14-15-1河流动力学答案B

淮 海 工 学 院

14 - 15 学年 第 1 学期 河流动力学试卷(B闭卷) （1） 流速大于等于临界起动流速 （2） 拖曳力大于等于临界起动拖曳力 3. 分析粘性细颗粒泥沙起动的影响因素

粘性细颗粒泥沙起动的影响因素有：水深、粒径、细颗粒泥沙容重、床面粗糙高度、专业年级：港口航道与海岸工程12(1)

一、名词解释（共5题，每题3分，共15分）

1.泥沙干密度和干容重

泥沙干密度：泥沙烘干后质量与原泥沙整体体积的比值称为泥沙的干密度。 泥沙干容重：泥沙烘干后重量与原泥沙整体体积的比值称为泥沙的干重度。 2.潮区界

潮流界以上潮波仍继续上溯，但由于受到河水的阻滞，潮波波高急剧减小，直至潮差等于零，此处称为潮区界 3.水流挟沙力

在一定的水流条件与河床组成条件的相互关系中，悬移质中属于床沙质部分的饱和含沙量，叫做水流挟沙能力。 4.中值粒径

即累积频率曲线上纵曲线上纵坐标取值为50%时所对应的粒径值。换句话说，细于该粒径和粗于该粒径的泥沙颗粒各占50%的重量。

5.造床流量

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。

二、简答题（共5题，每题5分，共25分）

1.河口区潮汐的主要特征有哪些？

1）口门处水面周期升降2）周期较长，潮波周长可达数百公里，远大于波高，属浅

水长波3）在重力、惯性力和摩擦力的支配下潮波在河口区内传播是非恒定流4）潮波进入口门后会继续向上游推进5）河口区潮流的强弱可以用进潮量来衡量6）河口区潮波会发生变形。

2. 判别泥沙起动主要有哪几种方法？ 答：泥沙起动主要有两种方法：

细颗粒之间的粘结力。而沙粒之间的空隙、沙粒在水平面上的投影及沙粒所受垂直压力（取决于水深h）都能影响细颗粒之间的粘结力。 4. 简述均匀沙推移质输沙率公式的代表方法和代表人物。 （1）以流速为主要参变数，沙莫夫公式，列维公式，冈恰洛夫公式 （2）以拖曳力为主要参变数，梅叶-彼德公式，阿克斯-怀特公式 （3）以能量平衡观点，拜格诺公式、窦国仁公式 以统计法则，（小）爱因斯坦 5.简述冲积河流阻力的划分。

冲积河流阻力分为沿程阻力和局部阻力。

沿程阻力分为河底的床面阻力和河岸、边壁阻力；河底阻力分为沙粒阻力和沙波阻力。

局部阻力分为：源于河流平面形态特征的阻力，如主流线的摆动、河湾、河谷的突然扩宽等；源于个别特大粗糙的阻力，如孤石、小岛、潜滩。

三、 论述题（共3题，每题10分，共30分）

1. 写出劳斯方程的形式，叙述其用途和成立的若干假定。并阐述公式中悬浮指标的物理意义。

C(z)⎡u*

C=⎢a(h-z)⎤

⎣zh-a⎥a⎦

。

其成立的前提：1、垂向时均流速为0；2、流速对数分布；3、泥沙质量扩散系数与水流动量交换系数相等；4、泥沙沉速不随水深变化，为常数。 ωκu*

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κu*来表达。悬浮指标越大，则重力作用相对较强，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，含沙量垂线分布就越不均匀；反之，悬浮指标越小，紊动作用相对越强，在相对平衡状态下，含沙量分布就越均匀。 2. 试说明水流的流区与床面形态之间的关系。

答：对应于定床水流的缓流、临界流、急流三种情况，可以将动床明渠水流的能态

分为如下三种，各自对应于不同的床面形态，如书上图3-4所示。 （1）低能态流区：其床面形态包括：①沙纹；②沙垄。

（2）过渡区。其床面形态是平整床面，这是从沙垄到逆行沙垄的过渡区。

（3）高能态流区。其床面形态包括：①平整床面；②逆行沙垄和驻波；③急滩与深潭。

非平整状况下沙质河床形态统称为沙波。 3. 说明下列3幅图中的浅滩类型，并描述其特点

断面平均流速为 U=Q/A=35/30.59=1.14m/s

剪切流速为 U*=(gRJ)1/2=(9.8⨯1.80⨯0.0002)1/2=0.0594m/s Chezy系数 C= Manning系数 n=

Darcy-Weisbach

URJ

=

1.14.80⨯0.0002

60.3

12/31/21

RJ=⨯1.802/3⨯0.00021/2=0.0183 U1.14

阻

力

系

数

(1)

(2)

(3)

顺直型河道演变特点：1）浅滩与深槽交替发生冲淤；2）边滩和深槽同步顺流下移；

3）河床周期性展宽和缩窄

游荡型河道演变特点：1）多年平均情况下，河床不断淤积抬高，形成“地上河”；2）汛期主槽冲刷，滩地淤积，非汛期则相反3）沙洲移动迅速，河道外形经常改变，冲淤变化幅度达；4）主槽经常摆动，摆动速度和幅度很大。

弯曲型河道演变特点：1）凹岸崩退和凸岸淤长2）河湾发展和河线蠕动3）裁弯取直和河湾消长；4）撇弯切滩。

四、 计算题（共3题，共30分）

1. 某渠道具有梯形断面，边坡坡度θ=300

，渠底和边坡铺细砾石，平整无床面

形态。渠道底部宽度B=5m，水深h=3m，水力坡度J=2/10000.流量Q=35m3/s.求Chezy系数，Manning系数n，Darcy-Weisbach阻力系数f。(6分)

解 渠中的水面宽为 B=b+2hcotθ=5+2⨯3⨯cot30

=15.39m 过水断面面积为 A=(B+b)h/2=(15.39+5)⨯3/2=30.59m2

湿周长和水力半径为 P=b+2h/sinθ=5+2⨯3/sin30

=17m R=A/P=30.59/17=1.80m

f=

8gRJ8⨯9.8⨯1.80⨯U2=0.0002

1.142

=0.0215 2.长江中游某河段实测平均水深h = 18 m、水力坡降J = 0.5 /10000、平均流速U = 1.4

m/s、床沙质平均粒径为D = 0.25 mm。黄河下游某河段的一组实测值则为h = 3.0 m、J = 3.5 /10000、U = 1.8 m/s、D = 0.05 mm。若水温为1℃，求粒径为D = 0.01的颗粒在各河流中的悬浮指标量值，并以Z = 5为界限判断各粒径是否能够在相应的河

流里起悬。

(ω=-9ν

D+解：

长江中游某河段：

剪切流速

U*==0.093915

同理得到黄河下游某河段 U*=0.101440

颗粒沉速

ω=-9ν

+D其中，水温为1℃时，取ν = 1.725×10-6 m2/s 当D=0.01mm时

ω=-9⨯1.725⨯10-60.01⨯10-3=5.20764⨯10-

Z=ω5.20764⨯10-5

故κU==0.00139

*0.4⨯0.093915

θ'=

'/ρτb

(s-1)gd

⎛⎫

⎪

⎪1 0.062

'=τbρ U⎪ 2

2 ⎛⎫⎪12h

⎪ ⎪⎪ log（2.5d）⎪

50⎭⎭⎝⎝

3.已知海水密度ρ=1025kg/m3，水的粘滞系数υ=10-6

m2/s，水流流速

u=1m/s，水深h=2m，无粘性颗粒相对密度为 2.65，粒径为d50=0.2mm，

求

1） 根据Shilds曲线，分别求其临界起动Shields数、临界起动切应力及剪切流速。2) 分别采用Kalinske-Friglink 公式和Meyer-Peter公式计算推移质输沙率

q3B,m/(m⋅s)(12分)

Red

*=

u*υ

可能用到的公式：

ΦqB

B=

ds-1)gd

⎛

⎫⎪τ=1 0.06⎪b

2ρ ⎪U2 ⎛⎫

2

log（12h

100d）⎪⎪ ⎝⎝

50⎪⎭

⎪⎪⎭

Kalinske-Friglink 公式

q-0.27(s-1)d50B=2db50

ρexp(ρgτ)

b

'Meyer-Peter公式

Φ'-θ1.5

B=（8θc）

解:d50=0.2mm时

θc=0.052

沙粒阻力

⎛

⎫⎪τ⎪2

b

'=1 0.062ρ 2⎪U=1.40N/m2 ⎛ log（12h

2.）⎫⎪⎪⎝⎝5d50⎪⎭⎪⎪⎭

θ'=

τb

'/ρ(s-1)gd

=0.44

总阻力

⎛ ⎫⎪τ=1 0.06⎪2

b

2ρ 2⎪U=3.24N/m2

⎛12h

）⎫⎪⎪⎝ log（⎝100d50⎪⎭⎪⎪⎭

Kalinske-Friglink 公式计算

qτb-B=2d50

ρexp(0.27(s-1)d50ρgτ)=0.0000121m3/(m⋅s)

b

'Meyer-Peter公式计算

Φθ1.5

B=（8θ'-c）=0.0000215m3/(m⋅s)