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紊流的形成與猝發(fā)紊動切應(yīng)力一、紊動切應(yīng)力概念由于渦漩混摻引起質(zhì)點動量交換而產(chǎn)生脈動流速及相應(yīng)紊動切應(yīng)力，也稱附加切應(yīng)力。表達形式1：式中，ux’uy’是指空間某點瞬時ux’和uy’在某時段的時均值。ux=ux+ux’；uy=uy+uy’；式中，ux為瞬時值，ux為時均值，ux’為X方向的脈動流速紊動切應(yīng)力表達形式2：影響εm的幾個量在量測和確定上都存在不少困難，在實際計算中，通常由切應(yīng)力和時均流速分布反推εm值。紊動切應(yīng)力表達式在恒定二元均勻明流，水深為h，水力坡度為J，作用于底壁的切應(yīng)力為：τ0=rhJ；根據(jù)理論與實測資料分析得到紊流切應(yīng)力沿水

2、深按直線分布：τ=r(h-y)J=τ0(1-y/h)表達形式3：τ=ρl2(dux/dy)2普蘭特根據(jù)動量傳遞原理或摻混長度理論得到。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為：三種壁面的統(tǒng)一對數(shù)流速公式，（式中，x為修正系數(shù)，其中糙壁x=1；光壁和過渡壁面x是ks和δ的函數(shù)。）κ卡門常數(shù)愛因斯坦公式8.5明渠水流的流速分布二、對數(shù)區(qū)流速分布上式為：三種壁面的統(tǒng)一對數(shù)流速公式，（式中，x為修正系數(shù)，其中糙壁x=1；光壁和過渡壁面x是ks和δ的函數(shù)。）κ卡門常數(shù)愛因斯坦公式8.5天然河流的阻力分

3、為定床阻力和動床阻力，清水阻力和挾沙水流阻力：河流是河道和水流兩部分相互作用下的水流運動。河道由泥土、沙礫、卵石和頑石等組成，統(tǒng)稱為泥沙。1、河道水流的兩相性：水（連續(xù)介質(zhì)）和沙（非連續(xù)介質(zhì)的顆粒群體）。（1）重力、（2）慣性力、（3）阻力2、河道水流的三維性：河道斷面不規(guī)則，順直段很短，寬深比小，尤其是彎曲河流。3、河道水流的非恒定性：來水來沙隨時間變化；河床處于不斷的變化中。4、河道水流的非均勻性：5、不平衡輸沙；§1.3河道水流基本特性河道水流的流型：河道水流的雷諾數(shù)一般都比較大，其流型一般居于阻力平方區(qū)。河道水流的主流與副流：主流（又稱正流、元生流）是水流沿著河槽總方向的流

4、動。與主流相對應(yīng)的有副流（又稱次生流）。如環(huán)流次生流：在比較順直的河段中，當(dāng)流量隨時間變化劇烈時，常常產(chǎn)生微弱的環(huán)流。分散流：河流漲水時，兩岸水位低于斷面中間水位，產(chǎn)生河底水流向兩岸分散的兩個環(huán)流，兩岸淤積，中間沖刷。集合流：河流退水時，產(chǎn)生的向河底集聚的兩個微弱環(huán)流，兩岸沖刷，中間淤積。河灣水流：是河道中常見的水流現(xiàn)象，一種三元流動。實際是橫向運動與縱向運動結(jié)合的螺旋流。不同情況下的環(huán)流結(jié)果河道水流的流速分布卡曼-普蘭特爾（Th.von.Darman-L.Prandtl）對數(shù)流速分布公式對數(shù)及反三角函數(shù)流速分布指數(shù)公式幾個概念簡析粗糙高Ks：是天然壁面的當(dāng)量粗糙高，它綜合反映壁面

5、粗糙程度、形式和分布等因素對水流的影響。不僅只反映槽壁的粗糙程度，同時還與粗糙的形式和分布狀況有關(guān)。在河道和明渠中，粗糙程度、形式和分布都是不均勻的，也是隨機的，Ks是反映這些因素的一個綜合參數(shù)。通常采用實測的方法來確定Ks，即測出河槽的流速分布和U*，再用槽壁流速公式反推粗糙高。也有人用床沙情況來初估Ks，如對于均勻床沙，采用Ks=0.7d，d為床沙粒徑；如對于非均勻床沙，采用Ks=d65，d65為床沙組成中出現(xiàn)概率是65%的粒徑；不同實驗條件不同，僅供參考。8.5槽壁流速公式:幾個概念簡析摩阻流速U*：U*=摩阻流速U*反映了水流的紊動情況，廣泛應(yīng)用在泥沙研究中。U*與脈動強度

6、的數(shù)值大小相當(dāng)。τ0是起動拖曳力，即泥沙處于起動狀態(tài)的床面剪切力。τ0=γhJ=ρU*2gRJ=τ0ρ常用計算的推導(dǎo)Ks和糙率n的計算：例：先測得河流水深h,再測水流垂線上兩點流速，如：從水面測得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,u1,u2得KsKs多測幾點流速，計算Ks和n值，以供校核，或取平均。離水面的距離；y1=h-0.2h=0.8h；y2=h-0.8h=0.2h；常用計算的推導(dǎo)Ks和糙率n的計算：例：先測得河流水深h,再測水

7、流垂線上兩點流速，如：測得U0.2h=u1;U0.8h=u2，由流速分布公式：c=18lg(12.27R/Ks)n=nR1/618lg12.27RKs將實測的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多測幾點流速，計算Ks和n值，以供校核，或取平均。UU*=cg作業(yè)或習(xí)題P16第一題；已知某河實測水深H=3.6米，三點法測得的流速分別為U0.2=1.82m/s,U0.6