河流泥沙动力学答案
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河流动力学》专业选修课,40学时,2学分主要参考书:1.泥沙运动力学,钱宁,万兆惠,科学出版社2.河流泥沙工程学,武汉水利电力学院,水利电力出版社3.河流动力学,陈立,明宗富,武汉大学出版社,20014.河流泥沙动力学,张瑞瑾,谢鉴衡等,水利电力出版社主要参考以下问题写读书笔记1.叙述泥沙的颗粒性质,并说明为什么颗粒大小是泥沙最重要的性质?2.简要叙述泥沙的群体性质。
3.推导孤立圆球在无限静水中等速沉降的沉速公式。
4.简要叙述影响泥沙沉速的因素及其研究成果。
5.解释下面概念:拖曳力;上举力;粒间离散力;接触质;层移质;跃移质;床沙质;冲泻质;悬移质;推移质;输沙率;高含沙水流;异重流。
6.说明推移质与悬移质的区别。
7.推导以流速为主要参数的推移质输沙率公式。
8.何谓悬移质含沙量的垂线分布?简要叙述关于悬移质含沙量垂线分布的两种理论。
9.说明水流挟沙力的定义以及它与河床冲淤之间的关系。
10.简要叙述泥沙的存在对水流所产生的影响。
参考答案:1.叙述泥沙的颗粒性质,并说明为什么颗粒大小是泥沙最重要的性质。
答:(1)泥沙的几何性质泥沙的几何性质是指泥沙颗粒的形状和大小,或者说泥沙颗粒的形状与粒径。
泥沙颗粒的不同形状与他们在水流中的运动状态密切相关。
较粗的颗粒沿河底推移前进,碰撞的机会较多,碰撞时动量较大,容易磨成圆滑的外形;较细的泥沙颗粒随水流浮游前进,碰撞的机会较少,碰撞时动量较小,不易磨损,因此能够保持棱角峥嵘的外形。
①泥沙的粒径是泥沙颗粒的大小的量度,由于泥沙颗粒形状不规则,不易确定其直径,通常所说的粒径为泥沙的等容粒径的简称。
所谓等容粒径,就是体积与泥沙颗粒相等的球体的直径。
设某一颗泥沙的体积为V,则其等容粒径为常用单位为 mm ,对较大粒径也用 cm 作单位。
d 3而球体的体积为 d,令两者相等,可以看到613)也就是椭球体的等容粒径即为其长、中、短轴长度的几何平均值。
在实际工作中,对于不易测量其长、中、短轴长度的泥沙,通常通过两种方法确定其粒径。
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)。
淮海工学院14 - 15 学年第 1 学期河流动力学试卷(A开卷)专业年级:港口航道与海岸工程12(1)一、名词解释(共5题,每题3分,共15分)1.体积含沙量和重量含沙量体积含沙量Sv:泥沙颗粒的体积/浑水总体积质量含沙量Sw:泥沙所占重量/浑水总体积2.泥沙粒径累积频率分布曲线横坐标表示泥沙颗粒粒径大小,纵坐标表示小于某一粒径id的泥沙质量(或颗粒数目)与泥沙总质量(或总的颗粒数目)的百分比3.沙粒阻力在水流作用于床面额全部切应力中,只有一部分直接作用在颗粒上,引发推移质的运动和床面形态的变化,这一部分叫做沙粒阻力。
4.河相关系冲积河流的河床在水流与河床的长期作用下,常取得与所在水文、泥沙条件相适应的最适合的外形,表征这些外形的因素(如河宽、水深、曲率半径等)与水力、泥沙因素(如流量、比降、泥沙粒径等)之间常存在某种函数关系,这种关系称为河相关系。
5.潮流界潮波和潮流上溯的过程中,既受到河床阻力的影响,又受到径流下泄的阻碍,潮汐的能量逐渐消耗。
当潮波推进到达某一地点时,涨潮流速和径流下泄流速相抵消,潮水便停止倒灌,此处为潮流界。
二、简答题(共5题,每题5分,共25分)1.河流的分类河流分为:山区河流、平原河流、潮汐河流。
平原河流根据形态、演变特征可分为:弯曲河道、分叉河道、顺直河道、游荡河道。
2.河口的分类,并说明钱塘江、黄河、黄浦江和长江分属何种河口?潮汐河口的分类:一、按河口形态特征分类1)三角港河口2)三角洲河口。
二、按河口区的动力和来沙特征分类1)强潮海相河口(钱塘江)2)弱潮陆相河口(黄河)3)湖源海相河口(黄浦江)4)陆海双向河口(长江)。
三、按潮汐强弱分类1)感潮河口2)中潮河口3)弱潮河口3.Shields数的含义及其物理意义。
Dscc)(γγτ-=Θ为无量刚临界起动切应力,该值越大,泥沙的可动性愈强,因而它可以看作床沙运动状况的一个重要指标,决定了推移质运动的强度。
4.位于水平河床上的非粘性泥沙而言,促成泥沙起动的力有哪些?赖以抗拒的力有哪些?粘性颗粒起动时还需考虑粘结力,粘结力的影响因素?促成泥沙起动的力有:上举力、推移力、脉动压力等,赖以抗拒的力有:重力、粘结力等5. 阐述河床演变的基本原理输沙的不平衡性。
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:113366n 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:()13b abc =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6V abc π=等容粒径为()11336n 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:颗粒的密度ρs 即颗粒单位体积内所含的质量,国际单位制单位为kg/m 3或g/cm 3,工程中常用t/m 3。
《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()。
第二次作业
1、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=3m3/(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。
2 已知:梯形断面渠道,底宽b=5m,边坡系数m=2,流量Q=40m3/s,坡降J=0.0008,运动粘滞系数ν=10-6m2/s,泥沙粒径D35=0.3mm,D65=0.9mm,水深H=1.93m。
设断面平均流速U由沙粒阻力决定,河床为粗糙床面,求沙粒阻力对应的水力半径R’。
3、有一沉沙池,设计水深h=3m,水温20℃,来流流量为4.5m3/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?
4、已知宽浅型冲积河道,河宽B=850m,流量Q=2500m3/s,比降J=3/10000,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系数f各为多少?
1。
一动态系统的平衡状态:所有动态系统中都存在着建立和维持平衡的状态,平衡状态是指一种能力最低的状态。
地球最大的两个最大的动态系统:水文系统,地质构造系统水文系统包含哪些子系统:(1)大气层-海洋系统(2)坡面系统(3)河流系统(4)海岸线(5)冰川系统(6)地下水系统(7)风成沉积系统地貌学和河流工程学采用的时间尺度有何不同:现代地貌学----数千年至数十万年工程学------数天至数百年在此尺度上认为地质构造、地貌、气候是不变的河流的自然功能:(1)输运功能:将流域形成的径流和坡面系统侵蚀产生的泥沙像海洋排泄,同时维持河道的正常演变(2)水源功能:地表水和地下水补给源(3)汇水功能:在保证自净能力的情况下承纳工农业和城镇生活的排污(4)栖息地功能:陆生及水生生物(5)天然屏障的功能泥沙输运可以分为哪两部分:(1)坡面、沟道内的泥沙运动(2)河道内的泥沙运动泥沙输移比的概念和影响因素:(1)某流域出口控制站的实测站的河流泥沙总量St 与该流域的地表物质侵蚀总量Se 之比(St/Se)为泥沙输移比;(2)因素:小流域输移比与地表物质的矿物成分和粒径组成有关三Shields数可以看成是哪两个力的比值:shields数:Θ=τb/(γs-γ)=γHJ/(γs-γ)D 可以看做是水流作用在床面上的剪应力和床沙水下重量的比值低能态区、过渡区、和高能态区的含义以及各自床面(沙波)形态:(1)低:对应于定床水流为缓流情况的动床明渠水流的能态。
床面形态包括沙纹、沙垄(2)过:~~临界流~~床面形态是平整床面(3)高:~~急流~~床面形态包括平整床面,逆行沙垄和驻波,急流和深潭何为沙波?有哪几个发展阶段?是说明水流流区和床面形态的关系?沙波是非平整状况下沙质河床的床面形态。
发展:从丢水流能态区到过渡区再到高水流能态区,经历了平整-沙纹-沙垄-平整(过渡区) -逆行沙垄五个阶段床面形态是水流流区的判别依据明渠均匀流阻力的概念,U H J n的相互关系?对于明渠恒定均匀流,利用水流的能坡(J)断面平均流速(U)水利半径(宽浅型河道R ≈H)以及反映边壁粗糙状况的阻力系数n 这四个变量就可以求出明渠均匀流阻力方程(也叫断面平均流速);谢才:U=C√RJ沙波阻力与沙波发展过程的关系:沙波阻力一定是,沙波、沙垄阻力大;动平整的阻力小,再者沙波阻力会因为沙波—动平整—逆行沙垄而发生从大到小的变化,继而在形态变化时,阻力又增加了综合阻力:河床阻力和河岸阻力河床阻力:沙粒阻力和沙波阻力四何为泥沙起动条件?起动的水力学指标用三种方式表示?(1)当水流强度达到某一临界值时,静止于河床表面的泥沙颗粒就会开始运动, 这一水流强度临界值即为泥沙起动条件(2)三种方式:床面剪切应力、水流功率、平均流速①床面临界起动剪切应力τc满足Θc=τc/((γs-γ)D=f(U*D/ν) 时,泥沙起动②斜坡上,泥沙颗粒的临界起动条件为临界拖拽力满足下式时,泥沙起动:√(W` sinθ)2 +(F`d )2 =tanψ(W` cosθ—F L )F L 为泥沙的上举力;ψ为水下休止角;W`为泥沙的自重③当临界流速U C 满足沙莫夫公式或者其他时,泥沙起动Shields的起动拖曳力公式及shields曲线的特点F`d =tanψ(W`-F L)曲线特点:①Re* <10,不易起动,Θc随粒径的减小而增大;②Re* =10。
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(πVD =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50D2)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 32min max min maxi min max D D D D D D D D i +++=+=或 ∑∑==∆∆=n i i n i i im pp D D 11n —为划分组数;2502σe 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)25750D 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。
河流动力学作业作业一1. 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 。
淮海工学院14 - 15 学年第 1 学期河流动力学试卷(B闭卷)专业年级:港口航道与海岸工程12(1)一、名词解释(共5题,每题3分,共15分)1.泥沙干密度和干容重泥沙干密度:泥沙烘干后质量与原泥沙整体体积的比值称为泥沙的干密度。
泥沙干容重:泥沙烘干后重量与原泥沙整体体积的比值称为泥沙的干重度。
2.潮区界潮流界以上潮波仍继续上溯,但由于受到河水的阻滞,潮波波高急剧减小,直至潮差等于零,此处称为潮区界3.水流挟沙力在一定的水流条件与河床组成条件的相互关系中,悬移质中属于床沙质部分的饱和含沙量,叫做水流挟沙能力。
4.中值粒径即累积频率曲线上纵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。
5.造床流量指其造床作用与多年流量过程的综合造床作用相当的某一种流量。
二、简答题(共5题,每题5分,共25分)1.河口区潮汐的主要特征有哪些?1)口门处水面周期升降2)周期较长,潮波周长可达数百公里,远大于波高,属浅水长波3)在重力、惯性力和摩擦力的支配下潮波在河口区内传播是非恒定流4)潮波进入口门后会继续向上游推进5)河口区潮流的强弱可以用进潮量来衡量6)河口区潮波会发生变形。
2. 判别泥沙起动主要有哪几种方法?答:泥沙起动主要有两种方法:(1)流速大于等于临界起动流速(2)拖曳力大于等于临界起动拖曳力3. 分析粘性细颗粒泥沙起动的影响因素粘性细颗粒泥沙起动的影响因素有:水深、粒径、细颗粒泥沙容重、床面粗糙高度、细颗粒之间的粘结力。
而沙粒之间的空隙、沙粒在水平面上的投影及沙粒所受垂直压力(取决于水深h)都能影响细颗粒之间的粘结力。
4. 简述均匀沙推移质输沙率公式的代表方法和代表人物。
(1)以流速为主要参变数,沙莫夫公式,列维公式,冈恰洛夫公式(2)以拖曳力为主要参变数,梅叶-彼德公式,阿克斯-怀特公式(3)以能量平衡观点,拜格诺公式、窦国仁公式以统计法则,(小)爱因斯坦5.简述冲积河流阻力的划分。
河流动力学知到章节测试答案智慧树2023年最新云南农业大学绪论单元测试1.河流动力学就是研究河流在____、____和____三者共同作用下的变化规律的学科。
参考答案:null2.泥沙运动研究的是泥沙____、____和____的机理。
参考答案:null3.钱宁先生完成的三部巨著____、____和____奠定了我国泥沙研究在世界上的重要地位。
参考答案:null4.河流动力学主要应用在以下几个方面,____、____、____、____、____。
参考答案:null5.河流动力学的研究方法有____、____、____、____参考答案:null6.()于1879年提出的拖曳力理论被广泛应用于推移质运动的研究。
参考答案:Duboys7.河床演变的根本原因是()。
参考答案:输沙不平衡第一章测试1.脉动流速的时均值一定为零。
()参考答案:对2.脉动流速相对于时均流速较小,所以对于整个紊流场影响不大。
()参考答案:错3.关于雷诺实验,以下说法正确的是()。
参考答案:雷诺数越小,粘滞性的稳定作用越小于惯性力的破坏作用;除了外来干扰,内在的不稳定性是促使层流转化为紊流的内因4.水力光滑面就是十分光滑的壁面。
()参考答案:错5.某一固体边界,在某一雷诺数下是光滑面,而在另一雷诺数下可能是粗糙面。
()参考答案:对6.从19世纪以来很大一部分紊动理论的研究在于如何把脉动流速转换为时均流速,从而建立____和____之间的关系。
为了建立二者的关系,普朗特假设水团起点和终点的任何平均性质的差别,等于该性质在终点的____,这个自由行程叫做____。
参考答案:null7.影响糙壁流速分布的主要因素有()。
参考答案:相对粗糙度;床面切应力8.影响光壁流速分布的主要因素有()。
参考答案:水的密度;粘滞性;床面切应力9.混合长度与____无关,只是____的函数。
参考答案:null10.对于二元均匀流,。
()参考答案:对第二章测试1.____是河流泥沙的主要来源。
河流动力学_河海大学中国大学mooc课后章节答案期末考试题库2023年1.()是都江堰的分水工程参考答案:鱼嘴2.河流动力学可以应用于哪些方面?参考答案:港口工程_航道工程_水利枢纽_航电枢纽3.都江堰水利工程被列入哪些名录?参考答案:世界文化遗产_世界灌溉工程遗产_世界遗产4.河流动力学研究哪些问题?参考答案:水流结构_泥沙冲刷_河床演变_泥沙淤积5.()兴建了泾惠渠,是我国第一座运用了现代水利技术的水利工程。
参考答案:李仪祉6.15世纪末,()观测了河道的水流流速,成为河流动力学现场实测的先驱。
参考答案:达·芬奇7.16世纪中叶,()提出“筑堤束水、以水攻沙”的治河原则,并成功地应用于黄河治理。
参考答案:潘季驯8.关于紊流说法不正确的是()。
参考答案:紊动现象取决于外在的扰动9.关于混合长度说法不正确的是()。
参考答案:混合长度的概念是雷诺提出的10.水流的流态可以由划分。
参考答案:雷诺数##%_YZPRLFH_%##Re11.水体流层间动量交换会产生。
参考答案:紊动应力##%_YZPRLFH_%##雷诺应力12.紊流的特征是。
参考答案:脉动性和扩散性13.拜格诺公式是从()角度来推导推移质输沙率。
参考答案:能量平衡14.关于推移质和悬移质下面哪些说法是正确的?参考答案:推移质运动消耗水流的机械能_推移质平均运动速度远远小于悬移质_一条河流中悬移质输沙量远远大于推移质输沙量_推移质和悬移质在一定条件下可以相互转换15.关于非粘性泥沙起动下面哪些说法正确?参考答案:基于滚动和滑动的临界起动底速公式形式类似_临界起动流速可以基于对数流速分布和指数流速分布得到_希尔兹图的纵坐标是希尔兹数,横坐标是沙粒雷诺数16.关于冲积河流阻力下面哪些说法正确?参考答案:沙粒阻力才是引起推移质运动的力_沙波的发展会引起水位流量关系改变17.止动流速大于起动流速。
参考答案:错误18.张瑞瑾认为粘结力是由于粘结水无法传递静水压力引起的。
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 .JR nRJ CU 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/s59.0)1003.0(210000000605.01003.065.16.171003.0210000000605.06.172172.03314.032172.014.0=⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛⨯+⨯+⨯⨯⨯⨯⎪⎭⎫⎝⎛⨯=⎪⎪⎭⎫⎝⎛++-⎪⎭⎫ ⎝⎛=---d h d d h U s cρρρ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: /s251001000m 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)。
所以,悬浮指标 725.31193.0101521.15613=⨯⎪⎭⎫ ⎝⎛⨯⨯≥-z 。
根据相对含沙量沿水深分布的方程式可得,m 2=y 时相对含沙量沿水深的分布(相对水深05.0=h a ):5725.310809.7105.0112511-⨯=⎥⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎢⎣⎡--≤⎥⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎢⎣⎡--=za a hyhS S<<3101-⨯据此可判断出粒径1mm 的泥沙不会进入渠道。
(2)假定相对含沙量沿水深的分布3101-⨯≥aS S 时,粒径为d 的泥沙才会进入渠道,即:3101105.0112511-⨯≥⎥⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎢⎣⎡--=⎥⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎢⎣⎡--=zza a hyhS S所以,亦即悬浮指标721.2≥z 时粒径为d 的泥沙才会进入渠道。
根据(1)可知s U U ≥时,泥沙可进入渠道,即:ωω61615721.21.151.15⎪⎭⎫ ⎝⎛≥⎪⎭⎫ ⎝⎛=≥d d h z U U s则由上述关系可得:61276.0d ≤ω。
再由张瑞瑾沉速公式得:616262276.010003.195.138.965.109.110003.195.1395.1309.195.13dd d d d v gd d v s ≤⨯⨯-⨯⨯+⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛⨯⨯=--+⎪⎭⎫ ⎝⎛=--γγγω对上述关于d 的关系式取不同的粒径进行试算可得:粒径mmd 58.0≤的泥沙可进入渠道。
12.某水库上游河段年平均入库流量为2000m 3/s ,相应河宽为200m ,断面平均水深为5m ,水面比降为1.2‰0,水流接近均匀流,河床为均匀沙,中值粒径为2mm ,试求该水库每年入库的推移质数量为多少?(分别用沙莫夫公式,梅叶—彼得公式进行计算并加以比较) 解:(1)运用沙莫夫公式进行计算根据沙莫夫公式计算均匀沙的单宽输沙率:()413''2195.0⎪⎭⎫ ⎝⎛⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-=h d U UU U d g ccb, 其中,河道断面平均流速:sm AQ U / 252002000=⨯==;河道泥沙止动流速:()sm h d U Uc c/ 631.0510283.383.32.11613136131'=⨯⨯⨯===-。
所以,根据沙莫夫公式计算均匀沙的单宽输沙率为:()()()()s m kg h d U U U Udg cc b ⋅=⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛⨯⨯⎪⎭⎫⎝⎛⨯-⨯⨯⨯=⎪⎭⎫ ⎝⎛⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-=--/ 262.05102631.02631.0210295.095.04133213413''21由此可推算出该水库每年入库的推移质数量为:kgtB g G b 10652.1200606024365262.09⨯=⨯⨯⨯⨯⨯==(2)运用梅叶—彼得公式进行计算根据梅叶—彼得公式计算均匀沙的单宽输沙率:()g d hJ n n g s s s b ⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎣⎡--⎪⎭⎫ ⎝⎛'=ρρρργγγ212323125.0047.0,其中,曼宁糙率系数:016.0200012.05213221322132=⨯===UJhUJRn ;河床平整情况下的沙粒曼宁糙率系数(由于为均匀沙,故取5090d d =):()014.026102262661361506190=⨯==='-d d n 。
所以,根据梅叶—彼得公式计算均匀沙的单宽输沙率为:()()()()s m kg s m t g d hJ n n g s s s b ⋅=⋅⨯=⨯⎪⎭⎫⎝⎛-⨯⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎣⎡⨯⨯⨯-⨯-⨯⨯⨯⎪⎭⎫ ⎝⎛=⎪⎪⎭⎫⎝⎛-⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎣⎡--⎪⎭⎫ ⎝⎛'=--/ 248.0/ 10477.28.91165.21125.01028.9165.2047.000012.058.9016.0014.0125.0047.042123323212323ρρρργγγ由此可推算出该水库每年入库的推移质数量为:kgtB g G b 10564.1200606024365248.09⨯=⨯⨯⨯⨯⨯==14.长江平均情况有:悬移质mm d pj 04.0=,水温t=20℃,,水深m h 10=,比降J=0.5‰0。
黄河平均情况有:悬移质mm d pj 03.0=,水温t=15℃,,水深m h 2=,比降J=1.5‰0。
求:(1)长江、黄河的悬浮指标值z(2)以z=4作为悬浮指标的分界指标,问长江、黄河能悬浮起来的最大粒径max d 。
(3)对上述结果进行分析。
解:(1)、① 长江的悬浮指标理论值111*=U z κω,其中:悬移质mm d pj 04.0=,水温t=20℃时,沉速s m / 0998.0=ω; 摩阻流速s m J gh U / 07.000005.0108.9111=⨯⨯==*;卡门系数4.0=κ。
所以,长江的悬浮指标理论值564.307.04.00998.0111=⨯==*U z κω。
② 黄河的悬浮指标理论值222*=U z κω,其中:悬移质mm d pj 03.0=,水温t=15℃时,沉速s m / 0495.0=ω; 摩阻流速s m J gh U / 0542.000015.028.9222=⨯⨯==*;卡门系数4.0=κ。
所以,黄河的悬浮指标理论值283.20542.04.00495.0222=⨯==*U z κω。
(2)、① 对于长江情况z=4时,根据悬浮指标计算公式*=U z κω可以得到:沉速s m U z / 112.007.04.0411=⨯⨯==*κω,再由下述沉速计算公式d d d d v gd d v s 626210003.195.138.965.109.110003.195.1395.1309.195.13--⨯⨯-⨯⨯+⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛⨯⨯=--+⎪⎭⎫ ⎝⎛=γγγω,对上式关于粒径d 进行试算,可得长江能悬浮起来的最大粒径mmd 91.0max =。
② 对于黄河情况z=4时,根据悬浮指标计算公式*=U z κω可以得到:沉速s m U z / 087.00542.04.0422=⨯⨯==*κω,再由下述沉速计算公式d d d d v gd d v s 626210003.195.138.965.109.110003.195.1395.1309.195.13--⨯⨯-⨯⨯+⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛⨯⨯=--+⎪⎭⎫ ⎝⎛=γγγω,对上式关于粒径d 进行试算,可得黄河能悬浮起来的最大粒径mmd 64.0max =。
(3)、通过(1)和(2)的计算结果,可以得出如下结论:长江悬移质平均粒径,水深以及悬浮指标均要大于黄河,而黄河河床比降要陡于长江。
同时在相同的悬浮分界指标下,长江所能悬浮起来的最大粒径要大于黄河。
15.按卡尔曼—普兰特尔公式求出ε沿水深的关系式后,求ε沿垂线的平均值εpj ,并假定二维恒定均匀流扩散方程中εs =εpj ,试求含沙量沿垂线分布公式,并用所求公式计算125.01及=*U κω情况下相对含沙量aS S沿垂线分布。
(计算y/h=1,0.8,0.6,0.4,0.2,0.1六点,计算时取a/h=0.05,并将所得结果绘成曲线与Rouse 公式计算结果进行比较) 解:(1)按卡尔曼—普兰特尔公式求出ε沿水深的关系式对卡尔曼—普兰特尔对数流速分布公式:yh U u u ln1max κ=-*,微分得流速梯度:yU dydu κ*=①根据紊流的动量传递理论,在二维恒定均匀流中,作用于离河床垂直距离为y 的平面上的切应力可以表达为:dydu ρετ=(ε为动量传递系数)②在二维恒定均匀流中,切应力自水面至床表面呈直线分布,在水面为0,在河床表面达到最大值0τ,τ与0τ的关系为:⎪⎭⎫⎝⎛-=h y 10ττ③由②、③可得:dydu h y ρτε⎪⎭⎫ ⎝⎛-=10④将①代入④得:y h y U dydu h y ⎪⎭⎫ ⎝⎛-=⎪⎭⎫ ⎝⎛-=*1100κρτρτε⑤并且可知在河床表面上的切应力hJ γτ=0,摩阻流速ghJ U =*,所以⑤式化简为:y h y U ⎪⎭⎫ ⎝⎛-=*1κε⑥⑥式即为按卡尔曼—普兰特尔公式求出的ε沿水深的关系式。
(2)求ε沿垂线的平均值pj ε对ε沿水深分布的关系式y h y U ⎪⎭⎫ ⎝⎛-=*1κε在h →0积分,并取平均可得:h U ydy h y U hdy hhhpj**=⎪⎭⎫ ⎝⎛-==⎰⎰κκεε611110(3)假设二维恒定均匀流扩散方程中pj s εε=,求含沙量沿垂线分布公式二维恒定均匀流扩散方程为:0=+dyds s sεω,假设pjs εε=,则0=+dyds s pjεω,亦即061=+*dyds hU s κω或dy sds pjεω-=。