河流动力学

研究河道在自然状态下以及受人工建筑物控制以后在水流与河床相互作用的过程中运动发展的力学规律的科学

河流动力学是研究河道在自然状态下以及受人工建筑物控制以后在水流与河床相互作用的过程中运动发展的力学规律的科学。河流动力学所研究的基本矛盾是水流与河床之间的矛盾。

发展简史

在长期防治水害、兴修水利的生产实践中，古代对河流运动变化规律逐步有所认识。15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学进行研究。16世纪中叶中国的潘季驯提出“筑堤束水，以水攻沙”的治河原则。1786年法国的P.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。1879年法国的P.迪布瓦创立推移质运动的拖曳力理论。1895年英国R.肯尼迪提出冲积回流的“均衡”理论。1931～1933年美国的M.P.奥布赖恩和苏联的B.M.马卡韦耶夫分别将紊流的扩散理论引用到悬移质运动。1942年美国的H.A.爱因斯坦建立推移质运动统计理论，以后又与悬移质运动扩散理论结合形成了床沙质挟沙力计算方法。20世纪40年代末至50年代初河流动力学逐渐发展成为一门独立的学科。

研究内容

河流动力学主要研究水流与河床的相互作用规律。内容包括①水流结构：研究水流内部运动特征及运动要素的空间分布；②泥沙运动：研究泥沙冲刷、搬运和堆积的机理；③河床演变：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；④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。河流动力学广泛应用水力学、水文学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。

研究方法

河流动力学所要解决的问题十分复杂，研究中使用的方法主要有四种。①现场观测：在天然河流上对水流、泥沙运动和河床演变现象进行直接观察和测量；②室内试验：在试验室内对水流泥沙运动的基本规律进行试验研究或对具体河段进行实体模型试验；③理论分析：利用物理学、力学、统计学等学科的基本原理和方法对河道水流泥沙运动和河床演变过程进行理论分析，求出各种问题的理论解；④数值计算：用数值计算方法借助电子计算机求出水流泥沙运动和河床演变问题的近似解，满足工程实践的需要。

在经济建设中的作用

防止洪水灾害需要构筑堤防、保护河岸和整治河道，为此必须了解河流的特性。增加农业生产需要引水灌溉，防止引水口及灌溉渠道泥沙淤积是重要问题。发展航运事业需要整治航道和修建港口，必须掌握浅滩及港区河道演变规律。在河流上、中游兴建水库是水资源综合利用的有效方法。但在水库修建后，改变了河流来水、来沙条件和边界条件，从而引起河床剧烈的冲淤变化，不仅影响水库寿命和枢纽的工作条件，而且对上、下游一定范围内的河段都将产生深刻影响。预测和拟订减轻不利影响的措施是水库建设中的重大研究课题。此外，城市取水和排水，铁路和公路建设，水资源保护等也都与河流动力学研究有关。

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