河流动力学复习要点.docx

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河流动力学复习要点

河流动力学复习要点

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。

异重流的分类温差异重流温度，盐水异重流溶解质含量，浑水异重流含沙量；下异重流，上异重流，中异重流。

浑水异重流对水利建设方面的影响对水库淤积的影响蚕食有效库容、增加坝体压力，可因势利导排沙，官厅水库因异重流排沙达1/3，对于底坡大的水库，可达到2/3。

⑵对航运的影响港池、船闸为盲肠渠道，常为静水，具有形成异重流的条件，易因异重流淤积而碍航。

异重流的特性异重流的重力作用显著减小，异重流的惯性作用相对增强。

三异重流的阻力作用十分突出相对清水极大增强异重流的密度浑水重度清水重量泥沙重量/体积；单位体积浑水的水下重量异重流的有效有效重力加速度g′异重流运动方程盲肠河段一端与河道连通，而另一端封闭的河段1具有形成异重流的条件盲肠内静水and清水；河道内动水and浑水；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2异重流潜入盲肠河段沿程淤积异重流速度逐渐减慢，挟沙能力下降，浑水中的泥沙沿程沉淀，粗颗粒淤积在口门附近，较细颗粒沿程淤积在盲肠河段内部、3横轴纵向环流使异重流循环往复地将泥沙输入盲肠河段动量和质量平衡由于淤积而变清的潜流在盲端上升成为面流，反向流向口门，与底层潜入的浑水形成横轴纵向环流4立轴回流引起回流淤积，形成拦门沙口门处河道水流的切力作用使得交汇处形成立轴漩涡回流，回流区将外河道主流与盲肠河段静水区隔离，主流含沙量大于回流区，水流紊动扩散作用使得泥沙由主流区进入回流区，较粗颗粒沉积在回流区，较细颗粒随浑水潜入盲肠段1.回流区的存在不仅拦截粗颗粒泥沙，而且影响异重流的输沙量。

淤积厚度自口门向内逐渐减小，拦门沙淤积体的外坡较陡2.回流区拦门沙淤积体虽然较集中,范围不大,但淤积厚,对航行十分不利防止和减少异重流以及回流对盲肠式引航道和挖入式河港造成淤积，措施如下1.船闸置于枢纽凹岸一侧深槽稳定，凸岸有回流和缓流区2.挖入式港池或口门的布置应注意河床演变和泥沙运动顺直微弯河段口门不宜布置在可动边滩的下游侧；分叉河段港池不宜布置在衰亡汊道；弯曲河段口门应布置在凸岸顶点下游的贴流区；口门不能布置在容易出现回流或缓流的矶头、凸嘴或凸出岸线建筑物以及支流交汇点的下游侧3.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4.尽量缩小口门宽度和水深在盲肠河段内设置适量流速的外泄水流4.异重流流速很小，易受干扰，小流速的外泄水流将极大削弱异重流5.口门设置防淤帘第五章河床演变河道在天然情况下或受人工建筑物的影响所发生的变化；广义河道从河源到河口所流经河谷的各个部分的形成和发展的全部历史，属地貌学的研究范畴狭义只限于近代冲积河道的演变发展，属河流动力学的研究范畴。

分为纵向变形和平面变形；单向变形和复归性变形。

长河段和短河段。

河床变形的原理水流与河床的自动调整作用-输沙不平衡引起河床变形→河床变形又促使输沙平衡即使变形停止。

河床演变的主要因素上游河段来水量上游流量、流速等及其变化过程；上游河段来沙量与组成级配及其变化过程；本河段河谷比降；本河段河床形态。

冲积平原河流①②起主导作用来水来沙条件，因水流主导山区河流③④起主导作用因河床主导。

河型分类山区河流；平原河流（弯曲河道，分汊河道，顺直（微弯）河道，游荡河道），潮汐河道。

山区河流水流特征洪水暴涨猛落历时短；流量与水位变幅大；中水历时短枯水历史长山区河流河床演变特性峡谷段洪冲枯淤；宽谷段浅滩洪淤枯冲洪水冲谷淤滩，枯水冲滩淤谷；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；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；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；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。

平原河流流经广阔的冲积平原地区的河流通常来自于山区河流，横向约束消失，流速降低，泥沙大量淤积平原河流水流特征洪水无猛涨猛落。

洪水期水流漫滩，河面宽阔。

流量与水位变幅小。

中水历时长。

中枯水期水流限制在主河槽中流动平原河流河床形态①平面形态河床边界条件限制顺直微弯型、弯曲型、游荡型和分汊型2.纵剖面纵坡平缓，河床沿程走向由一系列的深槽和浅滩组成，呈高低不平、波浪起伏状态，两深槽之间的浅滩处，水深不足，常是船舶航行的主要障碍。

横断面取决于河型顺直微弯抛物/矩形;弯曲河道不对称三角形;分汊河道马鞍形“W”;游荡型河道不规则河谷宽广，底部深厚冲积层，分布广阔的河漫滩。

河漫滩常形成鬃岗地形。

常出现边滩、浅滩、江心滩、江心洲等堆积体。

常有矶头、山体等抗冲性强、依岸形成的节制河势变化的节点。

洪水无猛涨猛落。

洪水期水流漫滩，河面宽阔。

流量与水位变幅小。

中水历时长。

中枯水期水流限制在主河槽中流动。

顺直微弯型河道演变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。

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演变特点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浅滩洪淤枯冲，洪水期深槽比降大，泥沙被冲刷淤积到下一个浅滩深槽洪冲枯淤。

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、浅滩随之下移深泓线-河槽各横断面最大水深点的连线。

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。

弯曲河道河湾类型单式河湾，复式河湾；自由，深切，强制河湾；平面形态特征自然稳定河湾适应来水来沙条件和边界条件而自动调节形成的平面形态接近于正弦曲线的平滑曲线一系列正反相间的半圆弧直线过渡段。

纵剖面形态特征深泓线靠近凹岸，凸岸淤积泥沙形成边滩；凹岸深槽的水深和凸岸边滩的宽度，均随河弯曲率增大曲率半径减小而加大；深槽最深处在弯顶稍下游，浅滩最浅处在过渡段拐点稍下游；河湾沿程曲率半径的突变会造成河槽形态不规则性，产生深潭与沙洲。

汊道的横断面特性分流区和汇流区均呈中间部位凸起的马鞍形，分汊段则具有为江心洲分隔的复式断面；分流区和汇流区水位，支汊一侧要高于主汊一侧横向环流。

汊道的纵剖面特性总河宽增大，比降增大，水深减小，河床抬高，头部倒坡，出口跌落；分汊段比降要增大汊道的流量小于分汊前流量，但含沙量几乎不变，为避免淤积，分汊段的比降比分汊前要大，流速更快；汊道总河宽大于分汊前单一河段的河宽，而水深则减小。

汊道河道的演变过程洲滩的移动和分合；河岸的崩坍和支汊的弯曲化；汊道的兴衰和交替-上游水流动力轴线摆动造成。

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。

特点造床作用最大不是最大流量，因为其历时短；不是最小流量，因为其流量及动量小；是流量较大历时较长的某级流量。

计算方法有马卡维也夫法河床稳定性1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2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。

河相关系冲积平原河流在自由发展的过程中，总能找到一种与来水来沙相适应的河床形态，形成某种均衡形态；用以描述河流处于均衡形态时河床形态水深H、河宽B、比降J与来水来沙条件流量、含沙量、粒径等、河床边界条件冲积厚度、河床构成等之间关系的数学表达式。

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河湾水流动力轴线顶冲点随水期的变化规律低水傍岸，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。

河湾推移质推移质的横向输移随底流方向，凹岸→凸岸缓弯河段凹岸泥沙→淤积到下游同侧弯道凸岸同岸输移为主；陡弯河段凹岸泥沙→淤积到本河湾对面凸岸异岸输移为主。

推移质运动的成带性。

河道弯曲演变

（1）凹岸崩退和凸岸淤长凹冲凸淤a机理凹岸不饱和水流向河底攫取泥沙形成冲刷，并将泥沙带向凸岸，而凸岸饱和水流由河底折向水面时释放泥沙而形成淤积b过程不同的河湾形态，崩退过程不尽相同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。

锐湾枯水期走弯，主流紧贴凹岸，淘刷岸脚而崩塌；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。

（c）天然河湾凹冲凸淤的特点凹冲量凸淤量；冲淤引起横向摆动，但弯道断面形态不变。

影响崩岸的因素水流强度流量、历时、顶冲动力；河床抗冲强度沙层和粘土层的厚度。

水利枢纽对上游河道的主要影响

1、改变了河道原有自然形态-形成常年回水区和变动回水区两个区段常年回水区不再具有天然河流的演变特征，以淤积为主会导致库容减小、上游淹没、引航道淤积、水质污染等变动回水区洪水期淤积，枯水期冲刷，范围经常变动，水流泥沙运动复杂。

2、对港口航道的影响整体水位抬高，时冲时淤，水深变化大，主槽不明，流路不定，易淤港或淹港，特殊碍航“赶沙疙瘩”、“铁板沙”、“吊坎水河床变形预测方法⑴历史类推根据历史实际观测资料对河道历史演变过程进行分析，再根据现在的河床边界条件，定性预测河道以后的发展趋势⑵理论计算根据水流泥沙运动的基本理论和河床演变的基本原理，建立数学模型，依据一定的初始和边界条件，定量求解河道的冲淤变化过程⑶模型试验利用水流泥沙运动的相似理论和原理，制作实体物理模型来模拟原型的边界及动力条件，从而预测河道的发展河床演变分析根据河道历史演变过程推断其未来发展趋势，适用于来水来沙条件变化不大的河道在自然状态下的演变预测即天然河道的演变分析河床演变分析的四种方法是河床冲淤变化分析；来水来沙分析；河床边界条件；水流泥沙特性分析。

自然裁弯是在两个河湾之间的狭颈上进行的，自然裁弯对河势的影响比切滩要强得多牛轭湖凹冲凸淤使得弯道曲率不断增大，形成狭颈，此处距离短，比降大，洪水期易冲开形成新河，新河逐渐发展成为主汊，老河逐渐淤废成牛轭湖。

第六章河口区指河流与受水水体接合的地段。

分为支流河口，入湖河口，入库河口，入海河口，干旱三角洲。

潮汐河口的分段河流近口段，河流河口段，口外滨海段。

口外海滨段→河口口门→潮流界→潮区界。

河口区盐淡水混合的类型弱混合型又称高度成层型、盐水楔型径流强潮汐弱，盐淡水间存在明显分界面，形成盐水楔异重流，上层淡水流向下游，下层盐水潜入上游，交界面上的剪切力与含盐度梯度平衡。

缓混合型径流潮汐均较强，盐淡水发生掺混，水平和垂直方向均存在含盐度梯度，淡水主要从上层下泄，底部有盐水上溯，可能出现交错流。

强混合型潮汐强径流弱，盐淡水充分混合，垂向含盐量均匀，含盐度梯度主要表现于水平方向，不出现盐水楔和交错流。

河口区泥沙的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。

其他城市垃圾、工业废渣、海洋生物残骸等。

河口区近底泥沙的运动沙波河推移质运动；浮泥和淤泥。

拦门沙的形成条件边界条件主要体现为河口区的平