河道水流結構

河道水流內部運動特徵及運動要素的時空分布。是河流動力學的主要研究內容之一。

基本介紹

• 中文名：河道水流結構
• 外文名：flow structure in river

內部結構

河道水流的內部結構是相當複雜的，除具有水質點脈動的紊流結構外，河水內部還具有局部水流環繞著一定的旋轉軸作往復運動的環流結構。河水內部的不同水層或水因，在重力，慣性離心力及地轉偏向力等的綜合作用下，呈螺旋狀下移，或呈漩渦狀運動，這種現象統稱為水內環流。

紊流的基本特徵

河道中的水流都是紊流。紊流的基本特徵是：流場中任一點的流速、壓力等運動要素隨時間作不規則的脈動，同時，水流具有擴散和摻混性質，能在水流內部傳遞動量、熱量和質量。紊流的這些特性是由於水流中充滿著大小不同的渦體，這些渦體既作上下、左心、前後運動，又作旋轉運動。尺度不同的渦體具有不同的特性：大尺度渦體脈動頻率低，各向異性，大小與水流形式及邊界尺寸有關，從時均流動取得能量，在摻混過程中極不穩定，易分解成次一級尺度的渦體；中等尺度的渦體脈動頻率居中，屬局部各向同性紊動範圍，大小與河床形態和尺寸無關，從大尺度渦體獲得能量，不斷傳遞給更小尺度的渦體，在運動過程中仍不穩定，繼續分解成小尺度渦體；小尺度渦體脈動頻率高，接近於各向同性，大小與水流尺寸無關，從中等渦體取得能量，通過黏滯作用變為熱能而消耗。對於大尺度渦體的形成尚有不同看法，近年來，美國一些學者提出了紊流猝發概念，認為渦體是由低速流體的崩解、擴散而產生的。河道邊界上的粗糙不平有利於紊動渦體的形成。

副流

河道中的水流結構與各種形式的副流緊密相連，最重要的副流是因流線的巧曲而形成的副流，如彎道環流，表層水流流向凹岸，底層水流流句凸岸，使水流呈螺旋式前進運動。順直河道也會產生副流，往往形成成對的、甚至若干對的環流，這些環流的成因至今仍無合理的解釋，可能與切應力沿斷而濕周不均勻分布有關。

除了彎道水流外，河流中還存在著許多其他複雜的副流運動，如河道的分汊和河岸的凹凸不平，因流向突然改變導致水位周期升降激起的水流旋轉運動；河彎下游水流產生的豎軸回流以及某些人工建築物引起的馬蹄形旋渦即所謂摩擦副流。另外，泥沙異重流以及溫差異重流也可視為一種副流。

其他

紊流對於泥沙起動、懸浮和輸移，從而對於河床沖淤演變起著決定性作用。各種形式的副流對於流速場，泥沙輸移和河床演變也有重要影響，如彎道環流是造成河彎特殊流速場、切力場，泥沙運動方向、強度以及河彎斷面形態的主要因素。