河流动力学 知识重点

1. 等容粒径

体积与泥沙颗粒相等的球体的直径

2. 孔隙率

泥沙中孔隙的容积占沙样总容积的百分比

3. 比表面积

颗粒表面积与其体积之比。颗粒比表面积间接地反映了颗粒受到的物理化学作用与重力作用

4. 双电层

颗粒表面离子层及其周围的反粒子层构成颗粒的双电层

5. 干容重

如取未经扰动的原样沙洋，量出它的体积，然后在烘箱内经100-105°C 的温度烘干后，其重量(或质量）与原样沙洋整个体积之比，称为泥沙的干容重（干密度）

6. 影响干容重（干密度）的因素

①泥沙粒径：泥沙粒径愈小，颗粒间孔隙率愈大，干容重就愈小

②泥沙淤积厚度：泥沙的淤积厚度愈深，其干容重愈大，变化范围愈小；反之，淤积深度愈浅，其干容重愈小。且变化幅度愈大

③淤积历时：干容重γs 随淤积历时的增加而趋向于一个稳定值，较粗颗粒如卵石、砾石及沙粒等（D>0.1mm），淤积历时不长，其干容重γs 就趋向一个稳定值，且初始干容重与最终干容重比较接近

7. 泥沙运动现象

泥沙在水流中的运动形式分为推移质和悬移质两大类型。其中推移质又分为接触质、跃移质和层移质三种。 在床面附近以跳跃形式前进的泥沙，叫做跃移质

悬移质则是悬浮在水中运动，速度与水流速度基本相同的泥沙

推移质实质上是指在河底附近，以滚动、滑动、跳跃或层移形式前进，其速度远小于水流速度的泥沙。

8. 泥沙的起动

河床上静止的泥沙颗粒，随着水流条件的增强，到一定条件时开始运动，这种现象称为泥沙的起动。床面泥沙由静止状态变为运动状态的临界水流条件，就是所谓的泥沙的起动条件。泥沙的起动条件可以用流速，拖曳力或功率来表示

9. 起动拖曳力

所谓起动拖曳力，是指泥沙处于起动状态的床面剪切力。其值等于泥沙起动时，单位面积床面上水柱重量在水流方向的分力，即：τ0

9. 止动流速

泥沙颗粒由运动那个状态转变为静止状态时的临界垂线平均流速

扬动流速

扬动流速是床面泥沙由静止直接转入悬移状态的临界垂线平均流速。

10. 沙波运动

沙波表面附近的水流流速是沿程变化的，波峰处流速最大，波谷处流速最小。

当推移质运动达到一定的规模时，河床表面便会形成波状起伏并向下有移动，这种泥沙颗粒在床面的集体运动，称为沙波运动。沙波大致可以分为四种类型：①带状（顺直）沙波 ②断续蛇曲（弯曲）状沙波③新月形沙波④舌状沙波。

沙波表面附近的水流流速是沿程变化的，波峰处流速最大，波谷处流速最小（*）

11. 沙波运动的现象 2=γhJ =ρU * ' '

一是沙波对床沙的分选作用，二是较粗泥沙运动的间歇性（*）

12. 床面阻力、河床阻力

（动床）床面阻力包括沙粒阻力和沙波阻力

河床阻力由床面阻力和河岸阻力两个部分组成（无）

13. 输沙率

一定的水流及床沙组成条件下，河道处于不充不淤输沙平衡状态时，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，以G b 表示。（无）

14. 影响推移质输沙率的因素：①主要水利因素是流速，流速愈大，则推移质输沙率愈大

②拖曳力与起动拖曳力的差值愈大，推移质输沙率也愈大

③当拖曳力不变而出现沙波时，实测资料表明推移质输沙率会减少

15. 沉积率、冲刷率

沉积率：单位时间内单位面积的床面上沉落的泥沙质量

冲刷率：单位时间内单位面积的床面上冲起的泥沙质量

16. 床沙质、冲泻质

床沙质：悬移质中较粗的一部分以及绝大部分托一直是从床沙中被带起进入运动的泥沙，因此成为床沙质，又称为造床质

冲泻质：悬移质中较细的一大部分以及推移质中的极小部分是床沙中很少或者几乎不存在的，它们起源于上游的流域冲蚀，是被水流长途携带输送到本河段的，因此称为冲泻质。冲泻质泥沙与床沙几乎不发生变换，与河床演变关系不密切，所以又称为" 非造床质" 。

" 床沙质与冲泻质" 以及" 推移质与悬移质" 是对运动中泥沙两套不同的命名，不可以将他们混淆。床沙质与冲泻质中，都可以同时包含有推移质与悬移质；反之，在推移质与悬移质中也可以同时包含有床沙质与冲泻质。（*）

17. 含沙量

单位体积浑水中所含泥沙的数量称为含沙量或含沙浓度 体积比含沙量S v =泥沙所占体积 浑水质量

泥沙所占重量 浑水重量重量比含沙量S v =

一方面，紊动扩散作用使泥沙上浮；另一方面，重力促使悬移质泥沙下沉，因此悬移质含沙量沿水深分布就决定于紊动扩散作用与重力作用的对比关系。

18. 泥沙扩散假定（无）

① 为ω是一个常量②泥沙扩散系数εy 与动量交换系数εm 相当

19. 悬浮指标

指数z 是一无因次数，又称为‘悬浮指标’。它反映了重力作用与紊动扩散作用的相互对比关系，其中重力作用通过ω来表达，紊动作用通过kU *来表达，z 越大，则重力作用相对越强，紊动作用难以把泥沙扩散到水体表面，悬移质将聚集在离床面不远处，于是在相对平衡情况下，含沙量垂线分布就与不均匀。反之，z 越小，紊动作用相对越强，在相对平衡状态下，含沙量垂线分布就越均匀。当z ≧4时，以悬浮形式运动的泥沙已为数很少。

20. 悬移质输沙率(无）

悬移质输沙率是指一定的水流与河床组成条件下，水流在单位时间内所能携带并通过河段下泻的悬移质中床沙质泥沙的数量。

21. 携沙力（无）

在一定水流泥沙条件下，河流处于不冲不淤临界状态时，单位水体所能挟带的悬移质中床沙质数量的平均值，用S *表示，其单位为kg /m 3或者N /m 3

22. 摩阻流速U *（*）

U*和R’b分别是同沙粒阻力相应的那一部分摩阻相应的那一部分摩阻流速与水力半径。这是因为床面存在沙波时，河床阻力分为沙粒阻力与沙波阻力两部分。前者是水流作用于沙粒并在其周围绕过是受到的表面阻力，于此相应的传递到床面的那一部分水流势能所产生的紊动漩涡直接发源于床面沙粒附近，对推移质的搬运自然起着直接的作用；又由于该处接近河底。含沙量梯度较大，这种紊动对泥沙的悬浮也有显著的影响。至于后者，它是水流绕过沙波而受到形状阻力，水流因沙波而造成的紊动漩涡主要产生在沙波峰顶下游的分离面上。该处距床面泥沙还有一段距离，这样的紊动漩涡对推移质的作用就不如前者那么直接；又由于该处距床面已有一段距离，含沙量梯度大大减缓，这种紊动对悬移质运动也不起决定性的作用。总之，在存在沙波时，沙粒阻力对推移质及悬移质的输送起着主要的作用，这就是爱因斯坦体系输沙率公式中，摩阻流速要采用U’*的道理

23. 制紊作用（*）

所谓制紊作用，是指悬移质的存在将使水流的紊动减弱，水流的阻力损失减小（*）

23. 平均含沙量S

−a x L 由上式可求出距进口S =S *+(S 0−S *) e

24. 输沙率 x 处，计算断面的平均含沙量S 。

（在一定水流与河床组成条件下，单位时间内能够通过河段下泻的沙量称为总输沙率；它是河床处于不冲不淤平衡状态，水流能够输送的包括悬移质和推移质在内的全部能量。无）为区别起见，把推移质输沙率与悬移质中床沙质输沙率之和叫做床沙质总输沙率；把推移质输沙率与全部悬移质包括冲泻质在内的输沙率之和叫做全沙总输沙率

25. 异重流

异重流是指两种或两种以上密度相差不大，可以相混的流体，在条件适宜时因密度差异而产生的相对运动。就位置而言，分为三种情况：①下异重流②上异重流③中异重流

26. 异重流的特性（*）

①浑水异重流最主要的特性是重力作用显著减小

②由于重力作用显著减弱，惯性力的作用便相对显得十分突出

③由于重力作用的减弱，使得阻力作用相对的也显得十分突出

④异重流流速比一般水流流速要小得多，这就反映了阻力作用的相对增强。

27. 河床演变

河床演变根本原因可以归结为输沙不平衡。当上游来沙量大于本河段水流输沙能力时，本河段将发生淤积；当上游来沙量小于本河段水流输沙能力时本河段将产生冲刷。纵向输沙不平衡将引起河床纵向变形，横向输沙不平衡将引起河床的横向变形，局部输沙不平衡将引起河床局部变形。平衡状态只是暂时的，相对的。所谓输沙平衡只是对较长时间内的平均而言，或者只是对较长河段内的平均情况而言，因而只具有相对意义

河床演变的主要因素：①河段的来水量及其变化过程②河段的来沙量、来沙组成及其变化过程③河段的河谷比例④河段的河床形态及其地质情况。

28. 平原河流

平原河流中根据其形态和演变特征又可分为玩去河道、分叉河道、顺直河道、游荡河道

29. 河相关系式

冲击平原河流处于平衡或准平衡状态时，其河床形态的有关要素之间及其与流域来水来沙条件和河床边界条件之间存在着某种函数关系，该关系称河相关系。由于河相关系表示在一定的来水来沙和河床边界条件下最适宜的河床形态，因此，它对于预测河道变形和规划河道整治都有重要意义。

30. 河口区

河口区是指河流与受水水体的接合地段

河口可以有：①支流河口 ②入湖河口 ③入库河口 ④入海河口 ⑤干旱三角洲

31. 潮汐河口

潮汐河口区是河道注入到海洋的过度区域。河口口门通常是指河口段多年平均中潮位水面纵坡降线与平均海平面交点所在位置。当坡潮推进到达某一地点时，涨潮流速和径流下泄流速相抵消，潮水便停止倒灌，此处潮流界。自口门到潮区界之间的河段称为感潮河段

32. 潮汐河口的分类

按河口的形态特征

①三角港河口②三角洲河口

按河口区的动力和来沙特征

①强潮海相河口②弱潮陆相河口③湖源海相河口④陆海双相河口

潮差大于4m 的为强潮河口，2-4m 的为中潮河口，小于2m 的为弱潮河口

33. 河口区有潮波变形

主要表现在：①潮差的变化 ②涨落潮历时不对称 ③潮流速和潮位过程曲线出现相位差

34. 盐淡水混合类型

①高度成层型 ②弱混合型 ③强混合型

35. 泥沙的絮凝、团聚

从外海进入河口区的泥沙一般已经发生絮凝。但当这些絮凝体经水流的紊动扩散作用而到达淡水区后，可能发生“絮散”现象，即由絮凝题分散称为较细颗粒的泥沙

细颗粒泥沙经过海洋生物的脏腑时，颗粒表面便吸附了脏腑分泌的粘液，于是细颗粒泥沙便互相粘结在一起，形成较大团粒，这就是团聚作用。

36. 按来源分，河口区泥沙有陆沙、河沙和海沙

37. 河流的变化和调整

通过两个方面来进行的：①一方面是通过床沙质来量和水流挟沙能力的对比关系使河床发生纵向的冲淤变化。②另一方面是通过该河段河岸抗冲力和水流冲刷力之间的对比关系使河流产生横向变形。

问答：

1. 希尔兹曲线

曲线特点：①曲线为马鞍形

②床面处于光滑区时，泥沙受近壁层流的隐蔽作用，需要更大的拖曳力才能使之运动。

③当U *D /ν

2. 形成河渠异重流的根本原因

形成河渠异重流的根本原因仍在于两种水体有密度差。盲肠河段内的水体基本上处于静止状态，经过沉淀，含沙很少，其密度接近清水。此时，若与之相连的河水具有一定的含沙量，则由于两部分水体在密度上的差异，在交界面上形成压力差。口门处含沙量越大，水越深，越接近底部，压力差就越大，外部含沙量高的河水就可能沿底部潜入盲肠河段内，形成异重流。

3. 可采用哪些措施来防止或减少挖人式河港与盲肠是引航道的淤积（盲肠河段的防淤措施）

1） 尽量放在具有稳定深槽的河岸的一侧，选址避开凸岸，回流区及缓流区。

2） 减少淤积，港池口门出口方向一般指向下游，减少口门交角。

3） 尽量缩小口门宽度，必要时采用窄口门，口门以内再适当扩大宽度的方式。

4） 避免不必要地加大口门的水深。 >10，即D >δ时，近壁层流层不起隐蔽作用，随着粒径的加大，泥沙重量亦增大，加强了泥沙颗粒的稳定性，使起动拖曳力亦相应加大。

工程措施

1） 长期有意识地维持这样的小股外泄水流将显著减少异重流的淤积。

2） 设轻型聚氯乙烯帷帘，平时帘顶置于水面，过船时将防淤帘降低。

3） 水力门帘的设想：在盲肠河段的口门，底部敷设水管，从水管顶部一系列开口处喷出高压水柱以阻挡异重流并

削弱回流，从而减少淤积。

4） 合理安排疏浚时间和顺序。疏浚最好安排在退水期，疏浚时应先挖港内

4. 弯曲河段的演变

1）凹岸崩退和凸岸淤长

2）河岸发展和河线蠕动

3）裁弯取直和河湾消长

4）撇弯切滩

5. 造床流量的计算步骤

P123

6. 盐淡水混合对河口区水流和泥沙运动的影响

P146

7. 用" 优势流" 的方法求滞留点的位置

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