流域面积内的河道长度称为河网密度(drainagedensity)D。

，其定义为其中，为级别为u的河道总长度。

4 标注习题6．4图所示流域水系中河道的Strahler级别。

5 在什么情况下，可以认为冲积河流处于平衡状态、形成均衡河道?说出有代表性的三种均衡河流定义。

答：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，此时称为河流沙条件和边岸抗冲性是稳定不变的，称为河流处于平衡状态．或称形成了“均衡河道。

1）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，，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。

（完整版）河流动力学三基试题参考答案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。

1.1试分析人工或天然水系中所谓的“死水”或“活水”是否属于动态系统。

它们是封闭系统还是开放系统？举例说明本校园内的人工河流、湖泊属于何种系统？答：“死水”或“活水”属于动态系统，“死水”是封闭系统，“活水”是开放系统。

校园内的人工河流、湖泊与外部环境既交换热量又交换物质，是开放系统。

1.2若一个封闭水体与外部环境只有能量交换（太阳能辐射），而没有物质交换（水量的流入流出），试分析水体的演变趋势。

考虑两种初始条件：①水体十分纯净，没有任何营养物和微生物；②受到污染的水体，有大量污染物和微生物存在。

答：①水体十分纯净，封闭的水体不会发生变化。

②受到污染的水体，有大量污染物和微生物存在。

在水体中会有微生物大量繁殖，水体会进一步污染恶化。

1.3仿照图1-1的例子，试举出更多的实例什么是不稳定、亚稳定和平衡状态。

答：一个圆锥体，以其尖端竖立在一个平面上，这些物体都处于不稳定状态。

翻倒后，处于亚稳定状态，一直要等到它们的重心相对地取得最低位置时，这些物体才会静止不动处于稳定状态。

1.4简要说明水文系统所包含的子系统，并指出我国大陆地区常见的子系统。

答：水文系统包含：1、大气层-海洋系统2、坡面系统3、海岸线系统4、河流系统5、冰川系统6、地下水系统7、风成沉积系统常见的有1、大气层-海洋系统2、坡面系统3、海岸线系统4、河流系统6、地下水系统7、风成沉积系统1.5在泥沙问题的研究中所采用的时间尺度有几种？它们适用于什么学科和什么问题的研究？答：三种。

地质学时间尺度以百万年计，研究地质旋回过程。

现代河流地貌学时间尺度为数十年至数十万年，研究侵蚀旋回。

工程学时间尺度为数天至数百年，降雨和水流与流域坡地、河道边界或人工建筑的相互作用及相应的演变过程。

河流动力学作业二《河流动力学》课程报告专题二：推移质1 概述沿河床床面滚动、滑动或跳跃前进的泥沙称为推移质。

推移质主要有以下特点：运动具有间歇性，与静止的床沙经常发生交换，前进速度远较水流速度小，属于运动泥沙中的较粗部分，会引起河床表面形成起伏的沙坡。

关于推移质运动，主要分以下三个部分内容讨论：泥沙起动、沙波运动以及推移质输沙率。

2 泥沙的起动在一定泥沙组成的床面上，逐渐增加水流强度，直到使床面泥沙由静止转入运动，这种现象即为泥沙的起动。

相应的临界水流条件称为泥沙的起动条件。

表达起动条件的形式一般有两种：起动流速或起动拖拽力。

就起动条件而言，均匀沙和非均匀沙，散体和粘性泥沙，平底和斜坡均各具特点。

由于起动标准存在不确定性，加上天然河流非均匀床沙起动的复杂性，作为河流泥沙动力学中一个最基本概念——起动条件，远未达到圆满解决的程度。

2.1 泥沙起动的物理机理2.1.1 作用在泥沙颗粒上的力水流作用下，床沙受到两类作用力：一类为促使泥沙起动的力如水流的推力和举力，另一类为抗拒泥沙起动的力如泥沙的重力及存在于细颗粒之间的粘结力。

此外，河水与地下水互相补给时河床内部出现渗流，床面泥沙还承受渗透压力（一般情况下渗透压力较小，不予考虑）。

水流推力是水流绕过考察颗粒时出现的肤面摩擦及迎流面和背流面的压力差所构成，水流举力则是水流绕流所带来的颗粒顶部流速大压力小、底部流速小压力大造成的，它们分别可用公式表达。

粘结力可分为原状粘土的粘结力和新淤粘性细颗粒的粘结力两类。

影响前者大小的因素较多，难以用数学关系简单表达，目前主要靠现场取样测定。

后者形成粘结力的原因无一致看法。

一种看法认为这种粘结力源于薄膜水仅能单向传压的特性，属于一种附加压力；另一种看法认为这种粘结力主要来自范德华力。

2.1.2 泥沙起动的随机性：沙粒形状及沙粒在群体中的位置都是随机变量，床面不同部位的瞬时起动底速或起动拖拽力也为随机变量。

2.1.3 泥沙起动的判别标准实验室广泛采用一种定性标准，即大体相当于克雷默所谓的“弱动”定为起动标准。

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。

武汉大学水利水电学院2010-2011学年第1学期期末考试《河流动力学》试卷A卷学号姓名年级/专业分数一．简述题（共6题，满分40分）1．简要论述床沙质和冲泻质的概念及其河流动力学意义。

mm的泥沙都视为冲泻质，对此你有何意见？[本题满分8分]床沙质：悬移质中较粗的一部分以及绝大部分推移质来自相邻的上游段及本河段的河床，是从床沙中被带起进入运动的泥沙；床沙质与河床的冲淤变化有密切的联系，所以又称“造床质”。

冲泻质：悬移质中较细的一大部分以及推移质中的极小部分是床沙中很少或几乎不存在的，它们起源于上游的流域冲蚀，是被水流长途携带输送到本河段的。

2. 冲积河流中的沙波是向下游传播的。

请结合下图，运用水沙动力学基本原理予以解释。

[本题满分8分]沙波的迎流坡坡面的流速是沿程增加的，故在这个区域里的任何一处，来沙量将小于去沙量，因而发生冲刷；沙坡的背流坡坡面上为横轴环流所占领，泥沙基本上只进不出，因而发生淤积。

沙波迎流面冲刷，在背流面淤积的综合结果，形成整个沙坡向下游爬行的运动态势。

3. 试论影响非均匀沙起动的主要物理机理 (力学效应)。

[本题满分6分]不同粒径的起动拖曳力是独立的，仅与粒径大小有关，粒径越大的泥沙，所需起动拖曳力越大，但同时，某些粒径较小的泥沙可以隐蔽在大粒径泥沙中，具有隐蔽效应，此时粒径越小越难起动。

所以重力作用和隐蔽作用的综合效益。

4．设某冲积河流水沙运动与河床基本处于平衡状态。

现在河道中游某处修建一水库。

试应用张瑞瑾明渠水流挟沙力概念定性地解释水库淤积与大坝下游河床冲刷的原因。

[本题满分6分]当挟沙水流到达坝前，水深增大，比降平缓，流速降低，所以悬移质水流挟沙力减小，泥沙沉降淤积；同理，大坝下游水深小，流速增大，悬移质水流挟沙力增大，需大坝下游的床沙补充，故而造成何床冲刷。

5．异重流在特定条件下可能运行很远的距离。

试结合下图论述其物理机理。

[本题满分6分]1）异重流的三个特性：重力作用显著降低、惯性力作用相对突出、阻力作用相对突出。

《河流动力学》期末考试复习-单选题第一章绪论1.河流的发展变化是（）与河床相互作用的结果。

［单选题］* A水流（正确答案）B泥沙C河床D河流2.（）是河流动力学研究的核心内容。

［单选题］*A水流紊动B河床演变C泥沙运动（正确答案）D在实际工程中的应用第二章水流的紊动3.紊流中各水层的（）不断进行交换产生了紊动应力。

［单选题］*A热量B质量C动量（正确答案）D含沙量4.在紊流中，总切应力应为：（）。

［单选题］*du T —/——+pU V加AB C D （正确答案） （），将不同壁面条件对数流速分布公式合成一个公式第三章泥沙特性 6.泥沙等容粒径的表达式（）。

［单选题］*5.爱因斯坦于1950年引入的形式。

［单选题］*A 摩阻流速u*B 校正参变数x （正确答案）C 粘性底层厚度8A（正确答案）d-A+c)B7.对于粘粒和粉粒，可采用的量测方法是（）。

［单选题］* A直接测量法B筛析法C水析法（正确答案）D筛析法和水析法都可以8.根据泥沙粒配曲线可以看出，沙洋组成最均匀的是（）。

［单选题］*A曲线aB曲线bC曲线cD曲线d（正确答案）第四章推移质运动图（9题-15题）9.如图所示，a表示（）。

［单选题］*A静止河床（正确答案）B层移区C床面层D悬移区10.如图所示，b表示（）。

［单选题］*A静止河床B层移区C床面层（正确答案）D悬移区11.如图所示，c表示（）。

［单选题］*A静止河床B层移区C床面层D悬移区（正确答案）12.如图所示，d表示（）。

［单选题］*A推移质B悬移质（正确答案）C床沙质D冲泻质13.如图所示，e和f表示（）。

［单选题］* A推移质和悬移质B床沙质和冲泻质C接触质和跃移质（正确答案）D层移质和河床质14.如图所示，g表示（）。

［单选题］*A推移质B悬移质C床沙质D床沙（正确答案）15.如图所示，h表示（）。

［单选题］*A推移质（正确答案）B悬移质C床沙质D河床质16.随着水流强度的逐渐增加，沙波运动各阶段的顺序正确的排列是（）。