河流动力学作业一

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1、《河流动力学》课程报告专题一：泥沙的特性一、概述泥沙运动的基本规律和河道的演变基本规律是河流动力学这一学科的主要部分。因此研究泥沙的特性，并对影响泥沙运动特性直接相关的因素进行概念定义、参数化和尺度化等工作，显得十分重要。以此为基础可以更有效集中的来分析其中的规律性。当然这其中也应该考虑到泥沙运动本身的复杂性，孤立因素的考虑必须与整体实际分析相结合，本部分概念的介绍以及相关参数的确定过程体现了这一理念。本部分主要涉及泥沙的粒径、密实重率、干容重和水力粗度这几个概念。二、主要知识要点1.泥沙粒径的确定方法、特征值及其意义泥沙的粒径是用以量度泥沙

2、颗粒的大小的。由于泥沙颗粒本身形状不规则，大小不等，所以需要用等容粒径（或球状粒径）来表示泥沙颗粒的大小。等容粒径即是容积与泥沙相等的球体的直径，可测出容积后用相关数学公式进行换算。不过测容积本身比较复杂，实际工作中常用筛分析法、比重法等来确定泥沙的粒径。并用粒配曲线来更清晰地表明泥沙各大小颗粒的组成情况，可以清楚地判断其粒配是否均匀。根据粒配曲线，可以采用粒径的某种特征值来表达沙样粒径的相对大小，常用的有两个，一个是中值粒径（粒配曲线中与纵坐标50%相应的粒径），一个是平均粒径（分组并加权平均计算的方法得出）。粒径大小是泥沙的一个重要特性。

3、粗粒泥沙没有粘粒，细沙则具有粘性，因此粒径不同会表现出不同的运动状态；较细的泥沙有较大的空隙率和较小的干容重，泥沙多半是棱角峥嵘的。应注意问题：（1）粒径分析应该细致进行，保证结果的精度，以建立可靠的粒径资料。（2）天然河道往往上有泥沙粗下游细，不能把泥沙的沿程磨损作为主要因素去解释这一现象，主要原因可归结到不同的水流情况。2.泥沙的密实重率、干容重以及影响干容重的因素泥沙的密实重率，是泥沙各个颗粒实有的重量与泥沙各个颗粒实有的体积的壁纸，一般说来变化不大，常取γs=2650kg/m3泥沙的干容重γ'是沙样烘干后的重量与原状沙样的整个体积（包

4、括泥沙颗粒实体和空隙）的比值。如水库淤积问题中正确估计淤积泥沙的干容重相当重要。影响淤积泥沙干容重的因素主要有两个。一个因素是泥沙的粒径，总趋势是粒径较大的淤积泥沙的干容重要大一些，变化范围要小一些；反之，粒径较小的淤积泥沙干容重小一些，变化范围大一些。另一个是淤积的深度，因为上层淤积泥沙会施加压力使下层泥沙发生压缩现象，因此淤积深度越大，干容重也越大。其他一些因素也会影响到，不过相比较而言比较次要。3.泥沙的水力粗度、下沉运动状态及水力粗度公式泥沙颗粒在水中下沉时随速度增大，下沉阻力也增大，终将使下沉速度达到某一极限值，这种泥沙颗粒在静水中

5、下沉时的极限速度叫做水力粗度ω，也叫做沉速。泥沙在静水中下沉时运动状态与雷诺数有关。雷诺数较小时（约小于0.5到0.6），泥沙颗粒基本上沿铅垂线下沉，附近的水几乎不发生紊乱现象；雷诺数较大时（约大于1000），泥沙颗粒脱离铅垂线以极大的紊动状态下沉，附近的水产生强烈的绕动和涡动，此时属于紊动状态；雷诺数介于二者之间时，泥沙的下沉出于过渡状态。泥沙的水力粗度与粒径大小和温度等因素有关，通过考察相关实验资料，并结合实测验证，可以提出水力粗度的表达公式。如冈恰罗夫公式、沙玉清公式、兹列罗夫公式、维利坎诺夫公式等，他们各自有其优越点，故参考时应结合实

6、际情况、经验参照、实测情况来进行使用。一、相关文献选读河海大学水利水电工程学院陈雄波、俞国青、唐洪武著的《河道水流泥沙运动基本理论研究进展》对泥沙运动基本理论研究的近期进展进行综述。并作了简要的评述：挟沙后的紊动强度变化,应考虑是推移质颗粒还是悬移质颗粒，并将固相和液相分开考虑；研究床面抗冲性时引入床面惯性，认为河床具有记忆作用。可用量化的指标来表示；从两相流能量方程出发推导挟沙力公式；光电高新技术引入流场测量；将混沌动力学、分形几何学、人工神经网络方法和熵原理用来研究水流泥沙运动等等。