河流動力學模型（河流動力學複習）

2023-07-30 19:42:23 1

第一章 緒論 1、河流動力學是什麼樣的學科？主要研究什麼？ 答：河流動力學是研究河道水流、泥沙運動、河床演變規律及其應用的學科.主要研究內容包括:①水流結構:研究水流內部運動特徵及運動要素的空間分布;②泥沙運動：研究泥沙衝刷、搬運和堆積的機理;③河床演變：研究河流的河床形態、演變規律以及人為幹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、河流動力學的鮮明特點：半經驗半理論 3、河流動力學的應用？ 答：①港口選址論證；②航道整治;③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：①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則的脈動；②紊流具有擴散性 2、如何判斷紊流的發生? 答：通過雷諾數進行判斷。Re<2000左右，屬層流；Re在10000~12000時，進入紊流範圍 3、紊流發生的分類 答：①水流很快流過固體邊界，邊界是靜止的，水流是運動的；②兩種不同流速的液體相接觸，在接觸面上的流速梯度也產生漩渦；③水流繞過物體或物體在靜水中運動時，在物體背面,水流發生分離而產生漩渦。

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5、紊動切應力如何產生？主要內容？ 答

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6、流速分布公式實際應用注意問題？ 答：①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.採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；②流速分布曲線原點對於不同床面不同

第三章 泥沙特性

1、孔隙率?

答：孔隙率是泥沙中孔隙的容積佔沙樣總容積的百分比

2、比表面積含義

答：顆粒表面積與其體積之比

3、雙電層現象?粘結水?粘滯水？

答：水中(電解質中）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電荷，負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，繼續吸附異號電荷形成擴散層，這就是雙電層現象。

粘結水：在泥沙顆粒表面負電荷的作用下，靠近顆粒表面，在吸附層範圍內的水分子失去自由活動的能力，整齊、緊密排列，這部分被稱為粘結水。

粘滯水：圍繞在粘結水外面,受到引力較小，排列較疏鬆的這部分水被稱為粘滯水

4、什麼是淤泥？絮凝現象？絮團沉速的影響因素

答：粒徑小於0.03mm，沉積後，經歷液體、粘性體或固體等階段,固結過程可延續多年的泥沙。

泥沙在一定條件下彼此聚合的過程叫作絮凝.

影響因素：①泥沙形狀；②水質；③含沙量

5、泥沙幹容重？影響因素？

答：指除去水分後的沙樣重量（或質量）與沙樣體積之比。

影響因素：①泥沙粒徑：顆粒越細ð其值越小，變幅越大；②泥沙淤積厚度：淤積深度越深ð幹容重越大，變幅越小；③淤積歷時：隨著淤積歷時的增加而增加，且變化較大,達到一定時間後趨於穩定。

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.

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8、推導泥沙顆粒沉速公式過程中，半經驗半理論體現在什麼地方?

答：理論：分析球體受力，得到結構公式；經驗：阻力係數由實驗確定。

9、細顆粒泥沙在某海域發生絮凝(含鹽度大於10%）的沉速？

答:一般在0.4~0.5mm/s左右

第四章 推移質運動

1、什麼是推移質、懸移質？本質區別？能否相互轉化？

答：推移質：在河底附近，以滾動、滑動、跳躍或層移形式前進,其速度遠小於水流速度的泥沙；懸移質：懸浮於水中，並在水流方向與水流以同樣速度前進的泥沙。

推移質與懸移質間的差別：①運動規律不同:受力不同;運動速度不同;②能量來源不同：推移質直接消耗水流的機械能；懸移質僅消耗水流的紊動動能；③對河床作用不同。

可以相互轉化。

2、無粘性均勻沙起動流速公式推導過程？起動拖曳力推導思路？

答:

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②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

作業題

利用起動底速和對數或指數流速分布公式，將起動底速轉化為起動拖曳力。

3、臨界粒徑及產生原因？不同粒徑泥沙起動時水流和粒徑之間的關係?

答：存在某一粒徑,大於該粒徑時:粒徑越大,越難起動；小於該粒徑時：粒徑越小,越難起動。

產生的原因：①近壁層流層對細顆粒泥沙的隱蔽作用；②細顆粒泥沙之間粘結力的作用

大於臨界粒徑的泥沙,隨著粒徑的增大，需要更強的水流才能起動;小於臨界粒徑的泥沙，隨著粒徑的減小,越難起動。

4、推導起動流速時,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象。

5、泥沙起動判別標準

答: 定性標準：Kramer方法；定量標準：竇國仁方法

Krammer方法：定性標準。最常用的方法

具體內容：無泥沙運動：靜止

輕微的泥沙運動：個別動,可數

中等強度泥沙運動：少量動，不可計數

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粒徑難於起動；相反非均勻沙中較粗泥沙暴露於床面而較均勻沙相應粒徑容易起動。

7、沙波運動中水流與泥沙各有什麼特點？

答：水流運動:①波峰處流速大，波谷處流速小；②水流越過波峰後，常發生離解，產生平軸漩渦在漩渦上下出現兩個流速為零的停滯點。在兩停滯點範圍內，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遊輸移，反之上遊輸移。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，進入波谷區,沉積.總體來說，泥沙受水流衝刷向下遊移動，越過坡頂開始擴散，在背水面沉積。最終導致沙波向下遊推進。

8、什麼是沙波？兩個重要現象?對床沙的分選作用？

答：沙波運動：推移質運動達到一定規模，床面起伏,泥沙顆粒在床面的集體運動。

重要現象:①沙波對床沙有分選作用；②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後,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流背水面向上遊運動,越細的泥沙越向上，形成上細下粗的淤積。

9、靜平整、動平整的區別與相似點?

答：靜平整:流速小於起動流速，泥沙不動，床面平整

動平整：沙壟發展到一定程度,水流進一步增大，沙壟峰後漩渦越來越大，捲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,最終導致沙壟消亡，河床平整。

10、衝擊河流阻力的組成

答:床面阻力、河岸或邊壁阻力、河槽形態阻力、人工建築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、指數阻力公式中A與什麼因素有關？

答：床沙粒配、形狀及排列狀況

13、什麼是推移質輸沙率?為什麼使用單寬輸沙率？

答:一定水流及床沙組成條件下，河道處於不衝不淤輸沙平衡狀態時，單位時間內通過過水斷面的推移質數量稱為推移質輸沙率。一般用通過單位寬度的推移質數量表示，即單寬輸沙率。

14、推移質輸沙率與流速之間的關係，舉例說明

答：輸沙率大約與流速的3～4次方成比例

15、梅耶彼得公式中

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的作用，為什麼要加這個係數？

答:

16、愛因斯坦的基本認識，推導輸沙率的思路

答:①河床表面的泥沙及運動的推移質組成了一個不可分割的整體，它們之間存在著不斷的交換；②從泥沙運動的隨機性出發，應該用統計學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；③任何泥沙被帶起的概率,決定於泥沙的性質和周圍床面附近的流態，與其歷史無關;④使泥沙運動的作用力主要是上舉力，當瞬時上舉力大於泥沙顆粒在水中的重量時，床面沙粒就進入到運動狀態。一定的沙粒,在床面各處起動概率相同；⑤沙粒存在一個單步距離,僅取決於沙粒的大小及形狀；⑥沙粒完成一個單步距離後，只要水流條件不滿足其繼續運動，沙裡就會沉落.沙粒在床面各處沉落概率一樣.

輸沙平衡狀態下，泥沙的沉積率和衝刷率相等,得到泥沙衝刷外移概率p和推移質運動強度

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（直接與gb有關）的關係。其中衝刷外移概率p與水流強度參數有關。

17、根據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、竇國仁推導推移質輸沙率的思路

答：輸沙平衡狀態下，

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19、推移質公式的比較

答：低強度時較為接近，高強度時差別較大

第五章 懸移質運動

1、床沙質、衝瀉質的區別，如何區分?

答：床沙質:懸移質中較粗部分,絕大部分推移質來自相鄰的上遊河段，或本段河床

特點：造床質，與河床有交換,輸沙能力與水流條件具有明確關係，衝淤變化

衝瀉質:懸移質中較細部分，極小部分推移質起源於上遊流域衝蝕

特點：非造床質,與河床沒有交換，輸沙能力與水流條件沒有明確關係,處於次飽和狀態

如何區分床沙質和衝瀉質?①利用懸移質和床沙級配曲線；②取床沙級配曲線中的D5為劃分界限。

2、擴散理論主要推導思路、基本假設

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:

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與懸移質擴散係數

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相等。

3、懸移質含沙量沿水深分布公式,懸浮指標的含義

答：勞斯公式：

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編輯

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反映了反應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：似應表明重力弱，紊動強。表明：實際的含沙量分布更均勻

5、勞斯公式適用條件？為什麼？

答：泥沙顆粒較細、含沙濃度不大時適用

6、懸移質輸沙率如何定義，挾沙能力與實際輸沙率有何關係？

答：懸移質輸沙率是指一定的水流與河床組成條件下,水流在單位時間內所能挾帶並通過河段下洩的懸移質中床沙質泥沙的數量。

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，淤積；前者小：次飽和狀態,衝刷；懸移質輸沙率：不衝不淤，水流處於飽和。

7、愛因斯坦推導懸移質輸沙率公式中最重要的一點。

答：愛因斯坦認為推移質集中在床面層範圍內運動,懸移質在床面層以上的主流區運動。既然泥沙濃度沿垂線的變化是連續的，床面層頂端的泥沙濃度就應該等於懸移質的臨底含沙量Sa，這樣就可以在Sa與推移質輸沙率之間建立聯繫。

8、武漢水院推導懸移質輸沙率公式中表達挾沙能力與流速的關係，舉例說明

答：

9、根據張瑞瑾公式，判斷發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，該怎樣區分？

答：推移質輸沙率、懸移質輸沙率、床沙質總輸沙率、全沙總輸沙率

在一定水流與河床組成條件下，單位時間內能通過河段下洩的沙量稱為總輸沙率

推移質輸沙率與懸移質中床沙質輸沙率之和稱為床沙質總輸沙率

推移質輸沙率與包括衝瀉質在內的輸沙率之和稱為全沙輸沙率

13、計算床沙質輸沙率的公式思路

答：愛因斯坦公式、拜格諾公式：推移質輸沙率與懸移質輸沙率之和

第六章 異重流

1、什麼叫作異重流？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。天空中雲層的運動

2、異重流產生原因

答：清渾水密度的差異是產生渾水異重流的根本原因

3、異重流的受力特性是什麼？為什麼？

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徵？為什麼？

答：最主要的特性：①慣性力相對突出,翻越障礙物；②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？

答：①水流挾帶泥沙，泥沙的存在又影響水流結構；②水流作用於河床，河床變形，河床形態又影響水流。

2、河床變形分為哪幾種？

答：①長期變形與短期變形；②大範圍變形和局部變形；③縱向變形和橫向變形；④單向變形和復歸性變形；⑤自然變形和人工幹擾變形

3、河床演變基本原理

答：根本原因：輸沙的不平衡。

上遊來沙量大於本河段輸沙能力Þ本河段淤積

上遊來沙量小於本河段輸沙能力Þ本河段衝刷

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：①河段的來水量及其過程；②河段的來沙量、來沙組成及其變化過程;③河段的河谷比降；④河段的河床形態及地質情況。①②平原河流主導,③④山區河流主導

5、平原河流按形態和演變特徵分為哪幾個類型？

答：順直,彎曲，分汊,遊蕩

6、與山區河流相比，平原河流水流特徵有什麼特點？

答：山區河流水流特徵：①洪峰暴漲暴落;②流量水位變幅大;③中水歷時不長

平原河流水流特徵：①坡度平緩，土壤疏鬆Þ徑流係數小，匯流時間長；②匯水面積大,降雨不均Þ洪水緩漲緩落；③水流流態平穩；④流速較小

7、順直、遊蕩型河段特點

答:順直:①中水河床比較順直或略有彎曲;②河床兩岸常有犬牙交錯的邊灘

遊蕩：①河身寬淺，沙灘密布，汊道眾多，水流散亂

8、彎曲河道橫降面上的水流特徵

答:凹岸水面增高,凸岸水面降低。表層橫向流速指向凹岸，底層橫向流速指向凸岸

9、彎道環流如何形成？

答：彎道單位水柱所受離心力從水面到河底逐漸減小；而水面橫降比產生壓力差從水面到河底均勻分布.兩者合力呈表層指向凹岸、底層指向凸岸的形態，形成橫向環流。

10、彎曲型河段懸移質如何運動,為什麼？

答：①橫向環流：上凹，下凸；②含沙量：上稀下濃Þ凹清凸渾

11、彎曲型河段演變特點，為什麼會凹衝凸淤？

答：產生的原因：橫向環流＋含沙分布。由於橫向輸沙不平衡，泥沙的橫向淨輸沙量總是朝彎道的凸岸方向，因而凹岸不斷受到衝刷後退形成陡岸深槽，相應的凸岸不斷被淤積前進形成平緩邊灘。

12、彎道動力軸線枯季、洪季有什麼變化?頂衝點如何變化？

答：洪水取直,枯水挫彎.高水下挫,枯水上提。

13、分汊型河道河床演變

答：①洲灘的移動和分合；②汊道的交替興衰；③河岸的崩坍和彎曲

14、河相關係定義、類型

答:河流的河槽形態要素（河寬、水深及比降）與水流（流量、流速)、泥沙（含沙量、粒徑）因素之間常常存在某種函數關係，通常稱之為河相關係。

類型：①沿程河相關係；②斷面河相關係；③平面河相關係

15、造床流量定義，哪幾種計算方法?

答：造床流量是指其造床作用與多年流量過程的綜合造床作用相當,對塑造河床形態起著控制作用的某一流量。

平攤流量法；計算法

第八章 潮汐河口演變