第八章 3水躍及水面線分析

1、第七章 明渠恒定非均勻流,明渠非均勻急變流現(xiàn)象水跌與水躍現(xiàn)象,當(dāng)明渠水流從緩流狀態(tài)過渡到急流狀態(tài)時(shí)，水面急劇下降的局部水力現(xiàn)象，稱為水跌現(xiàn)象。,當(dāng)明渠水流從急流狀態(tài)過渡到緩流狀態(tài)時(shí)，水面突然躍起的特殊的局部水力現(xiàn)象，稱為水躍現(xiàn)象。,急流,水躍與水跌,水躍現(xiàn)象,棱柱體水平明渠的水躍方程式,棱柱體水平明渠中水躍共軛水深的計(jì)算,棱柱體水平明渠中水躍躍長的確定,當(dāng)明渠水流由急流流態(tài)過渡到緩流流態(tài)時(shí)，會產(chǎn)生一種水面突然躍起的特殊的局部水力現(xiàn)象，即在較短的渠段內(nèi)水深從小于臨界水深的急劇地躍到大于臨界水深，這種特殊的局部水力現(xiàn)象稱為水躍。,躍前斷面,躍前水深h,躍后斷面,躍后水深,1.棱柱體水平明渠的水躍方

2、程式,沿流動方向列動量方程得：,代入連續(xù)性方程并整理得：,當(dāng)明渠斷面的形狀、尺寸及渠中流量一定時(shí)，上式僅是水深的函數(shù)，稱為水躍函數(shù)，記為,即有,故稱躍前、躍后水深為共軛水深,圖示,共軛水深的一般計(jì)算方法：,試算法,圖解法,水躍函數(shù)線,=0,0,0,共軛水深的一般計(jì)算方法：,試算法,圖解法,共軛水深的計(jì)算,最終推得：,棱柱體水平明渠中水躍躍長的確定,目的是求水深h沿程s的變化規(guī)律,各,棱柱體明渠中恒定非均勻漸變流水面曲線分析,幾點(diǎn)說明：,1. 可能出現(xiàn)的情況及其水面曲線的形狀特征,若 ，則水深沿流程增大，水面為壅水曲線 若 ，則水深沿流程減小，水面為降水曲線 若 ，則水深沿程趨于不變，水面趨向于

3、均勻流的水面 若 ，則水面趨向于水平面 若 ，則水面與流向趨于重直,2.影響水深沿程變化的因素,底坡i,流態(tài)Fr，用hk直觀反映,i0時(shí)，比較h與h0,3.分區(qū)命名,a1,a3,a2,b1,b2,b0,b,c1,c2,c3,c0,c,分區(qū),緩坡a區(qū)的水面線分析,該區(qū)實(shí)際水流的水深,壅水曲線,向上游,以N-N線為漸近線,向下游,以水平線為漸近線,a1,緩坡b區(qū)的水面線分析,該區(qū)實(shí)際水流的水深,降水曲線,向上游,以N-N線為漸近線,向下游,與K-K線有成垂直的趨勢,b1,緩坡C區(qū)的水面線分析,該區(qū)實(shí)際水流的水深,壅水曲線,向下游,與K-K線有成垂直的趨勢,向上游水深受來流條件所控制。,各類水面曲線

4、的型式及十二條水面線的規(guī)律：,a、c區(qū)為壅水曲線；b區(qū)為降水曲線,當(dāng)hh0時(shí)，以N-N線為漸近線；,當(dāng)hhk時(shí)，與K-K線有成垂直的趨勢；,當(dāng)h時(shí)，以水平線為漸近線,變坡棱柱體渠道非均勻漸變流水面線的定性分析（一）,第一步：定出各段渠道上的K-K線與N-N線（正坡時(shí)）；,第二步：分析變坡渠道上、下游的水流流動情況，定出控制水深；,第三步：畫出非均勻漸變流的水面線,b1,變坡棱柱體渠道非均勻漸變流水面線的定性分析（二）,a1,b1,b2,變坡棱柱體渠道非均勻漸變流水面線的定性分析（三）,=,變坡棱柱體渠道非均勻漸變流水面線的定性分析（四）,b0,b2,明渠恒定非均勻漸變流水面曲線的計(jì)算,逐段試算

5、法,計(jì)算公式,計(jì)算方法：,首先將明渠劃分成若干流段，然后由流段的已知斷面求未知斷面，逐段推算。,根據(jù)不同情況，實(shí)際計(jì)算可能有兩種類型：,（1）已知流段兩端的水深，求流段的距離s,（2）已知流段一端的水深和流段長s，求另一端斷面水深,適用于棱柱體明渠，先分析出水面曲線的變化趨勢，根據(jù)已知的一端水深，假設(shè)另一端水深，求出其s,可用于棱柱明渠和非棱柱體明渠，計(jì)算時(shí)可假設(shè)另一端斷面的未知水深，計(jì)算出一個(gè)s，與已知的s相等則假設(shè)水深即為所求，若不等，需重新假設(shè)，直到算得的s與已知的s相等為止。,例1：一長直棱柱體明渠，底寬b為10m，邊坡系數(shù)m為1.5，糙率n為0.022，底坡i為0.0009，當(dāng)通過流量Q為45m3/s時(shí)，渠道末端水深h為3.4m，要求計(jì)算渠道中的水面曲線。,解:(1)由于渠道為順坡明渠，故應(yīng)先判別渠道是緩坡還是陡坡，水面線屬于哪種類型。,分別計(jì)算出：hk=1.2m，h0=1.98m (計(jì)算略),iik,s1,(2)依式,=253.2m,s2,例2：某一邊墻成直線收縮的矩形渠道，渠長60m，進(jìn)口寬b1為8m，出口寬b2為4m，渠底為反坡，i為-0.001，粗糙系數(shù)n為0.014，當(dāng)Q為18m3/s時(shí)，進(jìn)口水深h1為2m，要求計(jì)算中間斷面及出口斷面水深。,解：,解題思路：采用試算法，即假設(shè)中間斷面水深hd中 =1.8m，計(jì)算得s