《工程地质与桥涵水文》 课件-学习情境4 任务2水力学基础知识

学习情境4桥梁的河流环境任务2水力学基础知识

《工程地质与桥涵水文》主要内容一、水力因素二、水流分类三、恒定流的三大方程四、谢才公式和曼宁公式五、水流阻力和水头损失六、明渠均匀流与非均匀流《工程地质与桥涵水文》一、水力因素

任务2水力学基础知识1.过水断面A:是指水流的横断面，该断面上任意一点的流速方向都与该断面相垂直。单位为m2。

3.水面宽B

:过水断面上水面的宽度，单位为m。

一、水力因素

任务2水力学基础知识4.水深h

:水面离河底的距离。

7.粗糙系数n

:又称糙率，边界的粗糙程度。一、水力因素

任务2水力学基础知识9.流速v:指液体在单位时间内所通过的距离，单位为m/s。8.流量Q:单位时间内流经过水断面的液体体积称为流量，单位为m3/s。10.断面平均流速:过水断面上各点流速的加权平均值，由定义可知：Q=Av。11.河床比降i:河床单位流程的落差称为河床比降。二、水流分类根据水流水力因素随时间、空间变化的性质，水流可分为：任务2水力学基础知识1.恒定流与非恒定流:若各空间点上的流动参数（速度、压强、密度等）皆不随时间变化，这样的流动是恒定流，相反为非恒定流。

3.缓流和急流:根据水流变化的缓慢或者急剧程度，非均匀流分为渐变流急变流。弗汝德数Fr<1时，为缓流；当Fr>1时，为急流；Fr=1时，为临界流。

2.均匀流与非均匀流:水力因素不随空间位置的变化为均匀流，相反为非均匀流。三、恒定流的三大方程任务2水力学基础知识

意义：在连续不可压缩恒定总流中，任意两个过水断面所通过的流量相等。三、恒定流的三大方程任务2水力学基础知识2.恒定流的能量方程为：

水力坡度J：单位长度上总水头的下降值或总水头线的斜率。3.恒定流的动量方程任务2水力学基础知识四、谢才公式和曼宁公式

任务2水力学基础知识1.谢才公式：适于明渠恒定均匀流和渐变流。四、谢才公式和曼宁公式

任务2水力学基础知识2.曼宁公式

是计算明渠道水流速度的经验公式。

五、水流阻力和水头损失任务2水力学基础知识1.粗糙系数粗糙系数值综合地反映各种因素对水流阻力的影响，这些因素包括床面粗糙（粒径大小和级配）、床面形态（沙汶、沙垄、沙波及床面地形）、断面形状、底坡的变化、植物及障碍物的存在等。五、水流阻力和水头损失任务2水力学基础知识2.床面切应力均匀流的重力沿床面方向的分力等于床面边界阻力。公式为：

或

上式中：—水流密度，—重力加速度，—平均流速。表明平均流速与床面切应力之间的关系。五、水流阻力和水头损失任务2水力学基础知识3.水头损失

水头损失是指单位重力的液体从过水断面Ⅰ流到断面Ⅱ，因克服边界阻力和液体内部的紊动、旋涡、重力作功使水流的机械能转换为热能而使机械能减少的数量。包括沿程水头损失和局部水头损失。

沿程水头损失是水流克服边界阻力作功而引起的水头损失。

局部水头损失是指由局部边界急剧改变导致水流结构改变、流速分布改变并产生旋涡区而引起的水头损失。六、明渠均匀流与非均匀流任务2水力学基础知识1.明渠均匀流的特征和基本公式六、明渠均匀流与非均匀流任务2水力学基础知识2.明渠非均匀流的三种流态：急流、缓流、临界流

渠道中断面变化，底坡折变及桥、涵、堰、坝等建筑物破坏渠中的均匀流条件导致非均匀流，引起波幅不大的微波波浪，其波峰在静水中的传播速度，称为微波波速，用c表示。

三种流态的判别：

佛汝德数Fr>1,为急流，Fr=1,为临界流，Fr<1为缓流。六、明渠均匀流与非均匀流任务2水力学基础知识2)临界水深和临界底坡(1)临界水深

当为临界流时相应的水深称为临界水深。计算公式如下：六、明渠均匀流与非均匀流任务2水力学基础知识2)临界水深和临界底坡(2）临界底坡临界底坡是指全渠以临界水深作均匀流动时相应的底坡。

六、明渠均匀流与非均匀流任务2水力学基础知识3.非均匀流的水面曲线

明渠中水深沿程变化所构成的水面线称为水面曲线。河渠非均匀的水面曲线形状及变化可有四种类型：1）雍水曲线:明渠中水深沿程增大的水面线，称为雍水曲线。六、明渠均匀流与非均匀流任务2水力学基础知识3.非均匀流的水面曲线2）降水曲线:渠中水深沿程减小的水面线称为降水曲线。六、明渠均匀流与非均匀流任务2水力学基础知识3.非均匀流的水面曲线3）水跌:上游缓坡渠道和下游陡坡渠道相接处或在渠道