水力學(xué)第8章明渠非均勻流2015

1、 本章主要介紹本章主要介紹 明渠水流的流態(tài)及其判別明渠水流的流態(tài)及其判別 臨界底坡、緩坡和陡坡臨界底坡、緩坡和陡坡 明渠水流流態(tài)的轉(zhuǎn)換明渠水流流態(tài)的轉(zhuǎn)換 棱柱體明渠恒定非均勻漸變流的微分方程、水面曲棱柱體明渠恒定非均勻漸變流的微分方程、水面曲線形狀分析線形狀分析 明渠恒定非均勻漸變流水面曲線的計(jì)算明渠恒定非均勻漸變流水面曲線的計(jì)算第八章第八章 明渠非均勻流明渠非均勻流 Steady Non-uniform Flow in Open Channels8.1 8.1 明渠水流的流態(tài)及其判別明渠水流的流態(tài)及其判別 緩流緩流Subcritical Flow底坡平緩，流速較小，水勢(shì)底坡平緩，流速較小，水

2、勢(shì)平穩(wěn)，遇到障礙物時(shí)平穩(wěn)，遇到障礙物時(shí)水位水位 向上壅高向上壅高而在障礙物處而在障礙物處往下跌落的水流。往下跌落的水流。（1）.緩流緩流緩流、緩流、 臨界流臨界流 急流急流1、明渠水流的流態(tài)急流急流(Supercritical flow )當(dāng)?shù)灼露妇?，流速較大，水流當(dāng)?shù)灼露妇魉佥^大，水流湍急，遇到障礙物時(shí)一躍湍急，遇到障礙物時(shí)一躍 而過(guò)，而過(guò)，上游水面不受影響上游水面不受影響的水流的水流（1）.急流急流緩流急流 (1)(1)干擾微波波速的計(jì)算干擾微波波速的計(jì)算： 以一豎直平板在平底矩形棱柱體明渠中激起一個(gè)干擾微以一豎直平板在平底矩形棱柱體明渠中激起一個(gè)干擾微波。觀察者隨波前行。波。觀察者隨

3、波前行。 對(duì)上述的運(yùn)動(dòng)坐標(biāo)系水流作恒定非均勻流動(dòng)。不計(jì)摩擦對(duì)上述的運(yùn)動(dòng)坐標(biāo)系水流作恒定非均勻流動(dòng)。不計(jì)摩擦力對(duì)力對(duì)1-11-1和和2-22-2斷面建立連續(xù)性和能量方程。斷面建立連續(xù)性和能量方程。gvhhgchvhhhc22)(222212與2.2.明渠水流流態(tài)的判別明渠水流流態(tài)的判別從運(yùn)動(dòng)學(xué)角度分析從運(yùn)動(dòng)學(xué)角度分析 (1)(1)干擾微波波速的計(jì)算干擾微波波速的計(jì)算： gvhhgchvhhhc22)(222212222212)(22chhhghgchhhcv1hhhhhgc BAh 非矩形斷面非矩形斷面靜水中傳播的微波速度靜水中傳播的微波速度c c稱為稱為相對(duì)波速相對(duì)波速)/2()/1 (2)2

4、()(222hhhhhghhhhgcghc 矩形斷面矩形斷面/ghc 1(2)(2)干擾微波的傳播干擾微波的傳播當(dāng)當(dāng)v=v=0 0時(shí)，水流靜止，干擾波時(shí)，水流靜止，干擾波能向四周以一定的速度傳播。能向四周以一定的速度傳播。當(dāng)當(dāng)v vc c時(shí)，水流為緩流，干時(shí)，水流為緩流，干擾波能向上游傳播。擾波能向上游傳播。當(dāng)當(dāng)v=c時(shí)，水流為臨界流，干時(shí)，水流為臨界流，干擾波恰好不能向上游傳播。擾波恰好不能向上游傳播。當(dāng)當(dāng)vc 時(shí)，水流為急流，干時(shí)，水流為急流，干擾波完全不能向上游傳播。擾波完全不能向上游傳播。緩流vc急流判別急流緩流方法一判別急流緩流方法一 波速判別法波速判別法: : (3).(3).佛汝

5、德數(shù)佛汝德數(shù)Fr Fr (The Froude Number ) 流速與波速的比值稱為佛汝德數(shù)佛汝德數(shù)32/gABQgABvhgvcvFrhgvcvFr臨界流臨界流: :緩流緩流: :急流急流: :111FrchgVFrchgVFrchgV1hgvhgvFr222 tvmFdd慣性力223ddULTULtvm量綱式mgG 重力3mggL量綱式gLUgLULGF 2132221)( 佛汝德數(shù)的物理意義佛汝德數(shù)的物理意義： 過(guò)水?dāng)嗝鎲挝恢亓恳后w平均動(dòng)能過(guò)水?dāng)嗝鎲挝恢亓恳后w平均動(dòng)能 與平均勢(shì)能之比的二倍開(kāi)平方。與平均勢(shì)能之比的二倍開(kāi)平方。佛汝德數(shù)的力學(xué)意義佛汝德數(shù)的力學(xué)意義： 慣性力和重力之比慣性力

6、和重力之比判別急流緩流的方法二判別急流緩流的方法二 弗勞德（弗勞德（Froude)Froude)數(shù)判別法：數(shù)判別法：hgvFr 緩流1 rF臨界流1 rF急流1 rF例例8.1 8.1 已知某工程截流時(shí)合龍為矩形斷面，寬已知某工程截流時(shí)合龍為矩形斷面，寬B=80mB=80m，水深，水深h=2.5mh=2.5m，通過(guò)流量為通過(guò)流量為Q=1680m3/s.Q=1680m3/s.試判別龍口處流態(tài)，并計(jì)算流速和波速。試判別龍口處流態(tài)，并計(jì)算流速和波速。解：解： 170. 1)5 . 280(81. 98016803232gABQFr)(1cvFr急流急流 95. 45 . 281. 94 . 85 .

7、 2801680ghcBhQvm/s m/s 斷面單位能量斷面單位能量 gvgpzE22單位重量流體所具有的機(jī)械能單位重量流體所具有的機(jī)械能 22222svQEhhggA從能量的角度進(jìn)行分析從能量的角度進(jìn)行分析(1)斷面單位能量（斷面單位能量（cross-sectional unit energy） 8.2 8.2 斷面單位能量、臨界水深，臨界底坡斷面單位能量、臨界水深，臨界底坡2001.2svEzEzhg2.00;0;0sssdEdEdEdEdsdsdsds兩者區(qū)別兩者區(qū)別(1)斷面單位能量（斷面單位能量（cross-sectional unit energy） )(22222hEgAQhg

8、vhEss)()(22122hEhEgAQhEsss2222:00( )2ssQQhAEhEgA 一定(2)斷面單位能量與水深斷面單位能量與水深h的關(guān)系的關(guān)系 22212)(gAQhEhEss2222( )02ssQQhAEhEgA 一定：(Q一定)hEhEss21繪出曲線繪出曲線繪出疊加曲線繪出疊加曲線hEs(2)斷面單位能量與水深斷面單位能量與水深h的關(guān)系的關(guān)系 )()(22122hEhEgAQhEsss(Q一定)（3）、斷面單位流量判別流態(tài)）、斷面單位流量判別流態(tài)22222svQEhhggA由：2223()1222sdEdQQdAhdhdhgAgA dh 223221111sdEQvBB

9、dhgAgAvFrgh 201sdEFrdh急流，下半支201sdEFrdh緩流，上半支20 1sdEFrdh臨界流hEs22311sdEQBFrdhgA （3）、斷面單位流量判別流態(tài)）、斷面單位流量判別流態(tài)判別急流緩流的方法三判別急流緩流的方法三 斷面單位能量斷面單位能量判別法：判別法：緩流0dhdEs臨界流0dhdEs急流0dhdEs hEs，下半支，下半支急流急流chh ，上上半半支支緩緩流流chh 臨臨界界流流chh csshhEEmin臨界水深：斷面單位能量最小值對(duì)應(yīng)的水深為臨界水深臨界水深：斷面單位能量最小值對(duì)應(yīng)的水深為臨界水深hchc（4）臨界水深及其計(jì)算）臨界水深及其計(jì)算用臨界

10、水深判別流態(tài)用臨界水深判別流態(tài)為急流,chh 為臨界流,chh 判別急流緩流方法四判別急流緩流方法四-臨界水深判別法臨界水深判別法:為緩流,chh 101010scscscdEvcFrhhdhdEvcFrhhdhdEvcFrhhdh明渠流態(tài)判別的四種方法緩流：臨界流：急流：臨臨界界流流,0mincssshhEEdhdE臨界水深的計(jì)算臨界水深的計(jì)算（4）臨界水深及其計(jì)算）臨界水深及其計(jì)算22311sdEQBFrdhgA 0132cccsBgAQdhdEcccBgAQ32132cccAQBg臨界流方程臨界流方程( ,chf Qn i斷面的形狀與尺寸）,與無(wú)關(guān),cccbhAbB矩形斷面臨界水深的計(jì)算

11、矩形斷面臨界水深的計(jì)算1122332()()cQqhgbg32cccAQBg1任意斷面臨界水深的計(jì)算任意斷面臨界水深的計(jì)算2試算法試算法梯形斷面臨界水深的計(jì)算梯形斷面臨界水深的計(jì)算3試算法試算法（4）臨界水深及其計(jì)算）臨界水深及其計(jì)算為單寬流量bQq 臨界底坡臨界底坡 在斷面形狀、尺寸和糙率沿程不變的棱柱形明渠中，當(dāng)流量在斷面形狀、尺寸和糙率沿程不變的棱柱形明渠中，當(dāng)流量一定時(shí)，渠中正常水深與明渠底坡的大小有關(guān)。一定時(shí)，渠中正常水深與明渠底坡的大小有關(guān)。i0000,ccccchhAA CC RR ii時(shí)，ccc cQA CR i32ccAQgB2ccccgiCB2ccgiC0hochcicii

12、 cii （5 5）、臨界底坡、緩坡）、臨界底坡、緩坡 、陡坡、陡坡 陡陡坡坡臨臨界界坡坡緩緩坡坡ccciiiiiiA0H0SCMP0負(fù)負(fù)坡坡平平坡坡陡陡坡坡臨臨界界坡坡緩緩坡坡正正坡坡五五種種底底坡坡iiiiiiiiiccc（5 5）、臨界底坡、緩坡）、臨界底坡、緩坡 、陡坡、陡坡 當(dāng)正常水深等于臨界水深時(shí)，其相應(yīng)底坡稱為臨界底坡當(dāng)正常水深等于臨界水深時(shí)，其相應(yīng)底坡稱為臨界底坡 000cccccciihhiihhiihh均勻緩流臨界均勻流均勻急流正常水深和臨界水深的關(guān)系正常水深和臨界水深的關(guān)系（5 5） 臨界底坡、緩坡臨界底坡、緩坡 、陡坡、陡坡 32cccAQBgcccciRCAQ 由由：

13、2ccccgiCB聯(lián)立求得：臨界底坡的計(jì)算臨界底坡的計(jì)算2ccccgBiC寬淺渠： 101010scscscdEvcFrhhdhdEvcFrhhdhdEvcFrhhdh明渠流態(tài)判別的四種方法緩流：臨界流：急流：明渠均勻流的水力計(jì)算明渠均勻流的水力計(jì)算 謝才公式謝才公式RiCAQ 曼寧公式曼寧公式611RnC 正常水深正常水深),(0bhminfQ 0h正常水深與流量和斷面的形正常水深與流量和斷面的形狀，底坡，糙率有關(guān)狀，底坡，糙率有關(guān)),(0bminQfh 臨界流臨界流32cccAQBg臨界流方程臨界流方程( ,chf Qn i斷面的形狀與尺寸）,與無(wú)關(guān)cshhdhdEFrcv01臨界水深臨界

14、水深A(yù)0H0SCMP0負(fù)坡平坡陡坡臨界坡緩坡正坡五種底坡iiiiiiiiiccc當(dāng)正常水深等于臨界水深時(shí)，其相應(yīng)底坡稱為臨界底坡當(dāng)正常水深等于臨界水深時(shí)，其相應(yīng)底坡稱為臨界底坡 000cccccciihhiihhiihh均勻緩流臨界均勻流均勻急流均勻流的流態(tài)均勻流的流態(tài)水躍水躍(Hydraulic jump) 水流由急流過(guò)渡到緩流水流由急流過(guò)渡到緩流水跌水跌(Hydraulic drop) 水流由緩流過(guò)渡到急流水流由緩流過(guò)渡到急流8.38.3 明渠水流兩種流態(tài)相互轉(zhuǎn)換明渠水流兩種流態(tài)相互轉(zhuǎn)換 1 1 水躍現(xiàn)象水躍現(xiàn)象Hydraulic Jump水流由水流由急流急流過(guò)渡到過(guò)渡到緩流緩流，會(huì)產(chǎn)生一

15、種水面突然躍起的特，會(huì)產(chǎn)生一種水面突然躍起的特殊的局部水力現(xiàn)象，稱為殊的局部水力現(xiàn)象，稱為水躍水躍。發(fā)生地點(diǎn)發(fā)生地點(diǎn)：閘、：閘、壩和陡坡下游壩和陡坡下游,為為急變流。急變流。8.8.3 3 明渠水流兩種流態(tài)轉(zhuǎn)換明渠水流兩種流態(tài)轉(zhuǎn)換 水躍段內(nèi)，水流運(yùn)動(dòng)要素變化急劇，水流水躍段內(nèi)，水流運(yùn)動(dòng)要素變化急劇，水流紊動(dòng)、混摻強(qiáng)烈，滾旋與主流間質(zhì)量不斷交換，紊動(dòng)、混摻強(qiáng)烈，滾旋與主流間質(zhì)量不斷交換，致使水躍段內(nèi)有較大的能量損失。致使水躍段內(nèi)有較大的能量損失。常利用水躍來(lái)常利用水躍來(lái)消能。消能。 為什么水流從急流向緩為什么水流從急流向緩流過(guò)渡會(huì)發(fā)生水面突然流過(guò)渡會(huì)發(fā)生水面突然升高的現(xiàn)象？升高的現(xiàn)象？水流斷面單

16、位能量隨水深變化的規(guī)律來(lái)水流斷面單位能量隨水深變化的規(guī)律來(lái)說(shuō)明。說(shuō)明。以一平底棱柱形明渠為例。以一平底棱柱形明渠為例。)(122211vvQAghAghFccx，代入上式并整理。和用2211AQvAQv22112212ccQQgh Agh AAA2( )cQhgh AA12( )()hh(2)(2)水躍基本方程和水躍函數(shù)水躍基本方程和水躍函數(shù)(3)水躍水躍函數(shù)的特性水躍水躍函數(shù)的特性流量一定時(shí)流量一定時(shí)2( )cQhgh AA (4)(4)水躍水力計(jì)算的主要內(nèi)容有：水躍水力計(jì)算的主要內(nèi)容有： 共軛水深共軛水深h h1 1, ,h h2 2的計(jì)算；的計(jì)算； 水躍躍長(zhǎng)水躍躍長(zhǎng)L Lj j的計(jì)算；的

17、計(jì)算； 水躍能量損失計(jì)算。水躍能量損失計(jì)算。a a、共軛水深的計(jì)算、共軛水深的計(jì)算對(duì)任意斷面和梯形斷面試算，梯形可圖解。對(duì)任意斷面和梯形斷面試算，梯形可圖解。對(duì)矩形斷面：對(duì)矩形斷面： bhA 2hhcbQq 1022221212gqhhhh) 181(22112rFhh) 181(22221rFhh水躍的水力計(jì)算22112212ccQQgh Agh AAAQqbAbh12chh222212121222q bhq bhghbgh bhbh b對(duì)矩形斷面明渠 共軛水深的計(jì)算共軛水深的計(jì)算水躍的水力計(jì)算222212121222q bhq bhghbgh bhbh b332212221122gh hh

18、 qgh hhq222211 2212()()0qhhhh hhg水躍的水力計(jì)算222211 2212()()0qhhhh hhg除以（h2-h1）21 2212()0qhh hhg2221 22 120qhhh hg水躍的水力計(jì)算解一元二次方程2221 22 120qhhh hg222211112()()hhvhhgh2222111()()20hhFrhh212111 82Frhh 211( 1 81)2Fr2121( 1 81)2hhFr2212( 1 81)2hhFrb b、水躍長(zhǎng)度的計(jì)算、水躍長(zhǎng)度的計(jì)算0.3221110()jrlhh F吳持恭公式 216.9()jlhh歐勒弗托斯基公

19、式 119.4(1)jrlFh陳椿庭公式 平底矩形斷面明渠的水躍長(zhǎng)度可用的公式平底矩形斷面明渠的水躍長(zhǎng)度可用的公式: :c c、水躍能量損失的計(jì)算、水躍能量損失的計(jì)算 3212 1()4hhEh h2121( 181)2hhFr1jEKE 水躍的能量損失與水躍的能量損失與躍前斷面的單位能躍前斷面的單位能量之比稱為水躍的量之比稱為水躍的消能系數(shù)，用消能系數(shù)，用Kj表表示示水躍的消能系數(shù)水躍的消能系數(shù)211112111121111222FrhhghVhhgVhE23122111( 183)8(2)( 181)jFrEKEFrFr 4.5 Frl0 0 正坡正坡ciiNNCC1S2S3Sci i=N

20、CCN1C3C平坡和負(fù)坡平坡和負(fù)坡0i=CC2H3H0i ,0;1,00,01,0,0,0,1;1cdhhh KKhhFrdsdhhh KKFrNNdsdhhFrKids總趨勢(shì)：分子,緩流,分母；壅水上游：分子；分母趨于線下游：分母分子；以水平線為漸進(jìn)線（1）緩坡）緩坡M水面曲線形狀分析水面曲線形狀分析0hhhc202211KdhKidsFr0hhhcM2為降水曲線為降水曲線M2水面曲線形狀分析水面曲線形狀分析2000000M :,0;1,00,01,0,0,1,0;,0C-Cccdhhh KKhhFrdsdhhh KKFrNNdsdhhh Frhh KKds 總趨勢(shì)：分子,緩流,分母；降水上

21、游：分子；分母趨于線下游：分母分子；與線垂直202211KdhKidsFr0hhhc1Frhhc急急流流，則則M3為壅水曲線為壅水曲線M3水面曲線形狀分析水面曲線形狀分析30000:,0;1,00,1,0;,0C-CccdhM hh KKhhFrdsdhhh Frhh KKds 總趨勢(shì)：分子急流分母；壅水上游：有具體邊界定下游：分母分子；與線垂直緩坡上的水面線分析33033chhdhidshh223302 cqqhhC ig 4. 4. S1為壅水曲線為壅水曲線S1上游上游:與與C-C線垂直線垂直S1下游下游:以水平線為漸近線以水平線為漸近線（2）陡坡）陡坡S水面曲線形狀分析水面曲線形狀分析總

22、趨勢(shì)總趨勢(shì)S1為壅水曲線為壅水曲線S2為降水曲線為降水曲線S3為壅水曲線為壅水曲線陡坡上的水面線分析33033chhdhidshh223302 cqqhhC ig 202211KdhKidsFr3501ccBhnKKhRBhA若為寬淺渠若為寬淺渠（3）臨界坡水面曲線）臨界坡水面曲線C1和和C3 形狀分形狀分析析351BhnRCAK3102)(1)(1hhKKcc33332322)(11111hhAAgABQgABQFrccc0)(1)(1113310222ihhhhiFrKKidsdhcccBgAQcc32C1、C3 為壅水水平曲線為壅水水平曲線0)(1)(1113310222ihhhhiFr

23、KKidsdhccc22222211FrKQFrKQidsdh0i平平坡坡2H :;1,0,0,0,00,1,0,1,0,0C-Cccdhhh FrdsdhhKFridsdhhh Frds 總趨勢(shì)：分母分子降水上游：分子；分母趨于水平下游：分母分子；與線垂直（4）平坡水面曲線）平坡水面曲線H2和和H3 形狀分析形狀分析 22222211FrKQFrKQidsdh0i平平坡坡平坡水面曲線平坡水面曲線H2和和H3 形狀分析形狀分析3H :,1,0,0,0,1,0,0C-Cccdhhh Frdsdhhh Frds 總趨勢(shì)：分母分子壅水上游：有具體邊界定下游：分母分子；與線垂直22222211FrKQ

24、FrKQidsdh23H :;1,0H :;1,0ccdhhh Frdsdhhh Frds降水壅水0i 平坡（4）平坡水面曲線）平坡水面曲線H2和和H3 形狀分析形狀分析 0i負(fù)負(fù)坡坡（5）負(fù)坡水面曲線）負(fù)坡水面曲線A2和和A3 形狀分析形狀分析壅水分子分母降水分子分母0, 0, 0, 1,h:00, 0, 1;h:A32dsdhFrhAdsdhFrhcc 202211KdhKidsFr3501ccBhnKKhRBhA若為寬淺渠若為寬淺渠（3）臨界坡水面曲線）臨界坡水面曲線C1和和C3 形狀分形狀分析析351BhnRCAK3102)(1)(1hhKKcc33332322)(11111hhAAg

25、ABQgABQFrccc0)(1)(1113310222ihhhhiFrKKidsdhcccBgAQcc32C1、C3 為壅水水平曲線為壅水水平曲線0)(1)(1113310222ihhhhiFrKKidsdhccc水面線分析水面線分析 規(guī)律規(guī)律1 1： 1,31,3升，升，2 2降降 規(guī)律規(guī)律2 2： 接近接近NNNN線時(shí)，線時(shí)， NNNN線線為其漸進(jìn)線為其漸進(jìn)線 規(guī)律規(guī)律3 3： 接近接近CCCC線時(shí)，線時(shí)， CCCC線線為其垂直線為其垂直線 均勻流的水面線是直均勻流的水面線是直線線 十二條水面曲線十二條水面曲線1區(qū)水面線有（區(qū)水面線有（M1，S1，C1曲線）處在緩流區(qū)曲線）處在緩流區(qū)2區(qū)

26、水面線有（區(qū)水面線有（M2，S2，H2，A2曲線）曲線） M2，H2，A2在緩流區(qū)（在緩流區(qū)（S2除外，除外，S2在急流區(qū)）在急流區(qū)）3區(qū)水面線有（區(qū)水面線有（M3，S3，C3 ，H3，A3曲線）在急流曲線）在急流區(qū)區(qū)4、水面曲線的變化規(guī)律、水面曲線的變化規(guī)律Characteristics of the Water Surface Profiles ( 1 ) 升升 降升降升（2）遇到）遇到N-N線，以線，以NN線為漸近線線為漸近線 遇到遇到C-C線，與線，與CC線垂直（線垂直（C1和和C3除外）除外） 無(wú)，以水平線為漸近線無(wú)，以水平線為漸近線（3）3型水面曲線上游總是由具體的邊界條件確型水面

27、曲線上游總是由具體的邊界條件確定定均勻流的水面線是直線均勻流的水面線是直線變化規(guī)律變化規(guī)律 5、繪制水面曲線的步驟、繪制水面曲線的步驟1、繪出、繪出C-C線和線和N-N線線2、確定控制水深、確定控制水深3、分析總趨勢(shì)，根據(jù)規(guī)律，繪出水、分析總趨勢(shì)，根據(jù)規(guī)律，繪出水面曲線面曲線4、標(biāo)注水面曲線名稱、標(biāo)注水面曲線名稱 6、 控制水深控制水深（1）收縮斷面的水深（閘壩下）收縮斷面的水深（閘壩下游）游） ( 2 ) 臨界水深（明渠跌坎或底臨界水深（明渠跌坎或底坡突變處）坡突變處）（3）正常水深）正常水深 ( 4 ) 水庫(kù)水面水庫(kù)水面 7、繪制水面曲線、繪制水面曲線渠渠道道充充分分長(zhǎng)長(zhǎng)變變化化斷斷面面形

28、形狀狀、尺尺寸寸一一定定、工工建建筑筑物物、河河道道中中有有干干擾擾物物或或水水變變化化斷斷面面形形狀狀、尺尺寸寸一一定定、niQinQ,(3)(2),(1) 9、注意事項(xiàng)、注意事項(xiàng)曲線曲線每個(gè)分區(qū)只有一條水面每個(gè)分區(qū)只有一條水面線）線）（有時(shí)還有均勻流水面（有時(shí)還有均勻流水面、十二條水面曲線、十二條水面曲線、五種底坡、三個(gè)分區(qū)、五種底坡、三個(gè)分區(qū)(1)(2)(2)水面線只能以水躍或水跌的急變流水面線只能以水躍或水跌的急變流形式越過(guò)形式越過(guò)C CC C線線 ?12. 6dsdFrdsdEs條水面曲線分析由曲線分區(qū)來(lái)決定由曲線分區(qū)來(lái)決定dsdhhfFrdhdFrdsdhdhdFrdsdFr)(1

29、(0由曲線分區(qū)來(lái)決定有流態(tài)決定dsdhdhdEsdsdhdhdEsdsdEs 1、陡坡緩坡 例題i1ici2ici1i2例題i1ici2ici1i2CCNN例題i1ici2ici1i2CCNN例題i1ici2ici1ici2i2CCNN例題i1ici2i2CCNN例題i1ici2i2CCNN例題i1ici2i2CCNN例題i1icici2i1CCNN臨界水深-正常水深 對(duì)矩形斷面渠道 23cqhg臨界水深與流量和斷面的形臨界水深與流量和斷面的形狀有關(guān)，與底坡，糙率無(wú)關(guān)狀有關(guān)，與底坡，糙率無(wú)關(guān)2302qhC i正常水深與流量和斷面的形正常水深與流量和斷面的形狀，底坡，糙率有關(guān)狀，底坡，糙率有關(guān)

30、解：解：解：解：第一段渠緩坡；第二段渠陡坡：第三段渠緩坡第一段渠緩坡；第二段渠陡坡：第三段渠緩坡 74. 081. 9)100/200(3232gqhc緩流急流緩流ccchiCqhhiCqhhiCqhiCBQhihBhCQhRRiCAQ0.922100 .65)100/200(0.54060 .65)100/200(85. 00015.65)100/200()/()(3223322033223222023223122013220020220023. 06581. 9222cccccCgBCgi54. 058. 0) 1)92. 081. 9/2(81(292. 0) 1)/(81(2) 181

31、(2232232222221ghqhFrhh 取下游水深為躍后水深，求躍前水深取下游水深為躍后水深，求躍前水深 發(fā)生遠(yuǎn)離式水躍發(fā)生遠(yuǎn)離式水躍dddd21SrhiJiJEsFh ddsEiJs ddsEsiJ sEsiJ 8.7 8.7 明渠水面曲線計(jì)算明渠水面曲線計(jì)算分段求和法的計(jì)算公式：分段求和法的計(jì)算公式：水面曲線計(jì)算的主要內(nèi)容是確定任意兩斷面的水深及其水面曲線計(jì)算的主要內(nèi)容是確定任意兩斷面的水深及其距離，然后進(jìn)行水面曲線繪制。距離，然后進(jìn)行水面曲線繪制。12221221()()22sssvvhhEEEggsiJiJiJ 22vJC R 121()2vvv 121()2RRR121()2C

32、CC 分段求和法的計(jì)算公式：分段求和法的計(jì)算公式：1棱柱體渠道的水面曲線計(jì)棱柱體渠道的水面曲線計(jì)算算 例例84 某水利工程利用灌溉用水發(fā)電，在灌區(qū)某水利工程利用灌溉用水發(fā)電，在灌區(qū)總干渠的末端建一電站，渠道長(zhǎng)總干渠的末端建一電站，渠道長(zhǎng)l41 km，底坡，底坡i0.0001，渠道為梯形斷面，底寬，渠道為梯形斷面，底寬b20 m，邊坡，邊坡系數(shù)系數(shù)m2.5，糙率，糙率n0.0225。當(dāng)通過(guò)流量。當(dāng)通過(guò)流量Q160m3/s時(shí)，渠道末端水深時(shí)，渠道末端水深h6.0m，試?yán)L制渠道，試?yán)L制渠道的水面曲線并計(jì)算渠首水深。的水面曲線并計(jì)算渠首水深。(h0=4.9m,hc=1.73m)1.73chm正常水深0

33、4.9hm 底坡屬于緩坡，又因渠道末端水深底坡屬于緩坡，又因渠道末端水深h6.0 mh0，所，所以發(fā)生以發(fā)生M1型水面曲線。型水面曲線。解解 1.判別水面曲線類型。判別水面曲線類型。先求均勻流水深和臨界水深先求均勻流水深和臨界水深臨界水深 0chh則緩坡2.水面曲線計(jì)算。水面曲線計(jì)算。已知渠道末端水深已知渠道末端水深h6.0 m，以此斷面作為控制斷面，以此斷面作為控制斷面，假設(shè)一系列的上游斷面水深為假設(shè)一系列的上游斷面水深為5.8 m，5.6 m，5.4 m，5.2 m，5.0 m及及4.95 m，應(yīng)用式，應(yīng)用式(8.40)逐段向上游推算，逐段向上游推算，即可求得各相應(yīng)流段的長(zhǎng)度，然后再根據(jù)已

34、知的渠道即可求得各相應(yīng)流段的長(zhǎng)度，然后再根據(jù)已知的渠道長(zhǎng)度長(zhǎng)度l41 km，求渠首的水深。，求渠首的水深。 833. 528 . 0200)(8 . 521111111111gVhEAQVhmhbAhs (1)已知第已知第1流段斷面流段斷面1和和2的水深分別為的水深分別為5.8 m和和6.0 m，(求流段長(zhǎng)度求流段長(zhǎng)度s) (2)計(jì)算斷面計(jì)算斷面l和和2的斷面單位能量的斷面單位能量Esl和和Es2。03. 62762. 0210)(622222222222gVhEAQVhmhbAhs (3)計(jì)算平均水力坡度計(jì)算平均水力坡度9 . 32 .51121112011ARmhbRCVJ22121212

35、111222VVVCCCRRR（），（），（）7 .5516/111RnC0.5256/Cms2252.34.01mRm 3.89).4(121JiEEJiEssss計(jì)計(jì)算算（5）以第）以第1流段長(zhǎng)度流段長(zhǎng)度s13.89km處的水深處的水深h5.8m作為第作為第流段的控制斷面水深流段的控制斷面水深h2，再假設(shè)，再假設(shè)h15.6m，重復(fù)上述的計(jì)算過(guò)程，又可求得第，重復(fù)上述的計(jì)算過(guò)程，又可求得第二流段的長(zhǎng)度二流段的長(zhǎng)度s2=4.41m。 （6）如此逐段計(jì)算，得累加長(zhǎng)度）如此逐段計(jì)算，得累加長(zhǎng)度s 即可求得各相應(yīng)流段的長(zhǎng)度即可求得各相應(yīng)流段的長(zhǎng)度s1, s2, s3，及累加長(zhǎng)度及累加長(zhǎng)度s。計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表。計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表。（7）根據(jù)表中的）根據(jù)表中的h及及s值，按一定的值，按一定的縱橫比例繪出渠道的水面曲線縱橫比例繪出渠道的水面曲線,見(jiàn)見(jiàn) 下圖。下圖。再用內(nèi)插法求得再用內(nèi)插法求得z41 km處的渠首水深處的渠首水深為為4.98 m。 ),(shAA 21sssEEEsiJiJ 2計(jì)算計(jì)算非棱柱形渠道水面曲線非棱柱形渠道水面曲線計(jì)算公式計(jì)算公式 必須同時(shí)假設(shè)必須同時(shí)假設(shè)