2、河流动力学基础原理与物理方程解析

河流动力学基础原理与物理方程解析

1. 基本概念

1.1 相关术语定义

“河流的（fluvial）”是一个通用术语，涵盖了由河流作用产生的一切事物，以及生活在河流中的生物，如河流形态、河流过程、河流沉积物和淡水生物等。“动力学（dynamics）”是物理科学的一个分支（也是力学的一个细分领域），主要研究运动物体以及影响其运动的物理因素，包括力、质量、动量和能量。而“运动学（kinematics）”则侧重于描述运动，不考虑运动产生的原因，主要涉及位置、速度和加速度。“河流动力学（fluvial dynamics）”通常用于描述水流、沉积物运动，以及冲积河道中水流与沉积物输移相互作用所形成的河床形态特征。

1.2 物理量

1.2.1 力

力是解释河流地貌过程所需的重要物理量之一，可大致定义为改变或倾向于改变物体运动状态的因素。力是矢量，具有大小和方向。在河流地貌学中，常使用力平衡关系来研究驱动力和阻力。力的定义公式为 (F = ma)，其中 (F) 是力，(m) 是物体质量，(a) 是加速度。在地球科学中，引力是基本力，地球表面的重力加速度约为 (9.81 m s^{-2})。力的度量单位是重量，标准单位是牛顿（或达因），1 牛顿是使 1 千克质量的物体获得 1 (m s^{-2}) 加速度所需的力。当力表示为单位面积上的力时，称为应力，单位为牛顿每平方米（(N m^{-2})）或帕斯卡（Pa），在河流研究中常用达因每平方厘米（(dyn cm^{-2})），1 达因等于 (10^{-5}) 牛顿。

1.2.2 功、能量和功率

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