? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?前言

1.河流動力學就是以力學及統(tǒng)計等方法研究河流在水流、泥沙和河床邊界三者共同作用下的變化規(guī)律的學科！主要內(nèi)容包括泥沙運動和河床演變！

2.河流動力學的研究方法有理論研究、試驗研究、原型觀測、數(shù)學模型。

??????????????????????第一章

1.P16等容粒徑公式。

2.粒徑大小分類、漂石、卵石、礫石、沙礫、粉粒、黏粒，

3.有效密度的表示方法(PS-P)/P

4.從自然界取得的原狀泥沙，經(jīng)過100到105度的溫度烘干后，其質量與原泥沙整體體積的比值稱為泥沙的干密度。相應重量的比值稱為干容重。

5.泥沙干密度主要受泥沙粒徑、淤積厚度、淤積歷時等因素的影響，注意圖p21，P22的圖

6.在靜水中的泥沙，由于顆粒之間的摩擦作用，可以堆積成一定角度的穩(wěn)定傾斜而不塌落，傾斜面與水平面的夾角稱為泥沙的水下停止角！

???????????????????????????第二章

1泥沙沉降速度是指單顆泥沙在足夠大的靜止請水中等速下沉時的速度，簡稱沉速。由于泥沙顆粒越粗，沉速越大，因此又被稱為水力粗度!

2雷諾數(shù)小于0.5為停滯性狀態(tài)，大于1000屬于紊動狀態(tài)，介于之間屬于過渡狀態(tài)。

3影響泥沙沉降速度因素有，顆粒形狀，邊壁條件，含沙濃度，紊動，絮凝等

4泥沙顆粒越細。其比表面積越大，當泥沙粒徑小于0.01毫米，顆粒表面的物理化學作用可使顆粒之間產(chǎn)生微觀結構，隨著這種顆粒泥沙的增加，相鄰的若干帶有吸附水膜的細顆粒便彼此連接在一起形成絮團，這種現(xiàn)象稱為絮凝現(xiàn)象。

???????????????????????????????第三章

注意資料計算題

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游蕩型河段演變規(guī)律：

形態(tài)特性，平面形態(tài)看，河身比較順直，往往寬窄相間，類視藕節(jié)狀，河段內(nèi)河床寬淺，洲攤密布，岔道交織。

水流特性：因河床寬淺，平均水深很小。水文特性表現(xiàn)為暴漲暴落，年內(nèi)流量變化大。

輸沙特性：含沙量大，而且同流量下含沙量變化很大，流量與含沙量關系不明顯。同意流量，因上站含沙量的不同，其輸沙率相差很大，出現(xiàn)多來多排，少來少排現(xiàn)象。

演變規(guī)律：沖淤變化，汛期主槽沖刷，灘地淤積。非汛期，主槽淤積，灘地坍塌。從長時間看，表現(xiàn)為主槽淤積抬高，而灘地持續(xù)抬高。平面變化上，主流擺動不定，主槽位置也擺動，擺幅相當大導致河勢變化劇烈！

第四章????床面形態(tài)與水流阻力

1、沙波作為河床表面推移質泥沙運動的主要外在表現(xiàn)形式，直接關系到河床的變形，決定河床的阻力。隨水流強度的不斷變化，沙波有其產(chǎn)生、發(fā)展和消亡的過程。

2、沙波的五個發(fā)展階段：沙紋→沙壟→過渡、動平整→沙浪→急灘與深潭

①沙紋：水流流過平整的河床床面，在水流達到一定強度后，部分沙粒開始運動，此后不久，少量沙粒聚集在床面的某些部位，形成小丘，徐徐向前移動加長，最后連接成為形狀及其規(guī)則的沙紋。沙紋尺度較小，主要是近壁層流層的不穩(wěn)定性所產(chǎn)生，與平均水深關系不大。隨著水流強度的增大，沙紋在平面上逐漸從順直過渡到彎曲、再過渡到對稱和不對稱的沙鱗。

②沙壟：隨著流速的增加，沙紋發(fā)展成沙壟，其尺寸與水深有密切關系。在平面外形上，在水流強度逐漸加大的過程中，沙壟將自順直發(fā)展到彎曲，成懸鏈和新月形。

③過渡、動平整：在沙壟發(fā)展到達一定高度以后，如果流速繼續(xù)增大，沙壟轉而趨于衰微，波長逐漸加大，波高逐漸減小，最后河床再一次恢復平整。

④沙浪：河床第二次恢復平整時，泥沙運動已達到相當大的強度。流速再次增大，接近或處于急流狀態(tài)時，床面再一次產(chǎn)生起伏的波浪。沙浪的運動方向有像沙紋及沙壟一樣，和水流運動方向一致的，但也有和水流運動方向相反的；前者為順行沙浪，后者為逆行沙浪。

⑤急灘與深潭：流速在增加時，床面的起伏使河流在外表上看起來像一條山區(qū)河流，急灘與深潭相間，急灘段水流屬于急流，深潭段水流屬于緩流，從急流過渡到緩流通過水躍，并且整個外形徐徐向上游移動。

3、希爾茲數(shù)=：反映水流促使床沙運動的力和床沙抗拒運動的力的比值。此參數(shù)越大，泥沙可動性越強，因而可以作為一個描述床沙由不動到動，由微動到大動的指標。

4、沙粒雷諾數(shù)Re：直接反映床沙高度與黏性底層厚度的比值，也可間接衡量水流促使床沙運動的力與黏滯力的比值。

5、弗汝德數(shù)：對于與水流重力波直接關聯(lián)的特種沙波具有決定性意義。

第五章????推移質輸沙率

1、推移質及推移質輸沙率：在河流床面附近以滾動、滑動、跳躍和層移等方式運動的泥沙稱為推移質。在一定水流及床沙組成條件下，單位時間通過過流斷面的推移質質量，稱為推移質輸沙率。

2、愛因斯坦推移質運動理論：

①任何沙粒被水流帶起的概率決定于泥沙的性質及水流在河床附近的流態(tài)，與沙粒過去的歷史無關。

②對于一定的沙粒，進入運動的概率，在床面各處相同。

③使泥沙起動的主要作用是上舉力。當瞬時上舉力大于沙粒在水中的重量時，床面沙粒就進入運動狀態(tài)。

④泥沙顆粒運動的單步距離約為沙粒直徑的100倍。

3、愛因斯坦主要觀點：①間歇性：認為推移質泥沙運動是從跳起→隨水流運動→重力作用下沉床面（停止或滾、滑）→再次跳起，這樣一個反反復復的過程；

②隨機性：間歇性的跳躍式運動主要與水流的脈動有關，同時由于水流的脈動流速具有隨機性，那么作用于泥沙顆粒上的瞬時作用力的大小也具有隨機性，因此不僅使得泥沙顆粒的起動具有隨機性，而且其跳躍高度和水平距離也具有隨機性。

③交換性：泥沙顆粒在作跳躍運動時是推移質泥沙，當它回落到床面停止運動時，就成了床沙，因而可以把這種運動方式看作是床沙與推移質的交換現(xiàn)象。

4、愛因斯坦對推移質運動的六點基本認識：

(1)河床表面的泥沙及運動的推移質組成一個不可分割的整體，它們之間存在著不交換。運動一靜止一再運動，說明了床面泥沙的全部歷史。沙粒在床面上停歇的時間愈久輸沙率愈小，推移質輸沙率的大小實質上決定于沙粒在床面上停留時間的長短。

(2)從泥沙運動的隨機性質出發(fā)，應該用統(tǒng)計學的觀點來討論大量泥沙顆粒在一定條件下的運動過程，而不是去研究某一顆或幾顆沙粒的運動。

(3)任何沙粒被水流帶起的概率，決定于泥沙的性質及其周圍床面附近的流態(tài)，與沙去的歷史無關。

(4)使泥沙運動的作用力主要是上舉力，當瞬時上舉力大于沙粒在水中的重量時，沙粒就進入運動狀態(tài)。一定的沙粒在床面各處的起動概率相同。

(5)沙粒在走完一段距離以后，就要進行一次選擇：究竟是繼續(xù)保持運動狀態(tài)，還是到河床上。這個距離稱為單步距離，其長短決定于沙粒的大小及形狀，與水流條件、床移及推移質輸沙率無關。對于具有一般球度的沙粒來說，單步距離約相當于粒徑的100倍 。

(6)沙粒在完成一個單步距離以后，只要當?shù)氐乃矔r水流條件不足以維持其繼續(xù)運動，就會在那里沉落下來。對于一定的沙粒，其在床面各處沉落的概率都是一樣的。

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第六章????懸移質運動和水流挾沙力

1、懸移質運動時均三維方程：

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方程中各項的物理意義：

方程左邊為含沙量變化率；

方程右側前三項為對流項，表示由水流時均流速引起的懸移質對流輸移；

方程右側第四項為由泥沙重力作用引起的含沙量變化，稱為沉降項；

方程右側后三項為擴散項，表示由水流紊動擴散作用引起的懸移質輸移。

2、摻長：渦體垂向運移過程中能夠保持原有流動特征的距離。

3、河床的自動調(diào)整作用：當來流含沙量大于臨界含沙量S*時，河床將發(fā)生淤積，其結果使得斷面平均流速U增加，水深h減小，水力半徑R減小，懸沙細化，因而沉速減小，其綜合作用使得S*增加，逐漸趨向于S，即朝不淤的方向發(fā)展。當來流含沙量小于S*時，河床即發(fā)生沖刷，其結果使得斷面平均流速U減小，水深h增加，水力半徑R增加，懸沙粗化，因而沉速增加，其綜合作用S*減小，逐漸趨向于S，即朝不沖的方向發(fā)展。

第七章

1、流域侵蝕是指在內(nèi)外力共同作用下，流域內(nèi)地表土層剝離、輸移的過程，從而導致流域自然環(huán)境的改變?nèi)绲匦纹鸱兓?、水土資源質與量的改變等。

2、流域侵蝕根據(jù)侵蝕動力分為水力侵蝕、風力侵蝕、重力侵蝕和人為侵蝕四種類型。水力侵蝕過程影響因子：降雨因子、地質地貌因子、土壤特性及組成、植被因子、土壤侵蝕的人為環(huán)境因素。

3、土壤侵蝕是指地表土壤及其母質在內(nèi)外營力共同作用下破壞、分離、搬運和沉積的過程。

4、水土保持即防止水土流失，保護、改良與合理利用水土資源，維護和提高土地生產(chǎn)力，以利于充分發(fā)揮水土資源的生態(tài)效益、經(jīng)濟效益、和社會效益，建立良好的生態(tài)環(huán)境。

第八章

1、書本120頁的圖8-1掌握。平原河流在平面上具有順直、彎曲、分汊、散亂等四種外形。

2、河床演變的根本原因是輸沙不平衡。

3、影響河床演變的主要因素：①：河道來水量及其變化過程；②河道來沙量、來沙組成及其變化過程；③河段的河谷比降；④河段的河床形態(tài)及地質情況。

4、能夠自由發(fā)展的平原沖積河流的河床，在水流的長期作用下，有可能形成與所在河段具體條件相適應的某種均衡的河床形態(tài)，這種均衡形態(tài)的有關因子（如水深、河寬、比降等）和表達來水來沙條件（如流量、含沙量、泥沙粒徑等）及河床地質條件（在平原沖積河流中其本身的部分甚至整體往往又是來水來沙的函數(shù)）的特征物理量之間，常存在某種函數(shù)關系，這種函數(shù)關系成為河相關系或均衡關系。

5、造床流量：是指其造床作用與多年流量過程的綜合造床作用相當?shù)哪骋环N流量，是一個較大但又并非最大的洪水流量。

6、確定造床流量的方法：①：馬卡維也夫法;②平灘水位法；③保證率法。（各方法具體內(nèi)容細節(jié)看書130頁，131頁的8-1是河相關系常用的經(jīng)驗公式）

第九章

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1、順直型河段是一種最簡單最基本的河段有其獨特的演變規(guī)律：

①形態(tài)特性:從平面看，這種河段的河身比較順直，河槽兩側分布有犬牙交錯的邊灘和深槽，上下深槽之間存在較短的過渡段，常稱淺灘。順直型河段深泓線縱剖面特性與蜿蜒型河段相似，沿程起伏相間，但變幅較小。順直型河段的河相系數(shù)變化范圍大，但對同一河流則變化較小。邊灘的大小與河道的尺度相關。大尺度的河道，其邊灘尺度也大，反之則小。

②水流特性：順直型河道由于存在深槽和淺灘，低水位時，淺灘段水深小，比降陡，而流速較大；河槽段則水深大，比降小，故流速較小。隨著流量的增加，淺灘和深槽的水流也隨之發(fā)生相應的變化。

③輸沙特性：從橫向分布看，邊灘推移質輸沙率遠大于深槽的；從縱向上看，邊灘中部的輸沙率大于灘頭和灘尾的，而深槽則相反，中部輸沙率小于深槽頭部和尾部的，這樣的輸移規(guī)律是與流速場相應的。

④演變規(guī)律：

順直型河段演變的最主要特征是相互交錯的邊灘向下游移動，與此相應，深槽和淺灘也同步向下游移動。至于流量變化對演變的影響，根據(jù)水流隨流量變化的特點，枯水期淺灘沖刷，深槽淤積，洪水期則淺灘淤積，深槽沖刷。順直型河段的演變，除體現(xiàn)在邊灘下移外，根據(jù)河岸土質情況，還可能呈現(xiàn)出周期性展寬現(xiàn)象。

2、蜿蜒型河段演變規(guī)律：

①形態(tài)特性：從平面上看，蜿蜒型河段是由一系列正反相間的彎道和介乎其間的過渡段銜接而成的。從橫斷面看，彎道段呈不對稱三角形，凹岸一側坡陡水深，凸岸一側坡緩水淺，過渡段基本上呈對稱的拋物線 或梯形。由彎道段至過渡段斷面形態(tài)沿程是逐漸變化的。從縱剖面看，其深泓線是沿程起伏相同的，彎道段高程較低，而過渡段則較高。

②水流特性：蜿蜒型河段的水流運動受離心慣性力的作用，凹岸一側的水位恒高于凸岸一側，這一力學現(xiàn)象決定了彎道水流結構的特點。

③輸沙特性：由環(huán)流橫向輸沙的基本圖形可知，由于上下部的輸沙率不等，橫向輸沙總是不平衡的。泥沙的橫向凈輸移量總是朝向環(huán)流下部所指的方向，亦即凸岸方向。洪水期彎道段的水流挾沙力大于過渡段的水流挾沙力，引起彎道段沖刷過渡段淤積，而枯水期則相反。

④演變規(guī)律：蜿蜒型河段的演變現(xiàn)象，按其緩急輕重程度，可分為兩種情況：

一種是經(jīng)常發(fā)生的一般演變，另一種是在特殊條件下發(fā)生的突變。

1）一般演變：

???平面變化：蜿蜒曲折的程度不斷加劇，河長增加，曲折系數(shù)加大。

???橫向變化：表現(xiàn)為凹岸崩退，凸岸淤長。

???縱向變化：彎道段洪水期沖刷而枯水期淤積，過渡段則相反。

2）突變：包括自然裁彎，撇彎和切灘等類型。

3、分汊型河段演變規(guī)律：

①形態(tài)特性：a橫斷面特性：分汊型河段的橫斷面，在分流區(qū)和匯流區(qū)均呈中間部位凸起的馬鞍形，分汊段則為江心洲分隔的復式斷面；b縱剖面特性：分汊型河段的縱剖面，從宏觀看，呈兩端低中間高的上凸形態(tài)，而幾個連續(xù)相間的單一段和分汊段，則呈起伏相間的形態(tài)，與蜿蜒型河段的過渡段和彎道段的縱剖面有相似之處；c從局部看，分流區(qū)至汊道入口，自分流點開始，兩側深泓線先為逆披而后轉為順坡，呈馬鞍狀；d汊道出口至匯流區(qū)，兩側的深泓線呈順披下降，支汊一側的縱按常陡于主汊一側的。就支汊一例進、出口兩個陡坡而言，出口的順披更陡于進口的逆坡。

②水流特性：分流區(qū)的分流點：高水下移，低水上提；分流區(qū)的水位，支汊一側總高于主汊一側；分流區(qū)的斷面平均流速沿程呈減小趨勢；斷面上的等速線有兩個高速區(qū)，靠主汊一側流速最大，靠支汊一側的流速次之，中間為低速區(qū)；分流區(qū)總是存在環(huán)流。匯流區(qū)的水位，支汊一側總是高于主汊；匯流區(qū)的斷面平均流速沿程增大，斷面上的等速線同樣也存在兩個高速區(qū)和中間低速區(qū)；匯流區(qū)也有環(huán)流，其變化和分布與分流區(qū)的類似。

③輸沙特性：分流區(qū)：左右兩側含沙量都較大，而中間較低，與等速線的分布相對應；

匯流區(qū)：左右兩側含沙量較小而中間較大，且底部的含沙量更大。

④演變規(guī)律：汊道分流比

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汊道分沙比：

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汊道的演變主要特點：主支汊的易位；洲頭洲尾的沖淤；汊道的橫向位移；汊內(nèi)的縱向沖淤等。

4、游蕩型河段演變規(guī)律：

形態(tài)特性，平面形態(tài)看，河身比較順直，往往寬窄相間，類視藕節(jié)狀，河段內(nèi)河床寬淺，洲攤密布，岔道交織。

水流特性：因河床寬淺，平均水深很小。水文特性表現(xiàn)為暴漲暴落，年內(nèi)流量變化大。

輸沙特性：含沙量大，而且同流量下含沙量變化很大，流量與含沙量關系不明顯。同意流量，因上站含沙量的不同，其輸沙率相差很大，出現(xiàn)多來多排，少來少排現(xiàn)象。

演變規(guī)律：沖淤變化，汛期主槽沖刷，灘地淤積。非汛期，主槽淤積，灘地坍塌。從長時間看，表現(xiàn)為主槽淤積抬高，而灘地持續(xù)抬高。平面變化上，主流擺動不定，主槽位置也擺動，擺幅相當大導致河勢變化劇烈！

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自然裁彎：蜿蜒型河段的發(fā)展由于某些原因（例如河岸土壤抗沖能力較差)，使同一岸兩個彎道的彎頂崩退，形成急劇河環(huán)和狹頸。狹頸的起止點相距很近，而水位差較大，如遇水流漫灘，在比降陡流速大的情況下便可將狹頸沖開，分泄一部分水流而形成新河。這一現(xiàn)象稱為自然裁彎。

撇彎：當河彎發(fā)展成曲率半徑很小的急彎后，遲到較大的洪水，水流彎曲半徑遠大于河彎曲率半徑，這時在主流帶與凹岸急彎之間產(chǎn)生回流。使原凹岸急彎淤積。這種突變稱為撇彎

切灘：河彎曲率半徑適中，而凸岸邊灘延展較寬且較低時，遇到較大的洪水，水流彎曲半徑大于河岸的曲率半徑較多，這時凸岸邊灘被水流切割而形成串溝，分泄一部分流量，這種突變稱為切灘

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第十章

1、懸移質泥沙測驗的主要內(nèi)容包括懸移質輸沙率測驗和懸移質顆粒分析。

2、懸移質含沙量測驗儀器可以分為兩類：一類是通過現(xiàn)場取得水樣，在進行水樣分析從而得到水中含沙量；另一類是通過渾水中泥沙含量的物理效應，在現(xiàn)場直接測定水中含沙量的儀器，如：光電測沙儀、同位素測沙儀、振動式測沙儀、超聲波測沙儀。

3、垂線含沙量的測定方法：選點法、積深法、垂線混合法。

4、懸移質水樣處理及各自的特點：

（1）焙干法：將濃縮水樣移入烘杯，放入烘箱內(nèi)烘干。根據(jù)沙量多少，用天平稱出杯沙總重，減去杯重即得干沙重。此法精確度高，可以用于低含沙量情況。

（2）過濾烘干法：將濃縮水樣用濾紙過濾后，連同濾紙一起烘干。稱出沙包總重量，減去濾紙重量即得干沙重。這種方法產(chǎn)生的誤差的環(huán)節(jié)較多，適用于含沙量較大的情況。

（3）置換法：置換法可省去過濾、烘干等工作，簡便快速。主要用于含沙量較大的情況。低含沙量時，所需水樣較多。

5、推移質泥沙測驗的方法：器測法（是利用推移質采樣器從河床上采集一定歷時內(nèi)推移質樣品來測定其輸沙率并作顆粒分析的方法）；坑測法（是在河床上設置測坑以采集推移質樣品來測定推移率或時段推移量）；體積法（水庫庫尾的泥沙淤積主要為推移質泥沙，可以定期進行測量庫尾地形或斷面，推算淤積物體積，反算長期推移量）；巖性調(diào)查法。

第十一章

1、定量估算河床變量的方法：數(shù)值模擬法、河工模型試驗。

2、相似理論的基本原理：凡在自然界中相似的屬于機械力學的物理范圍的物質系統(tǒng)，其外形必須幾何相似，系統(tǒng)中各運動過程的屬性必須相同，系統(tǒng)中表征運動現(xiàn)象的同類屬性的量必須具有同一比值。包括：幾何相似、運動相似、動力相似。

3、定床模型：模型水流為清水，河床在水流作用下不發(fā)生變形的模型。根據(jù)水平比尺和垂直比尺是否相同分為：正態(tài)定床模型、變態(tài)定床模型。

4、為了保證模型和原型水流能基本上為相同物理方程所描述，必須滿足：

（1）模型水流必須為紊流，要求模型雷諾數(shù)Rem>1000-2000；

（2）為了不使表面張力干擾模型的水流運動，要求模型水深hm>1.5em。

5、對變態(tài)模型，其水流內(nèi)部的動態(tài)和動力相似性將發(fā)生一定的偏離，只有在這種偏離對所研究的問題影響不大時，才能應用。

6、與定河床模型相比，動河床模型試驗的特點：（1）模型水流挾帶泥沙；（2）模型的河床河床邊界可動的。

7、推移質動床河工模型設計步驟（P：200頁）

8、所有模型都要進行驗證。

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