如泥沙颗粒沿着床面滑动的，则起动临界状态下力的平衡方程式为：
，
如泥沙颗粒以滚动的形式起动，则起动临界状态下力的平衡方程式为：
沙莫夫：η=1.14，m=1/6，由此得：
3、二维、恒定、均匀泥沙扩散方程是什么？劳斯（Rouse）方程中悬浮指标Z如何计算？它所表达的含义是什么？
二维、恒定、均匀泥沙扩散方程：上代表重力作用（
）与紊动扩散作用（
，Z叫做“悬浮指标” 。c，它实质
）的对比关系。悬浮指标的数值愈大，表明
重力作用在与紊动扩散作用的对比中愈强，悬移质含沙量在垂线上的分布越不均匀。反之，悬浮指标愈小，则表明重力作用在与紊动扩散作用的对比中愈弱，悬移质含沙量在垂线上的分布越均匀。
4、什么是河床演变的基本原理？
河流内部矛盾的发展和外部条件的变化都可能使输沙平衡遭到破坏，从而使河床变形。同时河床又具有向平衡状态进行自我调整的能力，使得河床演变得以持续进行。这就是河床演变的基本原理。
四、计算题(每题14分，共14分)
1、某河流的平均水深为h=1.5m，断面平均流速为U=1.1m/s，水力坡降为J=3/10000，均匀床沙粒径为D=0.6m，试利用爱因斯坦公式计算推移质单宽输沙率、悬移质单宽输沙率和水流挟沙力。
泥沙密度2650kg/m3，泥沙沉速：泥沙的沙粒半径：
，
，
爱因斯坦推移质输沙率公式：，
爱因斯坦悬移质输沙率公式：解：
已知，I1=0.1, I2=-0.75。
床面剪切应力：剪切流速：
泥沙颗粒沉速，D=0.6mm，
悬浮指标：
故泥沙颗粒在作推移运动的同时也作悬浮运动。
爱因斯坦水流强度：
由
按爱因斯坦理论求其推移质单宽输沙率和悬移质输沙率：
2010年 秋季 学期
水环学院20081501《河流动力学》课程考试试卷(B卷)
答案
一、名词解释 (每小题4分，共32分)
1、 几何平均粒径——即粒径取对数后进行平均运算，最终求得的平均粒径值。 2、 泥沙干容重——沙样经过高温烘干后，其重量与原状沙样整个体积的比值。
3、 泥沙沉降速度——是指泥沙颗粒在静水中由于重力下沉达到等速运动以后的下沉速度。 4、 悬移质——泥沙悬浮在水中，基本上与水流以相同速度浮游前进的泥沙颗粒统称为悬移质。
5、 推移质单宽输沙率——即在一定水力、泥沙条件下，单位时间内通过过水断面单位宽度的推移质数量。
6、 水流挟沙力——是指在一定水流、泥沙及边界条件下，水流所能挟带的包括推移质和悬移质在内的全部沙量。
7、 河相关系——在河道均衡状态下，河道型态与来水来沙条件之间某种定量因果关系。 8、 造床流量——造床作用与多年流量过程的综合作用相当的某一种流量。 二、填空题（每空1分，共33分）： 1、河道水流普 遍具有较大的雷诺数，从工程观点来看，河道水流一般居于 阻力平方 区。 2、岩石风化的主要类型是：物理风化和化学风化 3、泥沙运动按输运方式可以分为：悬移质，推移质；按粒径、来源、造床作用可以分为：冲泻质和床沙质。
5、对于床面由均匀沙组成的情况，边壁粗糙尺度就等于D。
6、悬移质的主要运动特点是速度大、悬浮性、置换性、数量多、消耗紊动能。
7、泥沙起动的随机性是指：运动状态的随机性，初始位置的随机性和受作用力的随机性。 8、天然河流中床沙是否起动，一般不易观测。通常采用的办法是以输沙率为零对应的水流强度即为泥沙起动条件。
9、泥沙颗粒沿着床面滑动，则起动临界状态下力的平衡方程式为：FD=(W-FL)f.。 10、沙波的分类，按沙波的尺度大小可以分为：沙纹、沙垄和沙丘或者沙滩。 11、动床阻力计算主要有两种方法：水力半径分割法和能坡分割法。 12、泥沙悬浮机理的理论主要有两个：泥沙扩散理论和重力理论。
13、当泥沙悬浮指标小于0.01时，悬移质相对含沙量将接近于一条垂向直线，它起着区分床沙质与冲泻质的作用。 14、悬移质输沙率乘积法是求解得出断面平均含沙量和平均流速，然后两者之积乘以过水断面面积就是全断面的悬移质输沙率。
15、存在着两种河相关系：沿程河相关系和断面河相关系. 三、简答题(每题5分，共25分)
1、水流拖曳力与摩阻流速、底流速的关系如何？ 水流拖曳力是泥沙起动时床面临界剪切应力。
， ， ，
， ， ， ，
2、什么是级配曲线？给出中值粒径、算数平均粒径、几何平均粒径的定义或定义式？ 粒配曲线：表示天然沙颗粒组成的曲线，
上限粒径——在总沙样中占某重量百分数的泥沙的上限粒径。如D5,D10,D50等等。
D50——中值粒径，小于该粒径和大于该粒径的泥沙颗粒各占50%。
Dm——平均粒径，即各粒径组平均粒径的重量百分比的加权平均值。
3、何为动床阻力？它与定床阻力有何不同？
在天然冲程河流中，河床上会不断发生冲淤变化和沙坡消长，边岸可能发生冲刷，主流方向和主槽位置也不是固定不变的，无论是沿程阻力还是局部阻力都处于变化之中，因此，它的阻力与定床阻力不同，称之为动床阻力。其综合糙率系数将不再是一个常数。 4、什么是河床演变？影响河床演变有哪些主要因素？
河流内部矛盾的发展和外在条件的变化都可能使输沙平衡遭到破坏，从而使河床变形得以持续进行。这就是河床演变的基本原理。对实际工程有重要影响的泥沙输运问题一般其时间尺度都限于百年以内。从而流域内的气候、地形、植被、岩性可视为确定的自变量，河流沿程地质构造的升降运动可以忽略，侵蚀基准面（内陆湖泊水面，海平面）也可视为是稳定的，河道形态（包括：流量、输沙率、泥沙粒径、河谷比降、岸壁阻力等）是因变量，它是由其它自变量决定的。
5、试描述泥沙悬浮的紊动扩散理论
表达悬移质运动过程中的一条重要规律：悬移质在紊动水流中，既因承受重力作用而下沉，又因承受紊动扩散作用而上升。
基于泥沙颗粒在紊流中随机运动来求解泥沙浓度垂向分布，称为扩散理论。这一理论的基础是液体的紊动扩散理论，它是通过把泥沙或液体微团的运动与分子热运动相比拟而得出来的，其基本方法都是用梯度型扩散（如Fick扩散定律）来描述颗粒 随机运动的宏观结果。 紊动扩散理论可以简单概括为：如果某一物理量m在呈显紊动状态，可作为连续介质看待
的流体中分布不匀，具有沿任一方向n的浓度梯度，则这一物理量将通过紊动作用由高
浓度区向低浓度区扩散，其扩散强度为，此处为扩散系数，亦称传递系数。
四、计算题(每题10分，共10分)
1、某河流的平均水深为h=1.5m，断面平均流速为U=1.1m/s，水力坡降为J=3/10000，均匀床沙粒径为D=0.6m，试利用爱因斯坦公式计算推移质单宽输沙率、悬移质单宽输沙率和水流挟沙力。
泥沙密度2650kg/m3，泥沙沉速：泥沙的沙粒半径：
，
，
爱因斯坦推移质输沙率公式：，
爱因斯坦悬移质输沙率公式：解：
床面剪切应力：剪切流速：
泥沙颗粒沉速，D=0.6mm，
已知，I1=0.1, I2=-0.75。
悬浮指标：
故泥沙颗粒在作推移运动的同时也作悬浮运动。
爱因斯坦水流强度：
由
按爱因斯坦理论求其推移质单宽输沙率和悬移质输沙率：