河流動(dòng)力學(xué)作業(yè)二

1、《河流動(dòng)力學(xué)河流動(dòng)力學(xué)》課程報(bào)告專題二：推移質(zhì)課程報(bào)告專題二：推移質(zhì)1概述概述沿河床床面滾動(dòng)、滑動(dòng)或跳躍前進(jìn)的泥沙稱為推移質(zhì)。推移質(zhì)主要有以下特點(diǎn)：運(yùn)動(dòng)具有間歇性，與靜止的床沙經(jīng)常發(fā)生交換，前進(jìn)速度遠(yuǎn)較水流速度小，屬于運(yùn)動(dòng)泥沙中的較粗部分，會(huì)引起河床表面形成起伏的沙坡。關(guān)于推移質(zhì)運(yùn)動(dòng)，主要分以下三個(gè)部分內(nèi)容討論：泥沙起動(dòng)、沙波運(yùn)動(dòng)以及推移質(zhì)輸沙率。2泥沙的起動(dòng)泥沙的起動(dòng)在一定泥沙組成的床面上，逐漸增加水流強(qiáng)度，直到使床面泥沙由靜止轉(zhuǎn)入運(yùn)

2、動(dòng)，這種現(xiàn)象即為泥沙的起動(dòng)。相應(yīng)的臨界水流條件稱為泥沙的起動(dòng)條件。表達(dá)起動(dòng)條件的形式一般有兩種：起動(dòng)流速或起動(dòng)拖拽力。就起動(dòng)條件而言，均勻沙和非均勻沙，散體和粘性泥沙，平底和斜坡均各具特點(diǎn)。由于起動(dòng)標(biāo)準(zhǔn)存在不確定性，加上天然河流非均勻床沙起動(dòng)的復(fù)雜性，作為河流泥沙動(dòng)力學(xué)中一個(gè)最基本概念——起動(dòng)條件，遠(yuǎn)未達(dá)到圓滿解決的程度。2.1泥沙起動(dòng)的物理機(jī)理泥沙起動(dòng)的物理機(jī)理2.1.1作用在泥沙顆粒上的力水流作用下，床沙受到兩類作用力：一類為促使泥

3、沙起動(dòng)的力如水流的推力和舉力，另一類為抗拒泥沙起動(dòng)的力如泥沙的重力及存在于細(xì)顆粒之間的粘結(jié)力。此外，河水與地下水互相補(bǔ)給時(shí)河床內(nèi)部出現(xiàn)滲流，床面泥沙還承受滲透壓力（一般情況下滲透壓力較小，不予考慮）。水流推力是水流繞過(guò)考察顆粒時(shí)出現(xiàn)的膚面摩擦及迎流面和背流面的壓力差所構(gòu)成，水流舉力則是水流繞流所帶來(lái)的顆粒頂部流速大壓力小、底部流速小壓力大造成的，它們分別可用公式表達(dá)。粘結(jié)力可分為原狀粘土的粘結(jié)力和新淤粘性細(xì)顆粒的粘結(jié)力兩類。影響前者大小

4、的因素較多，難以用數(shù)學(xué)關(guān)系簡(jiǎn)單表達(dá)，目前主要靠現(xiàn)場(chǎng)取樣測(cè)定。后者形成粘結(jié)力的原因無(wú)一致看法。一種看法認(rèn)為這種粘結(jié)力源于薄膜水僅能單向傳壓的特性，屬于一種附加壓力；另一種看法認(rèn)為這種粘結(jié)力主要來(lái)自范德華力。2.1.2泥沙起動(dòng)的隨機(jī)性：沙粒形狀及沙粒在群體中的位置都是隨機(jī)變量，床面不同部位的瞬時(shí)起動(dòng)底速或起動(dòng)拖拽力也為隨機(jī)變量。2.1.3泥沙起動(dòng)的判別標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)室廣泛采用一種定性標(biāo)準(zhǔn)，即大體相當(dāng)于克雷默所謂的“弱動(dòng)”定為起動(dòng)標(biāo)準(zhǔn)。弱動(dòng)被定義為

5、在床面這里或那里有屈指可數(shù)的細(xì)顆粒泥沙處于運(yùn)動(dòng)狀態(tài)（除弱動(dòng)外，還定義了中動(dòng)、普動(dòng)兩種運(yùn)動(dòng)強(qiáng)度）。亞林提出過(guò)相應(yīng)公式作為泥沙起動(dòng)判別標(biāo)準(zhǔn)，也有約定一定的推移質(zhì)輸沙率作為起動(dòng)臨界狀態(tài)。整理野外及室內(nèi)觀測(cè)資料時(shí)，還有其他不同的起動(dòng)條件確定法。2.2均勻沙的起動(dòng)條件均勻沙的起動(dòng)條件沖擊河流的沙質(zhì)河床，床沙粒配范圍較窄，主題部分粒徑差異小可近似視為均勻沙。狀沙波；新月形沙波；舌狀沙波。3.2沙波的的發(fā)展過(guò)程和形成機(jī)理沙波的的發(fā)展過(guò)程和形成機(jī)理沙波

6、有其產(chǎn)生、發(fā)展、消滅的過(guò)程，整個(gè)過(guò)程與水流的強(qiáng)度息息相關(guān)。沙波的形成機(jī)理迄今尚無(wú)定論，全面考察涉及以下兩方面問(wèn)題：一是床面出現(xiàn)初生沙波的機(jī)理；二是初生沙波進(jìn)一步發(fā)展的機(jī)理。3.3床面形態(tài)的判別標(biāo)準(zhǔn)、沙波尺度及其運(yùn)行速度（略床面形態(tài)的判別標(biāo)準(zhǔn)、沙波尺度及其運(yùn)行速度（略）3.4沙波運(yùn)動(dòng)隊(duì)河流的影響沙波運(yùn)動(dòng)隊(duì)河流的影響沙波運(yùn)動(dòng)對(duì)河流的影響很直接、很深刻。首先，沙波運(yùn)動(dòng)是推移質(zhì)運(yùn)動(dòng)的主要形式。可通過(guò)實(shí)測(cè)水溫?cái)嗝嫔巢ㄟ\(yùn)動(dòng)的有關(guān)要素來(lái)計(jì)算推移質(zhì)輸沙

7、率，以及根據(jù)沙波運(yùn)動(dòng)的規(guī)律推求推移質(zhì)輸沙率的計(jì)算公式。其次，沙波對(duì)糙率系數(shù)的影響是很大的。第三，它對(duì)河道演變有重要影響。4推移質(zhì)輸沙率推移質(zhì)輸沙率在一定的水流及床沙組成條件下，單位時(shí)間內(nèi)通過(guò)過(guò)水?dāng)嗝娴耐埔瀑|(zhì)輸了，成為推移質(zhì)輸沙率，習(xí)慣用單位kgs或ts。工程實(shí)踐中常用單寬推移質(zhì)輸沙率來(lái)表征推移質(zhì)輸移強(qiáng)度。推移質(zhì)輸沙率既表征水流實(shí)際挾運(yùn)的推移質(zhì)輸了，又反映水流挾運(yùn)推移質(zhì)的能力，在床沙組成規(guī)定的補(bǔ)給條件下二者通常彼此相等，即處于飽和狀態(tài)。4

8、.1推移質(zhì)概述推移質(zhì)概述推移質(zhì)的極限躍移高度是個(gè)不確定的問(wèn)題。推移質(zhì)通?？蓜澐譃闅⒅埔瀑|(zhì)與卵石推移質(zhì)兩種。推移質(zhì)運(yùn)動(dòng)的強(qiáng)弱與水流強(qiáng)度關(guān)系極大。對(duì)于一定的水流、斷面形態(tài)和床沙組成的河床說(shuō)來(lái)，推移質(zhì)運(yùn)動(dòng)在空間上僅出現(xiàn)在斷面的一定寬度內(nèi)，即存在所謂推移質(zhì)輸移帶。輸沙率在時(shí)間上以隨機(jī)變量形式出現(xiàn)，存在一定分布規(guī)律，通常說(shuō)的推移質(zhì)輸沙率指其數(shù)學(xué)期望值。推移質(zhì)問(wèn)題復(fù)雜，而且迄今缺乏精確地從天然河道中亮的推移質(zhì)輸沙率的工具和方式。理論上探求推移質(zhì)輸

9、沙率的途徑大致分為五類：以流速為主要參變數(shù)考慮問(wèn)題；以拖曳力為主要參變數(shù)考慮問(wèn)題；從統(tǒng)計(jì)法則考慮問(wèn)題以及按照沙波運(yùn)動(dòng)情況考慮問(wèn)題。4.2均勻推移質(zhì)輸沙率公式均勻推移質(zhì)輸沙率公式4.2.1以流速為主要參變數(shù)的推移質(zhì)輸沙率公式：認(rèn)為影響推移質(zhì)輸沙率強(qiáng)度的主要水力因素是水流流速，流速越大，推移質(zhì)輸沙率越大。有岡恰洛夫、沙莫夫等公式。這些公式中水流速度有細(xì)微變化，就會(huì)大大影響推移質(zhì)輸沙率。4.2.2以拖曳力為主要參變數(shù)的推移質(zhì)輸沙率公式：認(rèn)為拖