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第1章 河道水流的特性

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河床演变基本原理

河床演变基本原理

河床演变基本原理王浩霖 201101021530摘要：河床演变是指自然情况下及修建整治建筑物后河床发生的冲淤变化过程。

广义上是指河流形成和发展的整个历史过程；狭义方面则仅限于近代冲积河床的演变发展。

天然河流总是处在不断发展变化过程之中。

而且天然河流的河床形态复杂，演变规律差异很大。

人类在开发利用河流的过程中，要有效地整治河流，必须充分认识河床演变的基本原理及各类河床特殊的演变规律。

本文着重讨论平原冲积河流的问题，但所阐明的基本原理对具有一定冲积层的山区河流也是适用的。

关键字：河床演变基本原理平原冲积河流河型一、平原冲积河流的一般特性1.河床形态与山区河流不同，平原河流的河床形态是在特定条件下水流与河床相互作用的结果，因而具有较强的规律性。

平原河流在平面上具有顺直、弯曲、分汊、散乱等四种外形。

其横断面可概括为抛物线形、不对称三角形、马鞍形和多汊形等四类。

河漫滩和成型堆积体是河床形态中涉及的两个基本概念。

河漫滩是位于中水河槽两侧，在洪水时能被淹没的高滩。

河漫滩既有由侵蚀作用造成的，如石质河漫滩，多见于山区河流，滩面较窄，且向中水河槽一侧倾斜；更多的是由堆积作用造成的，如冲积河漫滩，多见于平原河流，滩面较宽，左右河漫滩分别向两侧倾斜，这是洪水漫滩落淤的结果。

成型堆积体是冲积河流的河底分布着各种形式的大尺度沙丘（尺度远大于沙坡）的统称。

成型堆积体的尺度，包括宽度、深度和长度，和河流的尺度（河宽和水深），是同数量级的。

成型堆积体经常处于发展变化之中，是平原河流河床演变中最活跃的因素。

2.河道水流的一般特性2.1河道水流的基本性质（1）河道水流的二相流特性。

天然河道的明渠流是挟带着泥沙的水流运动，本质上属于二相流。

（2）河道水流的三维性。

河道水流的过水断面一般是不规则的，因此河道水流为三维流动。

过水断面的宽深比愈小，三维性愈强烈。

（3）河道水流的不恒定性。

一方面，来水来沙情况随时空的变化；另一方面，由于河床经常处于演变之中，因此河道水流的边界也随时空变化。

第1章河道水流的特性

第1章河道水流的特性


1、河系： 流域里的大大小小的水流路线，构成脉络相通 的系统，称为水系（河系、河网）。 Horton-Strahler河流分级法： ①直接发源于河源的小河流为1级河 流；
②两条同级别的河流汇合而成的河
流级别比原来高一级； ③两条不同级别的河流汇合而成的 河流的级别为两条河流中较高的河 流的级别
（1）水系的平面形状
雷诺应力大部分由猝发在约25％时间产生
由马蹄形涡的形成、发展到形成喷射和清扫，整个过 程称为猝发现象
下扫 上抛
下扫
上抛
u (m / s)
v( m / s )
边界层猝发过程的流速分布
（3）紊动大小的表达-紊动切应力
由于涡漩混掺引起质点动量交换而产生脉动流速 及相应紊动切应力，也称附加切应力。
表达形式1：
（2）紊流发生的物理过程
在靠近固体壁面的粘性底层中，在平面上具有顺流向 的高速带和低速带相间形成的带状流动结构
（2）紊流发生的物理过程
在低速带向下游流动的过程中，其下游头部常缓慢上 举，低速带与固体壁面间距离逐渐增大，低速带与固 体壁面之间产生横向漩涡。
二维平均流 的涡丝 马蹄涡（发夹涡） （Hairpin vortex）
式中， u x u y 是指空间某点瞬时
u x 和 u y 在某时段的时均值。
；
ux ux u x
u y u y u y
ux 为时均值， 式中，u x 为瞬时值，
u x 为X方向的脉动流速
（3）紊动切应力
表达形式2：
影响εm的几个量在量测和确定上都存在不少困 难，在实际计算中，通常由切应力和时均流速
§1-2 河道水流的运动结构
二、河道水流的紊动特征
河流水文特征与水系特征

河流水文特征与水系特征

河流水文特征与水系特征一、河流水文特征1.水量特征：水量是河流水文特征中最基本和最重要的指标之一、它可以根据河道的宽度和流速来估算，通常用来描述单位时间内通过河流的水量。

水量的大小对水生生物的生存和河流生态系统的平衡有着重要影响。

2.水质特征：水质是指河流水体中溶解在水中的化学物质和生物物质的含量和分布。

水质的好坏与河流周边环境的污染程度有关，主要包括悬浮物、溶解氧、营养盐、有机物、重金属等指标。

水质的影响因素包括人类活动、河流季节变化、自然环境等。

3.河谷形态特征：河谷形态是指河流河道的形状和地貌特征。

河谷形态的好坏直接影响河流生态系统的稳定性和健康。

河谷形态特征包括河道宽度、深度、坡度、弯曲度等。

4.河床结构特征：河床结构是指河床底面的形状和组成。

河床结构特征对水流的分布和发展起着重要作用。

河床结构包括河床颗粒大小、颗粒组成、河床形态等。

5.急流特征：急流是河流中特定区域的水流速度较大的地方，也是河流水文特征的一部分。

急流的形成是由于河床底部地形陡峭或河道狭窄等因素造成的，急流的存在对河流的物质运动具有重要影响。

二、水系特征水系特征主要包括河网的结构、分布规律等方面。

1.河流网状结构：河流网状结构是指由主河道和其支流组成的河流分布形态。

不同地区的河流网状结构存在差异，可分为梳状、树状、网状、交错状等形态。

河流网状结构的形成受到地质构造、降水量和地表水文条件等因素的影响。

2.干流与支流特征：干流是河流系统中水量最大、主要水流方向的一条通道，而支流则是干流的附属小川，二者通过汇聚形成河流的水系。

干流与支流特征的分布与水系的排列和发展过程有关。

3.河流密度特征：河流密度是指单位面积内河流长度的多少。

河流密度高的地区，河流纵横交错，河网发育，河流土地利用率高。

河流密度低的地区则相反。

河流密度特征与地形、降水和地壳运动等因素有关。

4.流域特征：流域是指河流及其支流所涵盖的地区，是河流水系发展的基本单位。

河流动力学复习整理

河流动力学复习整理

（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。

河流概论课文说明

河流概论课文说明

河流概论课⽂说明《河流概论》教案第⼀章河流的基本概念1.1 基本知识◆河流、河道、河段？◆⽔道、航道？◆天然航道、⼈⼯航道？◆⽔流、挟沙⽔流？◆河床、河槽、河⾕？◆河底、河岸？◆左岸、右岸？◆引河、减河、运河？1.2 河流的称谓◆⼀般称谓：较⼤的称江、河、⽔、川；较⼩的称溪、涧、源、沟等。

◆特殊称谓----如塘、娄、浜、泾、洪等。

◆两条基本原则：●南“江”北“河”；●⼤“江”⼩“河”。

◆特例：如长江：沱沱河-通天河-⾦沙江-川江-荆江-浔阳江-皖江-扬⼦江-Yangtze River"。

1.3 河流的功能◆泄流输沙◆引⽔排涝◆蓄⽔发电◆交通运输◆⽣态环保◆渔业养殖◆景观旅游◆休闲娱乐1.4 河流的分类◆国内河流与国际河流◆常年性河流与季节性河流◆多沙河流与少沙河流◆天然河流与⾮天然河流◆⼭区河流与平原河流1.5 河流的分段◆河源◆上游◆中游◆下游◆河⼝◆例:长江、黄河1.6 河流的分级◆⼲流与⽀流？◆河流分级：⼀级、⼆级、三级……◆我国河道分级1.7 河流的落差与⽐降◆落差◆⽐降◆⽔⾯⽐降◆河床⽐降◆横⽐降1.8 河流的长度、宽度与深度◆河流长度◆河流宽度◆河流深度◆洪⽔河槽◆中⽔河槽◆枯⽔河槽1.9 河流的深泓线、主流线与中轴线◆深泓线◆主流线◆中轴线◆航迹线◆河床纵剖⾯◆⽔流纵剖⾯◆河流横断⾯◆基本河槽◆主槽1.11 侵蚀基准⾯与侵蚀基点第⼆章⽔系与流域2.1 ⽔系⽔系定义与命名◆⽔系的定义◆⼲、⽀流划分⽅法◆⽔系的的命名⽔系的形态◆树枝状⽔系◆平⾏状⽔系◆放射状⽔系◆辐合状⽔系◆⽻⽑状⽔系◆格状⽔系◆⽹状⽔系◆混合状⽔系⽔系的形成与发展⽔系的基本特征2.2 流域流域的定义◆分⽔线◆集⽔区域◆闭合流域◆⾮闭合流域流域的等级流域的⼏何特征◆流域⾯积◆流域形态●降⽔●蒸发◆下垫⾯因素●地理位置●地形●植被●⼟壤●地质构造●湖泊沼泽第三章河道⽔流3.1 河⽔的来源◆降⽔补给◆融⽔补给◆地下⽔补给◆湖沼⽔补给◆⼈⼯补给3.2 河流⽔情要素⽔位◆正常⽔位◆⾼⽔位◆低⽔位◆中⽔位◆洪⽔位◆枯⽔位◆历史最⾼洪⽔位◆历史最低枯⽔位流速◆测点流速◆垂线平均流速◆断⾯平均流速◆流速沿⽔深分布规律◆流速分布公式流量◆流量过程规律◆⽔位-流量关系曲线3.3 河流径流的形成过程◆降⽔过程◆流域蓄渗过程◆坡⾯漫流过程◆河槽汇流过程3.4 河流径流的度量⽅法◆流量Q◆径流量W◆径流深度Y◆径流模数M◆径流系数α3.5 河流径流的变化特点◆年际变化◆年内变化◆河流洪⽔及其特征3.6 河道⽔流的基本特性◆两相性◆三维性◆不恒定性◆⾮均匀性◆不平衡性◆紊动性◆阻⼒复杂性◆流态特异性第四章河流泥沙4.1 河流泥沙的来源泥沙----随河⽔运动和组成河床的松散固体颗粒。

河流的水文特征和水系特征(66张)ppt课件

河流的水文特征和水系特征(66张)ppt课件


土壤
区域自然环境
空间定位
编辑版pppt
24
描述松花江的水文特征，并分析其成因
松花江由于纬度位置较高，冬季长、气温低，所以 结冰期较长；
春季由积雪融水补给出现的春汛夏季由雨水补给出 现的夏汛，有两个汛期； 流经地区林木比较茂密，所以含沙量比较小； 由于补给较充足，汇入支流也较多，所以流量较大。
编辑版pppt
节变化，夏汛。
含沙量
结冰期 —有结冰期
其他：流速、水能状况等
水系 河流的长度、密度、弯曲度、 特征 性质等
图中信息：西北地区 设问要求：河流特征及成因
—河流短小、稀疏， 多季节性河流
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20
水系 ①多内流河和时
深居内陆；降水量
河
特征 令河，河流短小
少，蒸发量大；
流
特
征
②（流量小）流量季 水文
A、沉积盆地
B、褶皱山地
C、冲积平原
D、块状山地
编辑版pppt
16
图中所示河流 径流量的 基本特征？
流量小；季节变化大；汛期在夏季
编辑版pppt
17
二、河流水文特征
水文特征要素 描述特征
影响因素
流量（水量） 大或小
流域面积、降水量或干湿区
结冰期
有或无及长短
气温
汛期
出现的时间 气候类型、河流的补给类型
25
图中等高线的等高距为1000米。读图，简述M河的 水文特征。（8分）
M河的水文特征主要是：水
量丰富，落差大，多峡谷，
水能丰富。
M
编辑版pppt
26
布拉马普特拉河上游在我国境内的名称是——， 该河段的主要特征是什么?
CH1河道水流、泥沙特性

CH1河道水流、泥沙特性

• 河流中泥沙的含量随区域水土流失情况的不 同差异很大。黄河干支流河道实测最大含沙 量达到1500kg/m3，平均为300kg/m3，国内 外主要河流的含沙量见表。
土壤侵蚀的危害表现为：
• （1）水资源和土壤资源恶化。年流失耕地表层土 壤1cm，流失的养分相当于4000万t的化肥量。
• （2）农田、耕地水沙为害。沟壑纵横切割造成耕 地大面积破坏。
通过D2的平均粒径；细颗粒 • 3、沉降粒径：粒径小于0.1mm。<0.1mm的细沙 • 泥沙颗粒分类：方法很多，结果有差别。
三、泥沙的群体特性
三、泥沙的群体特性
三、泥沙的群体特性
§1.3 泥沙的重力特性和浑水性质
§1.5 泥沙的重力特性和浑水性质 一、泥沙的容重
• 容重：泥沙颗粒的重量与其实际体积之比，用 s 。 s 与泥沙
表达形式3： τ= ρl2(dux/dy)2
普兰特根据动量传递原理或掺混长度理论得到。
1.2、 明渠水流的流速分布
一、明渠水流流速分布
一、明渠水流流速分布
一、明渠水流流速分布
一、明渠水流流速分布
一、明渠水流流速分布
κ卡门常数
爱因斯坦公式
8.5
上式为：三种壁面的统一对数流速公式，（式中，x为修正系数，其中糙壁x=1； 光壁和过渡壁面x是ks和δ的函数。）
n
曼宁公式
U*= gRJ ;
U =c
U*
g
§1.4 河流泥沙的来源与几何特性
• 一、泥沙的来源 泥沙：指所有在流体中运动或受水流、风力、波浪、
冰川及重力作用移动后沉积下来的固体颗粒碎屑 （钱宁、1983）。粒径大小可差数十~数万倍。粒径 大小一般变化在0.001~100.0mm 。 主要来自岩石的风化，土壤侵蚀，火山喷发产生的
河道水流和泥沙的一般特性

河道水流和泥沙的一般特性


河流动力学
精选课件
29
泥沙的粒径（续）
对较粗的天然沙粒测量成果的统计分析表 明，沙粒的中轴长度，和其长、中、短三 轴的几何乎均值(即等容粒径)接近相等且 略大
对于粒径在0.062~32.0mm之间的沙粒，一 般采用筛析法
用筛析法量得的粒径应相当于各粒径组界 限沙粒的中轴长度。可以近似地看成等容 粒径，或者直接称为筛径
河流动力学
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32
河流动力学
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33
三、泥沙的空隙率
孔隙率：泥沙中孔隙的容积占沙样总容积的百分比称为孔隙率
• 泥沙孔隙率因沙粒的大小及均 匀度、沙粒的形状、沉积的情 况以及沉积后受力大小及历时 长短而有不同。
• 对各类泥沙孔隙率一般为 粗 沙 ： 的 孔 隙 率 39 ％ ～ 40 ％ ， 中沙：41％-48％，
不同粒径级的颗粒具有不同的矿物组成 不同粒径级的颗粒具有不同的物理化学特性
河流动力学
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26
河流泥沙的几何特性
河流动力学
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27
泥沙的粒径
泥沙的几何特性系指泥沙颗粒的形状和大小， 或者说泥沙颗粒的形状与粒径
泥沙的粒径
泥沙的粒径是泥沙颗粒大小的量度
所谓等容粒径，就是体积与泥沙颗粒相等的球体的 直径。设某一颗沙的体积为v，则其等容粒径为， 单位mm
河道水流和泥沙的一般特性
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1
河道水流的一般特性
河流动力学
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2
河道水流的基本特性
天然河道中的水流属于明渠流，在很多情 况下可以沿用水力学中明渠流的有关结果
二相流特性 三维性 不恒定性 非均匀性
河流动力学
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3
史灌河河道水流运动特性浅析

史灌河河道水流运动特性浅析

流 ｌ Ｏ ｋ ｍ 至 红 石 咀 渠首 枢纽 ， 继续北流 ３ １ ． ５ ｋ ｎ 有 黎 集 渠 首 ｉ
式中： Ｘ表示沿流 向的坐标 ； ｔ 表示 时间 ； Ｑ表示流量 ； ｚ 表示水位 ； Ａ表示过水断面面积 ； Ｂ表示河 宽 ； ｑ ． 为沿程 单位
河长流量变化 ； ｎ为 糙 率 。
ＡＰ ｐ ＝ Ａｗ ＡＥ Ｅ ＋ ｂ ０ （ ３ ）
于建筑 、 制砂砖等 ） ， 主槽较为明显 ， 且主槽断面较大 ； 叶集孙 家沟 ～固始段河道 ， 铁砂位于黄砂下部 ， 由于当地群众翻采 铁砂 ， 该段河道出现无数小砂堆 ， 主槽不 明显 ， 且无规律 ； 固 始以下段河道 ， 河床 中部有断续砂丘， 河道主槽较为 明显 。 史灌河左堤长江河 口 ～响水河 口段 ，除钓鱼台 ～ 朱 店
河道
堤防为安徽境ห้องสมุดไป่ตู้内堤防 ，标准较高 ，且坡面均进行了块石护
砌； 五里 拐 子 ～黎 畈 段 （ 长约 １ ． ５ ｋ ｍ） 为以岗代堤段 ； 黎畈 ～
１ 河流 概况
史灌河为淮河南岸最大的支流 ，是淮河干流洪水 的主 要来 源之一 。 史河发源于大别 山北麓的安徽省金寨县牛山 ， 灌河发 源于河南省商城县黄柏山，两条河在 固始县蒋集 汇 合后称史灌河 ， 后向北直下于 固始三河尖陈村入淮河 。 史灌河流域东邻淠河水系 ， 西接 白露河水 系 ， 南依大别 山山脉 ， 北抵淮河。流域跨安徽省金寨县 、 霍邱县及河南省
科技论坛 ｌ 《
史 灌 河 河 道 水 流 运 动 特 性 浅 析
阮 国余 （ 中水 淮河 规划设 计研 究有 限公 司
【 摘
刘士和 武汉 ４ ３ ０ ０ ７ ２ ）
蚌埠
２ ３ ３ ０ ０ ０ 武 汉大 学水 利水 电学 院
河流泥沙动力学

河流泥沙动力学

教学内容（4学时）
4.1泥沙起动的物理机理（1.0学时）
4.2均匀沙的起动条件（1.0学时）
4.3非均匀沙的起动条件（0.5学时）
4.4斜坡上泥沙的起动流速（0.5学时）
4.5止动和扬动流速（1.0学时）
教学方法与 教学手段
教学方法：1.采用“以多媒体教学为主、板书为辅”的方式， 多种教学手段相互补充，使课堂教学与实验教学相结合。
二、课程知识、能力体系
《河流动力学》课程知识（能力）体系
序号
知识单元描述
知识点
对应能力
学时
要求
1
第一章
河流动力学基 本概念简介
河道水流的基本特 性；河道水流的水流 结构；河道水流的紊 动及阻力损失。
掌握河道水流 的基本特性
2
了解
2
第二章 泥沙的特性
河流泥沙来源；泥沙 的矿物特性与分类； 泥沙的几何特性与重 力特性。
4
掌握
5
第五章
沙坡运动及动 床阻力
沙坡形态和运动状 态、沙坡的发展过程 和形成机理；床面形 态的判别标准、沙坡 尺度及其运行速度； 动床阻力。
能熟练掌握沙 坡运动与动床 阻力
3
熟悉
6
第八章 推移质输沙率
推移质简介；均匀推 移质输沙率公式与非 均匀推移质输沙率公 式；估算推移质输沙 率的其他方法；用统 计理论处理推移质输 沙率问题的新进展。
课程简介
《河流动力学》课程是水利水电工程专业的一门专业教育课。是研究河 道在自然状态下以及受人工建筑物控制以后在水流与河床相互作用的过程中 运动发展的力学规律的一门课。本课程的知识点相对分散，公式较多，学生 反映不太好学，因此，在本课程教学中应该以泥沙运动作为主线，以泥沙起 动、推移质运动和悬移质运动的运动规律的分析理解作为重点，进而对理解 泥沙运动对水流阻力、水流运动加以理解掌握。河床演变应与水流泥沙运动 相联系。
第3章 河道水流运动基本规律

第3章 河道水流运动基本规律

A lg z B Ks
[7]
(3-4)
式中：A、B 分别为待定常数，众多试验资料表明 ，A=5.75、B=8.5； K s 为边壁粗糙度。 （2）指数流速分布公式
vx v max
z h
m
(3-5)
式中：m 为指数，常以 1/n 形式表示，在清水水流中 n 约等于 5～8，一般取 n=6。流速分布 愈均匀，n 值愈大；在浑水水流中，含沙量愈高(但非高含沙水流)，n 值愈小。 指数流速分布公式(3-5)和对数流速分布公式(3-2)都是描述明渠垂线流速分布的公式， 两者/(C0 ) 相互转换 ，
河道水流运动基本特性可以概括如下。
（一）河道水流的非恒定性
河道水流的非恒定性主要表现在以下两个方面： 一是来水来沙情况随时间变化。 大多数河道来水来沙情况主要受降水影响， 而降水在一 年各季之间以及年际之间的变化幅度是相当大的。 因此， 各河流的来水来沙变化幅度也相当 大。 二是河床经常处于冲淤变化中，河床边界也随时间变化。一方面水流造就河床，适应河 床，改造河床；另一方面河床约束水流，适应水流，受水流的改造。河床与水流之间存在着 相互依存、相互制约、相互影响的关系。因此，河道来水来沙情况的不恒定性，必不可免地 要引起河床时而剧烈、时而缓慢的变化，呈现出与水沙情况相应而滞后的不恒定性。 （二）河道水流的非均匀性 均匀流首先必须是恒定流， 而河道水流一般为非恒定流， 这就否定了在一般情况下它呈 均匀流的内在可能性。其次，均匀流的边界必须是与流向平行的棱柱体，这样才能保证流线 平直，物理量沿流程的偏导数为零。而这一点在天然河流中是很难做到的。再次，沿河床推 移的泥沙， 在绝大多数情况下往往在河床表面形成波状起伏并向下游移动的沙波。 由于在沙 波的不同部位，床面起伏高低不同，所以近底的流态与流速也不同。这就是说，即使上游来 水来沙情况是恒定的，河床边界沿流向是平直的，河道水流的某些物理量仍然沿流程变化。 如果这种非均匀性仅仅是由沙波所造成的床面起伏所引起， 而沙波又可简化为二维问题。 在 这种情况下，取长度等于一个或若干个沙波的河段，就平均情况来看，水流才可以近似地视 [1，2] 为均匀流。但实际上，大多数沙波在床面上具有明显的三维性 。 严格地说，河道水流为非均匀流。但对于一个比较顺直的短河段，来水来沙情况基本稳 定，河床基本处于不冲不淤的相对平衡情况，过水断面及流速沿程变化不大，水面坡降、床 面坡降及能坡基本平直而相互平行，就可以简化为均匀流处理。 （三）河道水流的三维性 在水力学中，明渠流常简化为一维流或二维流问题来研究。严格说来，在天然河流中， 不存在水力学中所讨论的一维流或二维流问题。 在天然河道中大量经常出现的是具有不规则 的过水断面的三维流。过水断面不规则的程度，一般以山区河流为最大，以冲积平原中的顺 直河段为最小。河道水流的三维性与过水断面的宽深比密切相关，宽深比愈小，三维性愈强 烈。在顺直宽浅的平原河道上，水流的宽深比较大，可能呈现出一定程度的二维性；而在宽 深比很小的山区河段中，水流的三维性就较强。 因此， 在进行河道水流的分析计算中， 应区别不同河道水流在三维性问题上的一些特点， 避免不顾实际情况将所有河流简化为二维流或一维流问题来研究。 （四）河道水流的二相性 物质可分为四相，即固、液、气和等离子。所谓二相流或多相流是指同时考虑物质二相 或多相的力学关系的流动。水是比重接近于 1 的可以视为连续介质的液体。在水力学中，讨

《河流水文特征》课件

高差和地貌起伏等地形 因素，对于河流水文特 征的形成和变化都有重 要的影响。
河流水文特征对环境和人类的影响
对环境的影响
• 影响河流水生态系统的平衡 • 引起自然灾害的发生 • 威胁饮用水的安全
对人类的影响
• 提供水资源供人用 • 作为农业和工业活动的重要资源 • 改善和优化河流环境的状况
总结
河流水文特征的重要性 研究方法
3
水质特征
例如水温和pH值等。水质特征直接影响着河流生态环境和生物多样性，需要高 度重视。
河流水文特征的测量和分析方法
实地测量
计算模拟
现场测量是获取河流水文特征 数据的主要方法之一，常用的 测量工具包括流速计和水位计。
计算机模拟是利用数学模型对 河流水文特征进行研究的常用 方法，拥有运算速度快和结果 准确的优势。
《河流水文特征》PPT课 件
欢迎来到《河流水文特征》的课程！这是一门关于水文学的精彩课程，我们 将深入讨论河流水文特征的各个方面，希望您会找到很多有用的知识和启示。
河流的形成与发展
自然力量
河流的形成受到许多自然因素 的影响，包括降雨量、地形地 貌和海拔高度。
演化过程
河流经过长时间的演化，形成 了丰富多彩的地貌景观，例如 三角洲和峡谷。
全球分布
河流遍布全球各个地区，且形 态千姿百态，每条河流都有其 独特之处。
水文特征的定义和意义
水文循环
河流水文特征是指河流水量、流速、流向以 及水温等各种性质的总和，是水文循环重要 的组成部分。
灾害防范
河流水文特征与水灾、干旱等天然灾害密切 相关，了解河流水文特征，可以有效地进行 灾害防范工作。
资源开发
遥感技术
遥感技术可以获取大范围的数 据，例如卫星图像在河流水文 特征研究中有广泛的应用。

河流动力学复习

河流动力学复习第一章绪论考核内容为学科的发展概况、课程的内容及学习任务。

1、了解河流动力学发展的历史；认识水流～泥沙～水电工程可持续发展间的相互关系。

2、了解水流运动与泥沙运动的重要性；3、理解课程的任务与特点；4、了解课程的主要内容。

考核知识点：1、河流动力学的任务2、水流～泥沙～水电工程可持续发展间的相互关系3、河流动力学的研究方法及特点第二章河流动力学基本概念考核内容为河流动力学基本概念1. 河道水流的基本特性:二相性、非恒定性、三维性、非均匀性2. 水沙运动的不平衡性3. 河道水流的水流结构及阻力损失考核知识点：1、河道水流的基本特性2、河道水流的水流结构及阻力损失第三章泥沙特性考核内容为泥沙的分类、泥沙的来源、泥沙的几何特性及泥沙的重力特性。

1. 泥沙的分类2. 泥沙几何特性：粒径，级配曲线，特征值3. 泥沙的重力特性：含沙量、浑水容重考核知识点： 1、泥沙的分类2、泥沙的几何特性及重力特性。

第四章泥沙的沉速考核内容为泥沙沉速的定义、沉降过程中的三种状态、沉速公式、影响沉速的主要因素、泥沙沉速的测定。

考核知识点：1、泥沙沉速的定义、沉速公式2、影响沉速的主要因素、泥沙沉速的测定。

第五章泥沙的起动考核内容为泥沙起动的物理机理，泥沙起动的物理现象及受力分析。

考核知识点：1、均匀沙起动条件：力的表达式，散体及粘性泥沙的统一起动流速公式，2、散体泥沙的起动拖曳力公式，止动与扬动流速。

第六章沙波运动与动床阻力考核内容为沙波运动规律与动床阻力计算。

1. 沙波形态与运动状态，沙坡的发展过程及形成机理，床面形态判别标准，沙波尺度及其运行速度,推求推移质输沙率，沙波运动对河流的影响。

2. 动床阻力：河床与河岸阻力划分，沙粒与沙波阻力的划分，动床阻力的计算。

考核知识点：1. 沙坡的发展过程及形成机理，床面形态判别标准，沙波运动对河流的影响。

2. 动床阻力的计算。

第七章推移质输沙率考核内容为推移质输沙率计算方法。

Ch1 河道水流、泥沙特性2014021

指数公式
u y 1 m U h
m
§1.2 泥沙特性
• 泥沙概念 泥沙：指所有在流体中运动或受水流、风力、波浪、 冰川及重力作用移动后沉积下来的固体颗粒碎屑 （钱宁、1983）。粒径大小可差数十~数万倍。粒径 大小一般变化在0.001~100.0mm 。 泥沙来源：主要来自岩石的风化，土壤侵蚀，火山 喷发产生的火山灰、生物骨骼、贝壳分解及人类各 种生产活动的废弃物。 • 河流泥沙的来源可以分为两类：一类是来自流域降 雨形成的地面径流对地表的冲蚀，通常称为水土流 失；另一类是从原河床沉积层冲刷起来的。河流泥 沙在运动过程中与床沙相互交换，塑造了不表粒径： 中值粒径:d50(median size)：级配曲线中p=50%对应 的粒径。 算术平均粒径（mean diamnter): Dm，几何平均粒径 dmg n
Dm
D
i 1
im i
P
100
（2）非均匀特性：拣选系数φ 和均方差σ（几何标准 1 D84 D50 偏差） D75
第一章：河道水流、泥沙基本特性
• • • • • • • 本章内容： 1、天然河道水流特性； 2、河流泥沙的来源及几何特性； 3、细颗粒泥沙的物理化学特性； 4、泥沙的重力特性； 5、泥沙沉速； 6、泥沙分类。
第一章：河道水流、泥沙基本特性
§1.1 河道水流基本特性 河流是河床和水流两部分相互作用下的水流泥沙 运动。河道由泥土、沙砾、卵石和顽石等组成。河 道水流与明渠水流有较大差异 1、河道水流的两相性：水（连续介质）和沙（非连 续介质的颗粒群体）。（two phase flow-两相流) （1）重力、（2）惯性力、（3）阻力 2、河道水流的三维性：河道断面不规则，顺直段很 短，宽深比小，尤其是弯曲河流。 3、河道水流的非恒定性：来水来沙随时间变化；河 床处于不断的变化中。 4、河道水流的非均匀性： 5、不平衡输沙；

第3章 河道水流运动基本规律


四、河道水流的环流结构
环流结构是河道水力学中一个颇为重要的问题。 前面已经提到， 河道水流除了主流以外， 还有次生流。具有复归性的次生流被称之为环流。主流一般以纵向为主。环流则否然，它因 产生的原因不同，具有不同的轴向。因此输沙的方向，也不限于纵向。可以这样地说，河流 中的横向输沙主要是有关的环流造成的， 而不是主流或纵向水流造成的。 河道水流的输沙自 然是纵横两向彼此联系的。因此，一个河段的冲淤状况，除了受主流的影响之外，还受环流 的影响。环流就其生成原因而言，可以区别为以下几种。 1．因离心惯性力而产生的弯道横向环流 水流通过弯道时，在弯道离心力的作用下，水流中出现离心惯性力。离心惯性力的方向 是从凸岸指向凹岸，结果使凹岸水面高于凸岸水面，形成横向水面比降。 为了计算横向水面比降的大小，在弯段水 流中曲率半径为 R 的流线上，取一个长、宽各 为一个单位的微小水柱，如图 3-1 所示，分析 水柱受力情况。为了简化起见，只考虑二维恒 定环流。这样，水柱的上下游垂直面中的内摩 阻力可以不计。在这种情况下，水柱在横向受 的力有：离心力 F，两侧动水压力差
[8]
其中 m 为指数流速分布公式中的指数；C 0 为无量纲谢才系数，C0 C / g ， （这里的 C 为 谢才系数），与对数流速分布公式中的摩阻流速有下列关系； v v / C 0 ，其中 v 为垂线平 均流速。只要已知 C 0 与 m 之间的关系，便可实现式(3-2)及式(3-5)之间的转换。
83
侧或一侧，有平均单宽流量较小的、近岸的边流带。主流线及主流带对河段的流态及发展趋 势有决定性的作用，是河流水力学分析主要研究对象之一。 除主流线之外， 还可取最大单宽动量线(亦称动力轴线)或最大单宽动能线来表示河道水 流的轴线。 主流线、 最大单宽动量线及最大单宽动能线在河段正流中的位置相近而不一定重 合。在很多情况下，可任取三者之一作为河道水流的轴线，差别不是很大。但在研究某些特 殊问题时，则三者的代表性会有明显不同。如研究堤防受水流顶冲强度，则以采用最大单宽 动量线为宜。 此外，沿河床各横断面中高程最低点的平面平顺连接线，称为深弘线。某些河段的深弘 线位置，可能在同一时段与主流相近或相重合，但也可能相差很远。 在河道水流中，与正流相对应的，有副流或次生流。所谓副流或次生流就是从属于正流 的水流，不能单独存在。这种副流或次生流，有的具有复归性，或者基本上与正流脱离，在 一个区域内呈循环式的封闭流动； 或者与正流或其他副流结合在一起， 呈螺旋式的非封闭的

河流动力学重点归纳

研究对象：河流河流是水流与河床在地球物理诸自然因素以及人类活动影响下交互作用的产物水流与河床的交互作用中，泥沙起着纽带的作用:泥沙淤积，河床抬高,泥沙冲刷，河床下切 研究的核心：泥沙的基本运动规律研究对象：泥沙从微观来看：泥沙为散粒群体在河流动力学中，研究泥沙的运动过程，视泥沙为连续介质注意：在水流中的泥沙含量过低时，只能做散粒个体看待，不能视作连续介质。

（散粒个体泥沙是不接受紊动扩散作用的）主要理论工具力学：泥沙颗粒受力分析统计理论：无数泥沙颗粒，具有随机行，从宏观上研究，即不能不用到统计理论 解决问题的手段模型试验：分为物理模型和数学模型采用模型试验的原因：泥沙运动涉及的物理量往往较多，边界条件往往比较复杂没有较简单的公式或可求出精确数值解的模型模型研究的过程实际问题 → 简化（留取主要矛盾）→模型建立（设计、验证）→试验研究数学、物理模型都要经过类似的过程1.2河流动力学发展简史初创期：1938年，劳斯（H.Rouse ），第五次国际应用力学讨论会会刊上发表关于泥沙紊动扩散理论，标志河流动力学从水力学中分离出来；同一时期还有：1933年，奥布莱恩（M.P .O’Brien ），1931年，马卡维也夫（B.M.Makabeeb ）初期（1931~1950）泥沙紊动扩散理论的讨论；中期（1950~1970）能量平衡问题；近期（1970~至今）水沙两相流的基本问题1.自觉地努力学会掌握理论与实际结合的原则2.要认真观察和分析河流运动过程中的矛盾现象，提示客观存在着的对立与统一的规律，坚持具体情况具体分析的科学精神3.对前人的成果要批判的继承和吸收第二章 泥沙特性2.1泥沙的粒径和粒配曲线泥沙：通常把组成河床和随水流运动的小颗粒叫做泥沙。

粒径是表示泥沙颗粒大小的一个量度。

确定粒径时遇到的困难：1.泥沙形状不规则；2.泥沙的粒径不均匀等容粒径。

定义：容积与泥沙颗粒相等的球体的直径。

计算公式可简称为粒径，单位毫米（mm ）。

河道治理方案模板(三篇)

河道治理方案模板(二)一、施工准备1、施工测量准备。

银浩河道清理公司在开工前进行固定线路，包括导线、中线的复测，水准点的复测与增设，横断面的测量与绘制。

并进行记录与整理，送交银浩公司监理工程师核查。

2、施工调查及试验。

施工前对施工范围内的地质、水文、障碍物、文物古迹及现有管线情况进行详细调查。

3、场地清理。

在施工现场工作界限内，保护所有规定保留的植物及结构。

对施工范围内的建筑废弃物、腐植土进行清除运弃。

场地清理完成后，全面进行填前碾压，使密实度达到规定要求，重新测定地面标高，并提交监理工程师审核，进行现场验收，验收合格后进行下一工序施工。

二、河道围堰遵照河道管理的有关规定，河滩地上不得取土围堰。

围堰施工前与河道管理部门协调，核对围堰时的河水断面流量、流速，以防河流断面被压缩后，水流对堰身的冲击，保证围堰的稳定。

围堰土比现况水深高1～1.5m。

迎水面坡度为1：0.75，背水面为1：0.5，土坝外测采用钢筋笼，钢筋笼采用Φ5光圆钢筋焊接而成，尺寸为80____60____40，内装石块。

钢筋笼交错压茬码放。

土坝内侧采用编织袋装土，土坝水下部分土袋为2____4交错压茬土袋封口方式，叠至水面以上时，改为2____3交错压茬土袋方式。

当围堰完成后，要详细检查围堰的填筑质量，确认围堰体的稳定后，安装泥浆泵，抽出围堰内存水。

三、河底处理本项工程主要包括路基清表、挖运弃土方、拆除旧有的构造物、挖除树根等。

首先抽水、清淤泥。

抽水的潜水泵型号和数量可根据围堰内的水量的多少来决定。

在施工准备期间要充分的准备所需的水泵及相关的设备等。

淤泥全部清除至原状土，挖泥采取斗容量1.2m3挖土机将淤泥集中，采用装载机配合运土车将淤泥全部外运，挖泥深度根据现场实际确定，但必须保证将淤泥清走，露出原状土层，并在清淤泥后，池底面进行平整，以利于分层回填处理。

四、河底砂砾垫层对于浆砌底插石灌浆河底要进行换填天然砂砾30cm.，填土分层压实。

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Hack发现河流某一控制点以上的干流长度与该点 以上的流域面积之存在如下关系：
L =1.27F0.6
流域几何特征 表示流域整体外形特征的还有：
形态要素：
流域圆度： 流域狭长度： 流域对称指标：
R f Au / L
2 f
Ac—与流域具有同 一周长的圆面积
Rc Au / Ac
Re Dc / L f
50年代中国的周培源对于均匀各向同性紊流提出了旋涡结构理论；同时，
紊流的试验研究使人们对紊流的性质也有了进一步的了解。 60年代以后，氢泡法、高速摄影等量测技术的使用更进一步揭示了紊流
机理；电子计算机的应用也使量测数据处理简易化，从而对紊流的起源、
紊流的内部结构有了深入的认识。对壁面紊流的起源提出了猝发现象的 图形。
Dc—与流域具有同 一周长的圆直径
Rs Au1 / Au 2
中国七大水系：珠江、长江、黄 河、淮河、辽河、海河、松花江 （三江四河）
3、河流形态特征-弯曲程度深浅宽窄
（1）纵断面：沿河流中线（也有取沿程各横断面 上的河床最低点，即中泓线）的剖面，测出中线 以上（或河床最低点）地形变化转折的高程，以 河长为横坐标，高程为纵坐标，即可绘出河流的 纵断面图。纵断面图可以表示河流的纵坡及落差 的沿程分布。
（3）紊流理论发展
1883年，O.雷诺发表了他观测层流及紊流流态的文章，并于1894年推导
出索流时均流动的基本方程——雷诺方程式。
20世纪20年代以来，发展了各种半经验理论和各种紊流模型，从而对紊 流问题可进行定量的分析。
从30年代起，紊流统计理论，特别是G.I.泰勒的均匀各向同性紊流理论
得到了发展； 40年代苏联的A.H.科尔莫戈罗夫提出了局部各向同性紊流理论。
式中， u u 是指空间某点瞬时 x y
u 和 u y 在某时段的时均值。 x
；
u x u x u x
u y u y u y
u 式中，u x 为瞬时值， x 为时均值，
u 为X方向的脉动流速 x
（3）紊动切应力
表达形式2：
影响εm的几个量在量测和确定上都存在不少困 难，在实际计算中，通常由切应力和时均流速
浅滩或河洲到处可见，河曲发育
– 河口：是河流流入海洋、湖泊或其他河流的处所
，泥沙淤积严重。
3、河段分类：
河段分类：

按地区划分

山区河段
按河床演变划分

平原河段
峡谷性河段 稳定性河段 次稳定性河段 变迁性河段 游荡性河段
宽浅性河段 冲击漫流性河段
溪涧
急滩
瀑布
中下游
沼泽
流量的多少
水位的季节变化
雷诺应力大部分由猝发在约25％时间产生
由马蹄形涡的形成、发展到形成喷射和清扫，整个过 程称为猝发现象
下扫 上抛
下扫
上抛
u (m / s)
v( m / s )
边界层猝发过程的流速分布
（3）紊动大小的表达-紊动切应力
由于涡漩混掺引起质点动量交换而产生脉动流速 及相应紊动切应力，也称附加切应力。
表达形式1：
1、河系： 流域里的大大小小的水流路线，构成脉络相通 的系统，称为水系（河系、河网）。 Horton-Strahler河流分级法： ①直接发源于河源的小河流为1级河 流；
②两条同级别的河流汇合而成的河
流级别比原来高一级； ③两条不同级别的河流汇合而成的 河流的级别为两条河流中较高的河 流的级别
（1）水系的平面形状
§1-2 河道水流的运动结构
一、河道水流的紊动特征
（1）紊流的形成条件
（2）紊流发生的物理过程 -猝发现象是紊流得以发生和赖以维持的物理过程
-在流动稳定的情况下，即使产生明显的扰动，也将 被衰减，因而流动并不会从层流转变为紊流。
-当流动失去稳定，在壁面边界层流中，猝发现象将 导致层流到紊流的转变，并提供维持紊流运动所需要 的大部分能量。
（2）紊流发生的物理过程
在靠近固体壁面的粘性底层中，在平面上具有顺流向 的高速带和低速带相间形成的带状流动结构
（2）紊流发生的物理过程
在低速带向下游流动的过程中，其下游头部常缓慢上 举，低速带与固体壁面间距离逐渐增大，低速带与固 体壁面之间产生横向漩涡。
二维平均流 的涡丝 马蹄涡（发夹涡） （Hairpin vortex）
a
b
湍流扰动使涡丝 变形
横向漩涡在向下游运行的过程中发生变形，形成马蹄 形涡，或U形涡。马蹄形涡的头部由于涡旋的诱导作 用随着向下游运动而逐渐上举。
马蹄涡（发夹涡）
（Hairpin vortex）
平均流的拉伸使 涡量加强
上举后由于流场中上部流速大，马蹄形涡受到拉伸作 用而变形。马蹄形涡的拉伸和变形使得最终在流场中 产生复杂的涡量场。
沿水流方向的断面——纵断面
3.河流的纵比降 任意河段两端（水面或河底）的高差为落 差，单位河长上的落差为河段比降，用以 小数或千分数表示 。
河流比降公式：
(h0 h1 )l1 (h1 h2 )l2 (hn1 hn )ln 2h0 L J L2
J ——河流的比降 hn ——自上游到下游沿程各点河底高程，m ln ——两点间的距离，m L ——全河流的长度，m
N i RB
i
（2）河长率：水系中各级河流的平均河长与该河流 级别i近似于正几何级数关系。
i Li L1 RL1
（3）面积率：随着河道级别的增加，河道的平均流 域面积倾向于一列递增的几何数列。 （4）河流比降率：随着河道级别的增加，河道的平 均纵向比降倾向于一列递减的几何数列。
2.流域及其分类
天然河流属于挟带泥沙的两相明渠流
（2）河道水流的三维性
过水断面不规则，宽深比越小，三维性越强
（3）河道水流的不恒定性
一是来水来沙随时空变化，二是河床演变，河道边界随时空变化，两 者相互依存，制约和相互促使变化发展。
（4）河道水流的不均匀性
河道水流的非恒定性致使不均匀性，顺直河道，河床冲淤相对平衡， 水流基本稳定，过水断面沿程变化较小时可当作均匀流处理。
（4）结冰期有无或长短（最冷月月均温），水能蕴藏 量（由流域内的地形、气候特征决定）。
§1-2 河道水流的运动结构
一、河道水流的基本特性 河道水流是在河谷地质、地貌与水文条件的作用下而构 成它的特性的，人为因素也可能给予程度不同的影响。这 种基本特性可以概括为以下几点。 （1）河道水流的二相特性
我国河流的水量补给 雨源、雨雪源、雪源 影响河川径流的因素 1、气候因素：降雨、蒸发 2、下垫面因素：流域的面积、形态、土壤、 地质、植被、湖泊、水库等 3、人类活动
三、河流水文特征
主要包括四个方面： （3）泥沙： • 决定于流域内地面植被状况 • 静态特性包括：几何特性，重力特性，级配特性；
• 动态特性包括：沉降特性，运动特性和冲淤特性
河流动力学概论
§1 河流及河道水流的特性
第一节 河流及河流特征
一、河流的基本概念 从水文学的定义来说，在陆地表面上接纳、汇 集和输送水流的路径和通道称为河槽，河槽与 其中流动的水流，统称为河流。 从河流动力学的角度来说，河流是由水、泥沙 及河床边界共同组成的系统，三者相互制约、 并受外部各种因素和人类活动的影响。
Rain and snow 雨和雪 Lake湖 Glacier冰川 Rapids 急滩 Waterfall 瀑布 Tributary 支流 Flood plain Oxbow lake Deposited 牛厄湖 洪积平原 sediment Salt marsh 沉积 盐沼 Delta 三角洲 Ocean Source Zone 海洋 源头，上游
2、形成过程
流域内，自降雨开始到水流汇集到流域出口断面的整 个物理过程，称为径流形成过程。 降水（雨、雪、雹等）----流域蓄渗----坡面漫流----河 槽集流-----河川径流
较大的称江、河、川、水，较小的称溪、涧分段：河源、上游、中游、下游、河口
流域面积F：在地形图上绘出流域的分水线，分水线包围
的面积，即流域面积，以km²计。(也用 A 表示) 河网密度D：流域内河流干支流总长度与流域面积的比值 称为河网密度，以km/km2计。
流域长度 Lf：从流域出口到流域最远点的流域中线长度，
km计
平均宽度 B: 流域形状系数:
B = F / Lf K = B / Lf
• 河床断面特征
上游：连接河源，位于河流上 段，较大河流的上游往往高山 夹峙，沿河有许多峡谷，河床 一般窄而深。 特点：水流急，落差大，洪水 涨落急剧，带有跌水等险滩。
中游：河流中段，多位于丘 陵地区。 特点：河面较宽，河床坡度 较平缓，水流较平静。
下游：河流最下一段，大河 流下游位于冲击平原地区。
流域：河口断面以上的集水区域。 地
面分水线包围区域为地面集水区，地 下分水线包围区域为地下集水区。
闭合流域：在垂直方向地面、地下分
水线重合，地面集水区上降水形成的 径流正好由流域出口断面流出，一般 的大中流域均属此类。
非闭合流域：地面、地下分水线不重
合的流域，如岩溶地区的河流和一些 很小的流域。
流域几何特征
特点：河床较宽，复式断面 （图），河槽纵向坡度平缓， 流速较小。
河口：河流终点，大河流入 海洋，小河流入湖泊或其他 河流，再者消失沙漠之中。
3、弯曲系数
• 河流的弯曲系数表示河流平面形状的弯曲 程度，可用河流实际长度与河流两端间的 直线长度之比来衡量。
L l
L2
L1
三、河流水文特征
主要包括四个方面： （1）水位： 决定于河流补给类型，以雨水补给的河流，水位变化 由降水特点决定；冰川融水补给的河流，水位变化由 气温特点决定 （2）流量： 以雨水补给为主的河流，看降水量的多少；流域面积 大，一般流量大