河流動力學(xué)復(fù)習(xí)

1、第一章 緒論1、河流動力學(xué)是什么樣的學(xué)科？主要研究什么？答：河流動力學(xué)是研究河道水流、泥沙運動、河床演變規(guī)律及其應(yīng)用的學(xué)科。主要研究內(nèi)容包括：水流結(jié)構(gòu)：研究水流內(nèi)部運動特征及運動要素的空間分布；泥沙運動：研究泥沙沖刷、搬運和堆積的機理；河床演變：研究河流的河床形態(tài)、演變規(guī)律以及人為干擾引起的再造床過程。（由一條河流從表層到底部記憶，水流泥沙河床）2、河流動力學(xué)的鮮明特點：半經(jīng)驗半理論3、河流動力學(xué)的應(yīng)用？答：港口選址論證；航道整治；排除修建水利樞紐的不利影響第二章 水流的紊動1、紊流的特性答：即使在流量不變的情況下，流場中任意一點的流速和壓力也隨時間呈不規(guī)則的脈動；紊流具有擴散性2、如何判斷紊

2、流的發(fā)生？答：通過雷諾數(shù)進行判斷。Re<2000左右，屬層流；Re在1000012000時，進入紊流范圍3、紊流發(fā)生的分類答：水流很快流過固體邊界，邊界是靜止的，水流是運動的；兩種不同流速的液體相接觸，在接觸面上的流速梯度也產(chǎn)生漩渦；水流繞過物體或物體在靜水中運動時，在物體背面，水流發(fā)生分離而產(chǎn)生漩渦。5、紊動切應(yīng)力如何產(chǎn)生？主要內(nèi)容？答6、流速分布公式實際應(yīng)用注意問題？答：天然河道Ks（明渠水流周界上的粗糙突起高度）難以直接測量。采用實測的方法來確定，即測出水槽的流速分布及u*值，再求出Ks；無法實測則查閱書冊確定；流速分布曲線原點對于不同床面不同第三章 泥沙特性1、孔隙率？答：孔隙率

3、是泥沙中孔隙的容積占沙樣總?cè)莘e的百分比2、比表面積含義答：顆粒表面積與其體積之比3、雙電層現(xiàn)象？粘結(jié)水？粘滯水？答：水中（電解質(zhì)中）離子吸附在泥沙表面和泥沙表面分子離解使泥沙顆粒表面帶有負(fù)電荷，負(fù)電荷將吸引水中正電荷的離子形成吸附層。吸附層的離子不足以平衡顆粒電荷，繼續(xù)吸附異號電荷形成擴散層，這就是雙電層現(xiàn)象。粘結(jié)水：在泥沙顆粒表面負(fù)電荷的作用下，靠近顆粒表面，在吸附層范圍內(nèi)的水分子失去自由活動的能力，整齊、緊密排列，這部分被稱為粘結(jié)水。粘滯水：圍繞在粘結(jié)水外面，受到引力較小，排列較疏松的這部分水被稱為粘滯水4、什么是淤泥？絮凝現(xiàn)象？絮團沉速的影響因素答：粒徑小于0.03mm，沉積后，經(jīng)歷液體

4、、粘性體或固體等階段，固結(jié)過程可延續(xù)多年的泥沙。泥沙在一定條件下彼此聚合的過程叫作絮凝。影響因素：泥沙形狀；水質(zhì)；含沙量5、泥沙干容重？影響因素？答：指除去水分后的沙樣重量（或質(zhì)量）與沙樣體積之比。影響因素：泥沙粒徑：顆粒越細ð其值越小，變幅越大；泥沙淤積厚度：淤積深度越深ð干容重越大，變幅越?。挥俜e歷時：隨著淤積歷時的增加而增加，且變化較大，達到一定時間后趨于穩(wěn)定。6、沉速定義及條件答：單顆粒在無限大靜止清水中勻速沉降的速度。下沉原因：重力作用；所受阻力：水流對顆粒的阻力；與泥沙顆粒粗細有關(guān)。7、泥沙顆粒沉降過程中為什么要對繞流流態(tài)進行劃分？如何劃分？答：通過沙粒雷諾數(shù)進

5、行劃分。<0.5，繞流狀態(tài)屬層流；>1000，繞流狀態(tài)屬紊流；介于0.51000，屬過渡狀態(tài)。8、推導(dǎo)泥沙顆粒沉速公式過程中，半經(jīng)驗半理論體現(xiàn)在什么地方？答：理論：分析球體受力，得到結(jié)構(gòu)公式；經(jīng)驗：阻力系數(shù)由實驗確定。9、細顆粒泥沙在某海域發(fā)生絮凝（含鹽度大于10%）的沉速？答：一般在0.40.5mm/s左右第四章 推移質(zhì)運動1、什么是推移質(zhì)、懸移質(zhì)？本質(zhì)區(qū)別？能否相互轉(zhuǎn)化？答：推移質(zhì)：在河底附近，以滾動、滑動、跳躍或?qū)右菩问角斑M，其速度遠小于水流速度的泥沙；懸移質(zhì)：懸浮于水中，并在水流方向與水流以同樣速度前進的泥沙。推移質(zhì)與懸移質(zhì)間的差別：運動規(guī)律不同：受力不同；運動速度不同；能

6、量來源不同：推移質(zhì)直接消耗水流的機械能；懸移質(zhì)僅消耗水流的紊動動能；對河床作用不同?？梢韵嗷マD(zhuǎn)化。2、無粘性均勻沙起動流速公式推導(dǎo)過程？起動拖曳力推導(dǎo)思路？答：滾動：思路：泥沙所受力對于某點力矩平衡過程：顆粒所受的力：使其運動的力：水流推移力FD、水流的上舉力FL抗拒運動的力：泥沙的有效重力W 滑動：思路：泥沙顆粒受力平衡過程：顆粒所受的力：使其運動的力：水流推移力FD、水流的上舉力FL抗拒運動的力：泥沙的有效重力W作業(yè)題利用起動底速和對數(shù)或指數(shù)流速分布公式，將起動底速轉(zhuǎn)化為起動拖曳力。3、臨界粒徑及產(chǎn)生原因？不同粒徑泥沙起動時水流和粒徑之間的關(guān)系？答：存在某一粒徑，大于該粒徑時：粒徑越大，越

7、難起動；小于該粒徑時：粒徑越小，越難起動。產(chǎn)生的原因：近壁層流層對細顆粒泥沙的隱蔽作用；細顆粒泥沙之間粘結(jié)力的作用大于臨界粒徑的泥沙，隨著粒徑的增大，需要更強的水流才能起動；小于臨界粒徑的泥沙，隨著粒徑的減小，越難起動。4、推導(dǎo)起動流速時，粗顆粒和細顆粒泥沙有何差別？如何考慮？答：細顆粒泥沙需要考慮束縛水，因為其存在雙電層現(xiàn)象。5、泥沙起動判別標(biāo)準(zhǔn)答： 定性標(biāo)準(zhǔn)：Kramer方法；定量標(biāo)準(zhǔn)：竇國仁方法Krammer方法：定性標(biāo)準(zhǔn)。最常用的方法具體內(nèi)容：無泥沙運動：靜止輕微的泥沙運動：個別動，可數(shù)中等強度泥沙運動：少量動，不可計數(shù)普遍的泥沙運動：普遍動，床面變形6、非均勻沙和均勻沙相比那個更容易

8、起動？答：非均勻沙中較細泥沙受較粗泥沙的保護而較均勻沙相應(yīng)粒徑難于起動；相反非均勻沙中較粗泥沙暴露于床面而較均勻沙相應(yīng)粒徑容易起動。7、沙波運動中水流與泥沙各有什么特點？答：水流運動：波峰處流速大，波谷處流速?。凰髟竭^波峰后，常發(fā)生離解，產(chǎn)生平軸漩渦在漩渦上下出現(xiàn)兩個流速為零的停滯點。在兩停滯點范圍內(nèi)，沙波表面附近的流速與主流速相反。泥沙運動：水流流速大的地方泥沙運動快，反之慢。流速正的地方泥沙向下游輸移，反之上游輸移。沙波迎水面泥沙運動逐漸加快，波峰最大；背水面越過漩渦區(qū)，進入波谷區(qū)，沉積?？傮w來說，泥沙受水流沖刷向下游移動，越過坡頂開始擴散，在背水面沉積。最終導(dǎo)致沙波向下游推進。8、什么

9、是沙波？兩個重要現(xiàn)象？對床沙的分選作用？答：沙波運動：推移質(zhì)運動達到一定規(guī)模，床面起伏，泥沙顆粒在床面的集體運動。重要現(xiàn)象：沙波對床沙有分選作用；較粗泥沙運動的間歇性分選作用：泥沙沿迎水面越過沙波峰頂后，在重力作用下，其中較粗的泥沙落到谷底，細的泥沙隨漩渦的負(fù)流背水面向上游運動，越細的泥沙越向上，形成上細下粗的淤積。9、靜平整、動平整的區(qū)別與相似點？答：靜平整：流速小于起動流速，泥沙不動，床面平整動平整：沙壟發(fā)展到一定程度，水流進一步增大，沙壟峰后漩渦越來越大，卷入的泥沙不一定落到背水坡，一般落到距坡腳較遠的地方；此外，越過漩渦進入下一個迎水面的泥沙越來越多，最終導(dǎo)致沙壟消亡，河床平整。10、

10、沖擊河流阻力的組成答：床面阻力、河岸或邊壁阻力、河槽形態(tài)阻力、人工建筑物的局部阻力等組成11、床面阻力組成答：泥沙阻力、沙坡阻力和泥沙運動附加阻力12、指數(shù)阻力公式中A與什么因素有關(guān)？答：床沙粒配、形狀及排列狀況13、什么是推移質(zhì)輸沙率？為什么使用單寬輸沙率？答：一定水流及床沙組成條件下，河道處于不沖不淤輸沙平衡狀態(tài)時，單位時間內(nèi)通過過水?dāng)嗝娴耐埔瀑|(zhì)數(shù)量稱為推移質(zhì)輸沙率。一般用通過單位寬度的推移質(zhì)數(shù)量表示，即單寬輸沙率。14、推移質(zhì)輸沙率與流速之間的關(guān)系，舉例說明答：輸沙率大約與流速的34次方成比例15、梅耶彼得公式中的作用，為什么要加這個系數(shù)？答：16、愛因斯坦的基本認(rèn)識，推導(dǎo)輸沙率的思路答

11、：河床表面的泥沙及運動的推移質(zhì)組成了一個不可分割的整體，它們之間存在著不斷的交換；從泥沙運動的隨機性出發(fā)，應(yīng)該用統(tǒng)計學(xué)的觀點來討論大量泥沙顆粒在一定水流條件下的運動過程，而不是研究某一或某幾個顆粒；任何泥沙被帶起的概率，決定于泥沙的性質(zhì)和周圍床面附近的流態(tài)，與其歷史無關(guān)；使泥沙運動的作用力主要是上舉力，當(dāng)瞬時上舉力大于泥沙顆粒在水中的重量時，床面沙粒就進入到運動狀態(tài)。一定的沙粒，在床面各處起動概率相同；沙粒存在一個單步距離，僅取決于沙粒的大小及形狀；沙粒完成一個單步距離后，只要水流條件不滿足其繼續(xù)運動，沙里就會沉落。沙粒在床面各處沉落概率一樣。輸沙平衡狀態(tài)下，泥沙的沉積率和沖刷率相等，得到泥沙

12、沖刷外移概率p和推移質(zhì)運動強度（直接與gb有關(guān)）的關(guān)系。其中沖刷外移概率p與水流強度參數(shù)有關(guān)。17、根據(jù)能量平衡建立的公式有哪幾種？答：拜格諾公式，竇國仁公式18、竇國仁推導(dǎo)推移質(zhì)輸沙率的思路答:輸沙平衡狀態(tài)下，19、推移質(zhì)公式的比較答：低強度時較為接近，高強度時差別較大第五章 懸移質(zhì)運動1、床沙質(zhì)、沖瀉質(zhì)的區(qū)別，如何區(qū)分？答：床沙質(zhì)：懸移質(zhì)中較粗部分，絕大部分推移質(zhì)來自相鄰的上游河段，或本段河床特點：造床質(zhì)，與河床有交換，輸沙能力與水流條件具有明確關(guān)系，沖淤變化沖瀉質(zhì)：懸移質(zhì)中較細部分，極小部分推移質(zhì)起源于上游流域沖蝕特點：非造床質(zhì)，與河床沒有交換，輸沙能力與水流條件沒有明確關(guān)系，處于次飽和

13、狀態(tài)如何區(qū)分床沙質(zhì)和沖瀉質(zhì)？利用懸移質(zhì)和床沙級配曲線；取床沙級配曲線中的D5為劃分界限。2、擴散理論主要推導(dǎo)思路、基本假設(shè)答：重力作用下下沉的泥沙和紊動擴散上浮的泥沙相同（單位面積時間）。基本假設(shè)：與懸移質(zhì)擴散系數(shù)相等。3、懸移質(zhì)含沙量沿水深分布公式，懸浮指標(biāo)的含義答：勞斯公式：反映了反應(yīng)了重力作用與紊動作用間的對比：z小，紊動作用強，含沙量沿垂線分布均勻；z大，重力作用大，含沙量沿垂線分布不均勻；z=5作為懸浮臨界判別值4、懸浮指標(biāo)計算值與理論值的比較答：實測值z1與理論值z有一定差別。z較小時：兩者相近；z較大時：兩者差異較大。z1<z：似應(yīng)表明重力弱，紊動強。表明：實際的含沙量分布

14、更均勻5、勞斯公式適用條件？為什么？答：泥沙顆粒較細、含沙濃度不大時適用6、懸移質(zhì)輸沙率如何定義，挾沙能力與實際輸沙率有何關(guān)系？答：懸移質(zhì)輸沙率是指一定的水流與河床組成條件下，水流在單位時間內(nèi)所能挾帶并通過河段下泄的懸移質(zhì)中床沙質(zhì)泥沙的數(shù)量。實際輸沙和挾沙能力：兩者通常是有差異的；前者大：超飽和狀態(tài)，淤積；前者?。捍物柡蜖顟B(tài)，沖刷；懸移質(zhì)輸沙率：不沖不淤，水流處于飽和。7、愛因斯坦推導(dǎo)懸移質(zhì)輸沙率公式中最重要的一點。答：愛因斯坦認(rèn)為推移質(zhì)集中在床面層范圍內(nèi)運動，懸移質(zhì)在床面層以上的主流區(qū)運動。既然泥沙濃度沿垂線的變化是連續(xù)的，床面層頂端的泥沙濃度就應(yīng)該等于懸移質(zhì)的臨底含沙量Sa，這樣就可以在S

15、a與推移質(zhì)輸沙率之間建立聯(lián)系。8、武漢水院推導(dǎo)懸移質(zhì)輸沙率公式中表達挾沙能力與流速的關(guān)系，舉例說明答：9、根據(jù)張瑞瑾公式，判斷發(fā)生淤積的細顆粒與粗顆粒泥沙分別在哪淤積？答：10、張瑞瑾公式的觀點答：提出了制紊的觀點：懸移質(zhì)的存在將使水流的紊動減弱，水流的阻力損失減小。11、拜格諾公式的觀點，與其他公式的不同？答：維持懸移質(zhì)運動需作功，消耗水流勢能。與武漢水院觀點相左。12、有幾種輸沙率，該怎樣區(qū)分？答：推移質(zhì)輸沙率、懸移質(zhì)輸沙率、床沙質(zhì)總輸沙率、全沙總輸沙率在一定水流與河床組成條件下，單位時間內(nèi)能通過河段下泄的沙量稱為總輸沙率推移質(zhì)輸沙率與懸移質(zhì)中床沙質(zhì)輸沙率之和稱為床沙質(zhì)總輸沙率推移質(zhì)輸沙率

16、與包括沖瀉質(zhì)在內(nèi)的輸沙率之和稱為全沙輸沙率13、計算床沙質(zhì)輸沙率的公式思路答：愛因斯坦公式、拜格諾公式：推移質(zhì)輸沙率與懸移質(zhì)輸沙率之和第六章 異重流1、什么叫作異重流？分哪幾種類型？舉例答：兩種密度相差不大、可以相混的液體，在條件適宜時因密度差異而產(chǎn)生的相對運動，各層流體在運動中基本保持原來的面貌，即使在交界面上有紊動也不會發(fā)生混合。按位置分類：3種情況：下異重流：較重的流體在較輕的流體下面運動。渾水異重流和鹽水異重流上異重流：較輕的流體在較重的流體上面運動。溫差異重流中異重流：在較重和較輕流體間存在第三種流體的運動。天空中云層的運動2、異重流產(chǎn)生原因答：清渾水密度的差異是產(chǎn)生渾水異重流的根本

17、原因3、異重流的受力特性是什么？為什么？答：最主要的特性：渾水異重流的重力作用顯著減少原因分析：渾、清水密度差小：含沙量的較大變化只能引起渾水密度較小變化；密度差小：浮力大，有效重力小。4、異重流最顯著的運動特征？為什么？答：最主要的特性：慣性力相對突出，翻越障礙物；阻力相對突出，維持運動要較大能坡原因分析：重力作用顯著減小，使得慣性力和阻力作用相對突出第七章 河床演變1、河床演變的兩個反饋系統(tǒng)？答：水流挾帶泥沙，泥沙的存在又影響水流結(jié)構(gòu)；水流作用于河床，河床變形，河床形態(tài)又影響水流。2、河床變形分為哪幾種？答：長期變形與短期變形；大范圍變形和局部變形；縱向變形和橫向變形；單向變形和復(fù)歸性變形

18、；自然變形和人工干擾變形3、河床演變基本原理答：根本原因：輸沙的不平衡。上游來沙量大于本河段輸沙能力Þ本河段淤積上游來沙量小于本河段輸沙能力Þ本河段沖刷縱向輸沙不平衡Þ河床的縱向變形橫向輸沙不平衡Þ河床的橫向變形4、影響河床演變的因素答：河段的來水量及其過程；河段的來沙量、來沙組成及其變化過程；河段的河谷比降；河段的河床形態(tài)及地質(zhì)情況。平原河流主導(dǎo)，山區(qū)河流主導(dǎo)5、平原河流按形態(tài)和演變特征分為哪幾個類型？答：順直，彎曲，分汊，游蕩6、與山區(qū)河流相比，平原河流水流特征有什么特點？答：山區(qū)河流水流特征：洪峰暴漲暴落；流量水位變幅大；中水歷時不長平原河流水流特征：坡度平緩，土壤疏松Þ徑流系數(shù)小，匯流時間長；匯水面積大，降雨不均Þ洪水緩漲緩落；水流流態(tài)平穩(wěn)；流速較小7、順直、游蕩型河段特點答：順直：中水河床比較順直或略有彎