河流动力学重点

前言

1. 河流动力学就是以力学及统计等方法研究河流在水流、泥沙和河床边界三者共同作用下的变化规律的学科！主要内容包括泥沙运动和河床演变！

2. 河流动力学的研究方法有理论研究、试验研究、原型观测、数学模型。

第一章

1.P16等容粒径公式。

2. 粒径大小分类、漂石、卵石、砾石、沙砾、粉粒、黏粒，

3. 有效密度的表示方法(PS-P)/P

4. 从自然界取得的原状泥沙，经过100到105度的温度烘干后，其质量与原泥沙整体体积的比值称为泥沙的干密度。相应重量的比值称为干容重。

5. 泥沙干密度主要受泥沙粒径、淤积厚度、淤积历时等因素的影响，注意图p21，P22的图

6. 在静水中的泥沙，由于颗粒之间的摩擦作用，可以堆积成一定角度的稳定倾斜而不塌落，倾斜面与水平面的夹角称为泥沙的水下停止角！

第二章

1泥沙沉降速度是指单颗泥沙在足够大的静止请水中等速下沉时的速度，简称沉速。由于泥沙颗粒越粗，沉速越大，因此又被称为水力粗度!

2雷诺数小于0.5为停滞性状态，大于1000属于紊动状态，介于之间属于过渡状态。 3影响泥沙沉降速度因素有，颗粒形状，边壁条件，含沙浓度，紊动，絮凝等

4泥沙颗粒越细。其比表面积越大，当泥沙粒径小于0.01毫米，颗粒表面的物理化学作用可使颗粒之间产生微观结构，随着这种颗粒泥沙的增加，相邻的若干带有吸附水膜的细颗粒便彼此连接在一起形成絮团，这种现象称为絮凝现象。

第三章

注意资料计算题

游荡型河段演变规律：

形态特性，平面形态看，河身比较顺直，往往宽窄相间，类视藕节状，河段内河床宽浅，洲摊密布，岔道交织。

水流特性：因河床宽浅，平均水深很小。水文特性表现为暴涨暴落，年内流量变化大。 输沙特性：含沙量大，而且同流量下含沙量变化很大，流量与含沙量关系不明显。同意流量，因上站含沙量的不同，其输沙率相差很大，出现多来多排，少来少排现象。

演变规律：冲淤变化，汛期主槽冲刷，滩地淤积。非汛期，主槽淤积，滩地坍塌。从长时间看，表现为主槽淤积抬高，而滩地持续抬高。平面变化上，主流摆动不定，主槽位置也摆动，摆幅相当大导致河势变化剧烈！

第四章 床面形态与水流阻力

1、沙波作为河床表面推移质泥沙运动的主要外在表现形式，直接关系到河床的变形，决定河床的阻力。随水流强度的不断变化，沙波有其产生、发展和消亡的过程。

2、沙波的五个发展阶段：沙纹→沙垄→过渡、动平整→沙浪→急滩与深潭

①沙纹：水流流过平整的河床床面，在水流达到一定强度后，部分沙粒开始运动，此后不久，少量沙粒聚集在床面的某些部位，形成小丘，徐徐向前移动加长，最后连接成为形状及其规则的沙纹。沙纹尺度较小，主要是近壁层流层的不稳定性所产生，与平均水深关系不大。随着水流强度的增大，沙纹在平面上逐渐从顺直过渡到弯曲、再过渡到对称和不对称的沙鳞。 ②沙垄：随着流速的增加，沙纹发展成沙垄，其尺寸与水深有密切关系。在平面外形上，在水流强度逐渐加大的过程中，沙垄将自顺直发展到弯曲，成悬链和新月形。

③过渡、动平整：在沙垄发展到达一定高度以后，如果流速继续增大，沙垄转而趋于衰微，波长逐渐加大，波高逐渐减小，最后河床再一次恢复平整。

④沙浪：河床第二次恢复平整时，泥沙运动已达到相当大的强度。流速再次增大，接近或处于急流状态时，床面再一次产生起伏的波浪。沙浪的运动方向有像沙纹及沙垄一样，和水流运动方向一致的，但也有和水流运动方向相反的；前者为顺行沙浪，后者为逆行沙浪。 ⑤急滩与深潭：流速在增加时，床面的起伏使河流在外表上看起来像一条山区河流，急滩与深潭相间，急滩段水流属于急流，深潭段水流属于缓流，从急流过渡到缓流通过水跃，并且整个外形徐徐向上游移动。

3、希尔兹数Θ=τ0/(γs -γ) d ：反映水流促使床沙运动的力和床沙抗拒运动的力的比值。此参数越大，泥沙可动性越强，因而可以作为一个描述床沙由不动到动，由微动到大动的指标。

4、沙粒雷诺数Re =U *d /ν：直接反映床沙高度与黏性底层厚度的比值，也可间接衡量水流促使床沙运动的力与黏滞力的比值。

5、弗汝德数Fr =U /gL ：对于与水流重力波直接关联的特种沙波具有决定性意义。

第五章 推移质输沙率

1、推移质及推移质输沙率：在河流床面附近以滚动、滑动、跳跃和层移等方式运动的泥沙称为推移质。在一定水流及床沙组成条件下，单位时间通过过流断面的推移质质量，称为推移质输沙率。

2、爱因斯坦推移质运动理论：

①任何沙粒被水流带起的概率决定于泥沙的性质及水流在河床附近的流态，与沙粒过去的历史无关。

②对于一定的沙粒，进入运动的概率，在床面各处相同。

③使泥沙起动的主要作用是上举力。当瞬时上举力大于沙粒在水中的重量时，床面沙粒就进入运动状态。

④泥沙颗粒运动的单步距离约为沙粒直径的100倍。

3、爱因斯坦主要观点：①间歇性：认为推移质泥沙运动是从跳起→随水流运动→重力作用下沉床面（停止或滚、滑）→再次跳起，这样一个反反复复的过程；

②随机性：间歇性的跳跃式运动主要与水流的脉动有关，同时由于水流的脉动流速具有随机性，那么作用于泥沙颗粒上的瞬时作用力的大小也具有随机性，因此不仅使得泥沙颗粒的起动具有随机性，而且其跳跃高度和水平距离也具有随机性。

③交换性：泥沙颗粒在作跳跃运动时是推移质泥沙，当它回落到床面停止运动时，就成了床沙，因而可以把这种运动方式看作是床沙与推移质的交换现象。

4、爱因斯坦对推移质运动的六点基本认识：

(1)河床表面的泥沙及运动的推移质组成一个不可分割的整体，它们之间存在着不交换。运动一静止一再运动，说明了床面泥沙的全部历史。沙粒在床面上停歇的时间愈久输沙率愈小，推移质输沙率的大小实质上决定于沙粒在床面上停留时间的长短。

(2)从泥沙运动的随机性质出发，应该用统计学的观点来讨论大量泥沙颗粒在一定条件下的运动过程，而不是去研究某一颗或几颗沙粒的运动。

(3)任何沙粒被水流带起的概率，决定于泥沙的性质及其周围床面附近的流态，与沙去的历史无关。

(4)使泥沙运动的作用力主要是上举力，当瞬时上举力大于沙粒在水中的重量时，沙粒就进入运动状态。一定的沙粒在床面各处的起动概率相同。

(5)沙粒在走完一段距离以后，就要进行一次选择：究竟是继续保持运动状态，还是到河床上。这个距离称为单步距离，其长短决定于沙粒的大小及形状，与水流条件、床移及推移质输沙率无关。对于具有一般球度的沙粒来说，单步距离约相当于粒径的100倍 。

(6)沙粒在完成一个单步距离以后，只要当地的瞬时水流条件不足以维持其继续运动，就会在那里沉落下来。对于一定的沙粒，其在床面各处沉落的概率都是一样的。

第六章 悬移质运动和水流挟沙力

1、悬移质运动时均三维方程：

方程中各项的物理意义：

方程左边为含沙量变化率；

方程右侧前三项为对流项，表示由水流时均流速引起的悬移质对流输移；

方程右侧第四项为由泥沙重力作用引起的含沙量变化，称为沉降项；

方程右侧后三项为扩散项，表示由水流紊动扩散作用引起的悬移质输移。

2、掺长：涡体垂向运移过程中能够保持原有流动特征的距离。

3、河床的自动调整作用：当来流含沙量大于临界含沙量S *时，河床将发生淤积，其结果使得断面平均流速U 增加，水深h 减小，水力半径R 减小，悬沙细化，因而沉速ω减小，其综合作用使得S *增加，逐渐趋向于S ，即朝不淤的方向发展。当来流含沙量小于S *时，河床即发生冲刷，其结果使得断面平均流速U 减小，水深h 增加，水力半径R 增加，悬沙粗化，因而沉速ω增加，其综合作用S *减小，逐渐趋向于S ，即朝不冲的方向发展。

第七章

1、流域侵蚀是指在内外力共同作用下，流域内地表土层剥离、输移的过程，从而导致流域自然环境的改变如地形起伏变化、水土资源质与量的改变等。

2、流域侵蚀根据侵蚀动力分为水力侵蚀、风力侵蚀、重力侵蚀和人为侵蚀四种类型。水力侵蚀过程影响因子：降雨因子、地质地貌因子、土壤特性及组成、植被因子、土壤侵蚀的人为环境因素。

3、土壤侵蚀是指地表土壤及其母质在内外营力共同作用下破坏、分离、搬运和沉积的过程。

4、水土保持即防止水土流失，保护、改良与合理利用水土资源，维护和提高土地生产力，以利于充分发挥水土资源的生态效益、经济效益、和社会效益，建立良好的生态环境。

第八章

1、书本120页的图8-1掌握。平原河流在平面上具有顺直、弯曲、分汊、散乱等四种外形。

2、河床演变的根本原因是输沙不平衡。

3、影响河床演变的主要因素：①：河道来水量及其变化过程；②河道来沙量、来沙组成及其变化过程；③河段的河谷比降；④河段的河床形态及地质情况。

4、能够自由发展的平原冲积河流的河床，在水流的长期作用下，有可能形成与所在河段具体条件相适应的某种均衡的河床形态，这种均衡形态的有关因子（如水深、河宽、比降等）

和表达来水来沙条件（如流量、含沙量、泥沙粒径等）及河床地质条件（在平原冲积河流中

其本身的部分甚至整体往往又是来水来沙的函数）的特征物理量之间，常存在某种函数关系，这种函数关系成为河相关系或均衡关系。

5、造床流量：是指其造床作用与多年流量过程的综合造床作用相当的某一种流量，是一个较大但又并非最大的洪水流量。

6、确定造床流量的方法：①：马卡维也夫法; ②平滩水位法；③保证率法。（各方法具体内容细节看书130页，131页的8-1是河相关系常用的经验公式）

第九章

1、顺直型河段是一种最简单最基本的河段有其独特的演变规律：

①形态特性:从平面看，这种河段的河身比较顺直，河槽两侧分布有犬牙交错的边滩和深槽，上下深槽之间存在较短的过渡段，常称浅滩。顺直型河段深泓线纵剖面特性与蜿蜒型河段相似，沿程起伏相间，但变幅较小。顺直型河段的河相系数变化范围大，但对同一河流则变化较小。边滩的大小与河道的尺度相关。大尺度的河道，其边滩尺度也大，反之则小。

②水流特性：顺直型河道由于存在深槽和浅滩，低水位时，浅滩段水深小，比降陡，而流速较大；河槽段则水深大，比降小，故流速较小。随着流量的增加，浅滩和深槽的水流也随之发生相应的变化。

③输沙特性：从横向分布看，边滩推移质输沙率远大于深槽的；从纵向上看，边滩中部的输沙率大于滩头和滩尾的，而深槽则相反，中部输沙率小于深槽头部和尾部的，这样的输移规律是与流速场相应的。

④演变规律：

顺直型河段演变的最主要特征是相互交错的边滩向下游移动，与此相应，深槽和浅滩也同步向下游移动。至于流量变化对演变的影响，根据水流随流量变化的特点，枯水期浅滩冲刷，深槽淤积，洪水期则浅滩淤积，深槽冲刷。顺直型河段的演变，除体现在边滩下移外，根据河岸土质情况，还可能呈现出周期性展宽现象。

2、蜿蜒型河段演变规律：

①形态特性：从平面上看，蜿蜒型河段是由一系列正反相间的弯道和介乎其间的过渡段衔接而成的。从横断面看，弯道段呈不对称三角形，凹岸一侧坡陡水深，凸岸一侧坡缓水浅，过渡段基本上呈对称的抛物线 或梯形。由弯道段至过渡段断面形态沿程是逐渐变化的。从纵剖面看，其深泓线是沿程起伏相同的，弯道段高程较低，而过渡段则较高。

②水流特性：蜿蜒型河段的水流运动受离心惯性力的作用，凹岸一侧的水位恒高于凸岸一侧，这一力学现象决定了弯道水流结构的特点。

③输沙特性：由环流横向输沙的基本图形可知，由于上下部的输沙率不等，横向输沙总是不平衡的。泥沙的横向净输移量总是朝向环流下部所指的方向，亦即凸岸方向。洪水期弯道段的水流挟沙力大于过渡段的水流挟沙力，引起弯道段冲刷过渡段淤积，而枯水期则相反。

④演变规律：蜿蜒型河段的演变现象，按其缓急轻重程度，可分为两种情况： 一种是经常发生的一般演变，另一种是在特殊条件下发生的突变。

1）一般演变：

平面变化：蜿蜒曲折的程度不断加剧，河长增加，曲折系数加大。

横向变化：表现为凹岸崩退，凸岸淤长。

纵向变化：弯道段洪水期冲刷而枯水期淤积，过渡段则相反。

2）突变：包括自然裁弯，撇弯和切滩等类型。

3、分汊型河段演变规律：

①形态特性：a 横断面特性：分汊型河段的横断面，在分流区和汇流区均呈中间部位凸起的马鞍形，分汊段则为江心洲分隔的复式断面；b 纵剖面特性：分汊型河段的纵剖面，从宏观看，呈两端低中间高的上凸形态，而几个连续相间的单一段和分汊段，则呈起伏相间的形态，与蜿蜒型河段的过渡段和弯道段的纵剖面有相似之处；c 从局部看，分流区至汊道入口，自分流点开始，两侧深泓线先为逆披而后转为顺坡，呈马鞍状；d 汊道出口至汇流区，两侧的深泓线呈顺披下降，支汊一侧的纵按常陡于主汊一侧的。就支汊一例进、出口两个陡坡而言，出口的顺披更陡于进口的逆坡。

②水流特性：分流区的分流点：高水下移，低水上提；分流区的水位，支汊一侧总高于主汊一侧；分流区的断面平均流速沿程呈减小趋势；断面上的等速线有两个高速区，靠主汊一侧流速最大，靠支汊一侧的流速次之，中间为低速区；分流区总是存在环流。汇流区的水位，支汊一侧总是高于主汊；汇流区的断面平均流速沿程增大，断面上的等速线同样也存在两个高速区和中间低速区；汇流区也有环流，其变化和分布与分流区的类似。

③输沙特性：分流区：左右两侧含沙量都较大，而中间较低，与等速线的分布相对应；

④演变规律：汊道分流比

汊道的演变主要特点：主支汊的易位；洲头洲尾的冲淤；汊道的横向位移；汊内的纵向冲淤等。

4、游荡型河段演变规律：

形态特性，平面形态看，河身比较顺直，往往宽窄相间，类视藕节状，河段内河床宽浅，洲摊密布，岔道交织。

水流特性：因河床宽浅，平均水深很小。水文特性表现为暴涨暴落，年内流量变化大。 输沙特性：含沙量大，而且同流量下含沙量变化很大，流量与含沙量关系不明显。同意流量，因上站含沙量的不同，其输沙率相差很大，出现多来多排，少来少排现象。

演变规律：冲淤变化，汛期主槽冲刷，滩地淤积。非汛期，主槽淤积，滩地坍塌。从长时间看，表现为主槽淤积抬高，而滩地持续抬高。平面变化上，主流摆动不定，主槽位置也摆动，摆幅相当大导致河势变化剧烈！

自然裁弯：蜿蜒型河段的发展由于某些原因（例如河岸土壤抗冲能力较差) ，使同一岸两个弯道的弯顶崩退，形成急剧河环和狭颈。狭颈的起止点相距很近，而水位差较大，如遇水流漫滩，在比降陡流速大的情况下便可将狭颈冲开，分泄一部分水流而形成新河。这一现象称为自然裁弯。

撇弯：当河弯发展成曲率半径很小的急弯后，迟到较大的洪水，水流弯曲半径远大于河弯曲率半径，这时在主流带与凹岸急弯之间产生回流。使原凹岸急弯淤积。这种突变称为撇弯

切滩：河弯曲率半径适中，而凸岸边滩延展较宽且较低时，遇到较大的洪水，水流弯曲半径大于河岸的曲率半径较多，这时凸岸边滩被水流切割而形成串沟，分泄一部分流量，这种突变称为切滩

第十章

1、悬移质泥沙测验的主要内容包括悬移质输沙率测验和悬移质颗粒分析。

2、悬移质含沙量测验仪器可以分为两类：一类是通过现场取得水样，在进行水样分析从而得到水中含沙量；另一类是通过浑水中泥沙含量的物理效应，在现场直接测定水中含沙量的仪器，如：光电测沙仪、同位素测沙仪、振动式测沙仪、超声波测沙仪。

3、垂线含沙量的测定方法：选点法、积深法、垂线混合法。

4、悬移质水样处理及各自的特点：

（1）焙干法：将浓缩水样移入烘杯，放入烘箱内烘干。根据沙量多少，用天平称出杯沙总重，减去杯重即得干沙重。此法精确度高，可以用于低含沙量情况。

（2）过滤烘干法：将浓缩水样用滤纸过滤后，连同滤纸一起烘干。称出沙包总重量，减去滤纸重量即得干沙重。这种方法产生的误差的环节较多，适用于含沙量较大的情况。

（3）置换法：置换法可省去过滤、烘干等工作，简便快速。主要用于含沙量较大的情况。低含沙量时，所需水样较多。

5、推移质泥沙测验的方法：器测法（是利用推移质采样器从河床上采集一定历时内推移质样品来测定其输沙率并作颗粒分析的方法）；坑测法（是在河床上设置测坑以采集推移质样品来测定推移率或时段推移量）；体积法（水库库尾的泥沙淤积主要为推移质泥沙，可以定期进行测量库尾地形或断面，推算淤积物体积，反算长期推移量）；岩性调查法。

第十一章

1、定量估算河床变量的方法：数值模拟法、河工模型试验。

2、相似理论的基本原理：凡在自然界中相似的属于机械力学的物理范围的物质系统，其外形必须几何相似，系统中各运动过程的属性必须相同，系统中表征运动现象的同类属性的量必须具有同一比值。包括：几何相似、运动相似、动力相似。

3、定床模型：模型水流为清水，河床在水流作用下不发生变形的模型。根据水平比尺和垂直比尺是否相同分为：正态定床模型、变态定床模型。

4、为了保证模型和原型水流能基本上为相同物理方程所描述，必须满足：

（1）模型水流必须为紊流，要求模型雷诺数Rem>1000-2000；

（2）为了不使表面张力干扰模型的水流运动，要求模型水深hm>1.5em。

5、对变态模型，其水流内部的动态和动力相似性将发生一定的偏离，只有在这种偏离对所研究的问题影响不大时，才能应用。

6、与定河床模型相比，动河床模型试验的特点：（1）模型水流挟带泥沙；（2）模型的河床河床边界可动的。

7、推移质动床河工模型设计步骤（P ：200页）

8、所有模型都要进行验证。

第一章 泥沙特性 等容粒径定义：容积与泥沙颗粒体积相等的球体的直径

算术平均粒径: 定义：长、中、短轴的算术平均值

几何平均粒径: 定义：将泥沙视为椭球体，求其等容粒径(球体) D =(a +b +c3

天然沙孔隙率的一般规律(影响因素) ⑴粒径：沙样越粗，孔隙率越小(细沙表面积大，颗粒间摩擦、吸附及搭成构架的作用强) 。粗砂：39～40％；中沙：41～48％；细沙：44-49％；粘土絮凝后可达90%。⑵均匀程度：均匀沙的孔隙率最大。因非均匀沙粗颗粒间孔隙由细颗粒填充。⑶形状：圆滑的、棱角不分明的沙样孔隙率较小。⑷沉积时间：越长，孔隙率越小。

比表面积的定义: 泥沙颗粒的表面积与其体积之比 比表面积的意义：颗粒越小，比表面积越大:。反映泥沙颗粒的物理化学作用与重力作用的相对大小，比表面积越大(亲水性越强) ，物理化学作用越大。 影响干容重的主要因素：⑴粒径：影响孔隙率n 。粒径↑，n↓，gs’ ↑，变化范围↓；粒径↓ ， n ↑ ， gs’ ↓，变化范围↑。⑵淤积厚度：影响土的自重应力，自身固结压缩→影响孔隙率n 。 淤积越深，gs’越大，变化范围越小；淤积越浅，gs’越小，变化范围越大。⑶淤积历时：影响排水固结充分程度→影响孔隙率n 。沉积越短， gs’越小；沉积越长， gs’越大，然后趋于稳定值；大颗粒稳定历时短，细颗粒稳定历时长⑷级配：影响孔隙率n ：组成越均匀，孔隙率越大，gs’越小；组成越不均匀，孔隙率越小，gs’越大。 水下休止角：泥沙在静水下自然堆积而不塌落的坡面

倾角，f(°) 。水下摩擦系数：f ＝tg f 说明:粒径越大，水下休止角越大，摩擦系数越大，坡度越陡。。束缚水=粘结水＋粘滞水 絮团：分散细颗粒相互吸引，聚合成结构松散、类似棉花团的较大团粒或团块，称为～，絮团形成的过程即称絮凝 沉降的过程①初始，γs>γW ，重力>阻力，加速下沉②沉速增加→阻力逐渐增大，而重力恒定，加速度减小③当重力＝阻力，加速度＝0，泥沙匀速下沉，沉速趋于稳定。 沉速的定义单颗粒泥沙在静止的无限大的清水中匀速下沉的速度，w(cm/s) 沉速反映泥沙在与水流相对运动时对机械运动(水流携带) 的抵抗能力(沉速越大，泥沙沉淀的倾向越强) 沙粒雷诺数:RgD wD 反映泥沙沉降形式的无量纲参数。物理意义：沙粒惯性力(↓)与水流粘滞力(↑)的对比。沙粒v

雷诺数小，表明粘滞力影响大，泥沙沉降时周围绕流表现为层流。沙粒雷诺数大，表明惯性力影响大，泥沙沉降时周围绕流表现为紊流。 粘性流体中绕流包括沙粒表面摩擦阻力和形状阻力两部分：前者-固边界的边界层引起的摩擦阻力；后者-物体后部的流动分离(漩涡) 使得物体前面的压力大于后部，产生了压力差 沉降的形式：①层流状态下降。ReD1000， 螺旋形下沉，颗粒本身也转动，周围水体布满漩涡 影响沉速原因：㈠泥沙颗粒形状对沉速的影响细颗粒泥沙难以量测形状，②水中杂质易使细颗粒形成絮团而成为大颗粒，沉速加大，且粒径越小，絮凝作用越强。③在含盐度10‰后

影响不大。㈢含沙量对沉速的影响①粗颗粒：附近其它泥沙下沉→连续性要求→本水体上升→沉速减小。含沙浓度增大→水体比重增大→浮力增大→沉速减小②细颗粒：D15kg/m3:含沙量增大→水流粘性增大→沉速减小(水流穿过絮网，阻力增加) 。㈣边界对沉速的影响①有界沉速

第二章 推移质运动 运动形式随水流条件的变化情况：⑴接触质：流速较大但不太大，泥沙发生运动，主要形式为滑动和滚动，始终与床面保持接触，为数不多。⑵跃移质：流速增大, 若滚动泥沙处在上举力突然增大处, 会跳跃起来进入流速较大的水流区, 挟带一定距离后，在重力和向下漩涡的作用下重新回到床面。这是推移质运动的主要形式。⑶层移质：流速达到一定限度，河床表面泥沙作剪切运动，泥沙成层的移动或滚动。⑷悬移质：流速超过一定数值，紊动强度加强，水流中充满了大小不同的漩涡，漩涡尺寸大于粒径，向上分速大于沉速，此时，跳跃中的泥沙会进入主流区随水流同速前进。 推移质和悬移质的相对性: 推移质和悬移质不能绝对分开，之间存在交换。⑴从河底到水面，泥沙是连续的，中间有交错部分。泥沙分布具有连续性，悬沙中较粗的颗粒与推移质中较细的颗粒交错，悬沙时而滚动，底沙也时而悬浮⑵悬移质与推移质存在着交换。 水流较弱时，悬移质→推移质。 水流较强时，

推移质→悬移质⑶运动泥沙与静止泥沙发生交换。 悬沙→底沙→床沙 →底沙→悬沙 推移质和悬移质物理本质上的区别：⑴运动规律不同：推移质：运动取决于泥沙跳离床面时的受力情况。悬移质：运动不仅取决于泥沙跳离床面时的受力情况，还受悬浮作用的影响。⑵能量来源不同：浑水能量＝水流势能＋水流紊动动能＋泥沙颗粒的势能。推移质：能量来源于水流势能(水流带动泥沙运动，将水流的势能转化为泥沙动能) 。悬移质：能量来源于水流紊动动能(紊动动能为水流势能转化为热能的过渡形式) ⑶对河床的作用不同：推移质：颗粒碰撞使得颗粒间动量交换，产生剪力，向上的离散力支持底沙的重量，向下的离散力，使河床受到向下的压力，增加河床稳定性，影响河床颗粒本身。悬移质：漩涡动量产生力支持泥沙重量，同时增加挟沙水流的容重，加大静水压力，可传递到河床孔隙间的水体，影响河床颗粒间的水体 泥沙的起动条件：河床表面上的泥沙颗粒由静止状态转化为运动状态时的临界水流条件 起动的判断标准：：⑴克雷默的定性标准(将推移质运动划分为四个阶段) ：无泥沙运动：泥沙完全静止。轻微的泥沙运动：个别可数的泥沙运动。中等强度的泥沙运动：床面各处均有

水面比降:亦称坡降、坡度。指水面水平距离内的落差。纵比降:水面沿河流方向的高程差与相应的河流长度相比。横比降:河道横断面左

右岸水面的高程差与之相应断面的河宽之比(地球自转和河道弯曲处离心力的作用引起) 粘性沙受力特点：⑴ 粘性沙除了受水下重力、拖曳力和上举力以外，还受粘结力作用⑵粘结力：因细颗粒泥沙的双电层结构，存在束缚水引起。 沙波：水流强度达到一定强度后，推移质运动的集体形式。此时，床面呈起伏不平的波浪形态，并向下游移动，是推移质运动的主要形态，是构成河床地形的基本元素。影响河道河道阻力→水流结构→泥沙运动→河床演变

沙波的平面形态-与水流强度密切相关。⑴带状(顺直) 沙波。波峰线平行，且与水流方向垂直或略斜交，沙波形成初期常见。⑵断续蛇曲(弯曲) 状沙波。波峰线成不规则曲线，时断时续，大致与水流方向垂直，天然河道常见。⑶舌状沙波。与新月形相似，但波峰凸向下游，如下弦月。⑷新月形沙波。λ≈Δ，排列较整齐，单行与双行彼此交错，波峰凸向上游，如上弦月。天然河道常见。 沙波床面上的水流状态：⑴水流强度分布不均，迎水面加速区，背水面减速区，U 峰＝max ， U 谷＝min ⑵背水面常产生平轴漩涡⑶漩涡上下端出现两滞流点(A1、A2), 即U ＝0(流速转向) ⑷A1与A2之间的沙波表面的流速为负值(反流向) 沙波对河床的水选作用：水选作用:迎水面加速区的泥沙翻过波峰后，极细泥沙输向下游，粗颗粒落淤回到波谷区，其中的较细沙在负流作用下沿背水面向上游输移(但较难越过A1点) ，粗沙则留下，因此形成上细下粗的现象。 沙波的整体运动：迎水面受水流冲刷而逐渐下移，背水面淤积而逐渐向前延伸，导致整个沙波形态徐徐向下游推进，但U 沙波

沙波阶段:低速流区:静平整→沙纹→沙垄；过渡流区:动平整；高速流区:沙浪→碎浪(水面波波谷低于河床沙浪波峰)→急滩、深潭 研究沙波运动的意义：沙波运动对河道水流及河道演变所产生的影响是直接和深刻的。沙波是冲积河流阻力的主要组成部分。波峰下游面形成的平轴漩涡助长紊动，是形成大尺度紊动的根源之一。沙波的发展有时会造成水位～流量关系的异常现象。根据沙波尺寸及运动条件可以估算推移质输沙率。

冲积河流阻力(动床阻力) ：冲积河流由可动的泥沙组成，常有沙纹、沙垄、沙浪等沙波形态出现，边界和阻力在不停地发生变化，与明渠定床阻力有较大差别 研究冲积河道阻力的意义：影响河道泄流能力的关键参数。决定输沙能力的重要参数，反映水流对河床作用力的大小。研究局部建筑物(桥墩、码头等) 对水流影响的主要参数。 推移质输沙率：一定的水流和床沙组成条件下，河床处于不冲不淤的输沙平衡状态时，单位时间内通过过水断面的推移质数量(Gb ,kg/s)。单宽推移质输沙率(最常采用) ：单宽过水断面的推移质输沙率 ，gb ,kg/(s.m)

(推移质) 存在交换，运动—静止—再运动，说明了床面泥沙的全部历史，试验说明沙粒在床面上停歇的时间愈久，输沙率愈小。所以推移质输沙率决定于沙粒在床面停留的久暂。⑵推移质运动的随机性，说明统计学研究的可行性，应研究群体，而不应该研究某一颗或某几颗沙粒的运动。⑶任何沙粒起动的概率，决定于泥沙的性质及床面附近的流态，与沙粒过去的历史无关。⑷使泥沙起动的作用力主要是上举力，当瞬时上举力大于沙粒在水中的重量时，床面沙粒就进人运动状态。一定的沙

粒，在床面各处的起动概率相同。⑸沙粒在走完一段距离以后，就要进行一次选择：继续保持运动状态还是沉落到河床上。这个距离称为单步距离，其长短取决于沙粒的大小及形状，而与水流条件、床沙组成及推移质输沙率无关。对于具有一般球度的沙粒，单步距离约相当于粒径的100倍。⑹沙粒在完成一个单步距离后，只要当地的瞬时水流条件不足以维持其继续运动，就会在那里沉淀下来。对于一定的沙粒，其在床面各处沉淀的概率都是一样的。㈡基本思路：输沙平衡(冲刷量＝淤积量，沉积概率＝冲刷概率) 第三章 悬移质运动 研究意义：引水排沙工程:需了解含沙量沿水深的分布。库区淤积及淹没:需知道悬移质输沙量。河床演变分析:需了解输沙率及含沙量沿程变化 泥沙悬浮的条件：⑴床面附近的漩涡尺度大于泥沙粒径。⑵漩涡的向上分速大于泥沙的沉速。 床沙质: 较粗颗粒的运动泥沙(该河段小部分悬移粗沙及大部分推移粗沙) 在运动过程要与河床上的泥沙发生交换，可认为来自相邻上游段及本段河床，是从床沙中进入运动的泥沙; 与河床冲淤变化有密切关系(又称造床质) 。 冲泻质:较细颗粒运动泥沙(该河段大部分悬移细沙及小部分推移细沙) 在运动过程不与河床上的泥沙发生交换，可认为是从较远上游流域冲刷后一泻千里而来, 沿程几乎不交换、不沉淀，与河床冲淤变化基本无关系(又称非造床质) 推移质≠床沙质，悬移质≠冲泻质：悬移质含较细床沙质和冲泻质(冲泻质多，床沙质少) 。推移质含较粗床沙质和冲泻质(冲泻质少，床沙质多) 。

床沙质与冲泻质在一定条件下可以相互转换(水流条件) ：同一粒径颗粒，上游是冲泻质→水流减弱→下游成为床沙质。。同一粒径颗粒，洪水期冲泻质，枯水期可能是床沙质。库区床沙质的粒径更小(水流速度很小) 。注意:两者的划分需根据具体河段条件来确定分界条件。 重力作用：泥沙比水重而向下沉降，使得水流含沙量在河底较大，水面较小，悬沙呈现上稀下浓的非均匀分布(应用:取水在表层，冲淤对底层) 紊动扩散作用：分子扩散作用:分子布朗运动引起物质从浓度高的地方向浓度低的地方不断迁移。紊动扩散作用:使悬沙加快由含沙量高的下层向含沙量低的上层传送。重力作用使含沙量沿水深分布趋向不均匀化。紊动扩散作用使含沙量沿水深分布趋向均匀化 含沙量沿水深分布的平衡状态：紊动扩散作用使泥沙上浮，重力作用使泥沙下沉，含沙量沿水深分布由此二者作用的相对强弱决定。重力作用占优势，泥沙下沉，河床淤积。紊动扩散作用占优势，泥沙上浮，河床冲刷。二者作用相当时，河床不冲不淤，处于平衡状态。平衡状态:紊动扩散作用上浮的沙量和重力作用下沉的沙量在垂线上任一位置都相等，即含沙量沿水深分布达到平衡状态。

明渠恒定均匀流的概念定义:流速的大小和方向均不随时间及距离而变的明渠水流(恒定等速流) 。形成条件:底坡为常数的正坡棱柱形渠道、糙率沿程不变、无建筑物干扰、水流为恒定流、流量沿程不变。明渠均匀流是重力和阻力相平衡时的流动，其动能保持不变，而水头损失取自势能的减少。特性:总水头线、水面线与渠道底坡线为互相平行的

直线，故水力坡度和渠道底坡相等。可用谢才公式进行过水能力估算、渠道断面尺寸设计等

悬浮指标 z 的物理意义:表征重力作用(使不均匀) 与紊动扩散作用(使均匀) 的相对大小，进而反映含沙量沿水深分布的均匀程度。z 越大，重力作用相对越强，分布越不均匀。z 越小，紊动扩散作用相对越强，分布越均匀

第四章 异重流 异重流两种密度(比重) 相差不大、可以相混的流体，在条件适宜时因密度(比重) 差异而产生的相对运动，但在运动过程中不发生全局性紊动掺混的相对运动。异重流的成因：清、浑水的比重差异。异重流的分类：温差异重流(温度) ：电站冷却水取水口，影响冷却效率；盐水异重流(溶解质含量):海水入侵河水, 影响城市供水； 浑水异重流(含沙量) ：水库、港池等，影响库容和航运 异重流出现位置：下异重流：较重的在较轻的下面运动，如浑水(入库) 、盐水等异重流；上异重流：较轻的在较重的上面运动，如温差、浑水(入海) 等异重流。中异重流：在较重和较轻的流体间的运动，如云层运动 浑水异重流与清水明渠流的区别：浑水异重流仍为流体，仍受重力、阻力、惯性力等影响，但由于是一种两相流，所以受力与清水明渠流不同。 盲肠河段：一端与河道连通，而另一端封闭的河段。如挖入式港池、船闸引航道。 引航道：连接闸首与主航道的一段航道。分上、下引航道，引航道内有导航建筑物及靠船建筑物。 具有形成异重流的条件：1盲肠内:静水 and 清水2河道内:动水 and 浑水3密度差产生交界面压力差，外河道浑水由底部潜入盲肠河段，从而产生异重流。 防止或减少盲肠河段异重流淤积的

措施：(1)合理选择平面规划和主要尺度：1船闸置于枢纽凹岸一侧(深槽稳定，凸岸有回流和缓流区) ，挖入式港池或口门的布置应注意河床演变和泥沙运动2港池出口方向指向下游，口门轴线与主流交角越小越好，但需满足航行需要(船大不好掉头)3尽量缩小口门宽度和水深。(2)采取异重流衰减的工程措施：1在盲肠河段内设置适量流速的外泄水流2口门设置防淤帘。(3)合理安排疏浚的时间及顺序：1安排在退水期水深接近碍航时进行疏浚2(疏浚) 先挖港池内，后挖口门3放水冲沙。

第五章 河床演变 河床演变定义：河道在天然情况下或受人工建筑物的影响所发生的变化。 河流存在两个反馈系统：(1)水流-泥沙系统:水流挟带泥沙，泥沙影响水流结构(2)水流-河床系统 河床演变的特征：1一定的河床形态和河床组成，必然有一定的与之相适应的水流结构和水流条件2一定的河床形态与河床组成，必然有一定的与之相适应的输沙率 按发展过程分类：1单向变形:河道在相当长的时间内，只是单一地朝某一方向上发展2复归性变形:河道的演变是周期性往复地发展，时冲时淤。按影响范围分：1长河段变形:较长河段河床发生的普遍冲刷或淤积2短河段变形:短河段内河床发生的冲淤变化(局部变形) 河床形态：平面形态:峡谷河段(两岸抗冲强) 与宽谷河段(两岸抗冲弱) 相间，岸线极不规则(藕节状) 。纵剖面:折点多，河床高程起伏大，急滩深潭上下交错。横断面:河床常年冲刷下切，峡谷段多呈“V”形(谷坡陡峭，急弯、卡口、石梁、礁石众多) ，宽谷段多呈“U”形。山区河流水流特征：水面比降大。流速急。流态险恶: 山区河流河床演变特性：1. 峡谷段洪冲枯淤；宽谷段(浅滩) 洪淤枯冲(洪水冲谷淤滩，枯水冲滩淤谷) 。2. 弯曲型山

区河流:横断面变形小(两岸山崖阶地钳制，自由活动余地小，河床蠕动只能顺着河谷方向平移) 。3山区分汊河流:江心州和心滩位置较固定，两汊居多(橘子洲头) 。4山区河流河床的卵石运动：间歇性(时间分布上) 、不连续性(空间分布上)→输沙率波动大。5溪口滩:沿程溪沟汇入处，常有大量砂石堆积在溪口，形成扇形冲积体，将航道缩窄，甚至堵塞。 心滩-位于河心的浅滩(平水期高出水面，洪水期被淹没) ，与复式环流作用有关。河床忽然加宽处，流速降低，河床受两股相向底流作用(剪刀水) ，两岸侵蚀，河中堆积→心滩 江心洲-位于河心、露于水面之上的浅滩。洪水期心滩增大淤高→江心洲。江心洲较稳定，但洲头冲刷，洲尾淤积，整个江心洲很缓慢地向下移动 平原河流的河床演变总体特征：

（1）无明显长河段、长时间单向冲淤变形： 平原河流在一定的流域来水、来沙和河床边界条件下，经过水流与河床的长期调整，多数已达到平衡或准平衡状态（2）主要表现为短时间、局部往复性冲淤变形：1河床多由松散的中细沙构成，易动，冲淤变形速度快、幅度大2季节性地因为来水来沙及边界条件变化，出现周期性的冲淤变化。

顺直(微弯) 型河道演变：1河床特征:中水河槽顺直或略弯，主流左右弯曲，河床波浪起伏，边滩犬牙交错分布，浅滩与深槽相间，滩槽水深相差不大 2形成条件:顺直、狭窄的河谷；或河谷虽宽阔，但河漫滩高且多由抗冲性较强的粘土和沙粘土构成；或人工控制河段(多出现在河流中上游) 平原河流的河床演变：演变特点:a浅滩与深槽交替冲淤:枯水期浅滩比降大，泥沙被冲刷淤积到下一个深槽。洪水期深槽比降大，泥沙被冲刷淤积到下一个浅滩。b 边滩、深潭、深泓线同步顺流下移:

边滩迎水坡冲而背水坡淤，逐渐下移，使得深潭、深泓线、浅滩随之下移。c 河床周期性展宽缩窄:边滩发育→ 挤刷对岸使枯水位上的河槽展宽(边滩也属于河槽一部分) 。洪水期主流切割边滩→心滩→河槽分汊→一汊冲一汊淤废→心滩与河岸相接→河槽缩窄 →再次形成单一河道。不稳定河型：虽然中水河槽稳定，但浅滩多，且浅滩、深槽、主流线位置不稳定，不利港口建设和航道维护 游荡型河道的河床演变：河床特征:河身宽浅，沙洲密布，汊道纵横，水流散乱，主流摆动不定，无稳定深槽。形成条件:比降、流速、输沙强度大，洪水猛涨猛落。河道组成物质较细(粉沙等) ，极易冲刷展宽，边滩、心滩移动迅速，淤积严重。演变特点:1.多年平均河床高程不断淤高(地上悬河) ，2. 年内总冲淤幅度小，但单次冲淤变化大：汛期槽冲滩淤，非汛期槽淤滩冲; 沙洲移动迅速，河道外形常变，单次冲淤变化幅度极大3. 主槽经常摆动，且摆动速度和幅度很大。 弯道水流动力轴线：水流动力轴线(主流线):沿程各断面最大垂线平均流速所在点的连线(代表水流动量最大的流束) 。沿程变化：上游过渡段和进口段:偏凸岸。进口后:移向凹岸，弯顶顶冲。弯顶后:紧贴凹岸至出口。随水期变化：低水傍岸，高水居中(洪水走滩，枯水走弯):边滩淹没，水流约束小。顶冲点低水上提(弯顶附近或稍上) ，高水下挫(弯顶下游) 弯道纵比降沿程变化(代表纵向垂线平均流速) ：弯顶处横比降达最大值，向上下游逐渐减小，使得:弯道上游段:凸岸水相对抬高，凹岸水相对降低→ J 凸>J凹。弯道下游段:凹岸水相对抬高，凸岸水相对降低→J凹>J凸。水位线:凹岸上凸，凸岸下凹

凹岸崩退和凸岸淤长(凹冲凸淤) ：1. 平顺(有限弯曲) 河湾:枯水期：流量小，动能小，河弯平缓，环流较弱，岸坡基本稳定，崩落泥沙就地淤积而阻止继续崩岸；洪水期：流量大，动能大，深槽刷深，岸坡变陡而崩岸，崩落泥沙输向下游，岸坡失稳，深槽随崩岸而内移。2. 锐湾:枯水期：走弯，主流紧贴凹岸，淘刷岸脚而崩塌(断面5) 、洪水期：走滩，主流取直，在凹岸附近产生回流而淤积深槽，阻止崩岸、落水期：又淘刷岸脚而崩塌 河湾类型：按形态特征份：1. 单式河湾：河线比较平顺2. 复式河湾：河线成圆环或绳套型。按水流与河床相互作用特点分：1. 自由河湾：两岸易冲，河湾自由发展，中低水期。造床作用明显，高水期影响小2. 深切河湾：河湾河谷弯形一致，曲率半径大，造床作用明显3. 强制河湾：两岸受限，流向急剧改变，半径小，河床冲刷剧烈。 汊道类型：按江心洲和汊道数目分：1双汊汊道2多汊汊道。按平面形态和入口水流条件分：1顺直汊道:两汊对称，水流平顺2弯曲汊道:主凹支凸，主顺支交3弓形汊道:主顺支曲，主顺支交4复杂汊道:汊道众多，水流散乱。

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汊道成因 ：1. 泥沙在河道中部淤积 (右图) ：河流节点上游或下游展宽段，流速减弱，泥沙易于落淤→心滩→增大淤高→江心洲2. 撇弯切滩3. 裁弯取直 浅滩的成因：航深不足是航道碍航的主要原因之一，因此从通航角度定义，浅滩即枯水期航深不足而碍航的河床凸起处。根本成因-局部输沙不平衡而产生的局部淤积，具体成因：1. 流速降低:挟沙力下降2. 环流的减弱或消失:环流维系横向泥沙输移3. 洪枯水流路不一

致:洪水时淤积的泥沙枯水无法冲走4. 局部地区来沙量增大:如上游水土流失等

容易形成浅滩的地方:1.比降突然减小的地方：干支流交汇口，束狭口上游2. 单宽流量明显减小的地方：河床突然展宽处、分汊处3. 局部壅水地区:河道收缩段上游的壅水区，汊道口门的局部壅水区4. 弯道过渡段:两反向弯道之间过渡段即环流转向段(环流急剧减弱或消失)5. 弯道:洪枯流路不一致(洪水走滩，枯水走弯) ，洪水时淤沙不能完全冲走

浅滩的类型：正常浅滩-过渡段浅滩： 特点:边滩较高，上下深槽不交错，鞍凹宽深。 通航条件:水深较大，流态平顺，航行条件较好。 出现位置:河宽不大的顺直河段或弯曲半径较大、过渡段长度适当(一般为1-2.5倍河宽) 的弯曲河段。。交错浅滩-过渡段浅滩： 特点:上下边滩较低，上下深槽交错，下深槽深入上边滩形成倒套(沱口) ，鞍凹窄浅。 通航条件:鞍凹不稳定，水流散乱，深泓线弯曲较急，航行条件恶劣。 出现位置:河槽较宽、边滩发育充分的顺直微弯河段或弯曲半径较小、过渡 段较短的弯曲型河段(如分汊型河段汊道上下口、山区河段) 。复式浅滩： 特点:两个以上相近浅滩组成的浅滩群，上下浅滩间有共同的边滩和深槽，上浅滩的下边滩和下深槽即下浅滩的上边滩和上深槽。边滩较低，河床宽浅，边滩移动迅速。 通航条件:洪水期水流顺直，枯水期水流坐弯，浅滩上下深泓线呈S 型，曲 率大，水深较小，航行条件恶劣。 出现位置:顺直河段或弯曲河段的长直过渡段上。。散乱浅滩：特点:无明显的边滩、深槽和鞍凹，整个河段内州滩分布散乱。通航条件:水流分散，流路曲折，水深小，航行条件极为恶劣。出现位置:河槽宽

阔、顺直、来水含沙量高、主流不稳定的河段(如游荡性河段、冲积平原河道的支流汇入口上下游-因支流壅水或来沙量大) 。山区河流的峡口滩:汛期峡谷壅水，上游宽谷淤积。山区河流的溪口滩:山洪暴发，大量砂石从溪沟内冲出阻塞河道。 造床流量：河道中流量不断变化，河床演变分析中必须选择一种虚拟的代表流量，其造床作用与实际流量过程的造床作用相当，此即~ 河床稳定性：当来水来沙条件变化时，河流发生变形的难易程度 河床稳定性指标分类：纵向稳定性指标；横向稳定性指标；综合稳定性指标； 河流纵比降的沿程变化：纵比降与流量成反比，与含沙量、粒径成正比。1. 沿程支流入汇，流量沿程增加，底床变缓，纵比降沿程减小。2. 洪水漫滩落淤或湖泊洼地落淤，含沙量沿程减小，纵比降沿程减小。3. 水选及磨损作用使泥沙粒径沿程细化，纵比降沿程减小。

为什么要研究水利工程对河道演变的影响？1. 天然河流处于相对动态平衡状态，其河床演变非常缓慢，人工水利工程设施使河流的来水来沙条件及河流的边界条件发生变化，破坏了天然河流的动态平衡状态。

2. 河流具有自我趋向平衡的能力，为了适应水利工程设施带来的变化，会逐渐调整各项水力要素和边界条件，使河流在新的条件下达到另一种动态平衡状态，即再造床过程，这一过程较之天然河流的长期演变而言强度大得多、短暂的多。3. 研究水利工程对河道演变的影响可深入探讨河流变化的内在机理，并预见到水利工程建成后对环境、航运、工农业等可能的影响，以便采取合理的防范措施 回水：水库大坝建成后，滔滔下流的江水到达大坝后遇到阻挡而回流。1. 常年回水区:水库蓄水位为

最低水位(汛期限制水位H2) 时，从大坝前缘到回水末端的河段。2. 变动回水区:水库蓄水位为最高水位(正常蓄水位H1) 时，从常年回水区末端到最高蓄水位的回水末端之间的河段。

水利枢纽对下游河道演变和港航工程的影响：(1)水库蓄浑排清，引起下游河床冲刷下切，水位下降，河床粗化(农业生产天然肥源减少，不利水生生物生长) 。(2)下游河床粗化，抗冲力增强，河岸相对弱化，河岸易坍塌，河道侧向展宽。导致洲滩多变，航槽不稳，港口淤塞。(3)水库调节流量，导致下游水位暴涨暴落，船舶难以航行 (4)电站运行需保持一定蓄水位，下游枯水时间延长。

第六章 潮汐河口的水流泥沙特点及河床演变 潮汐河口的分段：口外海滨段→河口口门→潮流界→潮区界。潮区界→口门：感潮河段。潮区界以上：河水运动不受潮汐影响。潮流界、潮区界的位置随外海潮差大小、河流径流量大小而变化。

河口口门(河流动力因素消失之地):河口段多年平均中潮位水面坡降线与平均海平面的交点处；或者三角洲海岸、岛岸、沙坎的临海端入口处。潮流界：上溯潮波潮流与下泄径流的叠加、以及沿程河床阻力耗能，使得潮汐能量逐渐消耗，潮差减小，流速降低，当涨潮流速与径流下泄流速相等时，潮水停止倒灌，。潮区界：潮流界以上，潮波继续上溯(波动形态的传递) ，河水受阻壅高，但潮差急剧减小，直至等于零的位置， 河口区的潮波及潮流影响因素主要：水深；河口的平面形态；底摩阻；浅滩和河口端部的反射或全反射；河流径流 潮汐周期的四个阶段：1. 涨潮落潮流：海水开始涨潮，但潮位上升尚未改变水面向下游倾斜和水

流向下游流动2. 涨潮涨潮流：海水继续涨潮，河口水面壅高使得水面坡降转向上游，水流向上游流动3. 落潮涨潮流：海水开始落潮，河口水面开始下降，但潮位下降尚未改变水面坡降向上游倾斜和水流向上游的流动4. 落潮落潮流：海水继续落潮，河口水面下降使得水面坡降转向下游，水流向下游流动

波动类型的变化:主要影响因素：河口平面形态、水深、浅滩和河口端部反射. 外海潮波：简单前进波，潮流速与潮位同相→高低潮位时潮流速度达到最大值，在中潮位(平均水面) 流速为零(憩流、转流). 河口潮波：取决于河口平面形态及水深变化，介于前进波和驻波之间，潮流速与潮位不同相。前进潮波遇到浅滩、河岸、河口顶端会发生反射。若河宽向上游迅速缩窄、水深急剧变小，反射强烈，河口潮波接近完全反射驻波，潮流速与潮位相位差90°→ 高低潮位时潮流速度为零，在中潮位流速最大

涨落潮历时不对称: 主要影响因素：水深、河流径流。水深：潮波波峰(高潮位) 和波谷(低潮位) 时刻水深相差大，波峰传播速度要快于波谷，使得潮波前坡变陡、后坡变坦，涨潮流速大于落潮流速→涨潮历时缩短，落潮历时延长。径流：向海净流动，与潮波叠加，使得落潮历时更加延长。

潮波变形在潮差相对于低潮水深较大的强潮河口更为显著。在某些河口，河口涨潮初期潮位急剧上升，受水深沿程快速减小和逆向径流影响，低潮传播速度慢，被后一个高潮赶上，潮波变形成类似移动水跃的现象，波面前坡几乎直立，波前就象一个翻滚的水墙向上游传播，这种

现象称之为涌潮 滞流点：一个潮周期内，下泄流与上溯流河段间底部净流程(涨落潮流程的代数和) 为零的临界点，为底层泥沙易于淤积的区域 盐淡水混合对净流程的影响：断面分布:滞流点上游，盐水密度影响小，表底层均为净下泄流；滞流点下游，盐水密度影响大，表层测点的落潮流程大于涨潮流程(净下泄流) ，底层测点的涨潮流程大于落潮流程(净上溯流) 。强混合型河口(表、底层均为净下泄流) ；缓弱混合型河口(表层净下泄；底层净上溯)

口门外水流泥沙运动的主要影响因素:流出水流的惯性力(提供动量) 。河床底面的摩阻力(减小流速) 。流出水体与周围海水密度差引起的浮力。 口门射流类型：出口水深h0

射流对泥沙运动及河床演变的影响:平面射流:射流两侧的流速衰减较快，核心流流速衰减稍慢，泥沙沿主流两侧沉积，形成鸟趾状或鸟嘴状三角洲。轴向射流：射流向水平和垂直方向扩散，流速衰减迅速，泥沙在口外附近形成新月形沉积体，河流出路受阻，将在其上冲出新道，又形成另一个新月形沉积体，发展下去成为圆弧状三角洲 河口区泥沙来源：流域来沙：径流挟沙、河岸冲刷、河床冲刷。海域来沙：潮流挟沙、当地海岸滩涂、径流挟沙在河口外落淤后，又被潮流带回到河口内

地下水动力学复习题精简

一、名词解释：

1. 贮水率（要求写出贮水率的表达式）：单位面积、单位厚度的含水层，水头降低一个单位时所能释出的水量，包括含水层压缩和水的体积膨胀两部分水量，SS=ρg (α +nβ )，其量纲为[L-1]。

2. 降深：含水层中某点的原始水头与抽水一段时间后的水头差称为水位降深，简称降深。

3. 饱和度：岩石的空隙空间中被水占据部分所占的比例。

4. 水力坡度：地下水流场中，大小等于水头梯度值，方向沿等水头面法线，并指向水头降低方向的矢量称为水力坡度。

5. 井损：利用水井抽取地下水时，井内的各项水头损失统称井损，包括水流通过过滤器产生的水头损失、井内流速调整引起的水头损失、井管内的沿程水头损失。

6. 水动力弥散：由溶质在多孔介质中的机械弥散和分子扩散所引起的，在多孔介质内观察到的两种成分不同的可混溶液体之间过渡带的形成和演化过程，称为水动力弥散，这是一个不可逆的不稳定过程。

7. 渗透速度：表示渗流在过水断面上的平均流速。

8. 实际速度：水流在岩石孔隙内的流动速度。

9. 贮水系数：面积为1单位面积，厚度为含水层全厚度M 的承压含水层柱体中，当水头改变一个单位时弹性释放或贮存的水量，用S 表示。

10. 渗透系数：水力坡度等于1时的渗透速度，取决于岩石的性质和渗流液体的物理性质。

11. 渗透率：表征岩石渗透性能的常数，与渗流液体的物理性质无关。

12. 尺度效应：某些参数值随试验范围的变化而变化，称为尺度效应。

13. 导水系数：水力坡度等于1时，通过整个含水层厚度上的单宽流量，T=KM。

14. 完整井：贯穿整个含水层、在全部含水层厚度上都安装有过滤器，并能全面进水的井，称为完整井。

15. 似稳定：水井抽水时，若降落漏斗内的水位降深速率很小，以至于在一个较短的时间间隔内几乎观测不到明显的水位下降，此时漏斗区内的水流可近似作为稳定运动来研究。这种情况称为似稳定状态，简称似稳定。

16. 有效井半径：由井轴到井管外壁某一点的水平距离，在该点，按稳定流计算的理论降深正好等于过滤器外壁的实际降深。

17. 水跃：潜水流入井中时，存在井壁水位高于井内水位的渗出面，又称水跃。

18. 田间持水量：饱和土壤长时间重力排水后，仍然保留在土壤中的水量，称为田间持水量。 19. 水分特征曲线：反映毛管压强（毛管压力水头）与土壤含水率（饱和度）的曲线，或土壤水基质势（土壤水吸力）与土壤含水率的关系曲线，称为土壤水分特征曲线。它表示非饱和带中水分的能量与数量间的关系，反映了包气带中水的基本特征。

20. 含水率：单位体积的多孔介质中水所占的体积。

二、分析

1. 简述双重介质渗流理论的假设条件。

（1）具有原生孔隙的岩层中广泛发育有随机分布的裂隙，二者都充满着整个研究区，形成

两个重叠的连续系统。即孔隙和裂隙的分布彼此连续。

（2）孔隙以贮水为主，裂隙以导水为主，水自孔隙经裂隙流向别处，其总的渗透性决定于裂隙的渗透性，水在裂隙中的流动服从Darcy 定律。

（3）孔隙和裂隙的初始水头相等。他们之间交换的水量与其水头差成正比，即

（4）含水层骨架可以压缩，但其固体颗粒的压缩性忽略不计，视为刚性。

2. 在同一含水层中，由于抽水而产生的井内水位降深与以相同流量注水而产生的水位抬升是否相等？为什么？

不相等，因为抽水和注水的井损值不同。

3. 地下水流向井的稳定运动和非稳定运动的主要区别是什么？

（1）从流量看，稳定井流不同断面的流量处处相等，都等于抽水井的流量；而任一断面非稳定井流的流量都不相等，沿着地下水流向流量逐渐增大，直至抽水井处为最大（抽水井的出水量）。

（2）只要给定边界水头和井内水头，就可以确定稳定井流抽水井附近的水头分布，且水头分布不随时间发生变化；非稳定井流抽水井附近的水头分布是随抽水时间而不断发生变化的。 4. 泰斯公式的适用条件是什么？当水力坡度较大时能否直接用泰斯公式？如何修正？ 1）含水层均质各向同性、等厚，侧向无限延伸，产状水平； 2）抽水前水力坡度为零； 3）定流量抽水，井径无限小； 4）水流服从Darcy 定律；

5）水头下降引起的地下水从贮存量中的释放是瞬时完成的。

5. 利用抽水孔资料求参数T 值时，通常求得的值比实际小，为什么？

6. 严格地讲，实际含水层的分布范围都是有限的。那么，在什么情况下，可以把含水层近似视为无限的？

在自然界中，任何含水层的分布都是有限的。当边界距抽水井较远，且抽水时间较短，在抽水过程中边界对抽水井不发生明显影响时，就可当做无线含水层来处理。

7. 简述不完整井流的特点。

（1）流向不完整井的水流形式与完整井流的水流形式有所不同，由于受井的不完整性影响，流线在井附近有很大弯曲，垂向分速度不可忽略，地下水流为三维流。

（2）在其它条件相同时，不完整井的流量小于完整井的流量，流量大小与不完整井过滤器长度L 与含水层厚度M 之比的增大而增大，当L/M=1时变成完整井。

（3）过滤器在含水层中的位置和顶、底板对水流状态有明显的影响，必须予以考虑。 8. 实验证明，在各向同性含水层中，当r ≥1.5M 时，抽水井不完整程度的影响就可以忽略。那么，对各向异性含水层，则要求r 为多大时才能忽略抽水井不完整程度的影响？ r ≥1.5M √Kz/Kr

9. 非饱和带中，某一点的渗透率是否为常数？为什么？

不为常数，因为此时水在土壤中进行不饱和流动，一部分空隙被空气充填，因而过水断面减小，渗流途径的弯曲程度增加，从而导致渗透率减小。

10. 同一含水层中弥散系数D 是否为一常数？它与地下水的实际流速有何关系？

不为常数。弥散系数D 为张量，具各向异性，它与地下水的实际流速关系密切，D 的大小取决于水流速度的模量，通常沿水流方向的分量大于垂直方向的分量。

11. 在具有一定浓度的地下水中连续注入浓度为零的水，能否观测到水动力弥散现象？在观测井中浓度如何变化？

能，水动力弥散是两种成分不同的可以混溶的液体之间存在着一个不断加宽的过渡带这种现象。观测井中水中物质从浓度高的地方向浓度低的地方运移，随着连续注入浓度为零的水，井中浓度会降低。

12. 利用抽水试验确定水文地质参数时，通常都使用两个观测孔的蒂姆公式，而少用甚至不用仅一个观测孔的蒂姆公式，这是为什么？

在抽水试验中，最好在有代表性的抽水井附近打两个观测孔，利用观测孔的降深资料按蒂姆公式计算参数。这样既可避开难以求准的R 值，又可减少抽水井存在井损的影响，求得的参数比较可靠。

13. 承压井群计算时，为什么对降深进行叠加，而不是对水头直接叠加？ 承压井 弹性释水

14. 在建立直线边界附近井流的二维数学模型时，无论是河流或是断层切割含水层时，从剖面上看，边界形状最好为陡坡还是缓坡？为什么？

15. 试分析在什么样情况下，才能保证海岸带附近含水层中的抽水井不至于被海抽水井的水位高于海水水位或者抽水井和海水之间存在隔水档板

三、计算

1. 已知潜水含水层在1km2的范围内水位平均下降了4.5m ，含水层的孔隙度为0.3，持水度为0.1，试求含水层的给水度以及水体积的变化量。

2. 已知一等厚、均质、各向同性的承压含水层，其渗透系数为15m/d，孔隙度为0.2，沿着水流方向的两观测孔A 、B 间距离l=1200m，其水位标高分别为HA=5.4m，HB=3m。试求地下水的渗透速度和实际速度。

3. 在等厚的承压含水层中，过水断面面积为400m2的流量为10000m3/d，含水层的孔隙度为0.25，试求含水层的实际速度和渗透速度。

4. 图2—2所示，作侧河水已受污染，其水位用H1表示，没有受污染的右侧河水位用H2表示。（1）已知河渠间含水层为均质、各向同性，渗透系数未知，在距左河l1处的观测孔中，测得稳定水位H ，且H>H1>H2。倘若入渗强度W 不变。试求不致污染地下水的左河最高水位。（2）如含水层两侧河水水位不变，而含水层的渗透系数K 已知，试求左河河水不致污染地下水时的最低入渗强度W 。

6. 设在某潜水含水层中有一口抽水井，含水层厚度44m ，渗透系数为0.265m/h，两观测孔距抽水井的距离为r1=50m，r2=100m，抽水时相应水位降深为s1=4m，s2=1m。试求抽水井的流量。

7. 在某均质、各向同性的承压含水层中，有一完整抽水井，其抽水量为1256m3/d，已知含水层的导水系数为100m2/d，导压系数为100m2/min。试求：（1）抽水后10min 、100min 、1000min 时，距抽水井10m 处的水位降，以及所反映水位降深的分布规律。

8. 某承压含水层中有一抽水井，抽水2h 后，在距抽水井50m 处的观测孔中水位降深为0.5m 。试求何时在距抽水井150m 处的观测孔中也出现同样的降深？ 9. 教材P201例8.1 10. 教材P202例8.2 11. 教材P48例1.1 12. 教材P49例1.2 13. 教材P110例4.1 水污染。