ch2 河道水流、泥沙特性

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1、第一章：河道水流、泥沙基本特性1.1紊流的形成与猝发紊动切应力一、紊动切应力概念由于涡漩混掺引起质点动量交换而产生脉动流速及相应紊动切应力，也称附加切应力。表达形式1：式中，ux’uy’是指空间某点瞬时ux’和uy’在某时段的时均值。ux=ux+ux’；uy=uy+uy’；式中，ux为瞬时值，ux为时均值，ux’为X方向的脉动流速紊动切应力表达形式2：影响εm的几个量在量测和确定上都存在不少困难，在实际计算中，通常由切应力和时均流速分布反推εm值。紊动切应力表达式在恒定二元均匀明流，水深为h，水力坡度为J，作用于底壁的切应力为：τ0=rhJ；根据理

2、论与实测资料分析得到紊流切应力沿水深按直线分布：τ=r(h-y)J=τ0(1-y/h)表达形式3：τ=ρl2(dux/dy)2普兰特根据动量传递原理或掺混长度理论得到。1.2、明渠水流的流速分布一、明渠水流流速分布一、明渠水流流速分布一、明渠水流流速分布一、明渠水流流速分布一、明渠水流流速分布上式为：三种壁面的统一对数流速公式，（式中，x为修正系数，其中糙壁x=1；光壁和过渡壁面x是ks和δ的函数。）κ卡门常数爱因斯坦公式8.5明渠水流的流速分布二、对数区流速分布上式为：三种壁面的统一对数流速公式，（式中，x为修正系数，其中糙壁x=1；光壁和过渡壁

3、面x是ks和δ的函数。）κ卡门常数爱因斯坦公式8.5天然河流的阻力分为定床阻力和动床阻力，清水阻力和挟沙水流阻力：河流是河道和水流两部分相互作用下的水流运动。河道由泥土、沙砾、卵石和顽石等组成，统称为泥沙。1、河道水流的两相性：水（连续介质）和沙（非连续介质的颗粒群体）。（1）重力、（2）惯性力、（3）阻力2、河道水流的三维性：河道断面不规则，顺直段很短，宽深比小，尤其是弯曲河流。3、河道水流的非恒定性：来水来沙随时间变化；河床处于不断的变化中。4、河道水流的非均匀性：5、不平衡输沙；§1.3河道水流基本特性河道水流的流型：河道水流的雷诺数一般都比

4、较大，其流型一般居于阻力平方区。河道水流的主流与副流：主流（又称正流、元生流）是水流沿着河槽总方向的流动。与主流相对应的有副流（又称次生流）。如环流次生流：在比较顺直的河段中，当流量随时间变化剧烈时，常常产生微弱的环流。分散流：河流涨水时，两岸水位低于断面中间水位，产生河底水流向两岸分散的两个环流，两岸淤积，中间冲刷。集合流：河流退水时，产生的向河底集聚的两个微弱环流，两岸冲刷，中间淤积。河湾水流：是河道中常见的水流现象，一种三元流动。实际是横向运动与纵向运动结合的螺旋流。不同情况下的环流结果河道水流的流速分布卡曼-普兰特尔（Th.von.Darm

5、an-L.Prandtl）对数流速分布公式对数及反三角函数流速分布指数公式几个概念简析粗糙高Ks：是天然壁面的当量粗糙高，它综合反映壁面粗糙程度、形式和分布等因素对水流的影响。不仅只反映槽壁的粗糙程度，同时还与粗糙的形式和分布状况有关。在河道和明渠中，粗糙程度、形式和分布都是不均匀的，也是随机的，Ks是反映这些因素的一个综合参数。通常采用实测的方法来确定Ks，即测出河槽的流速分布和U*，再用槽壁流速公式反推粗糙高。也有人用床沙情况来初估Ks，如对于均匀床沙，采用Ks=0.7d，d为床沙粒径；如对于非均匀床沙，采用Ks=d65，d65为床沙组成中出现

6、概率是65%的粒径；不同实验条件不同，仅供参考。8.5槽壁流速公式:几个概念简析摩阻流速U*：U*=摩阻流速U*反映了水流的紊动情况，广泛应用在泥沙研究中。U*与脉动强度的数值大小相当。τ0是起动拖曳力，即泥沙处于起动状态的床面剪切力。τ0=γhJ=ρU*2gRJ=τ0ρ常用计算的推导Ks和糙率n的计算：例：先测得河流水深h,再测水流垂线上两点流速，如：从水面测得U0.2h=u1;U0.8h=u2，由流速分布公式：u1=5.75U*lg(24h/Ks)u2=5.75U*lg(6h/Ks)lghKs=0.778u1/u2-1.381-u1/u2h,u

7、1,u2得KsKs多测几点流速，计算Ks和n值，以供校核，或取平均。离水面的距离；y1=h-0.2h=0.8h；y2=h-0.8h=0.2h；常用计算的推导Ks和糙率n的计算：例：先测得河流水深h,再测水流垂线上两点流速，如：测得U0.2h=u1;U0.8h=u2，由流速分布公式：c=18lg(12.27R/Ks)n=nR1/618lg12.27RKs将实测的lg(h/Ks)代入上式，令R=h=5.57u1/u2-5.27u1/u2-1c=(u1/u2-1)h1/65.57(u1/u2+0.95)n多测几点流速，计算Ks和n值，以供校核，或取平均。

8、UU*=cg作业或习题P16第一题；已知某河实测水深H=3.6米，三点法测得的流速分别为U0.2=1.82m/s,U0.6