水利明渠非恒定流课件

第十四章明渠非恒定流前进第十四章明渠非恒定流前进1

由于自然条件的变化（如洪水涨落），或者由于河渠上的水工建筑物（如闸门）不时地调节流量，使河道或人工渠道中水流流速、水深（或水位、流量）等随时间而改变，从而形成了明渠中的非恒定流。

研究明渠非恒定流的目的：主要是确定在非恒定流过程中，明渠水流的流速、水深（或水位、流量）等随时间和流程的变化规律。用于洪水预报、溃坝防洪、水电站上下游动力渠道设计等。主要介绍内容：明渠非恒定流的特性明渠非恒定流波的分类明渠非恒定连续性方程式明渠非恒定渐变流的能量方程式由于自然条件的变化（如洪水涨落），或者由于河2明渠非恒定流的特性特性之一：明渠非恒定流必定是非均匀流。或t（时）Q（m3/s）上、下游断面的流量过程线t1t2t（时）z（m）上、下游断面的水位过程线t1t2明渠非恒定流的特性特性之一：明渠非恒定流必定是非均匀流。或t3特性之二：明渠非恒定流也是一种波动现象。VwVwVVw波锋波体特性之二：明渠非恒定流也是一种波动现象。VwVwVVw波锋波4特性之三：波所及之区域内，各过水断面水位流量关系成绳套形曲线关系zQ恒定流时水位~流量关系zQ非恒定流时水位~流量关系涨水落水QmaxzmaxQminzmin恒定流时，水面坡度是恒定的，所以水位与流量呈单值关系。非恒定流时，涨水时水面坡度比同一水位下恒定流的坡度大，因而流量亦大；在落水时，水面坡度比同一水位下恒定流的坡度小，因而流量亦小。特性之三：波所及之区域内，各过水断面水位流量关系成绳套形曲线5明渠非恒定流波的分类按水力要素随时间变化的急剧程度分连续波不连续波按波到达以后水位的变化分涨水波落水波按波的传播方向与水流方向是否一致顺波逆波VwVw明渠非恒定流波的分类按水力要素随时间变化的急剧程度分连续波不6水利明渠非恒定流课件7明渠非恒定连续性方程式ds上上下下t1aaQbbt2A依水量平衡：化简整理得：明渠非恒定流的连续性方程式过水断面面积随时间的变率流量随位置的变率明渠非恒定连续性方程式ds上上下下t1aaQbbt2A依水量8若，则必然有说明在微分流段内如果流进的流量多，流出的流量少，区间内水位将随时间而上涨，发生涨水波。若，则必然有说明在微分流段内如果流进的流量少，流出的流量多，区间内水位将随时间而下降，发生落水波。若，则必然有说明水流量沿程不变，水流为恒定流。若，则必然有说明在微分流段内如果9因Q=AV，A=A（s，t），V=V（s，t），所以明渠非恒定流连续性方程的另一种表达式为：对于矩形断面明渠，A=bh，所以有因Q=AV，A=A（s，t），V=V（s，t），所以明渠非10明渠非恒定渐变流的能量方程式（运动方程式）单位重量液体的势能沿流程的变化率（作用于单位重量液体上）惯性力沿流程所作的功（作用于单位重量液体上）惯性力沿流程所作的功单位重量液体沿单位流程克服磨擦阻力所作的功明渠非恒定渐变流的能量方程式（运动方程式）单位重量液体的势能11或或圣维南（Saint-Venant）方程组（1871年法国）明渠非恒定流的连续性方程式明渠非恒定渐变流的能量方程式或或圣维南（Saint-Venant）方程组（1871年法12解法1.特征线法2.直接差分法3.瞬时流态法4.微幅波理论法解法13

明渠非恒定急变流断波了解什么是断波断波特征波峰陡、阶梯式前缘哪些波是断波：溃坝后向下游传播的涌波、潮汐河口的涌潮等。

明渠非恒定急变流断波了解什么是断波14明渠均匀流的水力特征

1）过水断面的形状和尺寸、断面平均流速、流量和水深沿程不变。通常将明渠均匀流的水深称为正常水深，以h0表示。2）总水头线、测压管水头线（水面坡度）和渠底线互相平行，即：水流因高程降低而引起的势能减少正好等于克服阻力所损耗的能量，而水流的动能维持不变。明渠均匀流的水力特征15由数字高程模型提取的沿渡河流域水系图由数字高程模型提取的沿渡河流域水系图16肚松衯宸&愮鐝D)?$?d悡!餯怉扈鋹A嘬貑

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由于自然条件的变化（如洪水涨落），或者由于河渠上的水工建筑物（如闸门）不时地调节流量，使河道或人工渠道中水流流速、水深（或水位、流量）等随时间而改变，从而形成了明渠中的非恒定流。

研究明渠非恒定流的目的：主要是确定在非恒定流过程中，明渠水流的流速、水深（或水位、流量）等随时间和流程的变化规律。用于洪水预报、溃坝防洪、水电站上下游动力渠道设计等。主要介绍内容：明渠非恒定流的特性明渠非恒定流波的分类明渠非恒定连续性方程式明渠非恒定渐变流的能量方程式由于自然条件的变化（如洪水涨落），或者由于河20明渠非恒定流的特性特性之一：明渠非恒定流必定是非均匀流。或t（时）Q（m3/s）上、下游断面的流量过程线t1t2t（时）z（m）上、下游断面的水位过程线t1t2明渠非恒定流的特性特性之一：明渠非恒定流必定是非均匀流。或t21特性之二：明渠非恒定流也是一种波动现象。VwVwVVw波锋波体特性之二：明渠非恒定流也是一种波动现象。VwVwVVw波锋波22特性之三：波所及之区域内，各过水断面水位流量关系成绳套形曲线关系zQ恒定流时水位~流量关系zQ非恒定流时水位~流量关系涨水落水QmaxzmaxQminzmin恒定流时，水面坡度是恒定的，所以水位与流量呈单值关系。非恒定流时，涨水时水面坡度比同一水位下恒定流的坡度大，因而流量亦大；在落水时，水面坡度比同一水位下恒定流的坡度小，因而流量亦小。特性之三：波所及之区域内，各过水断面水位流量关系成绳套形曲线23明渠非恒定流波的分类按水力要素随时间变化的急剧程度分连续波不连续波按波到达以后水位的变化分涨水波落水波按波的传播方向与水流方向是否一致顺波逆波VwVw明渠非恒定流波的分类按水力要素随时间变化的急剧程度分连续波不24水利明渠非恒定流课件25明渠非恒定连续性方程式ds上上下下t1aaQbbt2A依水量平衡：化简整理得：明渠非恒定流的连续性方程式过水断面面积随时间的变率流量随位置的变率明渠非恒定连续性方程式ds上上下下t1aaQbbt2A依水量26若，则必然有说明在微分流段内如果流进的流量多，流出的流量少，区间内水位将随时间而上涨，发生涨水波。若，则必然有说明在微分流段内如果流进的流量少，流出的流量多，区间内水位将随时间而下降，发生落水波。若，则必然有说明水流量沿程不变，水流为恒定流。若，则必然有说明在微分流段内如果27因Q=AV，A=A（s，t），V=V（s，t），所以明渠非恒定流连续性方程的另一种表达式为：对于矩形断面明渠，A=bh，所以有因Q=AV，A=A（s，t），V=V（s，t），所以明渠非28明渠非恒定渐变流的能量方程式（运动方程式）单位重量液体的势能沿流程的变化率（作用于单位重量液体上）惯性力沿流程所作的功（作用于单位重量液体上）惯性力沿流程所作的功单位重量液体沿单位流程克服磨擦阻力所作的功明渠非恒定渐变流的能量方程式（运动方程式）单位重量液体的势能29或或圣维南（Saint-Venant）方程组（1871年法国）明渠非恒定流的连续性方程式明渠非恒定渐变流的能量方程式或或圣维南（Saint-Venant）方程组（1871年法30解法1.特征线法2.直接差分法3.瞬时流态法4.微幅波理论法解法31

明渠非恒定急变流断波了解什么是断波断波特征波峰陡、阶梯式前缘哪些波是断波：溃坝后向下游传播的涌波、潮汐河口的涌潮等。

明渠非恒定急变流断波了解什么是断波32明渠均匀流的水力特征

1）过水断面的形状和尺寸、断面平均流速、流量和水深沿程不变。通常将明渠均匀流的水深称为正常水深，以h0表示。2）总水头线、测压管水头线（水面坡度）和渠底线互相平行，即：水流因高程降低而引起的势能减少正好等于克服阻力所损耗的能量，而水流的动能维持不变。明渠均匀流的水力特征33由数字高程模型提取的沿渡河流域水系图由数字高程模型提取的沿渡河流域水系图34肚松衯宸&愮鐝D)?$?d悡!餯怉扈鋹A嘬貑

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