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1、上海海事大学河流动力学复习资料河流动力学第一章泥沙特性1、等容粒径：体积与泥沙颗粒相等的球体的直径。设某一颗泥沙体积为V，则等容粒径D（6V）1/3泥沙粒径可用长轴a，中轴b，短轴c的算术平均值表示D-（abc）3假设成椭球体，用几何平均值表示D中值粒径D50:是常用的特征值，它表示大于和小于该种粒径的泥沙重量各占沙样总重量的50%，即粒配曲线的纵坐标上找出p=50%，其对应的横坐标即为D50假设成椭球体，用几何平均值表示D中值粒径D50:是常用的特征值，它表示大于和小于该种粒径的泥沙重量各占沙样总重量的50%，即粒配曲线的纵坐标上找出p=50%，其对应的横坐标即为D50平均粒径D50:是沙样
2、内各泥沙粒径组的加权平均值。即粒配曲线的纵坐标（p）按其变化情况分成若干组，并在横坐标（D）上定出各组泥沙相应的上、下限粒径Dmax和Dminabc2、粒配曲线的作法：（图1-1p6） 通过颗粒分析（包括筛分和水析），求出沙样中各种粒径泥沙的重量算出小于各种粒径的泥沙总重量 在半对数坐标纸上，将泥沙粒径D绘于横坐标（对数分格）上，小于该粒径的泥沙在全部沙样中所占重量的百分数p绘于纵坐标（普通分格）上，绘出的Dp关系曲线即为所求的粒配曲线。3、粒配曲线特点曲线坡度越陡，表示沙样内颗粒组成越均匀，反之，不均匀。4、粒配曲线特征值以及各组泥沙在整个沙样中所占重量百分数Pi,然后求出各组泥沙的平均粒径
3、DiDiDmaxDmin或DjDmaxDminDminnDipiDmn为划分组数;Pii12DmD50eT，其中一沙样粒径分配的均方差,当为零时，沙样均匀，DmD50，一般沙样不均匀，总是大于零，因此,So，若So=1，则沙样非常均匀，越1,通常DmD503）分选系数（非均匀系数）则越不均匀。5、影响泥沙的孔隙率的因素沙粒的大小均匀度沙粒的形状沉积的情况沉积后受力大小历时长短泥沙越细，孔隙率越大；泥沙越均匀，孔隙率越大；越接近球体，孔隙率越大。6颗粒比表面积：颗粒表面积与其体积之比，对于球体，其表面积D2D36颗粒比表面积间接地反映了颗粒受到的物理化学作用于重力作用的相对大小细颗粒沙粒的比表面
4、积很大，所以，细颗粒表面的物理化学作用明显特别突出，从而对泥沙运动产生重要的影响。7、吸附层（固定层）：表面带负电荷的细颗粒泥沙在含有电解质的水中，由于静电引力作用，吸引水中反号电荷（带正电荷）的离子，这种被牢固吸附在紧邻颗粒表面周围的反离子层。扩散层：吸附层的离子电荷不足以平衡颗粒表面的全部电荷，因此在吸附层外还有一层与颗粒表面电荷异号的反离子层。双电层：颗粒表面离子层及其周围的反离子层（吸附层及扩散层）构成颗粒的双电层，双电层外属中性水。粘结水：在泥沙颗粒表面负电荷的作用下，靠近颗粒表面，在吸附层范围内的水分子便失去了自由活动的能力而整齐的、紧密地排列起来粘滞水：围绕在粘结水外面，在扩散层
5、范围内的水分子因距颗粒表面较远，受到的引力较小，水分子的排列比较疏松，仅有轻微的定向。粘结水和粘滞水统称为束缚水。束缚水外的水分子几乎不再受静力引力作用，在重力作用下能自由流动，称为自由水。8、泥沙的干容重（干密度）：取出经扰动的原状沙样，量出它的体积，然后在烘箱内经100150C的温度烘干后，其重量（或质量）与原状沙样整个体积之比。9、干容重的影响因素？ 泥沙粒径：粒径较粗的泥沙干容重大，变化范围小；反之，粒径较细的泥沙干容重小，变化范围大。 泥沙淤积厚度影响：泥沙的淤积深度越深，琪干容重越大，变化范围越小；反之，淤积深度越浅，其干容重越小，且变化幅度越大。 淤积历时的影响：干容重S随淤积历
6、时的增加而趋向于一个稳定值，较粗颗粒淤积历时不长，其干容重s就趋向稳定，且初始干容重与最终干容重比较接近；而细颗粒泥沙s趋向稳定所需的时间要长的多，初始干容重与最终干容重相差甚远。10、泥沙沉速：泥沙沉速反映着泥沙在与水流相互作用时对机械运动的抗拒能力。沉速越大，则沉淀的倾向越强。因此，沉速是泥沙的重要特性之一。11、影响沉速的因素泥沙的形状，越接近球体，沉降越大泥沙的形状，越接近球体，沉降越大，形状越扁平,Cab越小，阻力系数Cd越大，沉速越小 水质对沉速的影响，反映在絮凝，所有影响絮凝的因素均影响沉降。水质对沉降的影响主要是对D0.03mm的细颗粒泥沙而言的。在小含盐度的范围内，絮团的平均
7、沉降因含盐度的增加而迅速增大；当含盐度超过某一数值后，含盐度的进一步增加，对平均沉降的影响不大。含沙量越大，曲线转折处相应的含盐度越小。由（图1-8书p19含盐度）可见，在含盐度超过10%。后，不同情况的絮凝沉速相差不大，一般在0.40.5mm/s左右。 含沙量对沉速的影响因浑水容重加大而引起的沙粒有效重力减小也有重要影响。这些将使得泥沙沉速减小。细颗粒泥沙形成絮团，沉速随含沙量增大而逐渐增大，直到15kg/m3左右为最大；含沙量超过15kg/m3后，沉速随含沙量增大而减小。第二章推移质运动1、泥沙在水流中的运动形式可分为哪两类？定义各是是什么？推移质（接触质、跃移质、层移质）和悬移质。接触质
8、：滑动或滚动的泥沙，在运动中始终保持与床面接触。跃移质：在床面附近以跳跃形式前进的泥沙。床面层：在流速较低时，同一种河床组成，其接触质或跃移质的运动范围，仅限于河床表层以上大约13倍泥沙粒径的区域。层移质：河床表层以下的泥沙，在水流拖曳力的作用下，将成层移动或滚动，运动速度由上而下逐次递减。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。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。2、泥沙起动：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的现象。3、泥沙起动条件？床面泥沙由静止状态转变为运动状态的临界水流条件。泥沙的起动条
9、件可以用流速、拖曳力、功率来表示。用水流垂线平均流速来表示的，叫起动流速；用拖曳力表示的，叫拖曳力（起动切应力或起动剪切力）；用水流功率表示的叫起动功率。4、起动拖曳力：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：0hJU*为水的容重；J为水面比降；为水的密度；U*为摩阻流速。5、希尔兹曲线特点： 曲线为马鞍形，在沙粒雷诺数U*D/10附近，亦即近壁层流层厚度与床沙粒径接近时，泥沙最容易起动。 床面处于光滑区时，泥沙受近壁层流层的隐蔽作用，需要更大的拖曳力才能使之运动。在U*D/2或/D6时以后，曲线成为一条45的斜线。 当U*D/10即D，
10、近壁层流层不起隐蔽作用，随着粒径加大，泥沙重量增大，加强颗粒稳定性，拖曳力也相应加大。&沙波运动：当推移质运动达到一定的规模时，河床表面便会形成波状7、沙波从平面形态分的四种类型：带状（顺直）沙波继续蛇曲（弯曲）状沙波新月形沙波舌状沙波。8、沙波表面附近的水流流速是沿程变化的，波峰处流速最大，波谷处流速最大，波谷处流速最小。9、沙波运动的两个重要现象：一是沙波对床沙的分选作用，二是较粗泥沙运动的间接性。越细的泥沙越向上，形成上细下粗的分层淤积，这就是沙波运动对泥沙的分选作用。10、床面阻力包括沙粒阻力和沙波阻力。其中，沙粒阻力系床面沙粒的摩阻而引起，也称表面阻力。沙波阻力属形状阻力，沙粒阻力和
11、沙波阻力就是通常所说的动床阻力。11、河床阻力有床面阻力和河岸阻力两部分组成。求床面剪切力b和河岸剪切力w有两种方法：一是爱因斯坦的水力半径分割法；另一种是能坡分割法。12、推移质输沙率Gb:在一定的水流及床沙组成条件下，河道处于不冲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；一般情况下推移质输沙率以通过单位宽度的数量gb表示，称为单宽推移质输沙率。13、推移质输沙率的研究途径大致分为五类：以流速为主要参变数以拖曳力为主要参数根据能量平衡观点从统计法考虑沙波运动规律14、建立以垂线平均流速为主要参变数的公式的基本思路是：认为影响推移质输沙强度的主要水力因素是流速，流速愈大，则推移质
12、输沙率愈大。15、以拖曳力为主要参数的公式，其基本认识是拖曳力与起动拖曳力的差值愈大，推移质数量率也愈大。16、泥沙的沉积率：单位时间单位面积的床面上沉落的泥沙的质量；泥沙的冲刷率：单位时间上从单位面积的床面上冲起的泥沙量。第三章悬移质运动1、泥沙按照其运动形式的不同，可分为推移质和悬移质；而按照其相对与床沙组成的粗细及来源的不同，运动泥沙又可分为床沙质和冲泻质。2、床沙质：悬移质中较粗的一部分以及绝大部分推移质来自相邻的上游段及本河段的河床，是从床沙中被带起进入运动的泥沙；床沙质与河床的冲淤变化有密切的联系，所以又称“造床质”。3、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
13、很少或几乎不存在的，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。冲泻质泥沙与床沙几乎不发生交换，同河床演变关系不密切，因而也有把冲泻质称为“非造床质”的。4、“床沙质与冲泻质”以及“推移质与悬移质”是对运动中两套不同的命名，不可将它们混淆。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。5、单位体积浑水中所含泥沙的数量成为含沙量或含沙浓度，工程中常用S表示，其含义为泥沙所占质量（或重量）0.40.4沙扩散系数沿垂线而变；泥沙扩散系数y与动量交换系数m相当也可看做ym;挟沙水流的流速分布遵循对数分布规律，并取8、（重要简答题
14、）z，指数z是一无因次数，又称为“悬浮指标”，试用kU*其物理意义说明其数值大小对含沙量沿垂线分布的影响：指数z决定了悬移质含沙量沿水深分布的均匀程度。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。在相对平衡情况下，含沙量垂线分布越不均匀；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。9、扩散理论的适用条件：泥沙颗粒较细、含沙浓度不大时，扩散理论所得的结果比较符合实际。通常的冲积平原河流正是属于这种挟沙情况，因而扩散理论在实际中得到了广泛的应用。10、悬移质输沙率是指一定的水流与河床组成条
15、件下，水流在单位时间内所能挟带并通过河段下泄的悬移质中床沙质泥沙的数量。11、常把悬移质单宽输沙率用平均含沙量S*表示，gsqS*,S*是一定水流与泥沙条件下，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huSdy质数量的平均值，其单位为kg/m3或N/m3。S幺冷，gs=单宽输沙q.udy0率，4=单宽流量推广到断面平均情况：GsQS*或S*2，Gs=断面输沙率，0=断面流量Q12、为什么在计算推移质、悬移质输沙率时水力半径只取Rb，摩阻流速只取U*？U*RbgJ，U*和Rb分别是同沙粒阻力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和沙波阻力两部分。前者是水流作用于沙粒并在其周围绕过时受到的表面阻力，与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的形状阻力，水流因沙波而造成的紊动漩涡主要产生在沙波顶峰下游的分离面上。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
