河流動力學概論緒論課件

習題要求掌握的內(nèi)容ce1、河流動力學的概念。2、河流動力學研究的主要內(nèi)容。第0章緒論第1頁/共24頁習題要求掌握的內(nèi)容ce1、河流動力學的概念。第0章緒論第1第0章緒論一、河流動力學概念二、研究意義及本課程作用三、課程性質(zhì)四、課程特點五、主要研究內(nèi)容六、本課程的主要學習內(nèi)容七、發(fā)展簡史八、研究方法第2頁/共24頁第0章緒論一、河流動力學概念第2頁/共24頁2河流：地面匯集徑流及地下徑流河流的分段：河源、上游、中游、下游、河口河流動力學第3頁/共24頁河流：地面匯集徑流及地下徑流河流動力學第3頁/共24頁30.2天然河流總是處在不斷變化和發(fā)展過程中河流的變化和發(fā)展是水流與河床相互作用的結(jié)果xe哲人說：一個人兩次不能踏入同一條河流；俗話說：三十河東，三十年河西(彎道、游蕩型河道)

；沖積河流彎道的發(fā)展規(guī)律。河流是水流與河床兩方面矛盾的統(tǒng)一體；泥沙運動是水流與河床相互作用的媒介(泥沙的角色)。河流動力學第4頁/共24頁0.2天然河流總是處在不斷變化和發(fā)展過程中xe哲人說：一個人45河流泥沙動力學河流動力學第5頁/共24頁5河流泥沙動力學河流動力學第5頁/共24頁一、河流動力學概念

河流動力學

——研究沖積河流在自然狀態(tài)下以及受人工建筑物影響以后河道水流、泥沙運動規(guī)律和河床演變規(guī)律及其應用的學科。即：關(guān)于河流運動發(fā)展的基本規(guī)律的系統(tǒng)知識。第6頁/共24頁一、河流動力學概念河流動力學第6頁/共24頁6二、研究意義第7頁/共24頁二、研究意義第7頁/共24頁78河流泥沙動力學有關(guān)的工程問題1、防洪問題洪水的泛濫成災多半與上游來沙過多并在河床上大量堆積有關(guān)：

河床日益抬高，行洪能力降低，一遇非常洪水就可能漫堤潰決

河深寬淺，主流遷徙無常，嚴重降低對洪水的抵御能力

特別是黃河下游，由于含沙量非常之大，導致“二級懸河”

和“小水大災”的出現(xiàn)，建國前的2500多年中，就決口泛濫1593次，較大的改道就有26次。平均不足2年就有一次第8頁/共24頁8河流泥沙動力學有關(guān)的工程問題1、防洪問題平均不足第8頁/共9河流泥沙動力學2、水庫泥沙淤積問題水庫蓄水同時攔蓄泥沙，減小庫容，影響水庫正常調(diào)度運用，降低興利效益；由于泥沙淤積，水庫末端上延，庫面不斷擴大，使得上游河谷、農(nóng)田受到淹沒和侵沒的影響；泥沙隨水流進入發(fā)電水輪機組，造成磨損，影響發(fā)電機壽命。

黃河三門峽水庫——1958年截流1960.9大壩基本建成1962.3泥沙淤積量達15億噸1964年淤積量已達44億噸，且淤積末端不斷向上游延伸

此后被迫放棄蓄水，將已安裝好的第一臺機組拆遷，進行改建，延長工期10年有關(guān)的工程問題第9頁/共24頁9河流泥沙動力學2、水庫泥沙淤積問題有關(guān)的工程問題第9頁/共10河流泥沙動力學3、水利樞紐下游的河床變形河道上游修建水利樞紐后，泄水將使下游河床發(fā)生兩種沖刷：

較短河床上的局部高強度沖刷，將直接危及樞紐本身的安全；

較長河段上的一般沖刷，將使河床和水位在較長距離內(nèi)降低，引起護岸工程和橋梁附近的基礎遭受破壞。

因此，在設計水利樞紐時，應充分認識和考慮到這種沖刷的危害。有關(guān)的工程問題第10頁/共24頁10河流泥沙動力學3、水利樞紐下游的河床變形有關(guān)的工程問題第xe河道兩岸大堤黃河屬游蕩型河流，如無護堤，后果無法設想水利工程庫區(qū)淤積、淹沒，壩下沖刷等均需進行河流動力學研究港口碼頭航道工程取水口跨河橋梁其它涉河工程有關(guān)的工程問題第11頁/共24頁xe河道兩岸大堤水利工程港口碼頭有關(guān)的工程問題第11頁/共21112

綜上，由于人們在利用河流興建各種水利工程引起了一系列問題，迫切需要對河流泥沙的運動規(guī)律及與之相關(guān)的河床演變規(guī)律進行研究。

認識河流的自身的發(fā)展變化規(guī)律最終目的是利用其為人類服務，或者引導其朝著有利于人類的方向發(fā)展，或者最小限度地降低因改變河流自然進程所帶來的負面效應，這是河流動力學學科的根本所在。第12頁/共24頁12綜上，由于人們在利用河流興建各種水利工程引起了一系列三、課程性質(zhì)《河流動力學》是水文專業(yè)的技術(shù)基礎課，也是該專業(yè)的研究方向之一。河流動力學廣泛應用水力學、水文學等學科的原理和方法處理問題。河流動力學是治河工程、灌溉排水工程、水力發(fā)電、航道及港口工程等學科的理論基礎之一。它與地理科學、環(huán)境科學有著密切的關(guān)系。水文專業(yè)是研究地球上水的運動規(guī)律及開發(fā)利用的專業(yè)。地表降水，產(chǎn)流，匯流必然產(chǎn)生地表的侵蝕、產(chǎn)沙和泥沙的輸移和堆積。對地表上的水和沙的研究常常相互關(guān)聯(lián)，特別是解決多沙河流的水文測驗、水文預報和水利計算等問題，更需要河流動力學的基本知識。第13頁/共24頁三、課程性質(zhì)《河流動力學》是水文專業(yè)的技術(shù)基礎課，也是該專業(yè)13四、課程特點概念性較強知識點相對分散經(jīng)驗公式多對于眾多經(jīng)驗和半經(jīng)驗公式，不要求背誦，在了解公式推導過程后，注意力放在弄清其物理概念，分析影響因素，注意其建立條件和適用范圍等方面，并通過一定的作業(yè)來幫助了解掌握課程內(nèi)容推導繁瑣圖表較多第14頁/共24頁四、課程特點概念性較強第14頁/共24頁14五、主要研究內(nèi)容河流動力學主要研究水流與河床的相互作用規(guī)律。泥沙運動在水流與河床交互作用中的這種紐帶作用，使得泥沙運動的基本規(guī)律的研究成為河流動力學中的核心問題。第15頁/共24頁五、主要研究內(nèi)容河流動力學主要研究水流與河床的相互作用規(guī)律。15五、主要研究內(nèi)容《河流動力學》主要研究內(nèi)容包括水流結(jié)構(gòu)：研究水流內(nèi)部運動特征及運動要素的空間分布；泥沙運動：研究泥沙沖刷、搬運和堆積的機理；河床演變：研究河流的河床形態(tài)、演變規(guī)律以及人為干擾引起的再造床過程；河床變形預測：研究預測水流、泥沙運動及河床沖淤演變的方法。第16頁/共24頁五、主要研究內(nèi)容《河流動力學》主要研究內(nèi)容包括第16頁/共216六、本課程的主要學習內(nèi)容第一部分河道水流

包括：河道水流的一般特性、河道水流的運動結(jié)構(gòu)。第二部分河流泥沙運動規(guī)律

包括：泥沙來源及組成、泥沙的幾何特性及重力特性,泥沙的運動形式、推移質(zhì)泥沙運動、懸移質(zhì)泥沙運動、水流挾沙力。第三部分河道演變規(guī)律

包括：河床演變的基本原理、分析方法，河相關(guān)系，不同河型的演變規(guī)律。第四部分主要工程泥沙問題研究（*）

包括：水庫泥沙問題、水利樞紐泥沙問題、引水工程泥沙問題、港口及航道泥沙問題。第17頁/共24頁六、本課程的主要學習內(nèi)容第一部分河道水流第17頁/共2417七、發(fā)展簡史15世紀意大利的達·芬奇首先采用觀測和試驗方法對河流水力學進行研究。16世紀中葉中國的潘季馴提出“筑堤束水，以水攻沙”的治河原則。1786年法國的P.杜布阿研究了泥沙起動、沙波形成、斷面穩(wěn)定、粗化作用和河流形態(tài)等問題。1879年法國的P.迪布瓦創(chuàng)立推移質(zhì)運動的拖曳力理論。1895年英國R.肯尼迪提出沖積回流的“均衡”理論。1931～1933年美國的M.P.奧布賴恩和蘇聯(lián)的B.M.馬卡韋耶夫分別將紊流的擴散理論引用到懸移質(zhì)運動。1938年ROUSE關(guān)于泥沙紊動擴散理論，標志了獨立學科的問世。1942年美國的H.A.愛因斯坦建立推移質(zhì)運動統(tǒng)計理論，以后又與懸移質(zhì)運動擴散理論結(jié)合形成了床沙質(zhì)挾沙力計算方法。20世紀40年代末至50年代初河流動力學逐漸發(fā)展成為一門獨立的學科。第18頁/共24頁七、發(fā)展簡史15世紀意大利的達·芬奇首先采用觀測和試驗方法對18研究發(fā)展趨勢展望河流動力學的研究，它應包含兩個方面的內(nèi)容：一、是在傳統(tǒng)理論張現(xiàn)代化量測技術(shù)的基礎上，對已有的研究成果進行系統(tǒng)的總結(jié)、歸納和提高，對一些假定和近似處理給出更嚴密的論證，對一些經(jīng)典的試驗成果重新進行檢驗。二、是開拓新的研究領(lǐng)域和研究方向，特別要注重與其它學科和最新的科學技術(shù)融會貫通。與地貌學交叉，形成河流動力地貌學與環(huán)境學科交叉，形成環(huán)境泥沙學與3S技術(shù)交叉，建立河流動力學信息系統(tǒng)與非線性數(shù)學（分維分形）交叉，研究河流的自組織機理與人工智能、人工神經(jīng)網(wǎng)絡交叉，研究流域的產(chǎn)流產(chǎn)沙海岸泥沙運動力學第19頁/共24頁研究發(fā)展趨勢第19頁/共24頁19八、研究方法和學習方法理論分析室內(nèi)試驗現(xiàn)場觀測數(shù)值計算第20頁/共24頁八、研究方法和學習方法理論分析第20頁/共24頁2021河流泥沙動力學的研究方法河道的演變過程涉及到的變量很多，而可以應用的力學和數(shù)學定律及條件卻不夠(泥沙問題無法用牛頓力學解決)，許多問題還不能進行精確的分析運算，常常需要依賴于室內(nèi)水槽試驗、實測資料歸納法、簡化假定法(如各種極值假定)

泥沙實驗研究第21頁/共24頁21河流泥沙動力學的研究方法河道的演變過程涉及到的變量很0.5河流動力學的學習方法xe理論與實踐相結(jié)合水力學、基礎力學、基礎物理……要善于根據(jù)現(xiàn)場觀察和實驗總結(jié)規(guī)律注意區(qū)分矛盾的主次及其主次方面主要影響因素是關(guān)鍵，次要影響因素可修正或忽略注意河流動力學的建立條件、實用范圍和量綱

分析第22頁/共24頁0.5河流動力學的學習方法xe理論與實踐相結(jié)合注意區(qū)分矛盾的2223教材《河流動力學概論》，清華大學出版社，2005.8參考書《河流泥沙動力學》，中國水利水電出版社，1998.5《泥沙運動力學》，科學出版社，2003.8《河流動力