河流動力學(xué) 復(fù)習(xí)題

泥沙特性粒徑：就是體積與泥沙顆粒相等的球體的直徑。粒配曲線的特點、參數(shù)、作法:沙樣的平均粒徑D是沙樣內(nèi)各泥沙粒徑組的加權(quán)平均值。橫坐標(biāo)D粒徑，縱坐標(biāo)P百分數(shù)。作法：將粒配曲線的縱坐標(biāo)p按變化狀況分成若干組，并在橫坐標(biāo)D上定出各組泥沙對應(yīng)的上、下限粒徑D和D以及各組泥沙在整個沙樣中所占的重量比例p。D分選系數(shù)S泥沙中孔隙的容積占沙樣總?cè)莘e的比例稱為孔隙率。比表面積就是顆粒表面積與體積之比。顆粒比表面積間接地反映了顆粒受到的物理化學(xué)作用與重力作用的相對大小。顆粒表面離子層及周邊的反離子層（吸附層及擴散層）構(gòu)成顆粒的雙電子層。細顆粒泥沙在一定條件下彼此聚合的過程叫做絮凝。影響絮凝的因素：粒徑、電解質(zhì)價位、含沙量、含鹽量。取未經(jīng)擾動的原狀沙樣，量出它的體積，然后在烘箱內(nèi)經(jīng)100-105度的溫度烘干后，其重量（或質(zhì)量）與原狀沙樣整個體積之比，稱為泥沙的干容重或干密度。單顆粒泥沙在無限大靜止清水水體中勻速下沉?xí)r的速度稱為泥沙的沉降速度。單位cm/s推移質(zhì)運動滑動或滾動的泥沙，在運動中始終保持與床面接觸叫做接觸質(zhì)。在床面附近以跳躍形式邁進的泥沙叫做躍移質(zhì)。懸浮在水中運動，速度與水流速度基本相似的泥沙叫做懸移質(zhì)。河床上靜止的泥沙顆粒，隨著水流條件的增強，到一定條件時開始運動，這種現(xiàn)象稱為泥沙的起動。床面泥沙由靜止?fàn)顟B(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)檫\動狀態(tài)的臨界水流條件就是泥沙的起動條件?？捎昧魉?、拖曳力或功率表達。用水流垂線平均流速來表達叫起動流速。起動拖曳力是指泥沙處在起動狀態(tài)的床面剪切力。泥沙顆粒由運動狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)殪o止?fàn)顟B(tài)的臨界垂線平均流速叫止動流速。U崗卡0.71竇、沙0.83揚動流速是床面泥沙由靜止直接轉(zhuǎn)入懸移狀態(tài)的臨界垂線平均流速。沙波形態(tài)的四種類型：帶狀(順直)沙波、斷續(xù)蛇曲（彎曲）狀沙波、新月形沙波、舌狀沙波沙波運動兩現(xiàn)象：一是沙波對床沙的分選作用，二是較粗泥沙運動的間歇性。沙波表面附近的水流流速是沿程變化的，波峰處流速最大，波谷處流速最小。床面阻力涉及沙粒阻力和沙波阻力。沙粒阻力系床面沙粒阻力的摩阻而引發(fā)也稱為表面阻力。沙波阻力屬形狀阻力，使迎水面與背水面產(chǎn)生壓力差而引發(fā)。沙粒阻力與沙波阻力就是動床阻力。一定的水流及床沙構(gòu)成條件下，河道處在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，以G表達。推移質(zhì)輸沙率分五類：以流速為重要參變數(shù)、以拖曳力為重要參變數(shù)、根據(jù)能量平衡觀點、從統(tǒng)計法則考慮以及按沙波運行規(guī)律來分析。影響推移質(zhì)輸沙強度的重要水力因素是流速，流速愈大，則推移質(zhì)輸沙率愈大。拖曳力與起動拖曳力的差愈大，推移質(zhì)輸沙率也愈大。泥沙的沉積率：作推移運動的泥沙顆粒，當(dāng)走完一種單步距離后，如果正好落在水流上舉力不不大于沙粒在水下的重量的一部分床面時，就不可能在那里沉積下來，而會繼續(xù)第二個行程的運動。泥沙的沖刷率：在單位面積的河床上，泥沙顆?？倲?shù)能夠假定等于懸移質(zhì)運動懸移質(zhì)中較粗的一部分，以及絕大部分推移質(zhì)能夠當(dāng)作是來自相鄰的上游段及本河段的河床，是從床沙中被帶起動進入運動的泥沙稱為床沙質(zhì)。在不沖不淤相對平衡狀態(tài)時，床沙質(zhì)數(shù)量能夠由水流及床沙構(gòu)成條件決定。床沙質(zhì)又稱為造床質(zhì)。懸移質(zhì)中較細的一大部分以及推移質(zhì)中極小一部分是床沙中極少或幾乎不存在的，它們來源于上游的流域沖蝕，是被水流長途挾帶輸送到本河段的稱為沖瀉質(zhì)。也稱為非造床質(zhì)。含沙量體現(xiàn)方式：混合式S=泥沙所占質(zhì)量/渾水體積體積比含沙量S=泥沙所占體積/渾水體積重量比含沙量S=泥沙所占重量/渾水重量首先紊動擴散作用使泥沙上浮另首先重力促使懸移質(zhì)泥沙下沉。懸浮指標(biāo)：Z=指數(shù)Z決定了懸移質(zhì)含沙量沿水深分布均勻程度。Z愈小，懸移質(zhì)分布愈均勻，反之則愈大。三個基本假定：；挾沙水流的流速分布遵照對數(shù)分布規(guī)律并取K=4；泥沙沉速不隨y而變；擴散理論合用范疇：泥沙顆粒較細、含沙濃度不大懸移質(zhì)輸沙率：是指一定水流與河床構(gòu)成條件下，水流在單位時間內(nèi)所能攜帶并通過河段下泄的懸移質(zhì)中床沙質(zhì)泥沙的數(shù)量。平均含沙量S是一定水流與泥沙條件下，河流處在不沖不淤臨界狀態(tài)時，單位水體所能挾帶的懸移質(zhì)中床沙質(zhì)量數(shù)的平均值。單位為kg/m或N/m也叫做水流挾沙力、飽和含沙量、臨界含沙量。制紊作用是指懸移質(zhì)的存在將使水流的紊動削弱、水流阻力損失減小。在一定水流與河床構(gòu)成條件下，單位時間內(nèi)能夠通過河段下泄的沙量稱為總輸沙率。把推移質(zhì)輸沙率與懸移質(zhì)中床沙質(zhì)輸沙率之和叫做床沙質(zhì)總輸沙率。把推移質(zhì)輸沙率與全部懸移質(zhì)涉及沖瀉質(zhì)在內(nèi)的輸沙率稱為全沙總輸沙率。異重流異重流是指兩種密度相差不大、能夠想混的流體，在條件適宜時因密度差別而產(chǎn)生的相對運動；在運動過程中，各層流體能基本保持其原來的面貌，不因交界面上存在的紊動摻混作用而發(fā)生全局的混合現(xiàn)象。河床演變演變體現(xiàn)形式分為：縱向變形和橫向變形?？v向變形：是指河道沿程所發(fā)生的變形，即河床縱剖面的沖淤變化，如河床的下切、抬高橫向變形：也稱平面變形，即河床沿著與水流垂直的水平方向發(fā)生形變，如河灣的發(fā)展、汊道的興衰。河道演變分為：單向變形和復(fù)歸性變形單向變形是指河道在相稱長的時期內(nèi)只是單一的朝某一方向發(fā)展的演變現(xiàn)象。復(fù)歸性變形是指河道周期性往復(fù)發(fā)展的演變現(xiàn)象。河床演變的根本因素是輸沙的不平衡。當(dāng)上游來沙量不不大于本河段水流輸沙能力，水流不能將上游來沙全部帶走，本河段將發(fā)生淤積。當(dāng)上游來沙量不大于本河段的輸沙能力，則在本河段發(fā)生沖刷?？v向輸沙不平衡將引發(fā)河床縱向變形，橫向輸沙不平衡將引發(fā)橫向變形局部輸沙不平衡將引發(fā)河床局部變形。河床演變的因素：1、河段來水量及其變化過程2、河段的來沙量、來沙構(gòu)成及其變化過程3、和段的河谷比降4、河段的河床形態(tài)及地質(zhì)狀況——可人為控制河流根據(jù)形態(tài)和演變分為：彎曲河道、分汊河道、順直（微彎）河道、游蕩河道。彎道水流使得凹岸方向的水面增高，凸岸方向的水面減少名詞解釋水流動力軸線為河段中流程各斷面最大垂線平均流速所在位置的連線，亦稱為主流線。水流動力軸線的重要特點：它在彎道進口段或者在彎道上游的過渡段，?？拷拱?，進入彎道后來，即逐步向凹岸轉(zhuǎn)移，至彎頂稍上部位才偏靠凸岸，主流開始逼近凹岸的位置叫做“頂沖點”。主流線“低水傍岸”、“高水居中”；頂充點“低水上提”、“高水下挫”當(dāng)河灣因土質(zhì)不均勻，發(fā)展受到限制時，會形成曲率較大的銳彎，在適宜條件下，主流線由凹岸改趨凸岸，凹岸產(chǎn)生回流，泥沙在凹岸落淤，這種現(xiàn)象稱為撇彎。切灘是指在彎曲河段，水流由邊灘漫過，沖刷灘上單薄部位，使灘體一部分與邊灘脫離成心灘的現(xiàn)象。擬定造床流量辦法（1）平灘流量法；平河漫灘水位的流量為第一造床流量，平邊漫水位的流量為第二造床流量（2）計算法；水流的輸沙能力可認為與流量Q的m次及比降J的乘積成正比，所經(jīng)歷的時間可用其出現(xiàn)的頻率P來體現(xiàn)。G=QJP沖積平原河流處在平衡或準(zhǔn)平衡狀態(tài)時，其河床形態(tài)的有關(guān)要素之間及其與流域來水來沙條件和河床邊界條件之間存在著某種函數(shù)關(guān)系，該關(guān)系稱為河有關(guān)系。潮汐河口的水流泥沙特點及河床演變河口區(qū)是指河流與受水水體的結(jié)合地段。河口分為：支流河口、入湖河口、入庫河口、入海河口、干旱三角洲。潮汐河口區(qū)是河流注入到海洋的過渡區(qū)域。河口口門是指河口段數(shù)年平均中潮位水面縱坡降線與平均海平面交點所在位置。當(dāng)潮波推動達成某一地點時，漲潮流速和徑流下泄流速相抵消，潮水便停止倒灌，此處稱為潮流界。潮流界以上潮波仍繼續(xù)上朔，但由于受河水的阻滯，潮波高急劇減小，直至潮差等于零，此處稱為潮界區(qū)。潮界區(qū)以上河水運動不受潮水影響。自口門到潮界區(qū)之間的河段稱為感潮河段。按河口形態(tài)特性分為：1、三角港河口2、三角洲河口按河口區(qū)的動力和來沙量分為：1、強潮海相河口2、弱潮陸相河口3、湖源海相河口4、陸海雙相河口按潮汐強弱分為：潮差不不大于4米為強潮河口，2~4米為中潮河口，不大于2米為弱潮河口潮波變形分為：1、超差的變化2、漲落潮歷時不對稱3、潮流速和潮位過程曲線出現(xiàn)相位差鹽淡水混合類型：1、高度成層型2、弱混合型3、強混合型在一種潮周期內(nèi)計算總水量，底部水流從凈的上朔流轉(zhuǎn)變?yōu)閮舻南滦沽鳎爻瘫赜幸环N凈泄量的地點，該處稱為“滯流點”。泥沙來源分：河口區(qū)泥沙有陸沙、河沙和海沙。從海外進入河口區(qū)的泥沙普通已發(fā)生絮凝。但當(dāng)這些絮凝體經(jīng)水流的紊動擴散作用而達成淡水去后，可能發(fā)生“絮散”現(xiàn)象，即由絮凝體分散成較細顆粒的泥沙。細顆粒的泥沙通過海洋生物的臟腑時，顆粒表面便吸附了臟腑的粘液。于是顆粒泥沙便互相粘結(jié)在一起，形成較大團粒，這就是團聚作用。泥沙運動的滯后現(xiàn)象涉及：沉降時差、沖刷時差。泥沙運動的滯后現(xiàn)象，對于河口區(qū)泥沙運動、細顆粒泥沙的淤積部位有很大影響。在河口區(qū)越向彎底，淤積的泥沙越細，例如黃河口沙嘴兩側(cè)出現(xiàn)由細顆粒泥沙淤積的“爛泥灣”，就可能與泥沙運動的滯后現(xiàn)象有關(guān)。河口區(qū)的河床演變是水流與河床互相作用的成果。影響演變的因素：來水、來沙和邊界條件。水流起主導(dǎo)作用，河口區(qū)的邊界特性，如外形，也有很大影響。河床變形計算河床變化兩方面：首先是通過床沙質(zhì)來量和水流挾沙能力的對比關(guān)系使河床發(fā)生縱向的沖淤變化。另首先是通過該河段河岸抗沖力和水流沖刷力之間的對比關(guān)系使河流產(chǎn)生橫向變形。問答題：1、希爾茲曲線的特點：1、曲線為馬鞍形。2、床面處在光滑區(qū)時，泥沙受近壁層流層的掩蔽作用，需要更大的拖曳力才干使之運動。3、當(dāng)即D>時，近壁層不起掩蔽作用，隨著粒徑的加大，泥沙重量亦增大，加強了泥沙的穩(wěn)定性，使起動拖曳力亦增大。2、U和R是什么?為什么愛因斯坦慣用它們來研究輸沙問題？p73U和R分別是同沙粒阻力對應(yīng)的那一部分摩阻流速和水力半徑。前者是水流作用于泥沙并在其周邊繞過時受到表面阻力，與此對應(yīng)的傳遞到床面的那一部分水流勢能所產(chǎn)生的紊動漩渦直接發(fā)源于床面沙粒附近，對推移質(zhì)的搬運自然起著直接的作用；又由于處在河底，含沙量梯度大，這種紊動對泥沙的懸浮也有明顯影響。后者它是水流繞過沙波而受到的形狀阻力，該處距床面泥沙尚有一段距離，含沙量梯度大大減緩，這種紊動對懸移質(zhì)運動也不起決定性作用?？傊?，在存在沙波時，沙粒阻力對推移質(zhì)及懸移質(zhì)的輸送起著重要作用，這就是愛因斯坦慣用它們來研究的目的。3、影響含沙量的因素有那，如何以無因次數(shù)來體現(xiàn)？無因次數(shù)有什么物理意義？S；U為平均斷面流速；R為水力半徑，w為床沙質(zhì)沉速，為一次無因次數(shù)與之比。是水流弗勞德數(shù)，可代表水流紊動強度；代表相對的重力作用。因此代表了紊動作用與重力作用的對比關(guān)系。4、異重流重要特點是什么？異重流運動有那些特性？為什么？渾水異重流的特性：1、最重要的特性是重力作用明顯減小。2、慣性力作用相對顯得十分突出3、阻力作用相對顯得十分突出。運動特性：明顯減小的重力作用與相對突出的慣性力作用，使異重流能夠容易地爬高并超越障礙物。要維持異重流長距離的運動，必須要有較大的能坡，或者清渾水交界面在沿水流方向必須有足夠的坡度。5、盲腸河段淤積的因素：盲腸河段內(nèi)水體基本處在靜止?fàn)顟B(tài)，通過沉淀，含沙很小，其密度靠近清水。與之相連接的河水含有一定的含沙量，由于密度差，在交界面將形成壓力差?？陂T處含沙量越大，水越深越靠近底部，壓力差就越大，外部含沙量高的河水就可能沿底部潛入盲腸河段內(nèi)，形成異重流。由于異重流流速較小，挾沙能力下降，泥沙便逐步淤積，較粗的泥沙首先淤積。較細的泥沙將沿程淤積在盲腸河段內(nèi)部。通過淤積而逐步變清的潛流到閘門后，轉(zhuǎn)而上升，由于水量平衡的規(guī)定，上升水流到水面稱為面流，以相反方向流向口門。這樣便在盲腸河段中形成一種流速不大的縱向環(huán)流，使渾水源源不停地挾帶泥沙沿渠底潛入，沿程淤積，而清水源源不停地延水面流出。如此循環(huán)往復(fù)不已的輸沙造成盲腸河段的嚴(yán)重淤積。6、可采用那些方法來避免或減少挖入式港池與盲腸河段航道的淤積？靠近含有穩(wěn)定深槽的河岸的一側(cè)，避開凸岸避開回流區(qū)及緩流區(qū)。為減少淤積，港池口門出口方向普通指向下游，減小交角。減小口門寬度，采用窄口門，口門以內(nèi)再適宜擴大寬度，避免不必要的加大口門得水深。長久故意識的維持這樣的小股外泄水流設(shè)聚氯乙烯帷簾設(shè)水力門簾合理安排疏浚事件及次序，疏浚最佳安排在退水期水深靠近礙航時進行，先挖港池后挖口門。7、彎曲河段的演變：1、凹岸崩退和凸岸淤長；由于水流表層含沙量小，河底含沙量較大，在彎道環(huán)流作用下，挾沙較少的表層水流在達成凸岸并折向河底的過程中2、河灣發(fā)展和河線蠕動3、裁彎取直與河灣消長4、撇彎切灘8、造床流量計算環(huán)節(jié)：1、將某斷面歷年觀察到全部流量分成若干等級，求出每級流量的平均值Q;2、擬定各級流量出現(xiàn)的頻率P;3、繪制該河段的流量~比降關(guān)系曲線，求出各級流量對應(yīng)的比降J;4、計算出各級流量的Q=QJP;5、繪制Q~QJP關(guān)系曲線；6、從圖中查出QJP的最大值，對應(yīng)于此最大值的流量Q即為所求之造床流量。9、淡鹽水混合對河口區(qū)水流速度的影響？在張潮流期間，密度梯度與水面坡度方向一致，有加大漲潮流速的作用，且因底部密度梯度大，故又加大了底流速，最大流速出現(xiàn)在水面下某一深度處。落潮流期間，密度梯度與水面坡度方向相反，有減小落潮流速的作用，因底部密度梯度大，對底流起妨礙作用，水流重要從表層排走，故表層流速大