第七章 明渠均勻流新

1、 本章主要介紹本章主要介紹1、渠道的幾何特性、渠道的幾何特性2、明渠均勻流的特性及形成條件、明渠均勻流的特性及形成條件3、明渠均勻流的水力計算問題、明渠均勻流的水力計算問題(一般和特殊一般和特殊)。第七章第七章 明渠均勻流明渠均勻流Steady Uniform Flow in Open Channels明渠概述明渠概述1 1、明渠：是人工渠道（、明渠：是人工渠道（The artificial channels）天然河道（）天然河道（natural streams）以及不滿流管道（以及不滿流管道（non-full pipes）統(tǒng)稱為明渠。統(tǒng)稱為明渠。 2 2、應用：灌溉引水、通航、筑壩、建閘、修

2、電站，上游形成水庫，壅水狀況、應用：灌溉引水、通航、筑壩、建閘、修電站，上游形成水庫，壅水狀況3 3、明渠水流特點：、明渠水流特點：1)1)明渠水流是無壓流，有自由表面；明渠水流是無壓流，有自由表面； 2 2）重力是流體流動的動力，為重力流（管流則是壓力流）；）重力是流體流動的動力，為重力流（管流則是壓力流）； 3 3）渠道坡度影響水流流速、水深。坡度增大，則流速增大，水深減）渠道坡度影響水流流速、水深。坡度增大，則流速增大，水深減??；小； 4 4）邊界突然變化時，影響范圍大。）邊界突然變化時，影響范圍大。4、明渠流的分類、明渠流的分類（Flow Classification） 1.底坡底坡

3、（ bottom slope） 底坡底坡i渠底高程沿水流方向單位距離的降落值，稱為底坡渠底高程沿水流方向單位距離的降落值，稱為底坡。 一、明渠的幾何特性一、明渠的幾何特性底坡的分類底坡的分類 正坡（正坡（positive slope） ： i0，渠底高程沿程降低稱為正坡。，渠底高程沿程降低稱為正坡。平坡（平坡（horizontal bed） ：i= 0，渠底高程沿程不變稱為平坡。，渠底高程沿程不變稱為平坡。 負坡（負坡（adverse slope）：）： i0，渠底高程沿程升高稱為負坡。，渠底高程沿程升高稱為負坡。 2、 明渠的橫斷面（明渠的橫斷面（Cross Section）：）： 垂直于渠

4、道中心線的鉛直面與渠底及渠壁的交線，構(gòu)成明垂直于渠道中心線的鉛直面與渠底及渠壁的交線，構(gòu)成明渠的橫斷面渠的橫斷面 。 3、 過水斷面（過水斷面（Cross Section）：）：由渠道的輪廓與水面輪廓構(gòu)成，并垂直于流向的斷面 。 過水斷面的幾何要素的幾何要素(以梯形為例)(1) b底寬(2) 邊坡系數(shù) m ,邊坡傾角的余切m=ctan 。m越大，邊坡越緩；m越小，邊坡越陡； m=0時是矩形斷面。m根據(jù)邊坡巖土性質(zhì)及設(shè)計范圍來選定。 (3)、水深：過水斷面上渠底最低點到水面的距離、水深：過水斷面上渠底最低點到水面的距離6coshhh 212)(mhbhmbhAR (4)導出量導出量 B水面寬 A

5、過水斷面面積 過水斷面濕周 R水力半徑212mhbhmhbA)( mhbB2 )(hAA4、棱柱形渠道與非棱柱形渠道、棱柱形渠道與非棱柱形渠道反之，非棱柱形渠道反之，非棱柱形渠道non-prismatic channel棱柱形渠道棱柱形渠道prismatic channel ：橫斷面形狀和尺寸沿水流方向不變，底坡為常數(shù)的長直橫斷面形狀和尺寸沿水流方向不變，底坡為常數(shù)的長直明渠。明渠。),(shAA 明渠均勻流的水力特性明渠均勻流的水力特性 1）斷面平均流速沿程不變。）斷面平均流速沿程不變。2）水深沿程不變，過水斷面的形狀和尺寸沿程不變）水深沿程不變，過水斷面的形狀和尺寸沿程不變3） 總水頭線、

6、測壓管水頭線和底坡三線互相平行總水頭線、測壓管水頭線和底坡三線互相平行 4)明渠均勻流中摩阻力與水流重力在流動方向的分力平衡明渠均勻流中摩阻力與水流重力在流動方向的分力平衡 二二 明渠均勻流的特性及其產(chǎn)生條件明渠均勻流的特性及其產(chǎn)生條件fFGsin _三、三、 明渠均勻流的水力計算明渠均勻流的水力計算iJ )8 . 7(,0000000iKiRACQiRCVhh)6 . 7(iKiRCAQiRCV計算公式計算公式(謝才公式謝才公式)三、三、 明渠均勻流的水力計算明渠均勻流的水力計算討論討論1）、糙率）、糙率n，（Q一定）a、糙率n取大， 設(shè)計尺寸偏大，土方量過大，浪費人力、物力),(0bhmi

7、nfQ nQ1 b、糙率n取小，土方量不足，需返工。2）、）、 底坡底坡i 由地形、地質(zhì)條件決定a、渠道底坡i大， 陡、流速大，挾沙，要防沖刷b 、渠道底坡i小， 緩、流速小，防淤積3) 、邊坡系數(shù)、邊坡系數(shù)m, 根據(jù)邊坡巖土性質(zhì)及設(shè)計范圍來選定。 m越大，邊坡越緩；m越小，邊坡越陡； m=0時是矩形斷面。明渠均勻流的水力計算的一般問題和計算方法明渠均勻流的水力計算的一般問題和計算方法以梯形為例以梯形為例1）校核已有渠道的過水能力）校核已有渠道的過水能力 （求流量（求流量Q ）2）設(shè)計新渠道確定渠道的斷面尺寸）設(shè)計新渠道確定渠道的斷面尺寸 : a、已、已知知Q、i、m 、 n 、 b，確定確定

8、h。 b 、已、已知知Q、i、m 、 n 、h。，。，確定確定b。),(0bhminfQ 三、三、 明渠均勻流的水力計算明渠均勻流的水力計算m1 . 1,0275. 0, 0 . 1m,5 . 1,0002. 0.170hnmbi道，有一梯形斷面棱柱形渠例。和流速求流量vQ200m86. 21 . 1) 1 . 10 . 15 . 1 ()(hmhbAm61. 4111 . 125 . 11220mhbm62. 061. 486. 2AR/sm58.3362. 00275. 0110.56161RnCs/m07. 10002. 062. 058.3386. 23RiACQm/s37. 086. 207. 1AQvs,/m16,0005. 0, 5 . 1m,10,02. 0.373Qimbn渠，一斷面為梯形灌溉用土例。求正常水深0hi設(shè)定值 計 算 值h 0 (m)A0(m2)0(m)R0(m)C0(m0.5/s）K(m3/s)Q(m3/s)1.01.31.211.515.5414.1613.614.6514.230.8451.060.98848.6950.4449.95148077040.02230.02230.022311.5318.0815.76i00mhhAb00minhbhbg最佳寬深比之比