第七章 明渠均匀流新

1、 本章主要介绍本章主要介绍1、渠道的几何特性、渠道的几何特性2、明渠均匀流的特性及形成条件、明渠均匀流的特性及形成条件3、明渠均匀流的水力计算问题、明渠均匀流的水力计算问题(一般和特殊一般和特殊)。第七章第七章 明渠均匀流明渠均匀流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）以及不满流管道（以及不满流管道（non-full pipes）统称为明渠。统称为明渠。 2 2、应用：灌溉引水、通航、筑坝、建闸、修

2、电站，上游形成水库，壅水状况、应用：灌溉引水、通航、筑坝、建闸、修电站，上游形成水库，壅水状况3 3、明渠水流特点：、明渠水流特点：1)1)明渠水流是无压流，有自由表面；明渠水流是无压流，有自由表面； 2 2）重力是流体流动的动力，为重力流（管流则是压力流）；）重力是流体流动的动力，为重力流（管流则是压力流）； 3 3）渠道坡度影响水流流速、水深。坡度增大，则流速增大，水深减）渠道坡度影响水流流速、水深。坡度增大，则流速增大，水深减小；小； 4 4）边界突然变化时，影响范围大。）边界突然变化时，影响范围大。4、明渠流的分类、明渠流的分类（Flow Classification） 1.底坡底坡

3、（ bottom slope） 底坡底坡i渠底高程沿水流方向单位距离的降落值，称为底坡渠底高程沿水流方向单位距离的降落值，称为底坡。 一、明渠的几何特性一、明渠的几何特性底坡的分类底坡的分类 正坡（正坡（positive slope） ： i0，渠底高程沿程降低称为正坡。，渠底高程沿程降低称为正坡。平坡（平坡（horizontal bed） ：i= 0，渠底高程沿程不变称为平坡。，渠底高程沿程不变称为平坡。 负坡（负坡（adverse slope）：）： i0，渠底高程沿程升高称为负坡。，渠底高程沿程升高称为负坡。 2、 明渠的横断面（明渠的横断面（Cross Section）：）： 垂直于渠

4、道中心线的铅直面与渠底及渠壁的交线，构成明垂直于渠道中心线的铅直面与渠底及渠壁的交线，构成明渠的横断面渠的横断面 。 3、 过水断面（过水断面（Cross Section）：）：由渠道的轮廓与水面轮廓构成，并垂直于流向的断面 。 过水断面的几何要素的几何要素(以梯形为例)(1) b底宽(2) 边坡系数 m ,边坡倾角的余切m=ctan 。m越大，边坡越缓；m越小，边坡越陡； m=0时是矩形断面。m根据边坡岩土性质及设计范围来选定。 (3)、水深：过水断面上渠底最低点到水面的距离、水深：过水断面上渠底最低点到水面的距离6coshhh 212)(mhbhmbhAR (4)导出量导出量 B水面宽 A

5、过水断面面积 过水断面湿周 R水力半径212mhbhmhbA)( mhbB2 )(hAA 4、棱柱形渠道与非棱柱形渠道、棱柱形渠道与非棱柱形渠道反之，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 ：横断面形状和尺寸沿水流方向不变，底坡为常数的长直横断面形状和尺寸沿水流方向不变，底坡为常数的长直明渠。明渠。),(shAA 明渠均匀流的水力特性明渠均匀流的水力特性 1）断面平均流速沿程不变。）断面平均流速沿程不变。2）水深沿程不变，过水断面的形状和尺寸沿程不变）水深沿程不变，过水断面的形状和尺寸沿程不变3） 总水头线

6、、测压管水头线和底坡三线互相平行总水头线、测压管水头线和底坡三线互相平行 4)明渠均匀流中摩阻力与水流重力在流动方向的分力平衡明渠均匀流中摩阻力与水流重力在流动方向的分力平衡 二二 明渠均匀流的特性及其产生条件明渠均匀流的特性及其产生条件fFGsin _三、三、 明渠均匀流的水力计算明渠均匀流的水力计算iJ )8 . 7(,0000000iKiRACQiRCVhh)6 . 7(iKiRCAQiRCV计算公式计算公式(谢才公式谢才公式)三、三、 明渠均匀流的水力计算明渠均匀流的水力计算讨论讨论1）、糙率）、糙率n，（Q一定）a、糙率n取大， 设计尺寸偏大，土方量过大，浪费人力、物力),(0bhm

7、infQ nQ1 b、糙率n取小，土方量不足，需返工。2）、）、 底坡底坡i 由地形、地质条件决定a、渠道底坡i大， 陡、流速大，挟沙，要防冲刷b 、渠道底坡i小， 缓、流速小，防淤积3) 、边坡系数、边坡系数m, 根据边坡岩土性质及设计范围来选定。 m越大，边坡越缓；m越小，边坡越陡； m=0时是矩形断面。明渠均匀流的水力计算的一般问题和计算方法明渠均匀流的水力计算的一般问题和计算方法以梯形为例以梯形为例1）校核已有渠道的过水能力）校核已有渠道的过水能力 （求流量（求流量Q ）2）设计新渠道确定渠道的断面尺寸）设计新渠道确定渠道的断面尺寸 : a、已、已知知Q、i、m 、 n 、 b，确定确

8、定h。 b 、已、已知知Q、i、m 、 n 、h。，。，确定确定b。),(0bhminfQ 三、三、 明渠均匀流的水力计算明渠均匀流的水力计算m1 . 1,0275. 0, 0 . 1m,5 . 1,0002. 0.170hnmbi道，有一梯形断面棱柱形渠例。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，一断面为梯形灌溉用土例。求正常水深0hi设定值 计 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最佳宽深比之比