1、6-10 明渠恒定非均勻漸變流水面明渠恒定非均勻漸變流水面 線曲的計算線曲的計算逐段試算法逐段試算法 一、計算內容一、計算內容: :1.1.水面曲線的影響水面曲線的影響范圍；范圍；2.2.某一斷面處的水某一斷面處的水深；深；sh1h2212222111122whgvhzgvhzz1z1z1h1z2h2lizz21lJhhfw2121lJigvhgvh)()2()2(111222二、基本計算公式二、基本計算公式: :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: (實用實用)思路思路: 水流分段計算水流分段計算曲變直曲變直 控制水深控制水深hs差分方程差分方程: 在較短的在較短的s內內,22QJK或或RACK )(21222duKKK)11(211222duKKKz1h1z2h2RCJ22四、計算類型四、計算類型: :每一流段每一流段s內內JiEEJiEssusds1. 1. 已知兩端的水深，求流段長度已知兩端的水深，求流段長度s；2. 2. 已知流段一端水深，流段長已知流段一端水深，流段長s內，求內，求另一端水深。另一端水深。五、計算步驟五、計算步驟: :1.1.定性分析定性分析: : 確定確定h h0 0,h,hk,k,水

3、面線類型水面線類型2.2.確定計算方向確定計算方向: : 流態(tài)和控制水深流態(tài)和控制水深3.3.列表計算列表計算: : 斷面參數斷面參數; ; 流段平均值流段平均值; ;4.4.按比例繪制水面線按比例繪制水面線: :六、討論六、討論: :a.a.分段原則分段原則: : s s不能過大不能過大b.b.水面線全長水面線全長: : h h到到h h0 0的取值的取值c. c. 棱柱體棱柱體: : 假設假設h,h,求求s不需試算不需試算; ; 非棱柱體非棱柱體: : 假設假設s, ,求求h需試算需試算; ;解：解：1. 判斷水面線類型。判斷水面線類型。mhK2 . 1 例例6-6 6-6 一長直棱柱體明

4、渠，底寬一長直棱柱體明渠，底寬b b為為10m10m，m m為為1.51.5，n n為為0.0220.022，i為為0.00090.0009，當通過流量，當通過流量Q Q為為45m45m3 3s s時，渠道末端水深時，渠道末端水深h h為為3.4m3.4m。求：計算渠道中的水面曲線？求：計算渠道中的水面曲線？ 01.96hmKhh 0故渠道屬于緩坡故渠道屬于緩坡水面線為水面線為a a1 1型壅水曲線型壅水曲線2. 2. 分段計算水面曲線分段計算水面曲線 JiERCiEEJiEEsssusdsusd2222)(22AQghghEshmhbA)( hmb212AR 3221612111RnRRnC

5、RdsJigvhgvh)()2()2(111222)(12JidsEE或 今以今以 ， 求兩斷面間之距離求兩斷面間之距離 。將有關已知數值代入上列公式中，分別求得：將有關已知數值代入上列公式中，分別求得： ，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 .7

6、6199. 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依次計算其余各流段：（依次計算其余各流段：（Excel）

7、例例2：有一寬矩形渠道，單寬流量：有一寬矩形渠道，單寬流量q=2.9m3/s，在渠中設置一溢流堰（見圖），堰前水深在渠中設置一溢流堰（見圖），堰前水深h2=3.0m ，粗糙系數，粗糙系數n=0.014，且不隨水深變化。，且不隨水深變化。渠道底坡渠道底坡i=0.001 。試求水深。試求水深h1=1.8m斷面處距溢流堰的距離斷面處距溢流堰的距離l。 l解：求得正常水深解：求得正常水深h0=1.5m ，臨界水，臨界水 hk=0.95m 。已知已知h0 hk ，水流為緩流。當，水流為緩流。當hh0 hk ，水面線為，水面線為a1型壅水曲線。型壅水曲線。 堰前水深堰前水深h2=3.0m為控制水深，因此為

8、控制水深，因此水深水深h是向上游逐是向上游逐漸減小。從控制水漸減小。從控制水深深h2開始，每段水開始，每段水深差深差0.2m，分六段，分六段計算。計算。在第一段渠道計算中以在第一段渠道計算中以h2=3.0m ，h1=2.8m ，得：，得： 分段分段列表列表計算：計算： 例例6-7 6-7 某一邊墻成直線收縮的矩形渠道（如圖），渠長某一邊墻成直線收縮的矩形渠道（如圖），渠長60m60m，進口寬，進口寬b b1 1為為8m8m，出口寬，出口寬b b2 2為為4m4m，渠底為反坡，渠底為反坡，i i為為- -0.0010.001，粗糙系數，粗糙系數n n為為0.014,0.014,當當Q Q為為18

9、m18m3 3/s/s時，進口水深時，進口水深h h1 1為為2m2m，要求中間出口斷面水深并繪制其水面線。，要求中間出口斷面水深并繪制其水面線。 解：渠道寬度逐漸收縮，故為非棱柱體明渠解：渠道寬度逐漸收縮，故為非棱柱體明渠. .JiEEJiEssusds21 23 6-8 河渠恒定非均勻流的流量與糙河渠恒定非均勻流的流量與糙率率一 流量的計算 若已知河道或明渠的水面線以及斷面的尺寸,底坡等,需要估算河渠中流量.而河渠中水流常屬于非均勻流.應按照非均勻流情況來處理.例如根據洪水痕跡估算洪水流量乃屬于這種類型.222)11(2ksAAgZZQuddu為上游斷面水位為下游斷面水位為上游斷面水位為下

10、游斷面水位為上游過水斷面面積為下游過水斷面面積為上游過水斷面面積為下游過水斷面面積uZdZdZuAdA24 二 粗糙系數的計算 對于具有顯著非均勻特征的水流，必須按照非均勻流來處理。采用滿寧公式 例6-8 某河流經過洪水調查找到歷史上某次洪水的若干痕跡，測得有關資料列于表6-4。河段上、下游斷面間距s為183m，水位落差z為2.59m。斷面如圖6-25。611RnC 2122232112udduAAsgQsZZQRAnsmQ/8 .7356070183283133516 .19159. 232122225 26 0618. 0524142916 .1912816201282 . 1162078

11、. 35 .4762122223n27 6-9 河道水面曲線的計算河道水面曲線的計算 天然河道水面線計算一般用上式。在計算河道水面線之前，先要收集有關水文、泥沙及河道地形等資料，如河道粗糙系數、河道縱橫剖面圖等。 由于河道斷面形狀極不規(guī)則，在計算河道水面曲線 時，劃分計算流段應注意以下幾個方面： 1要求每個計算流段內，過水斷面形狀、尺寸以及 粗糙系數、底坡等變化都不太大。 222)2()(KQgvdsddsdz28 2在一個計算流段內，上、下游斷面水位差 不能過大， 一般對平源河流取0.21.0米，山區(qū)河流取1.03.0米。 3每個計算流段內沒有支流流入或流出。若河道有支流存在，必須把支流放在

12、計算流段的入口或出口,對加入的支流最好放在流段的進口附近，流出的支流放在流段的出口。zz29 試算法 由 式中 采用 sKQAgQz2222)1(2)(duzzz22211)1(udAAA)11(211222duKKK30 并把方程中同一斷面的水力要素列在等式的同一 端，得到 222222)(uuuKQsgAQz222222)(dddKQsgAQz 方程的兩端各是上游水位和下游水位的函數。2222222222)()(22)()(dddduuuuKQsgAQzzKQsgAQzzf31 試算法的步驟：試算法的步驟： 1. 若已知下游斷面的水位Zd ，按式求出函數(Zd ) 值。 2. 假定若干上游

13、斷面水位Zd，按式的第一式可算出 相應的若干f(Zu) 值，并繪制Zuf(Zu) 關系曲線，如圖。 32 值)()(duzzfuz2. 彎道水流力學特征彎道水流力學特征ZJz凹岸凹岸凸岸凸岸B Rc彎道橫斷面彎道橫斷面水面橫比降水面橫比降: :水面橫向超高水面橫向超高: :重力與離心慣性力共同作用形成重力與離心慣性力共同作用形成Jz=dz/dr=gRv2gRcBv2Z =3.彎道水流運動特征彎道水流運動特征凹岸凹岸凸岸凸岸環(huán)環(huán) 流流凸岸凸岸凹岸凹岸 形成斷面環(huán)流形成斷面環(huán)流: : 表流表流凹岸凹岸, , 底流底流凸岸凸岸. .斷面環(huán)流作用斷面環(huán)流作用: :凸岸凸岸凹岸凹岸凹岸沖刷凹岸沖刷深槽深槽后退后退 凸岸淤積凸岸淤積淺灘淺灘前進前進 彎