第7章明渠恒定流1ppt課件第7章明渠恒定流本章重點掌握:明渠均勻流的水力計算明渠恒定非均勻流的水面曲線定性分析及定量計算2ppt課件§7.1明渠的分類一、據(jù)形成原因分天然河道、人工渠道等二、據(jù)斷面形狀分矩形渠道、梯形渠道、圓形渠道、U形渠道等三、據(jù)斷面形式沿程變化分棱柱形渠道非棱柱形渠道四、據(jù)渠道底坡分平坡渠道、順坡渠道、逆坡渠道等3ppt課件§7.2明渠均勻流工程實例4ppt課件§7.2明渠均勻流5ppt課件§7.2明渠均勻流6ppt課件§7.2明渠均勻流一、明渠均勻流的形成條件及特征1.明渠均勻流為勻速流、等深流，只可能發(fā)生在棱柱形渠道中2.明渠均勻流只可能發(fā)生在順坡的棱柱形渠道中3.明確均勻流只可能發(fā)生在坡度、糙率不變的順坡的棱柱形渠道中4.明渠均勻流具有渠道底坡線//水面線（測壓管水頭線）//總水頭線

思考題：對于有壓管道均勻流，是否一定也有3個坡度相等？7ppt課件§7.2明渠均勻流二、明渠均勻流基本公式

1.連續(xù)性方程

2.謝才公式

式中謝才系數(shù)（滿寧公式）或（巴甫洛夫斯基公式）其中8ppt課件§7.2明渠均勻流三、明渠水力最優(yōu)斷面和允許流速

1.明渠水力最優(yōu)斷面定義當一定時，使渠道的過流能力的渠道斷面，稱為明渠水力最優(yōu)斷面。優(yōu)化目標函數(shù)分析可知，當一定時，使渠道的過流能力，必有，故選濕周為優(yōu)化目標函數(shù)．

由9ppt課件§7.2明渠均勻流以梯形渠道為例濕周令得明渠水力最優(yōu)斷面渠道的寬深比10ppt課件§7.2明渠均勻流說明：明渠水力最優(yōu)斷面渠道的水力半徑等于水深的一半；明渠水力最優(yōu)斷面渠道并不一定是技術經濟最優(yōu)渠道；明渠水力最優(yōu)斷面渠道一般適用于中小型渠道設計．２.允許流速不淤積不沖刷11ppt課件§7.2明渠均勻流四、明渠均勻流水力計算類型

1.驗算渠道的通過能力Q2.設計渠道底坡

3.設計渠道斷面尺寸（b,h）

兩個未知量，一個方程（連續(xù)性方程），尚需補充一個條件才能求解。補充的途徑有：指定b,求h（試算）可用如下迭代公式求解12ppt課件§7.2明渠均勻流指定h,求b(試算同前）補充水力最優(yōu)條件補充允許流速條件聯(lián)立，可得b、h聯(lián)立，可得b、h13ppt課件§7.3明渠恒定非均勻流動的若干基本概念一、斷面單位能量（斷面比能）e

1.定義斷面比能e為基準面選在斷面最低點的機械能。

因（相對于任意基準面0-0）

（漸變流斷面）故（對于棱柱形渠道）14ppt課件§7.3明渠恒定非均勻流動的若干基本概念

2.e沿程變化規(guī)律

分析：E與e的區(qū)別基準面的區(qū)別沿程變化規(guī)律的區(qū)別15ppt課件§7.3明渠恒定非均勻流動的若干基本概念

3.e沿水深的變化規(guī)律16ppt課件§7.3明渠恒定非均勻流動的若干基本概念二、臨界水深

1.定義相應于時的水深，稱為臨界水深。

2.

臨界流方程令可得臨界流方程上式一般需試算求解。但對于矩形斷面比較：均勻流水深（正常水深）臨界水深17ppt課件§7.3明渠恒定非均勻流動的若干基本概念三、臨界坡度2.臨界坡度的計算聯(lián)立可得與i無關1.定義：相應于時的渠道底坡度為臨界坡度。18ppt課件第7章明渠恒定流3.據(jù)與的大小關系，可將渠道底坡分類

急坡渠道

臨界坡渠道

緩坡渠道19ppt課件§7.3明渠恒定非均勻流動的若干基本概念四、緩流、臨界流、急流1.各種流態(tài)的特征

緩流:小深h較大，流速v較小，多見于平原河流。

急流:水深h較小，流速v較大，多見于山區(qū)河流。

臨界流:介于緩流和急流之間，處于臨界狀態(tài)。20ppt課件§7.3明渠恒定非均勻流動的若干基本概念2.判別方法

臨界水深法

弗勞德數(shù)法21ppt課件§7.4明渠水躍簡介22ppt課件§7.4明渠水躍簡介一、水躍現(xiàn)象23ppt課件§7.4明渠水躍簡介二、水躍的應用24ppt課件§7.4明渠水躍簡介三、水躍計算（只研究完整水躍）

假定：①.水躍段長度不大；②.躍前、躍后斷面為漸變流斷面；③.躍前、躍后斷面的動量修正系數(shù)相等，即

25ppt課件§7.4明渠水躍簡介1.完整水躍的基本方程設水躍函數(shù)則水躍方程可寫成

式中為水躍共軛水深．26ppt課件§7.4明渠水躍簡介

2.水躍能量損失３.水躍段長度27ppt課件§7.5明渠恒定非均勻漸變流

水面曲線基本微分方程28ppt課件§7.6棱柱形渠道中恒定非均勻漸變流水面曲線定性分析29ppt課件§7.6棱柱形渠道中恒定非均勻漸變流水面曲線定性分析一、明渠非均勻流水面曲線的變化

1.水流分區(qū)a區(qū)（緩流）b區(qū)介于之間（急流、緩流）c區(qū)（急流）30ppt課件§7.6棱柱形渠道中恒定非均勻漸變流水面曲線定性分析2.界限情況當時，即與N-N線漸近；當時，即與K-K線正交；當時，即水面線趨于水平直線。3.變化規(guī)律當水深處于a區(qū)和c區(qū)時，水面曲線均為增深曲線；當水深處于b區(qū)時，水面曲線必為降深曲線。

31ppt課件§7.6棱柱形渠道中恒定非均勻漸變流水面曲線定性分析32ppt課件§7.6棱柱形渠道中恒定非均勻漸變流水面曲線定性分析二、明渠恒定非均勻流水面曲線連接分析

1.無水躍變坡情況水面曲線分析步驟N-N線、K-K線的相對位置確定；控制點確定水文勘測中的應用

2.有水躍變坡情況遠驅水躍臨界水躍淹沒水躍

3.變糙率情況33ppt課件§7.7棱柱形渠道中恒定非均勻漸變流水面曲線定量計算一、基本微分方程由得34ppt課件§7.7棱柱形渠道中恒定非均勻漸變流水面曲線定量計算二、水面曲線的定量計算

1.解析法

對于平坡（）寬淺型（）渠道，流量模數(shù)

積分上式可得水面曲線長度。35ppt課件§7.7棱柱形渠道中恒定非均勻漸變流水面曲線定量計算2.數(shù)值積分法3.分段求和法將上式寫成差分求和形式，可得36ppt課件天然河道37ppt課件天然河道38ppt課件人工渠道39ppt課件人工渠道40ppt課件人工渠道41ppt課件人工渠道42ppt課件人工渠道43ppt課件人工渠道44ppt課件常見渠道斷面形式45ppt課件明渠非均勻流46ppt課件遠驅水躍47ppt課件臨界水躍48ppt課件淹沒水躍49ppt課件世界上開鑿最早線路最長的

人工運河—京杭大運河

世界上開鑿最早、線路最長的人工運河是中國的京杭大運河。

京杭大運河簡稱運河，與萬里長城并列為中國古代最偉大的工程。舉世聞名的京杭大運河，始建于公元前5世紀，后經隋、元兩次大規(guī)模擴建，是世界上開鑿最早、最長的一條人工河道。京杭大運河全長1794千米，是蘇伊士運河的16倍，巴拿馬運河的33倍，縱貫南北，是我國重要的一條南北水上干線。它北起北京，南至杭州，經過北京、天津、河北、山東、江蘇、浙江六省市，溝通了海河、黃河、淮河、長江、錢塘江五大水系。是我國僅次于長江的第二條“黃金水道”。運河沿線的主要港口有濟寧、徐州、邳州、淮陰、淮安、寶應、高郵、揚州、鎮(zhèn)江、常州、無錫、蘇州、吳江和杭州等。目前，大運河全程雖不能通航，但季節(jié)性通航里程已達1100公里，對分擔鐵路的貨流，特別是承擔煤炭、建材、鹽、日用工業(yè)品、糧、油和其他農副產品的中短途運輸任務，對發(fā)展地區(qū)經濟，加強南北交流，起到了一定的作用。今天，大運河將作為南水北調的主要路徑，古老的大運河必將重新煥發(fā)出青春的活力。我們有理由相信，千年古運河定會在中國21世紀的經濟發(fā)展中起著不可替代的作用。

50ppt課件靈渠

中國溝通長江水系和珠江水系的古運河。又名陡河、興安運河。在今廣西壯族自治區(qū)溢安縣境內，秦統(tǒng)一六國后，向嶺南用兵，秦始皇二十八年（公元前219），派監(jiān)郡御史祿鑿靈渠運糧。它溝通了湘江和漓江，由于歷代不斷增修改進，技術逐步完善，作用日益增大，是2000余年來嶺南（今廣東廣西）與中原地區(qū)的主要交通線路，直至粵漢鐵路和湘桂鐵路通車。靈渠渠首處用攔河壩壅高湘江水位，將其一股（今稱南渠）通過穿越分水嶺的人工渠道引入漓江上源支流，并對天然河道進行擴挖和整治后，入漓江；將另一股（今稱北渠）另開新渠屈曲于湘江右再入湘江。用攔河大小天平（用條石砌的溢流壩)、鏵嘴（導水分水堤）、湘江故道和泄水天平，綜合地實現(xiàn)了分水、引水和泄洪等項功能。渠道由人工渠、開挖溪流的半人工渠道和整治后的天然河流組成，南渠長33k