如何计算淤积厚度和等容粒径？——水工学习题剖析

第一章

1.比重为2.65的石块重5kg，求其等容粒径。

2.一粒天然泥沙颗粒的主要成分为斜长石（比重为2.65），恰好能通过10号筛，求此颗粒的大致重量。（提示：颗粒的形状可近似认为是椭球体。）

3.用表1.8的级配数据，在对数正态概率纸上点绘颗粒分布频率累积曲线。由图上量出D84.1和D15.9的值，计算均方差和中值粒径。再由图上量出D50，与量图计算得到的Dmg进行比较。

4.在式（1-21）和式（1-22）的两套公式中任选其一，计算表1.8中的沙样级配的偏度和峰度。

5.一次洪水后，在一段长20km、宽1000m的河道中产生了3000万t的淤积。若淤积物为D50=0.1mm的沙，计算该河段的可能的平均淤积厚度。若淤积物为D50=0.005mm的粉沙，则该河段的平均淤积厚度是多少？

6.动床河工模型设计中的一个重要参数是沉速比尺λω=ωp/ωm，其中下标p表示原型沙的沉速，下标m表示模型沙的沉速。为了达到原型、模型淤积部位相似，常令λω=λV=（λh）1/2，其中λh是模型的垂直比尺。已知原型沙的容重是γs=2650kg/m3，原型沙的中值粒径是D50=0.03mm，原型中水温为20℃。模型的垂直比尺λh=40，模型中用容重为γs=1500kg/m3的电木粉末作为模型沙。试求：

（1）试验时水温控制在20℃，则模型沙的中值粒径D50应是多少？

（2）试验中的实际水温是5℃，此时仍按（1）算出的模型沙中值粒径D50进行试验，则试验中实际的沉速比尺λω是多少？

（3）试验时水温控制在20℃，但模型中悬沙浓度为100 kg/m3，此时试验中实际的沉速比尺λω是多少？

提示：沉速用层流区公式计算，粒径用D50代表，水的物理性质如下：

悬沙浓度较大时泥沙沉速修正式ω/ω0=（1—Sv）5。不考虑浓度对粘滞系数的影响。

7.粘性细颗粒悬液的含沙浓度为200kg/m3，试分别用沙玉清、钱宁—马惠民、周永洽、万兆惠—钱意颖公式计算其悬液粘度μr。

第二章

1.由式（2-10）和式（2-24）出发，推导下式

2.写出壁面定律在粘滞底层内和过渡区外的形式。对于水力光滑和床面属于完全粗糙的情况，分别解释为什么不可将y=0代入流速的对数型分布公式。如何确定完全粗糙情况下的理论床面？

3.根据涡粘性系数νt和混掺长度l的二维明渠实测结果，指出明渠的表面处与封闭管道中心线处的紊动结构有何不同。

4.非恒定条件下，明渠二维紊流床面切应力与恒定均匀条件下有何不同？推导下式，说明它成立的条件：

5.有两条顺直明渠，底坡分别为i=0和i＞0，用隔离体受力分析法，分别说明真实流体和理想流体在两条明渠中的运动状况。（提示：分析两种流体在两条渠道中能否形成均匀流动。）

6.如果坡面流动处于层流区，其Chezy公式的形式是什么？

7.某渠道断面为梯形，底宽5.0m，边坡l∶2，坡降J=0.008，边壁突起高度ks=0.05m。用Einstein的断面平均流速公式计算当过流流量为45m3/s时的水深。

第三章

1.论述床面形态的产生、发展和消亡过程及与水流条件的关系和对泥沙输移的影响。

2.作用于床面上的全部剪切力中只有一部分对沙波的形成（也即推移质的运动）直接起作用，这就是所谓的。A.沙波阻力B.沙粒阻力。

3.在宽2.4m的水槽中测得如下数据：

(www.xing528.com)

试运用图3.9至图3.12所示的判别准则给出其床面形态，并与实测结果对比。

4.已知宽浅型冲积河道，单宽流量q=2.21 m3/（s·m），比降为0.0003，D50=0.5mm，D35=0.3 mm，D65=0.9mm，用Einstein方法求其水深，并求此种情况下的糙率n和Darcy-Weisbach系数f各为多少？

5.梯形断面渠道，b=5m，J=0.0008，D50=0.5mm，D35=0.3 mm，D65=0.9mm，水的容重为γ=1000 kg/m3，泥沙的容重为γs=2650 kg/m3，水的动力粘滞系数为ν=10—6 m2/s。用Engelund方法求水深～流量关系曲线，要求包括双值区域。

6.论述冲积河流阻力单元的划分和计算方法及对输沙的作用。

第四章

1.床面泥沙颗粒的随机性和水流作用力的随机性各表现在哪些方面，如何完善地描述泥沙颗粒的起动？

2.论述冲刷坑中岩块起动与床面卵石起动的异同。

3.推导指数型的起动流速公式，设：U/u*=K（y/D）1/6。

4.已知一宽浅河道，D50=0.6 mm，h=3.5 m，求起动拖曳力和起动流速。

5.分析粘性细颗粒泥沙起动的影响因素。

第五章

1.假定岷江上游卵石推移质的输沙模数为100t/（km2·a），三峡工程控制流域面积106km2，推论：三峡卵石推移质来量为每年一亿吨，论述该推论是否合理？

2.分析床面卵石部分可动、部分不动的山溪河流中，代表粒径的选取对输沙率计算的影响。

3.论述各公式中，输沙强度参数与水流强度参数之间的关系及变化趋势。

4.已知：U=1.7m/s，h=3.0m，J=0.00077，D=0.51 mm，用各种公式求推移质输沙率。

第六章

1.论述悬移质扩散理论的基本假定及浓度垂线分布公式存在的主要问题。

2.有一宽浅河道，水深h=1.5 m，断面平均流速Ua=1.10 m/s，坡降J=0.0003，已知床沙中粒径为D50=0.6 mm，水温T=20℃，实测垂线含沙浓度为：

求：

1）理论悬浮指数Z和实测悬浮指数Z 1；

2）在河道岸边修一取水工程，要求取水口的最大含沙浓度小于2.0 kg/m3，求取水口的高度；

3）悬移质单宽输沙率（三种方法）；

4）总的单宽输沙率。

第七章

1.论挟沙水流的时均流速分布：对数分布和尾流函数分布的发展背景、适用范围、计算精度及影响因素。预测其研究前景。

2.论述泥沙运动与水流相干结构的关系：猝发机理，河流中大尺度涡旋

3.从能谱的角度分析床面颗粒受力的概率分布。

4.分析泥沙运动增加阻力的条件和细沙减阻的机理。