CH河道水流泥沙特性

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.Darman-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

几个松概念译简析粗糙燃高Ks：是罢天然涂壁面品的当昆量粗额糙高尿，它概综合船反映壁面偏粗糙区程度、形式和分布等因贫素对朽水流数的影仰响。裙不仅锦只反拿映槽暗壁的粗糙烧程度，同有时还汤与粗假糙的形式和分布案状况有关樱。在铲河道歇和明面渠中咸，粗尊糙程添度、蛙形式韵和分智布都针是不智均匀增的，拉也是船随机译的，Ks是反渐映这烟些因规素的王一个带综合竭参数滴。通常倘采用轧实测毫的方颂法来肾确定Ks，即谢测出壁河槽阿的流胸速分应布和U*，再颂用槽蔽壁流密速公乳式反楚推粗桶糙高渔。也有眼人用桥床沙搞情况究来初寨估Ks，如话对于双均匀争床沙秧，采嘱用Ks景=0小.7泄d，d为床泥沙粒园径；茄如对垃于非们均匀躁床沙通，采魔用Ks溉=d65，d65为床逮沙组捷成中育出现喂概率怨是65差%的粒止径；扩不同高实验救条件跑不同尝，仅思供参进考。8.5槽壁归流速魂公式:几个央概念肤简析摩阻魂流速U*：U*=摩阻温流速U*反映碗了水扩流的转紊动杂情况叮，广充泛应练用在预泥沙粉研究税中。U*与脉泻动强拔度的黑数值窑大小英相当叠。τ0是起值动拖江曳力舅，即预泥沙拾处于狂起动役状态缠的床仁面剪恐切力见。τ0=γh予J=ρU*2gR便J=τ0ρ常用劈燕计算用的推穿导Ks和糙灭率n的计疼算：例：堂先测滑得河拣流水径深h,再测烦水流趋垂线浙上两重点流宝速，际如：祸从水富面测摘得U0.疮2h=u1;U0.撤8h=u2，由流野速分草布公河式：u1=5芒.7圈5U*lg倦(2凝4h咐/K袖s)u2=5顷.7靠5U*lg宵(6辰h/肃Ks务)lghKs=0.青77词8u1/u2-1相.3枣81-促u1/u2h,惠u1赶,u包2得K令sKs多测革几点磨流速许，计巧算Ks和n值，惠以供俊校核钱，或课取平睡均。离水括面的锻距离狭；y1=h轿-0期.2用h=汤0.德8h；y2=h皮-0捉.8肌h=厕0.隙2h；常用义计算境的推须导Ks和糙凑率n的计削算：例：网先测绕得河坑流水奏深h,再测待水流疮垂线疼上两进点流漠速，藏如：骆测得U0.合2h=u1;U0.刺8h=u2，由流竿速分然布公朵式：c=层18扁lg夏(1丈2.誉27胸R/抛Ks毯)n=nR1/糠618董lg12落.2膜7RKs将实然测的lg宅(h/K病s)代入体上式有，令R=含h=5.淡57燥u1/u2-5愧.2棕7u1/u2-1c=(u樱1/锁u2妄-1诊)h1/幸65.粒57群(u1/u2+0摩.9长5)n多测纷几点胳流速耻，计静算Ks和n值，薪以供犯校核燥，或辛取平小均。UU*=cg作业茅或习远题P1尼6第一霉题；咬已知御某河仇实测饥水深H=版3.船6米，钞三点秤法测质得的搁流速拳分别惨为U0.主2=1痕.8霞2m桥/s挽,偏U0.踢6=1忍.6身0m犬/s仪,荒U0.迎8=1破.5汗0m劫/s伴,试求顶河床退的粗狸糙高头度KS及曼赖宁糙字率n。U=1nR2/牙3J1/叉2曼宁鹅公式U*=gR少J;UU*=cg§1立.4河流砌泥沙拥的来第源与朗几何延特性一、退泥沙弹的来般源泥沙：指售所有券在流槽体中守运动销或受爱水流释、风敌力、段波浪刷、冰境川及锋重力旺作用拾移动青后沉济积下滋来的曾固体加颗粒卡碎屑累（钱棍宁、19钢83）。挣粒径输大小落可差嗓数十~数万驳倍。龄粒径捏大小松一般油变化坚在0.瘦00浸1~喉10播0.需0m斤m。主要来自灾岩石坟的风砍化，土壤杯侵蚀敬，火拖山喷迈发产车生的捎火山上灰、巩生物更骨骼坏、贝棋壳分葡解及烈人类是各种矛生产法活动讨的废魔弃物壶。河流势泥沙颂的来慢源可以纷分为晕两类铁：一叼类是警来自带流域锋降雨炉形成洞的地卷面径雨流对国地表拨的冲炒蚀，讨通常掉称为闷水土茎流失亭；另每一类鸣是从昏原河绑床沉离积层启冲刷兴起来雀的。广河流朴泥沙便在运仗动过哄程中麻与床颂沙相变互交究换，沃塑造魔了不卸断变崖化的控河床写形态辟。按导加致土涛壤侵蔽蚀的谊外营削力种旨类划灯分在我旧国引仿起土富壤侵验蚀的孟外营乘力种遮类主要有水舒力、奴风力蓬、重仰力、换水力蹦和重宿力的而综合谨作用印力、训温度(由冻崇融作晌用而携产生纽奉的作悼用力)作用毛力、跨冰川零作用亡力、落化学萍作用络力等水，因册此土评壤侵翁蚀类准型就历有水背力侵凤蚀、腹风力袍侵蚀包、重归力侵男蚀、雅冻融无侵蚀冤、冰肉川侵柏蚀、仁混合织侵蚀、化学扫侵蚀和生释物侵捞蚀等类型。水力侵蚀类型冰川侵蚀类型风力侵蚀类型冻融侵蚀类型重力侵蚀类型土壤侵蚀类型混合侵蚀类型化学侵蚀类型生物侵蚀类型水土皂流失（so岁il伐L策os膝s)包括哥水和因土的洲流失散两个劫方面宗。它愿与土溪壤侵盐蚀概诊念不冤同。您从侵颈蚀作友用餐力来茄看，咐为水节力侵颜蚀，绸水土玩流失蚂量是鼓指离显开某脾一范梯围的居地表岸物质咱总和欧，一出般土周壤侵抚蚀量地大于揉水土阻流失走量。土壤枯侵蚀络与产犬沙（se楼di痒me雪nt暮y膀ie辟ld岔)也是蚂两个索不同悟的概糊念，躬产沙游是指喂侵蚀颜的土赢壤量诵能够拢到达砌流域谦出口悄的泥松沙量童。因垦此，良产沙百小于欧侵蚀在量，存两者柱之间铜用泥宗沙输疯移比关表示裙。如坦以长瞧江上掘游宜迹昌，20世纪80年代赶平均拔侵蚀适量为15捞.7亿吨平，同放期宜怪昌站锄输出斜沙量5.张49亿吨流域诱地表北水土嘱流失眠的严片重程膏度是绳用侵套蚀模宣数M来表俱示的冷，它设表示妹流域池上每茅平方祥公里枝地面丢每年命冲蚀虽的泥乖沙量冤。黄蔬土高塔原的M大于10患00裹t/忍(k讯m2.a焰)。相层当于遭地面秋每年炕普遍恳被冲啊走0.捧6m愧m以上逆厚的挑土层深。陕恼北个白别地赴区M高达10撤00亩0t膜/(庆km2.a误)。我迹国南椅方流卫域M一般10尼0t为/(是km2.a竞)左右席。河流泊中泥猎沙的袄含量威随区遣域水唇土流倾失情竿况的县不同聚差异茶很大文。黄筋河干公支流皮河道懂实测子最大版含沙零量达映到15饥00遮kg打/m3，平据均为30那0k合g/纳m3，国谊内外六主要陵河流腾的含储沙量何见表客。土壤级侵蚀薄的危柳害表慌现为锯：（1）水拆资源毯和土晋壤资平源恶珠化。竖年流磁失耕帖地表该层土害壤1c云m，流治失的腐养分傍相当夏于40袜00万t的化揭肥量孟。（2）农嘱田、津耕地再水沙关为害绍。沟狼壑纵谢横切胸割造米成耕傅地大际面积览破坏他。（3）对观下游拨水系惭的危挥害。池河床由抬高送，防向洪能欠力下豆降，浓湖泊每面积露缩小汉，调殃蓄能绘力减盖小。（4）流拢域内滩水库示淤积功、库哗容减住少、傲水利钟设施乖效率握降低都。二、尿泥沙车颗粒双的大倾小——粒径1、等赚容粒推径：饮体积住相当拥的球匙体直奋径；泽粗颗针粒2、平较均粒喷径：懂算术毫平均终和几斤何平航均；2、筛衰分粒扛径：喝刚好史能通闪过筛哈孔的湾粒径弓；停滚留在D1，通显过D2的平仙均粒卫径；握细颗抚粒3、沉宪降粒附径：施粒径昌小于0.危1m笋m。<0坛.1访mm的细据沙泥沙清颗粒翁分类须：方扎法很怒多，晴结果脂有差栽别。三、济泥沙贡的群栽体特荷性三、沉泥沙纺的群慰体特敏性三、王泥沙莫的群予体特穗性§1泡.3泥沙著的重率力特痒性和秒浑水荡性质一、液泥沙剃的容趋重容重即：泥责沙颗刮粒的锯重量让与其仿实际神体积窗之比承，用类。雪与的泥沙魔的矿末物组名成决舰定。聪一般垂分为过胶体国分散盏矿物需、轻而矿物达和重屡矿物园。§1败.5泥沙继的重针力特椅性和来浑水责性质二、严泥沙域淤积山物干率容重（1）泥童沙淤游积物粉干容摩重（sp场ec狐if坦ic桃w炉ei香gh寺t)单位军体积抬的沙敢样干件燥后证的重挖量。凤也称圆干密救度打。萄由于革泥沙号颗粒烟存在裹孔隙剂，干高容重愚一般过小于叹个体练颗粒至的容朝重。榨在分摇析河垄床冲恒淤变轧化时牵，泥溜沙冲绘淤的旺重量绿必须扛通过朴泥沙每的干料容重茅换算猴为泥筹沙冲菜淤体蜓积。影响遣干容邀重的移主要宵因素门有粒债径组残成，泽淤积型历时禾，埋架藏的予深度陵和环萄境等割。（2）干缺容重打计算易方法（3）泥旦沙粒设径对适干容贞重的屡影响遥；（4）干傍容重瞒与淤凝积深下度和诉淤积肢历时搬关系廊；（5）泥沙怖的水帜下休胆止角部：静竟水中段的泥信沙由舱于摩阅擦力岗作用抓，堆极积成凭一定诵角度陈的稳知定倾鸽斜面串。（4）干俭容重欺与淤座积深跪度和表淤积叛历时今关系证；（5）泥沙饼的水答下休布止角稳：静肢水中细的泥总沙由档于摩驴