河流泥沙动力学

河流淤积原理河流淤积是指河流中的泥沙、砾石等颗粒物质在水流作用下沉积在河道底部或两岸的现象。

这是一种自然过程，对于河流的形态和水文特征有着重要影响。

河流淤积原理是指导我们了解和预测河流淤积现象的基本理论。

河流淤积的原理可以从水动力学和沉积学两个方面来解释。

首先，水流在流动时会带动河道底部和两岸的沉积物。

当水流速度减小时，其携带能力也会减小，导致沉积物沉积在河床上。

其次，河流的淤积还与河道的形态和沉积物的特性有关。

河道的曲率、宽度和横断面形状等因素都会影响河流的水动力特征，从而影响沉积物的沉积过程。

河流淤积的过程可以分为沉积物运动和沉积两个阶段。

在沉积物运动阶段，水流的作用下沉积物被搬运到河道中的较低位置。

这个过程中，河流的水动力特征决定了沉积物的运动速度和方向。

水流速度越大，悬移质量浓度越高，沉积物的运动速度也就越快。

而在沉积阶段，随着水流速度的减小，沉积物逐渐沉积在河道底部或两岸。

这个过程中，沉积物的颗粒大小和密度决定了其沉积速度和沉积层的厚度。

河流淤积是一个动态过程，河流淤积物的形成和消失是同时进行的。

当河流的输沙量大于搬运和淤积的能力时，河道底部的淤积物将逐渐堆积起来，形成河床的升高。

相反，当河流的输沙量小于搬运和淤积的能力时，河道底部的淤积物将被侵蚀，河床的高度将逐渐降低。

这种动态平衡状态决定了河流淤积现象的周期性。

河流淤积现象对于河流的环境和生态系统有着重要的影响。

首先，河流淤积会改变河道的形态和水文特征。

河床的升高会导致河水的水位升高，增加洪水的威力和频率。

其次，河流淤积还会影响河流的水质和生物多样性。

沉积物中的有机物和污染物会对水质产生影响，而沉积物的沉积和悬浮态颗粒物的含量也会影响河流中的生物群落结构。

为了管理和保护河流资源，我们需要深入了解河流淤积原理，预测和评估河流淤积现象的发展趋势。

基于对河流淤积原理的研究，我们可以采取一系列措施来减轻淤积现象的影响。

例如，加强土壤保护，控制河岸侵蚀和河床冲刷，合理规划河道的疏浚和改道工程等。

泥沙流运动规律的研究与模拟一、引言泥沙流是指河流中悬浮的泥沙颗粒在水流的作用下产生的一种流动形态。

泥沙流的产生对于河流的环境和生态产生了深刻的影响，因此泥沙流运动规律的研究对于水利工程、生态环境等领域具有重要的意义。

本文将对泥沙流运动规律的研究与模拟进行探讨。

二、泥沙流运动规律的研究1.泥沙流运动的分类根据泥沙流内部物理特点的不同，泥沙流运动可以分为四种类型：均匀流动、层状流动、密度流动和浅滩流动。

均匀流动是指泥沙颗粒的浓度相等，无论在垂直方向或水平方向上，泥沙流的浓度分布都呈现均匀的状态。

层状流动是指泥沙颗粒在垂直方向上存在着一定的分布，通常为浓密层和稀疏层的叠加。

密度流动是指由于泥沙颗粒的密度和水的密度存在差异而产生的流动，流经河道断面时呈俯冲形状态。

浅滩流动是指泥沙颗粒悬浮状态下流经浅滩时，泥沙颗粒会沉积在浅滩上，形成浅滩面上的泥沙流。

2.泥沙流运动的基本特征泥沙流运动的基本特征是泥沙颗粒的浓度、流速和底面负荷，而泥沙流的速度、浓度和质量通常分别用平均流速、平均浓度和流量来衡量。

在泥沙流的运动过程中，由于水流和泥沙颗粒之间相互作用，泥沙颗粒会发生弥散、沉淀和输移等一系列现象。

3.泥沙流运动的影响因素泥沙流运动的影响因素包括流量、流速、泥沙颗粒的大小、质量和型态等。

其中，流量和流速是泥沙流的重要参数，泥沙颗粒的大小、质量和型态是影响泥沙流输移和沉积特征的重要因素。

4.泥沙流运动的数学模型泥沙流运动的数学模型包括动力学模型和输移模型。

动力学模型是基于质量、动量和能量守恒原理建立的，用来描述泥沙颗粒在水流中的加速度和速度随时间的变化。

输移模型是基于泥沙颗粒在水流中的输移过程建立的，用来描述泥沙颗粒在水流中的输移路径和输移机制。

三、泥沙流的模拟泥沙流的模拟可以通过物理模型和数值模型两种方式进行。

1.物理模型物理模型是基于实验进行的，通常采用室内或室外的实验田进行模拟。

物理模型对实验条件要求较高，但实验仿真效果更加真实，并且可以对实验中各个参数进行实时监测和调节。

《河流动⼒学》
《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
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。

（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。

（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。

长江口水动力学及其泥沙运输规律一、长江口概况：长江河口地处我国东部沿海，受到来自流域径流、泥沙和外海潮流、成水入侵、风、波浪及河口科氏力和复杂地形等绪多园了的影响，动力条件多变，泥沙输运复杂。

从陆海相互作用的角度看，长江河口至少存在几个水沙特性不同的典型河段，而每个典型河段又存在不同性质的界面，如：大通河段(潮区界)、江阴河段(潮流界)、徐六径河段(盐水入侵界)、拦门沙河段(涨落潮流优势转换界面)、口外海滨区(泥沙向海扩散的外边界和长江冲淡水扩散的外边界)。

每个典型河段及关键界而都涉及到物质和能量的传输；每个典型河段及关键界面都有其固有性质，且相互影响，可以说河口过程在很大程度上被发生在每个典型河段的界面上各种现象所制约。

二、水动力方程及验证1、长江口水动力过程的研究进展（长江口水动力过程的研究进展）在过去20多年中, 长江口水动力过程研究成果大量来自河口海岸学家、物理海洋学家、海岸工程师、环境流体力学家的文献、著作。

本文的目的是力图把这些文献(以正式发表的文献为准,不包括研究报告)汇集起来,对长江口潮流、余流、波浪、盐水入侵的研究进行总结, 究竟我们对长江口水动力过程了解多少?究竟长江口水动力过程还有哪些问题值得研究?1.1 长江口余流、环流、水团、长江冲淡水基于现场实测资料, 胡辉等1985年对长江口外海滨余流的运动变化特性进行了一定的研究。

研究结果表明: 长江口外余流约为潮流的1/ 2～1/ 5 , 上层余流以向东为主, 中层余流多偏北, 底层余流有偏西的趋势。

径流是长江口外上层余流的重要组成部分,并以冲淡水的形式存在; 中、下层余流则与台湾暖流的顶托和牵引有关。

王康、苏纪兰1987年研究了长江口南港的横向环流、垂直环流及其对悬移质输运的影响。

在前人基础上导出了长江口相对观测层次的物质断面传输公式,增加了反映环流及振荡切变的各种相互关系的有关项。

基于现场观测资料,Wang等1990年研究了长江口水团、长江冲淡水团等的基本特征。

泥沙粒径与水流紊动关系试验研究近年来，随着水利工程的不断发展，水体的流动对河道管理起着重要的作用，其中泥沙粒径与水流紊动关系的研究也受到了更多的关注。

因此，本文主要旨在探究这种关系，研究它对河道管理带来的影响。

一、泥沙粒径与水流紊动力学原理及其关系1、水流紊动力学原理。

水流紊动是水体中的一种机械性和动能激励，是指水体中存在频繁变化和不断变化的涡流。

这种涡流变化在某种程度上可以影响河流的流动状态，从而影响河道的物理状况和水文状况。

此外，这种潮流也会影响河道的水质，从而影响河流的管理。

2、泥沙粒径与水流紊动的关系。

研究表明，泥沙粒径与水流紊动之间存在半定量的关系。

这种关系是由于水流紊动的涡流变化对泥沙的运动有一定的影响，从而影响河道物理状况和水文状况。

具体来说，泥沙粒径越小，则水流紊动越强；反之，泥沙粒径越大，则水流紊动越小。

因此，河道管理工作者应该重视泥沙粒径在水流紊动中所起的作用。

二、试验研究方案为了更深入地探究泥沙粒径与水流紊动的关系，本次实验将采用以下方案进行试验研究：1、利用弱腐蚀试验技术，研究不同粒径的泥沙（0.25mm、0.5mm、1mm、2.5mm、5mm）在不同水流紊动条件下的变化情况；2、试验时，将测试仪器放置在泥沙中，逐步调节水流，对实验中涡流强度和流速等参数进行观察和记录；3、运用数据处理技术，计算不同粒径泥沙和不同水流紊动条件下的流速变化情况以及潮流的形成速率；4、根据实验结果，总结不同粒径泥沙与水流紊动之间的半定量关系，并提出改进河道管理的对策建议。

三、结论本次研究表明，泥沙粒径与水流紊动之间存在半定量关系，较小的泥沙粒径会导致更大的水流紊动，从而影响河流的流动状态。

因此，河道管理工作者在进行河道管理时，应该重视河流中存在的泥沙粒径，并加强对水流紊动变化的监测，以防止对河流流动状态的不良影响。

同时，应采取有效措施，改善河道的物理状况和水文状况，促进河道的正常管理。

第1篇一、前言河流动力学是研究河流运动规律和河床演变机理的一门学科，它对于防洪、水利、航运、环境保护等领域具有重要的指导意义。

为了深入了解河流动力学的基本原理和实践应用，我们组织了一次河流动力学实践调查。

本文将详细介绍实践过程、观测数据、分析结果以及结论。

二、实践目的1. 理解河流动力学的基本原理和基本概念。

2. 掌握河流动力学实验的基本方法。

3. 通过实际观测，分析河流的流速、流量、泥沙运动等参数。

4. 评估河流的侵蚀和沉积过程，为相关工程提供理论依据。

三、实践内容1. 实地考察：选择一条典型河流作为研究对象，对其上下游进行实地考察，了解河流的形态特征、水流状况、河床组成等。

2. 数据采集：使用流速仪、流量计、泥沙采样器等设备，对河流的流速、流量、泥沙含量等参数进行测量。

3. 模型建立：根据实测数据，建立河流动力学模型，模拟河流的流速、流量、泥沙运动等过程。

4. 数据分析：对采集到的数据进行整理和分析，评估河流的侵蚀和沉积过程。

四、实践过程1. 实地考察：我们选择了某条河流作为研究对象，考察了其上下游的河床形态、水流状况、河床组成等。

通过实地观察，我们了解到该河流上游为山区，河床由砾石组成，水流湍急；下游为平原，河床由沙土组成，水流平缓。

2. 数据采集：我们使用流速仪测量了河流的流速，使用流量计测量了河流的流量，使用泥沙采样器采集了河床泥沙样品。

通过这些数据，我们可以分析河流的泥沙运动规律。

3. 模型建立：根据实测数据，我们建立了河流动力学模型，模拟了河流的流速、流量、泥沙运动等过程。

模型中考虑了河流的侵蚀、沉积、泥沙输移等机理。

4. 数据分析：通过对实测数据的分析，我们发现该河流上游的侵蚀作用较强，下游的沉积作用较强。

同时，我们还分析了河流的泥沙含量、泥沙粒径等参数，为相关工程提供了理论依据。

五、实践结果与分析1. 流速分析：实测数据显示，上游河流流速较大，平均流速为2.5m/s；下游河流流速较小，平均流速为1.0m/s。

《河流动力学》课程教学改革的思考[摘要] 在对河流动力学课程进行详细介绍的基础上,面对当前国情,分析了水资源方面的存在问题,提出适合于该课程教学改革方面的建议,从而培养出更多应用型人才为水利事业的建设服务。

[关键词] 河流动力学教学改革建议1 河流动力学课程概述水是人类和自然界一切生物生存的必要条件,是人类社会进步不可缺乏的物质资源。

水利作为国民经济的基础设施和基础产业,对实现我国经济可持续发展战略具有十分重要的作用。

自古以来,人们就知道择水而居,河道两岸是人类主要繁衍生息之地。

为了发展生产和改善生存环境,人类不断地与江河作斗争。

在长期的斗争中,逐渐掌握了关于河流运动发展的基本规律和河道整治工程技术的系统知识,其中前者就属于河流动力学的范畴。

而西南地区水资源占全国总量的40%,水能资源占全国总量的70%。

当前,水利、水能资源开发和流域综合治理成为北部湾大开发的重点之一。

河流动力学作为水利产业的一门支柱学科,对实施北部湾大开发和科教兴水的战略,培养和建设高水平的科技队伍,对水利水电事业的发展具有十分重要的意义。

在上世纪的30年代至50年代,以shields曲线,rouse悬沙公式,meyer-peter-muller及einstein推移质公式为代表,基本奠定了泥沙运动力学的理论体系,半个世纪以来,主要是进行补充和完善的工作,除在工程应用方面取得巨大的进展外,在理论体系上没有重大的突破。

到了20世纪,河流动力学开始采用现代科学体系进行系统的研究,通过长期的理论积蓄和量测技术的时代跨越,已从传统的半经验半理论知识体系发展成为一门综合运用各种科技理论,与数学、力学等基础理论学科相交叉,同水利水电工程、港口海岸工程、环境工程等专业学科相结合,其趋势是采用各学科之长,在理论探索、科学实验和数学模拟等方面深入发展。

水利工程建设、河流整治开发利用和水运建设离不开河流动力学学科的研究和发展,该学科在防洪、灌溉、水力发电、河床演变、水运、供排水、环境水利、水土保持等经济建设中有着广泛的用途。

河流动力学是以力学、统计学等方法研究河流在水流、泥沙和河床边界三者共同作用下的变化规律的学科。

河流动力学的研究内容：泥沙运动和河床演变。

Chapter1河流：河槽与其流动的水流。

水系：河流干流和支流的总体。

流域：河流的集水区，由分水线包围所构成。

水系形态规律：二相、三维、不恒定、不均匀。

河道级别——越支越低。

分枝比：级别为x河道数目与比x高一级别x+1河道数目的比值。

（1）河道分枝比规律：在任何一个流域内，水系的平均分枝比接近与一个常数。

（2）河道数量规律：在任何一个流域内，随着河道级别的增加，河道数目不断减少，十分接近与一递减的几何数列。

（3）河道平均长度规律：在任何一个流域内，某一级河道的平均长度与其低一级河道的平均长度的比值为一常数，随着河道级别的增加，河道的平均长度倾向与一递增的几何数列。

（4）河道平均纵比降规律：在任何一个流域内，随着河道级别的增加，河道的平均纵比降倾向与一列递减的几何数列。

（5）河道面积规律：在任何一个流域内。

随着河道级别的增加，河道的平均流域面积倾向与一列递增的几何数列。

直接测量等容粒径：相同体积球体的直径。

d=(6V/π)1/3d=(abc)1/3泥沙的粒径测量筛析法水析沉降法泥沙粒径频直方图泥沙粒径分布的描述方法泥沙粒径累计频率分布曲线！！！！泥沙的水下休止角：静水中的泥沙在颗粒之间的摩擦作用下可以堆积成一定角度的稳定倾斜面而不塌落，该倾斜面与水平面的夹角为泥沙的水下休止角。

Chapter2泥沙沉降速度：单颗泥沙在足够大的静止清水中等速下沉时的速度。

也称水力粗度。

泥沙颗粒在静水中下沉时的运动状态与沙粒雷诺数有关。

W=−13.95νd影响泥沙沉速的因素：颗粒形状、边壁条件、含沙浓度、紊动、絮凝。

在具有一定泥沙组成的床面上，逐渐增加水流强度，直到使床面泥沙有静止转入运动，这种现象称为泥沙的起动。

起动流速和起动拖拽力。

泥沙颗粒由静止状态变为运动状态的临界水流条件称为泥沙的起动条件。