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《河流动力学》课程教学大纲英文名称：河流动力学（River Dynamics）课程编号：080820047总学时：32适用对象：水文与水资源工程专业本科第三年先修课程：水力学，自然地理学，水文测验学大纲主撰人：大纲审核人：一、课程性质、作用、教学目标1．本课程为水文与水资源工程专业的一门必修专业基础课。
2.目的是使该专业学生了解冲积河流在自然状态下以及受人工建筑物影响以后所发生变化的基本特性。
流域上产生的泥沙进入支流、干流河道后，对河道的水流运动、河道演变及沿河的工业、农业、生活取排水工程有重要影响。
领会学习处理复杂问题的思路及方法，能初步掌握河流泥沙运动的基本规律，分析水流泥沙运动与河道演变对环境的影响，在一定意义上，它也是一门专业课。
通过本课程的学习，让本专业的学生掌握泥沙运动的观测、采集、分析、计算方法，运用所学知识去分析工程中遇到的泥沙问题。
二、教学内容基本要求第一章绪论授课学时：2基本要求：了解河流动力学的研究对象、研究任务、研究方法。
介绍该学科的发展过程，学科的性质、地位、作用，介绍典型工程泥沙问题实例。
第二章河道水流授课学时：4基本要求：2-1 了解河道水流的基本特性：二相性、三维性、非恒定性、非均匀性。
2-2 了解紊动切力：紊动切力的概念、表达式及沿水深的分布规律。
2-3 了解明渠水流垂线流速分布：流速分布的层区，对数流速分布公式介绍。
2-4 掌握明渠水流阻力：阻力的表达形式及相关关系。
2-5 了解明渠水流能量的内在结构：单位水体提供能、消耗能和传递能之间的关系沿垂线分布，挟沙后的能量变化。
重点：水流基本特性和水流阻力难点：水流的能量结构第三章河流泥沙基本特性授课学时：8基本要求：3-1 掌握泥沙的物理特性：泥沙的粒径、沙样的级配曲线、泥沙的形状、容重；3-2了解细颗粒泥沙表面物理化学性质：双电层结构与结合水膜，絮凝与分散现象；3-3了解浑水的基本特性：浑水的含沙量、流型、粘滞性；3-4掌握泥沙的沉降速度：球体的沉降机理、泥沙的沉速公式及影响因素；3-5掌握河流泥沙的分类：按泥沙粒径大小、泥沙运动及造床作用分类；重点：泥沙的物理特性和泥沙的沉速难点：泥沙表面物理化学性质第四章推移质泥沙运动授课学时：4基本要求：4-1了解泥沙起动：起动的机理、泥沙起动的希尔兹关系、起动流速公式、起动的随机性、非均匀泥沙的起动；4-2了解推移质输沙率：均匀沙推移质输沙率公式、各类公式的基本思路、非均匀沙泥沙的处理。
中国农业大学课程论文（2011-2012学年秋季学期）论文题目： 长江河道的变迁课程名称： 河流动力学概论任课教师： 陈明洪班 级： 水电091班学 号： 0909080126姓 名：蒋桃长江河道的变迁长江是我国的黄金水道，而自宜昌至河口的长江中下游更是黄金水道中的黄金段，岸线长度3 822 .2 km，沿江地区经济发达，城镇化水平较高，是我国重要的经济区和下世纪重点发展地区之一。
随着该地区经济的发展，沿江建设越来越多，经济发展对长江的依赖性越来越大。
而且我的家乡在宜宾，是三江汇合之地，站到合江门前，望着金沙江，岷江滔滔江水汇合成长江，心中顿时激动万分，澎湃万千。
所以，在这里我想谈谈关于长江河道变迁的一些内容。
长江河道的基本情况如下：长江中下游从宜昌至河口全长约1 900 km。
其中宜昌至枝城河段属从山区性河道向冲积平原河道过渡的顺直微弯型河段；枝城至藕池口段又称上荆江，属弯曲河型；藕池口至城陵矶段又称下荆江，属典型的蜿蜓河型；城陵矶至徐六泾段属分汊河型；徐六泾以下为河口段。
长江中下游水流和泥沙主要来自宜昌以上干支流。
宜昌站和大通站多年平均径流量分别为4 510亿m3 和8 940亿m3，多年平均输沙量分别为5.16亿I和4.51亿I。
宜昌站近50 年的来水来沙具有如下特点：（1）历年水沙量变化过程基本相对应，即沙量随水量增减而增减。
1954 年径流量为5 751亿m3，输沙量为7.54亿I，均居近50 年的首位；1994 年径流量为3 475亿m3，输沙量为2.1亿I，为近50 年的最小值。
（2）历年水沙量变化过程为波动变化的随机过程，径流量和输沙量无明显增加或减少趋势。
（3）近50 年来宜昌站出现的最大洪峰流量为70 800 m3 / S（1981 年），1954 年和1998 年分别为66 800 m3 / S和63 300 m3 / S；最小流量为2 770 m3 / S （1979 年）。
绪论●课程的意义：我国河流众多，仅流域面积在1000m2以上的河流就有1500多条，全国正常年径流量达27100亿m3，水能蕴藏量为5.8亿kw；年均输沙量1000万吨以上的有42条，直接入海泥沙总量20亿吨，黄河长江的总输沙量占世界13条大河总量的1/3(其中黄河是世界上泥沙最多的大河，多年平均数沙量达16亿吨，长江宜昌站平均年输沙量5.3亿吨)。
●课程与专业的关系：1、水文水资源专业：河流动力学是水文水资源专业的技术基础课，也是该专业的专业方向之一，它具有双重性。
水文水资源专业是研究地球上水的运动规律及资源评价利用和开发的专业。
地表降水、产流、汇流必然产生地表的侵蚀、产沙、泥沙的输移和堆积。
对地表上水和沙的研究常常相互关联，特别是解决多沙河流的水文测验、水文预报和水力计算等问题，更需要河流动力学的基本知识。
2、港航专业及水利水电专业：河流动力学是该专业重要的技术基础课，是研究冲积河流在自然状态下以及受人工建筑物影响以后所发生的变化和发展的一门科学，是人类同江河作斗争的过程中诞生与成长起来的，与水利工程、港航工程建设的关系十分密切。
如：港址选择，除考虑国民经济建设需要及陆域条件外，还需弄清河道的冲淤变化情况，尽可能选择冲淤变化不大或冲淤变化朝着有利于港口建设方向发展的地方建港；在河流渠化或运河工程中必须重视泥沙及河床演变问题，例如壅水渠区泥沙淤积问题，坝下游河床冲刷问题和船闸引航道冲淤问题等。
●本章知识要点：1、课程内容及与本专业的关系2、研究对象及学科发展概括3、课程概貌、研究方法及学习特点●泥沙问题在生产实践中的重要性：1、防洪问题：洪水的泛滥成灾与上游来沙多少有关：（1）大量泥沙淤积，抬高河床，行洪能力降低。
如：黄河（2）宽浅河道，主流迁徙无常，严重降低对洪水的抵御能力。
如：黄河中下游龙门—潼关河段具有“揭河底”现象。
2、水库泥沙淤积和枢纽上下游河床演变（1）库容减小，影响水库正常调度使用，降低兴利指标。
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。
第一章绪论1、河流动力学是什么样的学科？主要研究什么？答：河流动力学是研究河道水流、泥沙运动、河床演变规律及其应用的学科.主要研究内容包括:①水流结构:研究水流内部运动特征及运动要素的空间分布;②泥沙运动：研究泥沙冲刷、搬运和堆积的机理;③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。
（由一条河流从表层到底部记忆,水流——泥沙——河床)2、河流动力学的鲜明特点：半经验半理论3、河流动力学的应用？答：①港口选址论证；②航道整治;③排除修建水利枢纽的不利影响第二章水流的紊动1、紊流的特性答：①即使在流量不变的情况下，流场中任意一点的流速和压力也随时间呈不规则的脉动；②紊流具有扩散性2、如何判断紊流的发生?答：通过雷诺数进行判断。
Re<2000左右，属层流；Re在10000~12000时，进入紊流范围3、紊流发生的分类答：①水流很快流过固体边界，边界是静止的，水流是运动的；②两种不同流速的液体相接触，在接触面上的流速梯度也产生漩涡；③水流绕过物体或物体在静水中运动时，在物体背面,水流发生分离而产生漩涡。
5、紊动切应力如何产生？主要内容？答6、流速分布公式实际应用注意问题？答：①天然河道Ks（明渠水流周界上的粗糙突起高度)难以直接测量.采用实测的方法来确定,即测出水槽的流速分布及u*值,再求出Ks；无法实测则查阅书册确定；②流速分布曲线原点对于不同床面不同第三章泥沙特性1、孔隙率?答：孔隙率是泥沙中孔隙的容积占沙样总容积的百分比 2、比表面积含义答：颗粒表面积与其体积之比 3、双电层现象?粘结水?粘滞水？答：水中(电解质中）离子吸附在泥沙表面和泥沙表面分子离解使泥沙颗粒表面带有负电荷，负电荷将吸引水中正电荷的离子形成吸附层。
吸附层的离子不足以平衡颗粒电荷，继续吸附异号电荷形成扩散层，这就是双电层现象。
粘结水：在泥沙颗粒表面负电荷的作用下，靠近颗粒表面，在吸附层范围内的水分子失去自由活动的能力，整齐、紧密排列，这部分被称为粘结水。
河流动力学River Dynamics目录4.3 沙波运动4.3 沙波运动4.3 沙波运动4.3 沙波运动4.3 沙波运动4.3 沙波运动4.3 沙波运动三、河床床面形态的判别4.3 沙波运动三、河床床面形态的判别4.3 沙波运动三、河床床面形态的判别4.3 沙波运动三、河床床面形态的判别4.3 沙波运动4.4 冲积河流的阻力4.4 冲积河流的阻力J, n, R, U •恒定均匀流的断面平均流速公式•阻力方程(公式)•水位-流量关系若A,J,Q经验、半经验公式4.4 冲积河流的阻力4.4 冲积河流的阻力1616*8 5.75lg 12.277.66s s U C f K K R R R U g n gχ⎛⎞⎛⎞=====⎜⎟⎜⎟⎝⎠⎝⎠4.4 冲积河流的阻力推求τb 和τw 的方法 水力半径分割法 能坡分割法爱因斯坦方法二、床面阻力与河岸阻力的划分4.4 冲积河流的阻力RJτγ=4.4 冲积河流的阻力4.4 冲积河流的阻力J：J b w4.4 冲积河流的阻力221/2b w bw n =(n +n )χχχχ3/23/2(b bw n nn χχχχ=+4.4 冲积河流的阻力爱因斯坦方法4.4 冲积河流的阻力三、床面阻力计算的阻力叠加法* 5.75lg 12.27b s R UU K χ⎛⎞′=⎜⎟′⎝⎠()s bD R J ρρψρ−′=′4.4 冲积河流的阻力恩格隆(Engelund, F)方法4.4 冲积河流的阻力b b b ′′′Θ=Θ+Θ无因次剪切应力()b b f ′Θ=Θ4.4 冲积河流的阻力4.4 冲积河流的阻力4.5 推移质输沙率4.5 推移质输沙率4.5 推移质输沙率4.5 推移质输沙率4.5 推移质输沙率4.5 推移质输沙率4.5 推移质输沙率如何确定u、m、K ？4.5 推移质输沙率4.5 推移质输沙率4.5 推移质输沙率4.5 推移质输沙率4.5 推移质输沙率4.5 推移质输沙率4.5 推移质输沙率4.5 推移质输沙率4.5 推移质输沙率4.5 推移质输沙率4.5 推移质输沙率4.5 推移质输沙率4.5 推移质输沙率爱因斯坦输沙率公式*2*01111B t B p e dtψηψηπ−−−−=−∫冲刷外移概率：4.5 推移质输沙率二、以拖曳力为主要水流强度指标的的动力学派4.5 推移质输沙率。
