河流动力学概论绪论课件.pptx

1、习题要求掌握的内容ce1、河流动力学的概念。2、河流动力学研究的主要内容。第0章 绪论第1页/共24页第0章 绪论一、一、河流动力学概念河流动力学概念二、二、研究意义及本课程作用研究意义及本课程作用三、三、课程课程性质性质四、四、课程课程特点特点五、五、主要研究内容主要研究内容六、六、本课程的主要学习内容本课程的主要学习内容七、七、发展简史发展简史八、八、研究研究方法方法第2页/共24页河流：河流：地面汇集径流及地下径流地面汇集径流及地下径流河流的分段：河流的分段：河源、上游、中游、下游、河口河源、上游、中游、下游、河口河流动力学河流动力学第3页/共24页0.2u天然河流总是处在不断变化和发展

2、过程中天然河流总是处在不断变化和发展过程中u河流的变化和发展是水流与河床相互作用的结果河流的变化和发展是水流与河床相互作用的结果xe哲人说：一个人两次不能踏入同一条河流；俗话说：三十河东，三十年河西(弯道、游荡型河道)；冲积河流弯道的发展规律。河流是水流与河床两方面矛盾的统一体；河流是水流与河床两方面矛盾的统一体；泥沙运动是水流与河床相互作用的媒介泥沙运动是水流与河床相互作用的媒介(泥沙的角色泥沙的角色)。河流动力学河流动力学第4页/共24页5河流泥沙动力学河流动力学河流动力学第5页/共24页一、一、河流动力学概念河流动力学概念 河流动力学河流动力学 研究研究冲积河流冲积河流在自然状态下以及受

3、自然状态下以及受人工建筑物影响人工建筑物影响以后河道水流、泥沙河道水流、泥沙运运动规律动规律和河床演变规律及其应用的学科和河床演变规律及其应用的学科。即：关于河流运动发展的基本规律的系即：关于河流运动发展的基本规律的系统知识。统知识。第6页/共24页二、二、研究意义研究意义第7页/共24页8河流泥沙动力学有关的工程问题有关的工程问题1 1、防洪问题、防洪问题洪水的泛滥成灾多半与上游来沙过多并在河床上洪水的泛滥成灾多半与上游来沙过多并在河床上大量堆积有关：大量堆积有关：q河床日益抬高，行洪能力降低，一遇非常洪水就可能漫堤溃决河床日益抬高，行洪能力降低，一遇非常洪水就可能漫堤溃决q河深宽浅，主流迁

4、徙无常，严重降低对洪水的抵御能力河深宽浅，主流迁徙无常，严重降低对洪水的抵御能力特别是特别是黄河下游黄河下游，由于含沙量非常之大，导致由于含沙量非常之大，导致“二级悬河二级悬河”和和“小水大灾小水大灾”的出现的出现，建国前的建国前的25002500多年多年中，就决口泛滥中，就决口泛滥15931593次次，较大的改道就有较大的改道就有2626次次。平均不足平均不足2年就有一次年就有一次第8页/共24页9河流泥沙动力学2 2、水库泥沙淤积问题、水库泥沙淤积问题水库水库蓄水同时拦蓄泥沙，减小库容，影响水库正常调度运用，降低蓄水同时拦蓄泥沙，减小库容，影响水库正常调度运用，降低兴利效益；由于泥沙淤积，

5、水库末端上延，库面不断扩大，使得上游河谷、兴利效益；由于泥沙淤积，水库末端上延，库面不断扩大，使得上游河谷、农田受到淹没和侵没的影响；泥沙随水流进入发电水轮机组，造成磨损，农田受到淹没和侵没的影响；泥沙随水流进入发电水轮机组，造成磨损，影响发电机寿命。影响发电机寿命。黄河三门峡水库黄河三门峡水库19581958年截流年截流1960.91960.9大坝基本建成大坝基本建成1962.31962.3泥沙淤积量达泥沙淤积量达1515亿亿吨吨19641964年淤积量已达年淤积量已达4444亿亿吨，且淤积末端不断向上游延伸吨，且淤积末端不断向上游延伸此后被迫放弃蓄水，将已安装好的第一台机组拆迁，进行改建，

6、延此后被迫放弃蓄水，将已安装好的第一台机组拆迁，进行改建，延长工期长工期1010年年有关的工程问题有关的工程问题第9页/共24页10河流泥沙动力学3 3、水利枢纽下游的河床变形、水利枢纽下游的河床变形河道上游修建水利枢纽后，泄水将使下游河床发生两种冲河道上游修建水利枢纽后，泄水将使下游河床发生两种冲刷：刷：v较短河床上的较短河床上的局部高强度冲刷局部高强度冲刷，将直接危及枢纽本身的安全；将直接危及枢纽本身的安全；v较长河段上的较长河段上的一般冲刷一般冲刷，将使河床和水位在较长距离内降低，将使河床和水位在较长距离内降低，引起护岸工程和桥梁附近的基础遭受破坏。引起护岸工程和桥梁附近的基础遭受破坏。

7、因此，在设计水利枢纽时，应充分认识和考虑到这种冲因此，在设计水利枢纽时，应充分认识和考虑到这种冲刷的危害。刷的危害。有关的工程问题有关的工程问题第10页/共24页xeu河道两岸大堤河道两岸大堤黄河属游荡型河流，如无护堤，后果无法设想u水利工程水利工程库区淤积、淹没，坝下冲刷等均需进行河流动力学研究u港口码头港口码头u航道工程航道工程u取水口取水口u跨河桥梁跨河桥梁u其它涉河工程其它涉河工程有关的工程问题有关的工程问题第11页/共24页12综上，由于人们在利用河流兴建各种水利工程引综上，由于人们在利用河流兴建各种水利工程引起了一系列问题，迫切需要对河流泥沙的运动规律及起了一系列问题，迫切需要对河

8、流泥沙的运动规律及与之相关的河床演变规律进行研究。与之相关的河床演变规律进行研究。认识河流的自身的发展变化规律认识河流的自身的发展变化规律最终目的是最终目的是利用利用其为人类服务，或者引导其朝着有利于人类的方向其为人类服务，或者引导其朝着有利于人类的方向发展，或者最小限度地降低因改变河流自然进程所发展，或者最小限度地降低因改变河流自然进程所带来的负面效应，带来的负面效应，这是河流动力学学科的根本所在这是河流动力学学科的根本所在。第12页/共24页三、课程性质河流动力学是水文专业的技术基础课，也是该专河流动力学是水文专业的技术基础课，也是该专业的研究方向之一业的研究方向之一。河流河流动力学广泛应

9、用动力学广泛应用水力学水力学、水文学水文学等学科的原理和等学科的原理和方法处理问题。河流动力学是治河工程、灌溉排水工方法处理问题。河流动力学是治河工程、灌溉排水工程、水力发电、航道及港口工程等学科的理论基础之程、水力发电、航道及港口工程等学科的理论基础之一。它与地理科学、环境科学有着密切的关系一。它与地理科学、环境科学有着密切的关系。水文水文专业是研究地球上水的运动规律及开发利用的专专业是研究地球上水的运动规律及开发利用的专业。地表降水，产流，汇流必然产生地表的侵蚀、产业。地表降水，产流，汇流必然产生地表的侵蚀、产沙和泥沙的输移和堆积。对地表上的水和沙的研究常沙和泥沙的输移和堆积。对地表上的水

10、和沙的研究常常相互关联，特别是解决多沙河流的水文测验、水文常相互关联，特别是解决多沙河流的水文测验、水文预报和水利计算等问题，更需要河流动力学的基本知预报和水利计算等问题，更需要河流动力学的基本知识。识。第13页/共24页四、四、课程特点课程特点概念性较强知识点相对分散经验公式多对于众多经验和半经验公式，不要求背诵，在了解公式推导过程后，注意力放在弄清其物理概念，分析影响因素，注意其建立条件和适用范围等方面，并通过一定的作业来帮助了解掌握课程内容推导繁琐图表较多第14页/共24页五、主要研究内容河流动力学主要研究水流与河床的相互河流动力学主要研究水流与河床的相互作用规律。作用规律。泥沙运动在水

11、流与河床交互作用中的这泥沙运动在水流与河床交互作用中的这种纽带作用，使得泥沙运动的基本规律种纽带作用，使得泥沙运动的基本规律的研究成为河流动力学中的核心问题。的研究成为河流动力学中的核心问题。第15页/共24页五、主要研究内容河流动力学主要研究内容包括河流动力学主要研究内容包括水流结构：研究水流内部运动特征及运动水流结构：研究水流内部运动特征及运动要素的空间分布；要素的空间分布；泥沙运动泥沙运动：研究泥沙冲刷、搬运和堆积的：研究泥沙冲刷、搬运和堆积的机理；机理；河床演变河床演变：研究河流的河床形态、演变规：研究河流的河床形态、演变规律以及人为干扰引起的再造床过程；律以及人为干扰引起的再造床过程

12、；河床变形预测：研究预测水流、泥沙运动河床变形预测：研究预测水流、泥沙运动及河床冲淤演变的方法。及河床冲淤演变的方法。第16页/共24页六、本课程的主要学习内容本课程的主要学习内容第一部分第一部分 河道水流河道水流 包括：河道水流的一般特性、河道水流的运动结构。第二部分第二部分 河流泥沙运动规律河流泥沙运动规律 包括：泥沙来源及组成、泥沙的几何特性及重力特性,泥沙的运动形式、推移质泥沙运动、悬移质泥沙运动、水流挟沙力。第三部分第三部分 河道演变规律河道演变规律 包括：河床演变的基本原理、分析方法，河相关系，不同河型的演变规律。第四部分第四部分 主要工程泥沙问题研究（主要工程泥沙问题研究（*）包

13、括：水库泥沙问题、水利枢纽泥沙问题、引水工程泥沙问题、港口及航道泥沙问题。第17页/共24页七、发展简史15世纪意大利的达世纪意大利的达芬奇首先采用观测和试验方法对河流水力芬奇首先采用观测和试验方法对河流水力学进行研究。学进行研究。16世纪中叶中国的世纪中叶中国的潘季驯潘季驯提出提出“筑堤束水，以水攻沙筑堤束水，以水攻沙”的治河的治河原则。原则。1786年法国的年法国的P.杜布阿研究了泥沙起动、沙波形成、断面稳定、杜布阿研究了泥沙起动、沙波形成、断面稳定、粗化作用和河流形态等问题。粗化作用和河流形态等问题。1879年法国的年法国的P.迪布瓦创立推移质运动的拖曳力理论。迪布瓦创立推移质运动的拖曳

14、力理论。1895年英国年英国R.肯尼迪提出冲积回流的肯尼迪提出冲积回流的“均衡均衡”理论。理论。19311933年美国的年美国的M.P.奥布赖恩和苏联的奥布赖恩和苏联的B.M.马卡韦耶夫马卡韦耶夫分别将紊流的扩散理论引用到悬移质运动。分别将紊流的扩散理论引用到悬移质运动。1938年年ROUSE关于泥沙紊动扩散理论，标志了独立学科的问关于泥沙紊动扩散理论，标志了独立学科的问世。世。1942年美国的年美国的H.A.爱因斯坦建立爱因斯坦建立推移质推移质运动统计理论，以后运动统计理论，以后又与又与悬移质悬移质运动扩散理论结合形成了床沙质挟沙力计算方法。运动扩散理论结合形成了床沙质挟沙力计算方法。20世

15、纪世纪40年代末至年代末至50年代初河流动力学逐渐发展成为一门独年代初河流动力学逐渐发展成为一门独立的学科。立的学科。第18页/共24页研究发展趋势研究发展趋势展望河流动力学的研究，它应包含两个方面的内容：一、是在传统理论张现代化量测技术的基础上，对已有的一、是在传统理论张现代化量测技术的基础上，对已有的研究成果进行系统的总结、归纳和提高，对一些假定和近研究成果进行系统的总结、归纳和提高，对一些假定和近似处理给出更严密的论证，对一些经典的试验成果重新进似处理给出更严密的论证，对一些经典的试验成果重新进行检验。行检验。二、是开拓新的研究领域和研究方向，特别要注重与其它二、是开拓新的研究领域和研究

16、方向，特别要注重与其它学科和最新的科学技术融会贯通。学科和最新的科学技术融会贯通。与地貌学交叉，形成河流动力地貌学与环境学科交叉，形成环境泥沙学与3S技术交叉，建立河流动力学信息系统与非线性数学（分维分形）交叉，研究河流的自组织机理与人工智能、人工神经网络交叉，研究流域的产流产沙海岸泥沙运动力学第19页/共24页八、研究方法研究方法和学习方法和学习方法理论分析理论分析室内试验室内试验现场观测现场观测数值计算数值计算第20页/共24页21河流泥沙动力学的研究方法河流泥沙动力学的研究方法河道的演变过程涉及到的变量很多，而可以应用的力学和数河道的演变过程涉及到的变量很多，而可以应用的力学和数学定律及

17、条件却不够学定律及条件却不够(泥沙问题无法用牛顿力学解决泥沙问题无法用牛顿力学解决)，许多问题，许多问题还不能进行精确的分析运算，常常需要依赖于室内水槽试验、实还不能进行精确的分析运算，常常需要依赖于室内水槽试验、实测资料归纳法、简化假定法测资料归纳法、简化假定法(如各种极值假定如各种极值假定)泥沙实验研究泥沙实验研究第21页/共24页0.5河流动力学的学习方法xeu理论与实践相结合理论与实践相结合水力学、基础力学、基础物理要善于根据现场观察和实验总结规律u注意区分矛盾的主次及其主次方面注意区分矛盾的主次及其主次方面主要影响因素是关键，次要影响因素可修正或忽略u注意河流动力学的建立条件、实用范

18、围和量纲注意河流动力学的建立条件、实用范围和量纲 分析分析第22页/共24页23教材教材河流动力学概论，清华大学出版社，河流动力学概论，清华大学出版社，2005.8 参考书参考书河流泥沙动力学，中国水利水电出版社，河流泥沙动力学，中国水利水电出版社，1998.5 1998.5 泥沙运动力学，科学出版社，泥沙运动力学，科学出版社，2003.8 2003.8 河流动力学，武汉大学出版社，河流动力学，武汉大学出版社，2007.4 2007.4 河流动力学基础，中国水利水电出版社，河流动力学基础，中国水利水电出版社，2002.102002.10河流动力学，水利水电出版社，河流动力学，水利水电出版社，2010.6 第23页/共24页24教学及考核方式教学及考核方式课堂讲授课堂讲授考试成绩卷面成绩考试成绩卷面成绩70%70%平时成平时成绩（出勤情况作业完成情况）绩（出勤情况作业完成情况）30%30%河流泥沙动力学第24页/共24页