河流动力学整理.docx

1 ,对数流速垂线分布的分别区到达最大，压差阻力远远大于摩擦阻力，的纯洁度与化学成分、沙粒的压结程度有关）。其大小与Red的变化无关，颗粒左摇右摆下沉，颗3.起动流速:泥沙由静止变为运动式的临界水流条.曼宁公式： 粒本身也转动，四周水体也紊动（水流阻力与Pd2件，用起动流速表示，位于河床外表的某种泥沙（即床 I、泥沙级配曲线：横坐标表示泥沙粒径，纵坐标3 2成正比）。 沙），当流速等于或者大于泥沙起动流速时，泥沙起动 表达在所考虑的沙样中粒径小于横坐标相应的某L张瑞瑾沉速公式思路（阻力叠加原理，从过渡区入反之静止。一粒径在总沙样中所占的百分比的曲线。2、粒配手） 曲线的绘制方法和过程:取样筛分,猎取各粒经组 Di泥沙的重量;统计出小于和等于各粒经D.的沙 重，并算出其占总重的百分比p. ;（3）预备半对数坐标 纸（横坐标为对数分格，纵坐标是一般分格）必）以粒 经Di为横坐标（对数坐标，从大到小），小于和等于粒 经Di的沙重百分比pi为纵坐标（一般坐标）绘制 Dp粒配曲线。3、级配曲线可以反映沙样颗粒的 相对大小和范围，可反映沙样组成的匀称程度1、特征粒径:单颗粒泥沙粒径:等容粒径，算术/几何 平均粒径，筛分粒径，沉降粒径;群体泥沙代表粒径： 平均粒径（di=（dmax-dmin）/2；Dm= £ （di*Pi）/100）;中值粒 径（cko）;非匀称特点:均方差（。=V2（D84/D5o+ D50/D16）； 选择系数（二开方（D75/D25）（越接近1,沙样就越匀称， 越大于1,沙样越不匀称）;1.孔隙率:泥沙中孔隙的容积占沙样总容积的百分 比。泥沙孔隙率因沙粒大小、匀称度、沙粒外形、 泥沙沉积方式、沉积后受力大小和历史长短等有关。粗沙（39%-40%）;中沙（41 %48%）;细沙（44% PS:泥沙特性分为几何特性4 .沙莫夫启动流速公式:5 .讨论泥沙起动的意义:计算输沙率;航道整治时使 用;护滩、护滩块石稳定计算、讨论输沙率1.沙波运动:泥沙颗粒在床面的集体运动称沙波运 动（推移质泥沙运动到达肯定程度时的产物.对河道 水流结构、河道阻力、泥沙运动和河床演化均有重 要作用）;2 .沙波形态和运动特征:（几何特征:迎水面缓，背水 面陡;运动特征:迎水面加速区，冲刷，背水面减速区, 淤积，床沙分选:上粗下细;水流运动特征:波峰处流 速大,波谷处流速小，迎水面存在停滞点，背水面:分 别、漩涡;阻力特性：迎水面与水面存在压力波，与 水流速度相反，称外形阻力3 .沙波形成及进展过程:静平整（流速小于起动流速, 泥沙不起动,床面平整）、沙纹（流速增大，沙粒聚集最 终形成外形规章的沙纹）、沙垄、过渡、动平整（流 重力特性、水力特性、速增大，波高变小，床面恢复平整）、沙浪（流速连续增-49%）。细颗粒泥沙外表面积大，使得摩擦、吸附、物理化学特性、生物化学特性; 大,Fr>l,床面再次消失沙波）、急滩与深潭（Fr»l,剧 搭成架构等作用增大;粒径匀称的泥沙孔隙率最大；1.泥沙运动分类:泥沙一颗一颗的沿河滚动，滚一阵，烈冲刷形成急滩，剧烈淤积形成深潭）.球体，孔隙率小。（细颗粒泥沙具有较大的孔隙率和歇一阵，常呈间歇性（在河底四周一滚动、滑动、跳4.沙波形成过程中的两个现象:沙波对床沙的分选 较小的干容重）动或者层移形式前进，其速度小于水流速度）;泥沙在作用（上粗下细）;粗沙运动的间歇性。1 .容重YS：泥沙颗粒的实有重量和实有体积（不含空水中悬浮着前进（细颗粒，连续运动,在水流方向以5.沙波运动对河流的影响:沙波运动时推移质运动 隙体积）之比（一般变化范围不大，取2650kg/m3）；有与水流大致相等的速度前进）；的主要形式;沙波的消长对河流的阻力损失有很大效容重系数:泥沙水下比重与水的比重之比（a=（Y2.推移质与悬移质划分:Def:河底四周以滚动、滑影响;沙漠的消长对航道的水深有肯定的影响;沙波 丫）/Y）;干容重Vs，；泥沙颗粒的实有重量和整个体积动、跃动或层移等形式前进、速度小于水流速度的的形成和进展影响H-Q关系。（含空隙体积）之比（变化范围大，由于空隙变化大）;用泥沙称推移质（接触质、跃移质、层移质）；6.沙波类型:带状沙波（很少见）、继绩蛇曲沙波（最常途:确定泥沙冲淤体的体积;影响因素:粒径（主）、淤以浮游方式前进的泥沙称推移质联系:一个泥沙组见）、堆状沙波（常见）、顺直沙波、弯曲沙波、链状 积深度、埋藏深度和环境、排水状况、有无初露水成来说，较弱的水流条件下，以表现为推移质;较强的沙波、舌状沙波、新月沙波等。面暴露在空气中、细颗粒的化学成分等;vs'与YS的水流条件下，以表现为悬移质，二者可以相互转化。7.沙波产生的缘由：不同流体相对运动时交界面上 关系：Ys=ys（l.e）；规律:粒径大的泥沙丫4大一些，区分:运动规律不同（受力、运动速度、输沙率与水的不稳定性;接近河床的流速沿程分布与沙波形式 变化范围小一些，粒径小的反之;浑水容重:假如以S流切力的关系、输沙量等都不同）:能量来源不同（推相适应。代表水的含沙量，那么浑水容重（加=r+（l.r/r/s）,含沙消耗水流的机械能即时均势能，悬消耗水流的紊动1.推移质输沙率概念:肯定的水沙条件下，河道处于 量S较大的变化只能引起5较小的变化。动能）;对河床的作用不同（悬沙通过容重增大净水压冲淤平衡时，单位时间通过单宽河床的推移质数量,L泥沙沉速3 ：单颗粒泥沙在静止的无限大的清水力，悬移质通过颗粒间的离散力与河床作用）.以gs表示,单位:kg/m.s水体中匀速下沉的速度（有效重力和阻力相等）;与泥1 .泥沙起动概念：随着水流条件的增加，沙颗粒由静2.公式类型及其思路:以临界拖引力和临界流速考 沙的粒径、外形、含盐度、含沙浓度、水体紊动和止转为运动，泥沙起动,泥沙起动条件:持泥沙颗粒静虑问题（当拖引力获水流速度到达或超过某一临界 沙粒雷诺数有关（Re. s d/v,表示惯性力与水流粘滞止状态的平衡条件遭到破坏，面泥沙由静止状态转值以后，床沙才可能发生推移，推移质输沙率的大小 力的相对关系）2泥沙的沉降状态：层流（滞性）状态入运动状态的临界水流条件（起动流速（以垂线平均与水流实有的拖引力或流速超过临界拖引力或临 下降：Rr<05垂线下沉，下沉速度缓慢，扰流阻流速表示）、起动拖曳力（拖曳力表示、起动功率（水界流速的程度有关，如沙莫夫公式）;从沙波运行状况 力以摩擦力为主，压差阻力相对较小（阻力与Ud3流功率）；特性:简单性（水流条件、沙粒性质、泥沙考虑问题（凡推移质运动到达肯定规模的处所，必定 的一次方成正比），颗粒不发生摇摆、转动、滚动，组成）;随机性（水流运动和泥沙分布排列等具有随机消失沙波，推移质输沙率与U4成正比）;从统计法那么 四周水体不发生紊乱现象；过渡状态下降：性）.考虑问题（HA爱因斯坦公式:抓住泥沙自床面冲刷心产0.51000,颗粒外表形成流速梯度很大的边界2,沙在水流中受到的力:促成泥沙起动的力:上举力、下移的概率P确实定最为推导的核心 层，尾部边界脱离外表发生分别，分别区产生稳流，推移力（两者由沙粒的迎水面和下面压力增大而背 造成很大的能量损失，随着Red的增加，分别区相水面和上面压力减小形成的）、脉动压力;抗拒泥沙 应增大，压差阻力也不断增大，摩擦阻力不断减小;起动的力:重力、粘结力（与沙粒间的空隙厚度、在 紊流状态下降：/?ed>1000,颗粒外表边界层在尾部水平面上的投影面积、所受的铅直向下的压力、水平衡状态的冲积河流，其河床形态与河床边界条件 之间的关系;横断面关系：宽深比关系河相系数横 断面，与水力要素关系B= Q lQ'i ；h=a 2Q"2 ；u= a 3Qr 3 ；河弯的平面河相关系:弯距、摆幅、中心角、曲1 .床沙质与冲泻质概念:床沙质：悬移质中较粗局部关系推导）: 的泥沙，床沙中大量存在的泥沙，参加造床作用;冲泻质;悬移质中较细局部的泥沙，床沙中很少存在.不参 加，床沙质描述的是泥沙淤积，有可能由悬移质、推3.物理意义：U3/（gR o ）= （U2/（gR）/（3/U）,假如用弗率半径10.平衡河流：冲积平原河流在挟沙水流与河床长期 相互作用下，经过河流的自动调整作用，可能形成于 所在河段详细条件相适应的某种均衡，这样的河流成为平衡河流。移质、床沙组成,冲泻质一般由悬移质、推移质组成.汝德数代表紊动强度，3/U代表重力作用，那么公式 特性:在床沙质和水流条件与河床组成条件亲密相代表了二者之间比照关系，其值越大，挟沙力量也 关，在本段河流中有充分的供应来源，从而有维持饱越大。速最大点的连线（不肯定与深泓线重合）。12.弯曲河道的水流运动、河床演化规律：（1）横比降辰aU2/（gR） （2）弯道环流山（3）主流线（水流和的机会，而冲泻质与水力条件关系不亲密，一般是4,参数特性:k/m由河床状态打算，不固定，为5/（gRll.河流淌力轴线（主流线）:沿程各断面垂线平均流 不饱和的;二者的运动状态取决于水流紊动作用于的函数，由实测资料打算。重力作用的冲突统一，肯定条件下可以相互转化。1 ,异重流:两种密度不同但又相差不大、可以相互混.为何要划分:河床中大量存在的床沙质和整个推合的流体，由于密度差异而发生的相对流淌，并在流淌力轴线）：沿程各断面垂线平均流速最大点的连移质的运动状态与河流的进展息息相关。淌中不发生全局性的掺混2异重流基本特性:重力岁於2线:低产旁易盘%口 2步翼独占F 水下挫。（1）一般演化:曲折程度加剧，河长增加,1 .悬移质泥沙的紊动集中理论:基本论点:假设水流中作用大大减弱;惯性作用相对突出；阻力作用明显曲折系数加大。横断面凹岸崩退，凸岸淤长。（2）突 有悬移质含沙量浓度梯度ds/dn存在,那么将发生悬移增加3.水库异重流持续的条件:肯定的重率差和相变:包括自然裁弯，撇弯和切滩两种类型。质传递作用，其最终结果是悬移质将从含沙量较高应的水深及流速;浑水要有肯定的含沙量，清浑水保13分汉河道演化特性1、河道特性:分流区/汇流区/ 分汉段（按平面形态可分为顺直分汉、微弯分汉、鹅的流层传递到含沙量较低的流层，传递强度可以用持肯定的含沙浓度差;浑水中的泥沙大局部为细沙；头分汉;、水流运动（分流区的分别点高水下移，低水Dn=- £ s*ds/dn表示.Rouse公式的假设:3为常数;浑水中要有肯定的单宽流量，具有肯定连续性，有足上提，存在环流）分流区水位，支汉一侧高于主汉一侧间低速区;分流区存在环流，有单向、双向、简单;两侧含沙量大，中间含沙量小。平面的变化；洲头洲尾间低速区;分流区存在环流，有单向、双向、简单;两侧含沙量大，中间含沙量小。平面的变化；洲头洲尾流速分布为对数分布;悬移质泥沙传递系数£ s与够的能量克服阻力向前运动;水库具有肯定的底坡。汇流区水位，支汉一侧高于主汉一侧;两个高速区，中相应的素动流量系数£ z相等；Rouse公式形式（二L河床演化:自然条件及人类活动影响下河床所发维恒定匀称流中平衡状况下的含沙量艳水深的分生的变化过程.实质:泥沙的冲刷、搬运、沉积.根本的冲淤；主支汉的易位。14.游荡河道演化特性1、SySxctSySxct缘由:输沙不平衡.2 .河床演化原理:（1）输沙不平衡是产生河床演化的 根本缘由.产生不平衡的缘由可能有:进口水沙条件;河道形态:河身顺直，宽窄相间，呈藕节状，洲滩密布, 汉道交织，弯曲程度不大,曲折系数一般略大于1,主 槽不固定/可道宽浅.2、水流运动:水深小，水面比降 大,流速大，水流散舌L,主流不定;3、演化特性:变形.悬浮指标z:Def:也称Rouse数,z=w/（k*U*）,实际上出口侵蚀基点（包括侵蚀基面和水流条件如潮汐）涧强度大,速度快，有宽广的河漫滩.演化规律：河床多代表重力作用w和紊动作用k*U*的比照关系;对含床周界条件如沙波运动河床具有自动调整作用年平均是淤积抬高的，年内汛期主槽冲，滩地淤，非汛 期主槽淤滩地冲。沙量的影响越大，说明重力作用在紊动集中作用（调整方向是从输沙不平衡向平衡的方向进展，通过l水库藤纵剖面形态三角洲淤积（库容大，来沙粗, 的比照中越强，悬移质含沙量在垂线上的分布越不转变河宽、水深、比降、床沙组成使挟沙力与米沙库水位变幅小，库区地形开阔。尾部段特点:挟沙水相适应）.相适应）.匀称，反之越匀称。相适应）.流处于超饱和，进库泥沙中的粗颗粒首先在此落淤,. Rouse公式的评价:大量实测资料证明，公式的结4.影响河床演化的主要因素:来水量及其变化过程;嚣耸场选盘黑鬻需需来沙量来沙组成乃甘专价过程河段的河谷叱降粗颗粒泥沙。二角洲顶坡段（洲面段）特点:挟沙水流 构式正确的,缺点:接近河底时9,28片近水面河段所在河谷的地貌扇件5平原河流的河形：河城瞿雪鬻曙鬻器鬻鬻鬻慧常 时（y二h）, Sv=0;y从0-h的变化过程中，含沙量梯度开（顺百 杳曲 分汉 游荡（散舌|多汉）演仆（犬牙交匀称流。顶坡上的床沙组成沿程变化不大，无明业的 头时减小，后来又增大，存在拐点，这些鱼实际都是不叉的变滩逆慢向下游移动、自由弯曲，曲折强制性鹭噜鹭t鳖即唯喜嗯臂/ 符合的.弯曲,平移、各汉相互进展消长、游荡）稳定（不稳定、mm鲁L重力理论的思路：理论基础:挟带悬移质的水流在瑞细：河岸有肯定赢冲性美岸）有肯定的黑M言?仁独坝曹嘿档？物g坐鸣运动过程中要消耗能量，所消耗的能量分为两部河岸组成细，不抗冲）实例（美国密西西比河下游，变化我大，分选作用明、忆史床归程细化。异重加手 八/V m -T- I anj 口门,口口一 "八m拈l'）TK游。田汨T淤笺¥、7rli1 K、游JZky-r第打笺异重流潜入后，由于进库流星减小,局部异重流能分，一局部用于克服水流的阻力损失；另一局部用. 黑、黑脸中下加、朱、早贝等'运行到坝前发生滞留，因而造成泥沙淤积，淤积的泥 于携带悬移质而作悬浮功.思路：EE+E3, E.E3 6.浅滩盛正常俩岸边嬴高,浅滩槽宽而深，无相鬻万甯鬻篇心;鬻凯带鬻:拿黑 分别表示在单位流程、单位时间、单位过水断面中，云R呻亡道型水库，含沙重低，粒径细，库水位变幅大,淤积厚、冢L卜庐rhS法卜U,乐庐狗后人由、山赶S化官 互交叉，水流较平顺，河槽窄，曲率较小，过渡段长度度沿程大致匀称.锥体淤积（壅水小,底坡陡，沙量大, 库水水流中的房水从何处流到低姓所消耗的目匕里、适当）、交叉（相互交叉深槽，边滩较低，浅滩宽而浅，坝身低，多沙河流、滞洪水库上修建的小型水库，比 浑水水流中的清水为了克服阻力功而供应的能量、简单,>）海傩卜湖滩的下访滩下深较普遍地消失锥体淤积形态。这种淤积体特性:坝前浑水水流中的清水对泥沙所做的功。黑':胜黑匚?田:淤积多，泥沙淤积很快进展到坝前，形成锥体淤积当）重力理论的话田状冲优占.老虎了沪冲对永濡槽为“积平原河道或山区河道找顺直河段、周期性水库淤满以后涧床纵比降比原河床比降为小，淤积 .重力论的适用状况.优考必了匕，对k加雍水处）、散舌l （无明显边滩和浅滩脊，水深很小，游向上游进展）.影响纵向淤积形态的因素有:来水来 运动的影响。缺点:所建立的能量平衡存在问题（悬荡型河道）,沙条件、水库壅水程度、坝前水位变幅、水库地形移质消耗的能量来自于紊动能量，而不是水流托起女士、;目旺上川田士息一工口附但人旺上等其中最主要的是水库壅水程度和坝前水位变幅。 所消耗的能量但u（-d T /dy）是不合适的（物理概念:造床流量啜学多年流重过程的杯口也床2.坝下游冲刷一般特性:避11噩:即滩地只淤不冲, 作用相当的某一种流量。滩面逐年抬高，主槽有冲有淤，淤废的主槽可以复上不止确）° 8,河床横向稳定与河岸稳定亲密相关，主要打算于活。主槽损失的库容可以恢复，滩地的库容不能恢L水流携沙力量:在肯定的水流和河床组成条件的河岸的组成材料,阿尔图宁用稳定河宽Bs与实际河复。下游河床冲刷系统的冲刷，年际变化不大，不 相互关系中，水流能够挟带的悬移质中床沙质的临宽B的比值表示，横向稳定系数二Q0 5J0.2B；值越大，断向下游进展乂2）冲刷距离长,含沙量沿惮变化较匀 界今例、曷。推断冲淤来例、曷秒恂和镯孙河岸越稳定,越小越不稳定也可用枯水河宽b与中称;含沙量、挟沙力较自然河道大幅降低;悬 界力沙里外.推断冲淤.来沙里S>S，超饱和输/少，水河槽平滩河宽B之比，比值越小河身相对较窄涧沙粒径变粗;（5）冲刷有阶段性。全年悬移质冲刷;洪 淤积;<,不饱和输沙,冲刷产，输沙平衡，不冲不淤,影响岸稳定,纵向稳定主要打算于泥沙抗拒运动的力和水期悬移质冲刷;推移质冲刷;平衡或接近平衡。冲 因素:水流条件（流速，水深，比降闻水流的物理性质水流作用于泥沙的拖曳力。比值可用希尔兹数的倒刷沿时间和河长都是持续的。水库下游河道普遍产 （容重粘性）泥沙的物理性质（容重沉速或粒径）边界数来表示。l=d/（hJ）或者（D2=d/J比值俞大,泥沙运生冲刷，枢纽下游河道的冲刷自上而下是渐渐进展 “二八/口 -心、 一动强度愈弱，河床愈稳定，相反，比值愈小，泥沙运动的，距坝越远，冲刷越小。条件（河床物质的组成阿范B）强度俞大,河床产生的变形愈大，河床不稳定.2.张瑞瑾水流携沙力公式:（基于制紊假说，依据能量9.断面河相关系：纵剖面河相关系式:处于平衡或准