淮 海 工 学 院

14 - 15 学年 第 1 学期 河流动力学试卷(A开卷)

专业年级：港口航道与海岸工程12(1)

一、 名词解释（共5题，每题3分，共15分）

1.体积含沙量和重量含沙量

体积含沙量Sv：泥沙颗粒的体积/浑水总体积

质量含沙量Sw：泥沙所占重量/浑水总体积

2.泥沙粒径累积频率分布曲线

横坐标表示泥沙颗粒粒径大小，纵坐标表示小于某一粒径的泥沙质量（或颗粒数目）与泥沙总质量（或总的颗粒数目）的百分比

3.沙粒阻力

在水流作用于床面额全部切应力中，只有一部分直接作用在颗粒上，引发推移质的运动和床面形态的变化，这一部分叫做沙粒阻力。

4.河相关系

冲积河流的河床在水流与河床的长期作用下，常取得与所在水文、泥沙条件相适应的最适合的外形，表征这些外形的因素（如河宽、水深、曲率半径等）与水力、泥沙因素（如流量、比降、泥沙粒径等）之间常存在某种函数关系，这种关系称为河相关系。

5.潮流界

潮波和潮流上溯的过程中，既受到河床阻力的影响，又受到径流下泄的阻碍，潮汐的能量逐渐消耗。当潮波推进到达某一地点时，涨潮流速和径流下泄流速相抵消，潮水便停止倒灌，此处为潮流界。

二、 简答题（共5题，每题5分，共25分）

1． 河流的分类

河流分为：山区河流、平原河流、潮汐河流。平原河流根据形态、演变特征可分为：弯曲河道、分叉河道、顺直河道、游荡河道。

2．河口的分类，并说明钱塘江、黄河、黄浦江和长江分属何种河口？

潮汐河口的分类：一、按河口形态特征分类1）三角港河口2）三角洲河口。二、按河口区的动力和来沙特征分类1）强潮海相河口(钱塘江)2）弱潮陆相河口（黄河）3）湖源海相河口（黄浦江）4）陆海双向河口（长江）。三、按潮汐强弱分类1）感潮河口2）中潮河口3）弱潮河口

3．Shields数的含义及其物理意义。

为无量刚临界起动切应力，该值越大，泥沙的可动性愈强，因而它可以看作床沙运动状况的一个重要指标，决定了推移质运动的强度。

4．位于水平河床上的非粘性泥沙而言，促成泥沙起动的力有哪些？赖以抗拒的力有哪些？粘性颗粒起动时还需考虑粘结力，粘结力的影响因素？

促成泥沙起动的力有：上举力、推移力、脉动压力等，赖以抗拒的力有：重力、粘结力等

5. 阐述河床演变的基本原理

输沙的不平衡性。当上游来沙量大于本河段水流输沙能力时，本河段将发生淤积；当上游来沙量小于本河段水流输沙能力时，本河段将发生冲刷。

三、 论述题（共2题，每题10分，共20分）

1.叙述江苏沿海泥沙颗粒的类型，并阐述该种泥沙的特性。

1）细颗粒泥沙又称作粘性泥沙，其颗粒大小属于粘土或胶质范畴。

2)由于其比表面积较大，其界面化学效应极为突出。

3）水体化学条件的变化可导致细颗粒泥沙的絮凝或分散。细泥沙在输运、沉降和再悬浮过程中都会发生化学变化，其起因主要是组成细颗粒泥沙的粘土矿物表面带有电荷。

4）细颗粒泥沙具有双电层

5）细颗粒泥沙存在电动特性，即在固体泥沙表面和液相界面形成双电层后，在电场或力场的作用下，固体颗粒或液相相对于另一相作出相对位移时所表现出的电学特性、

6）双电层存在两种电位差，一为表面电位，二为电动电位

2.顺直(微弯)型、弯曲型、分汉型、游荡型四种河道的河床演变规律。

顺直型河道演变特点：1）浅滩与深槽交替发生冲淤；2）边滩和深槽同步顺流下移；3）河床周期性展宽和缩窄

游荡型河道演变特点：1）多年平均情况下，河床不断淤积抬高，形成“地上河”；2）汛期主槽冲刷，滩地淤积，非汛期则相反3）沙洲移动迅速，河道外形经常改变，冲淤变化幅度达；4）主槽经常摆动，摆动速度和幅度很大。

弯曲型河道演变特点：1）凹岸崩退和凸岸淤长2）河湾发展和河线蠕动3）裁弯取直和河湾消长；4）撇弯切滩。

分叉型河道演变特点：1）洲滩的移动和分合2）河岸的崩塌和弯曲3）汊道的交替兴衰

3.推导stokes公式（附必要的文字说明）。并阐述该公式适用的范围。

解：假定泥沙颗粒为球体，则泥沙在沉降时受到的水体阻力为：

泥沙水下重量

在匀速下沉时阻力FD与有效重力W相等.阻力系数，则层流区的球体沉降速度公式为：

四、 计算题（共4题，每题10分，共20分）

1. 比重为2.65的石块质量为5 kg，求其等容粒径。4分

解：因为,

故

2. 一次洪水后，在一段长20 km、宽1000 m的河道中产生的泥沙淤积以重量计共为3000万tf。试求：（1）设淤积物为粒径D50 = 0.2 mm的沙粒，干密度为1.20 t / m3，该河段的平均淤积厚度为多少？（2）若设淤积物为粒径D50 = 0.3 mm的粉沙，干密度为0.70 t / m3，则该河段的平均淤积厚度又是多少？（6分）

（1）

（2）

3.长江中游某河段实测平均水深h=25m，水力坡降J=0.8/10000，平均流速u=1.5m/s，床沙质平均粒径为D=0.25mm。黄河下游某河段的一组实测值则为：h=1.6m, J=2/10000, u=1.5m/s,D=0.05mm。

a) 求其床面剪切应力、Shields数、沙粒剪切雷诺数和Froude数。

b) 计算不同河流中一半水深处的动量交换系数值。

两条河流均为宽浅型，因此河流的床面剪切应力计算式中，水力半径R可用水深h代替。采用长江中游的数据，计算得到

长江

黄河

b)两条河流的摩阻流速分别为

长江中游：

黄河下游：

一半水深处长，对于黄河和长江分别有：

长江中游

黄河

4.已知无粘性颗粒相对密度为 2.65，粒径为D=10.0mm，1.0mm和0.1mm求1） 根据Shilds曲线，分别求其临界起动Shields数、临界起动切应力及剪切流速。(12分)

D=10mm时

=0.06

D=1.0mm时

=0.037

D=1.0mm时

=0.09

14-15-1河流动力学答案A