CH3：推移質(zhì)運(yùn)動(dòng)及動(dòng)床阻力

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1、近期三峽泥沙問(wèn)題2003年三峽蓄水以來(lái)，三峽工程的生態(tài)和環(huán)境影響一直是牽動(dòng)世界的敏感神經(jīng)，傳言、懷疑和揣測(cè)紛紛涌來(lái)，長(zhǎng)江下游城市天氣的異常、九江的地震等等都與之扯上了關(guān)系。最近的一次聯(lián)系則是長(zhǎng)江湖南、湖北段干堤的強(qiáng)烈崩岸，如岳陽(yáng)江段崩岸、洪山頭鎮(zhèn)的“天字一號(hào)”崩岸、長(zhǎng)江荊江段成崩岸重災(zāi)區(qū)。這些崩岸與三峽蓄水的關(guān)系如何？三峽蓄水提高到至１５６米后，三峽大壩何時(shí)再蓄水至１７５米的最終水位，將遵循泥沙運(yùn)動(dòng)規(guī)律，根據(jù)泥沙沖淤監(jiān)測(cè)情況來(lái)決定。隨著三峽大壩全線(xiàn)建成，大壩具備擋水能力，長(zhǎng)江挾帶的上游泥沙將被大壩攔截。隨之而來(lái)的擔(dān)憂(yōu)是泥沙淤積會(huì)不會(huì)使工

2、程運(yùn)行受影響？上游的重慶等地港口會(huì)不會(huì)淤?gòu)U？下游沖刷將達(dá)到什么程度？Ch3推移質(zhì)運(yùn)動(dòng)及動(dòng)床阻力§3.1泥沙起動(dòng)的形式§3.2泥沙的起動(dòng)§3.3沙波運(yùn)動(dòng)§3.4沖積河流的阻力§3.5推移質(zhì)輸沙率泥沙起動(dòng)判別標(biāo)準(zhǔn)無(wú)粘性均勻沙的起動(dòng)流速公式無(wú)粘性均勻沙的起動(dòng)拖曳力公式粘性泥沙的起動(dòng)流速公式沙波形態(tài)與運(yùn)動(dòng)狀態(tài)沙波的產(chǎn)生與消亡沙波的尺度與運(yùn)行速度床面阻力與河岸阻力劃分沙粒阻力與沙波阻力劃分動(dòng)床阻力的計(jì)算以垂線(xiàn)平均流速為主的公式以拖曳力為主的公式根據(jù)能量平衡建立的公式根據(jù)統(tǒng)計(jì)法則建立的公式各種公式比較與選擇§3.1泥沙起動(dòng)的形式泥沙起動(dòng)概念：一、泥

3、沙運(yùn)動(dòng)的形式３.床沙：(河床)1.懸移質(zhì)：(懸移區(qū))2.推移質(zhì)：(床面層)懸浮在水中運(yùn)動(dòng)，速度與水流速度基本相同的泥沙。在河底附近，以滾動(dòng)、滑動(dòng)、躍動(dòng)或?qū)右频刃问角斑M(jìn)，其速度小于水流速度的泥沙。河床上靜止的泥沙。分接觸質(zhì)、躍移質(zhì)、層移質(zhì)三種。§3.1泥沙起動(dòng)的形式推移質(zhì)沙運(yùn)動(dòng)的形式接觸質(zhì)：躍移質(zhì)：當(dāng)水流速度足以使河床的泥沙顆粒發(fā)生運(yùn)動(dòng)時(shí)，突出在床面上的顆粒，便以滑動(dòng)或滾動(dòng)的形式向前運(yùn)動(dòng)。這種泥沙在運(yùn)動(dòng)中始終保持著與床面接觸，稱(chēng)接觸質(zhì)。在河底附近，以跳躍形式前進(jìn)的泥沙。是推移質(zhì)的主要運(yùn)動(dòng)形式。當(dāng)水流速度超過(guò)一定范圍后，水流的作用不只限于河

4、床表面。河床表層以下的泥沙在水流拖曳力作用下，將成層移動(dòng)或滑動(dòng)，運(yùn)動(dòng)速度逐次遞減，稱(chēng)層移質(zhì)。推移質(zhì)床面層層移質(zhì)：Ch3推移質(zhì)運(yùn)動(dòng)概述推移質(zhì)泥沙在河床附近運(yùn)動(dòng),常與床面泥沙相互交換,時(shí)而由靜止轉(zhuǎn)為運(yùn)動(dòng),時(shí)而由運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)為靜止伴隨著推移質(zhì)運(yùn)動(dòng),床面還出現(xiàn)沙波.床面附近這種泥沙運(yùn)動(dòng)及相應(yīng)的床面形態(tài),影響著河床對(duì)水流運(yùn)動(dòng)的阻力,水流運(yùn)動(dòng)阻力的改變又反過(guò)來(lái)影響泥沙運(yùn)動(dòng)。研究推移質(zhì)運(yùn)動(dòng)，目的是建立推移質(zhì)輸沙率公式，推移質(zhì)輸沙率公式和泥沙運(yùn)動(dòng)的形式、泥沙起動(dòng)、沙波運(yùn)動(dòng)、河道阻力有關(guān)，本章將研究以上這些問(wèn)題?！?.1泥沙起動(dòng)的形式二、聯(lián)系與區(qū)別聯(lián)系：對(duì)同一

5、個(gè)泥沙組成來(lái)說(shuō)，在較弱的水流條件下，可以表現(xiàn)為推移質(zhì)；在較強(qiáng)的水流條件下，可以表現(xiàn)為懸移質(zhì)。二者無(wú)明顯分界線(xiàn)。推移質(zhì)運(yùn)動(dòng)和懸移質(zhì)運(yùn)動(dòng)間存在物理本質(zhì)的差別。運(yùn)動(dòng)規(guī)律不同：能量來(lái)源不同：對(duì)河床作用不同：區(qū)別：意義：推移質(zhì)運(yùn)動(dòng)與河床沖淤變化息息相關(guān)，因此意義重大?！?.２泥沙的起動(dòng)泥沙起動(dòng)條件：維持泥沙顆粒靜止?fàn)顟B(tài)的平衡條件遭到破壞，床面泥沙由靜止?fàn)顟B(tài)轉(zhuǎn)入運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的臨界水流條件。研究泥沙起動(dòng)的意義：如水庫(kù)下游泥沙運(yùn)動(dòng)泥沙起動(dòng)條件可以用流速、拖曳力或功率來(lái)表示。用垂線(xiàn)平均流速表示的，叫起動(dòng)流速；用拖曳力表示的，叫起動(dòng)拖曳力；用水流功率表示的叫起

6、動(dòng)功率。目前我國(guó)工程實(shí)踐中多采用起動(dòng)流速方式。泥沙起動(dòng)復(fù)雜性：與水流條件、沙粒性質(zhì)、泥沙組成等?！?.２泥沙的起動(dòng)一、無(wú)粘性均勻沙的起動(dòng)幾個(gè)概念的說(shuō)明：底U*反映了水流的紊動(dòng)情況，常用于泥沙研究。1、起動(dòng)拖曳力分析－希爾茲關(guān)系（曲線(xiàn)）§3.２泥沙的起動(dòng)1、無(wú)粘性均勻沙的起動(dòng)切力θc=Re*§3.２泥沙的起動(dòng)1、無(wú)粘性均勻沙的起動(dòng)切力θc§3.２泥沙的起動(dòng)1、無(wú)粘性均勻沙的起動(dòng)切力§3.２泥沙的起動(dòng)1、無(wú)粘性均勻沙的起動(dòng)切力θc§3.２泥沙的起動(dòng)1、無(wú)粘性均勻沙的起動(dòng)切力θc2、起動(dòng)流速D>0.2mm,各公式差別較大。§3.２泥沙的起動(dòng)二

7、、泥沙起動(dòng)的有關(guān)問(wèn)題：1、泥沙起動(dòng)的隨機(jī)現(xiàn)象？2、判別標(biāo)準(zhǔn)推移質(zhì)運(yùn)動(dòng)的四個(gè)階段（克雷默）？(1)無(wú)泥沙運(yùn)動(dòng)：床面全部靜止；(2)輕微泥沙運(yùn)動(dòng)：少數(shù)泥沙處于運(yùn)動(dòng)狀態(tài)；(3)中等強(qiáng)度泥沙運(yùn)動(dòng)：各處均有泥沙在運(yùn)動(dòng)；(4)普遍的泥沙運(yùn)動(dòng)：各種大小泥沙均運(yùn)動(dòng)，床面外形劇烈改變。3、泥沙的止動(dòng)和揚(yáng)動(dòng)§3.２泥沙的起動(dòng)算例解答：在已知ρ,ρ,d和υ的泥沙，問(wèn)此時(shí)比降為J，水深為h的河底，泥沙是否可以啟動(dòng)？θcθcΘc=3.3沙波運(yùn)動(dòng)沙波運(yùn)動(dòng)：泥沙顆粒在床面的集體運(yùn)動(dòng)。沙波：推移質(zhì)泥沙運(yùn)動(dòng)達(dá)到一定程度時(shí)，河床表面出現(xiàn)起伏不平但又比較規(guī)則的波狀起伏。對(duì)河

8、道水流結(jié)構(gòu)、河道阻力、泥沙運(yùn)動(dòng)和河床演變均有重要作用。迎水面背水面沙波的縱剖面圖λ帶狀沙波：波峰線(xiàn)基本平行并與流線(xiàn)垂直，或略顯斜交；斷續(xù)蛇曲狀沙波：波峰線(xiàn)不規(guī)則，時(shí)斷時(shí)續(xù)，大致與流線(xiàn)垂直；新月形沙波：波高與