明渠均匀流课件

2006-3-251

明渠均匀流

SteadyUniformFlowinOpenChannels2006-3-252明渠概述1、明渠：是人工渠道（Theartificialchannels）天然河道（naturalstreams）以及不满流管道（non-fullpipes）统称为明渠。

2、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、明渠水流特点：1)明渠水流是无压流，有自由表面；

2）重力是流体流动的动力，为重力流（管流则是压力流）；

3）渠道坡度影响水流流速、水深。坡度增大，则流速增大，水深减小；

4）边界突然变化时，影响范围大。4、明渠流的分类（FlowClassification）2006-3-253明渠2006-3-254问题变化的河流的平面形态变化的河流的断面形状通过的水流随时间改变如何简化问题？考虑顺直河道考虑断面形状不变化考虑恒定2006-3-255问题的简化恒定流均匀流非均匀流非恒定流2006-3-256明渠的边界2006-3-257第一节、明渠的几何特性2006-3-258第一节、明渠的几何特性1、明渠的底坡

2006-3-259底坡的分类

正坡（positiveslope）：i>0，渠底高程沿程降低称为正坡。平坡（horizontalbed）：i=0，渠底高程沿程不变称为平坡。

负坡（adverseslope）：i<0，渠底高程沿程升高称为负坡。2006-3-2510

2、明渠的横断面（CrossSection）：

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

。

2006-3-2511

3、过水断面（CrossSection）：

过水断面的几何要素(以梯形为例)(1)

b——底宽(2)

边坡系数m

,m=ctanα

。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。2006-3-2512

(3)、水深：过水断面上渠底最低点到水面的距离2006-3-2513梯形断面有水深h、底宽b、边坡系数m2006-3-2514矩形断面有水深h、底宽b2006-3-2515明渠过水断面的几何特性棱柱体明渠A=A(h)非棱柱体明渠A=A(s,h)2006-3-25162006-3-2517

第二节明渠均匀流的特性及形成条件一、明渠均匀流的特性1）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3）4）2006-3-2518二、形成明渠均匀流的条件

1、恒定流

2、正坡，底坡沿程不变

3、棱柱体渠道，糙率沿程不变4、渠道充分长，其中没有建筑物的局部干扰

2006-3-2519第三节、明渠均匀流的水力计算谢才公式K称为流量模数

曼宁公式2006-3-2520正常水深h0，与其相应的水力要素可写为A0、χ0、R0、C0和K0

第三节、明渠均匀流的水力计算2006-3-2521讨论1）、糙率n，a、糙率n取大，流量Q偏小、土方量不足，需返工。b、糙率n取小，流量Q偏大、土方量过大，浪费人力、物力。2）、

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。第三节、明渠均匀流的水力计算2006-3-2522糙率2006-3-2523

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1）校核已有渠道的过水能力（求流量Q

）2）设计新渠道确定渠道的断面尺寸:

a、已知Q、i、m、

n、b，确定h。

b、已知Q、i、m、

n、h。，确定b。第三节、明渠均匀流的水力计算2006-3-25241、计算流量第三节、明渠均匀流的水力计算2006-3-2525试算图解法2、计算正常水深h0（或底宽b）第三节、明渠均匀流的水力计算2006-3-25262006-3-25272006-3-2528第四节、其他问题

1、水力最佳断面最佳宽深比2006-3-25291、水力最佳断面存在最小值2006-3-25301、水力最佳断面2006-3-25312、允许流速1、不冲流速2、不淤流速2006-3-25323、复式断面水力计算2006-3-25334、组合糙率断面2006-3-25344、组合糙率断面20