ch67-69非均匀渐变流水面线曲

1、6-10 明渠恒定非均匀渐变流水面明渠恒定非均匀渐变流水面 线曲的计算线曲的计算逐段试算法逐段试算法 一、计算内容一、计算内容: :1.1.水面曲线的影响水面曲线的影响范围；范围；2.2.某一断面处的水某一断面处的水深；深；sh1h2212222111122whgvhzgvhzz1z1z1h1z2h2lizz21lJhhfw2121lJigvhgvh)()2()2(111222二、基本计算公式二、基本计算公式: :dsJigvhgvh)()2()2(111222)(12JidsEE流段的平均水力坡度流段的平均水力坡度 一般采用：一般采用： JJiEEJiEssusds)(21duJJJ三、三、

2、 分段求和法分段求和法: (实用实用)思路思路: 水流分段计算水流分段计算曲变直曲变直 控制水深控制水深hs差分方程差分方程: 在较短的在较短的s内内,22QJK或或RACK )(21222duKKK)11(211222duKKKz1h1z2h2四、计算类型四、计算类型: :每一流段每一流段s内内JiEEJiEssusds1. 1. 已知两端的水深，求流段长度已知两端的水深，求流段长度s；2. 2. 已知流段一端水深，流段长已知流段一端水深，流段长s内，求内，求另一端水深。另一端水深。五、计算步骤五、计算步骤: :1.1.定性分析定性分析: : 确定确定h h0 0,h,hk,k,水面线类型水

3、面线类型2.2.确定计算方向确定计算方向: : 流态和控制水深流态和控制水深3.3.列表计算列表计算: : 断面参数断面参数; ; 流段平均值流段平均值; ;4.4.按比例绘制水面线按比例绘制水面线: :六、讨论六、讨论: :a.a.分段原则分段原则: : s s不能过大不能过大b.b.水面线全长水面线全长: : h h到到h h0 0的取值的取值c. c. 棱柱体棱柱体: : 假设假设h,h,求求s不需试算不需试算; ; 非棱柱体非棱柱体: : 假设假设s, ,求求h需试算需试算; ;解：解：1. 判断水面线类型。判断水面线类型。mhK2 . 1 例例6-6 6-6 一长直棱柱体明渠，底宽一

4、长直棱柱体明渠，底宽b b为为10m10m，m m为为1.51.5，n n为为0.0220.022，i为为0.00090.0009，当通过流量，当通过流量Q Q为为45m45m3 3s s时，渠道末端水深时，渠道末端水深h h为为3.4m3.4m。求：计算渠道中的水面曲线？求：计算渠道中的水面曲线？ 01.96hmKhh 0故渠道属于缓坡故渠道属于缓坡水面线为水面线为a a1 1型壅水曲线型壅水曲线2. 2. 分段计算水面曲线分段计算水面曲线 JiERCiEEJiEEsssusdsusd2222)(22AQghghEshmhbA)( hmb212AR 3221612111RnRRnCRdsJi

5、gvhgvh)()2()2(111222)(12JidsEE或 今以今以 ， 求两断面间之距离求两断面间之距离 。将有关已知数值代入上列公式中，分别求得：将有关已知数值代入上列公式中，分别求得： ，mh4 . 31mh2 . 32s 2134.514 . 3)4 . 35 . 110(mA2236.47)2 . 35 . 110(mAm26.224 . 35 . 1121021m54.212 . 35 . 1121022mR306. 226.2234.511mR199. 254.2136.472 smRnRC/34.79306. 2022. 011322112111smRC/9 .76199.

6、 2022. 01322122sm/8765. 034.510 .451sm/9502. 036.470 .4524212121110220. 1)34.798765. 0(RCJ4222222210528. 1)9 .769501. 0(RCJ4222221212110)528. 1220. 1 (21)(21RCRCJmga0392. 08 . 928765. 0122211mg0461. 08 . 929502. 0122222ms2 .25310)374. 19()0461. 02 . 3()0392. 04 . 3(4依次计算其余各流段：（依次计算其余各流段：（Excel）例例2：有

7、一宽矩形渠道，单宽流量：有一宽矩形渠道，单宽流量q=2.9m3/s，在渠中设置一溢流堰（见图），堰前水深在渠中设置一溢流堰（见图），堰前水深h2=3.0m ，粗糙系数，粗糙系数n=0.014，且不随水深变化。，且不随水深变化。渠道底坡渠道底坡i=0.001 。试求水深。试求水深h1=1.8m断面处距溢流堰的距离断面处距溢流堰的距离l。 l解：求得正常水深解：求得正常水深h0=1.5m ，临界水，临界水 hk=0.95m 。已知已知h0 hk ，水流为缓流。当，水流为缓流。当hh0 hk ，水面线为，水面线为a1型壅水曲线。型壅水曲线。 堰前水深堰前水深h2=3.0m为控制水深，因此为控制水深，

8、因此水深水深h是向上游逐是向上游逐渐减小。从控制水渐减小。从控制水深深h2开始，每段水开始，每段水深差深差0.2m，分六段，分六段计算。计算。在第一段渠道计算中以在第一段渠道计算中以h2=3.0m ，h1=2.8m ，得：，得： 分段分段列表列表计算：计算： 例例6-7 6-7 某一边墙成直线收缩的矩形渠道（如图），渠长某一边墙成直线收缩的矩形渠道（如图），渠长60m60m，进口宽，进口宽b b1 1为为8m8m，出口宽，出口宽b b2 2为为4m4m，渠底为反坡，渠底为反坡，i i为为- -0.0010.001，粗糙系数，粗糙系数n n为为0.014,0.014,当当Q Q为为18m18m3

9、 3/s/s时，进口水深时，进口水深h h1 1为为2m2m，要求中间出口断面水深并绘制其水面线。，要求中间出口断面水深并绘制其水面线。 解：渠道宽度逐渐收缩，故为非棱柱体明渠解：渠道宽度逐渐收缩，故为非棱柱体明渠. .JiEEJiEssusds21 6-8 6-8 河渠恒定非均匀流的流量与糙率河渠恒定非均匀流的流量与糙率一、流量一、流量Q的计算的计算 222)11(2ksAAgZZQuddu 为上游断面水位为上游断面水位 为下游断面水位为下游断面水位为上游过水断面面积为上游过水断面面积为下游过水断面面积为下游过水断面面积uZdZuAdA222)2()(KQgdsddsdz 二二 粗糙系数的计

10、算粗糙系数的计算 2122232112udduAAsgQsZZQRAn非均匀流粗糙系数的计算非均匀流粗糙系数的计算 2. 弯道水流力学特征弯道水流力学特征ZJz凹岸凹岸凸岸凸岸B Rc弯道横断面弯道横断面水面横比降水面横比降: :水面横向超高水面横向超高: :重力与离心惯性力共同作用形成重力与离心惯性力共同作用形成Jz=gRv2gRcBv2Z =3.弯道水流运动特征弯道水流运动特征凹岸凹岸凸岸凸岸环环 流流凸岸凸岸凹岸凹岸 形成断面环流形成断面环流: : 表流表流凹岸凹岸, , 底流底流凸岸凸岸. .断面环流作用断面环流作用: :凸岸凸岸凹岸凹岸凹岸冲刷凹岸冲刷深槽深槽后退后退 凸岸淤积凸岸淤积浅滩浅滩前进前进 弯道横向发展弯道横向发展1. 4.4.弯道注意问题弯道注意问题: : （1 1）水文量测）水文