《河流动力学》课程教学大纲
课程编号：030054 学分：2 总学时：34
大纲执笔人： 刘曙光 大纲审核人：匡翠萍
一、课程性质与目的
《河流动力学》是港口航道与海岸工程专业本科生的必选专业基础课程。
通过本课程的学习，使学生了解和掌握冲积河流在自然状态以下及受人工建
筑物影响以后所发生的变化和发展规律，为学习港口及航道工程专业课打下基
础。
二、课程基本要求
1、熟练掌握泥沙运动基本规律，包括泥沙特性、推移质运动悬移质运动和异重
流。
2、熟练掌握河床演变特性，包括局部河段的河床演变和潮汐河口的河床演变
3、熟练掌握河床演变及河床变形计算
三、课程基本内容
第一章、 泥沙特性
第二章、 推移质运动
第三章、 悬移质运动
第四章、 异重流
第五章、 平原河流的河床演变
第六章、 潮汐河口的水流泥沙特点及河床演变
第七章、 河床演变分析与河床变形计算
四、实验或上机内容
无
五、前修课程要求
水力学、流体力学、土力学等
六、学时分配
序号
内 容 学 时 安 排
小计 理论
课时 实验
课时 习题
课时 上机
课时
1 泥沙特性 2
2 推移质运动 6
3 悬移质运动 6
4 异重流 6 5 平原河流的河床
演变 4
6 潮汐河口的水流
泥沙特点及河床
演变 6
7 河床演变分析与
河床变形计算 4
8
总 计 34 34
七、教材与主要参考书
1、《河流动力学》，王昌杰主编，人民交通出版社，2001
2、《河流动力学基础》，王兴奎等编著，高等教育出版社，2004，
3、《泥沙输运理论与实践》，杨志达著，中国水利水电出版社，2002
4、《泥沙运动力学》，钱宁、万兆惠著，科学出版社，1983
5、《河床演变学》，钱宁、张仁、周志德著，科学出版社，1987
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
（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。
1.1试分析人工或天然水系中所谓的“死水”和“活水”是否属于动态系统。他们是封闭系统还是开放系统？举例说明本校校园内的人工湖泊、河流属于何种系统。
答：封闭系统与外部环境只有热量交换，开放系统与外部环境既有热量交换又有物质交换。所以“死水”和“活水”都是开放系统，因为它们两者都与大气层有物质交换，都会蒸发失去部分水，或因降雨得到一些水。本校人工湖泊、河流分别属于所谓的“死水”和“活水”，因此他们都是开放系统。
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，有大量营养物和微生物存在。
答：①若水体十分纯净，没有任何营养物质和微生物，那么水体不会变化。
②若水体污染，有大量营养物质和微生物，那么微生物因为有营养物质会大量繁殖，会进一步加重水体的污染。
1.3仿照图1-1的例子，是举出更多的实例说明什么是不稳定、亚稳定和平衡状态。
答：例如一本书一小部分露出桌面处于亚稳定；当有一半露出桌面，稍微用点力就会掉时处于不稳定状态；当书掉在地上，不再动，处于平衡状态。
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：①水文系统是地球上最大、最复杂的动态系统之一，其中包含了同样复杂的多个子系统。包括：大气层——海洋系统、坡面系统、河流系统、海岸线系统、冰川系统、地下水系统、风成沉积系统。
②我国大陆最常见的子系统为坡面系统‘
1.5在泥沙问题的研究种所采用的时间尺度有几种？她们各适用于什么学科和什么问题的研究？
答：有三种。地质旋回过程中所对应的空间尺度为大陆板块或大地构造单元（如平原、高原等），时间尺度以百万年计，称为地质学时间尺度或地质学时标；在现代河流地貌学中，研究问题时采用的时间尺度为数千年至数十万年；在实际工程中，考虑问题所用的工程学时间尺度为数天至数百年。三者依次适用于地质、地貌学体系与水力学和河流动力学研究体系。
