2006-3-251

明渠均勻流

SteadyUniformFlowinOpenChannels2006-3-252明渠概述1、明渠：是人工渠道（Theartificialchannels）天然河道（naturalstreams）以及不滿流管道（non-fullpipes）統(tǒng)稱為明渠。

2、應用：灌溉引水、通航、筑壩、建閘、修電站，上游形成水庫，壅水狀況3、明渠水流特點：1)明渠水流是無壓流，有自由表面；

2）重力是流體流動的動力，為重力流（管流則是壓力流）；

3）渠道坡度影響水流流速、水深。坡度增大，則流速增大，水深減小；

4）邊界突然變化時，影響范圍大。4、明渠流的分類（FlowClassification）2006-3-253明渠2006-3-254問題變化的河流的平面形態(tài)變化的河流的斷面形狀通過的水流隨時間改變如何簡化問題？考慮順直河道考慮斷面形狀不變化考慮恒定2006-3-255問題的簡化恒定流均勻流非均勻流非恒定流2006-3-256明渠的邊界2006-3-257第一節(jié)、明渠的幾何特性2006-3-258第一節(jié)、明渠的幾何特性1、明渠的底坡

2006-3-259底坡的分類

正坡（positiveslope）：i>0，渠底高程沿程降低稱為正坡。平坡（horizontalbed）：i=0，渠底高程沿程不變稱為平坡。

負坡（adverseslope）：i<0，渠底高程沿程升高稱為負坡。2006-3-2510

2、明渠的橫斷面（CrossSection）：

垂直于渠道中心線的鉛直面與渠底及渠壁的交線，構成明渠的橫斷面

。

2006-3-2511

3、過水斷面（CrossSection）：

過水斷面的幾何要素(以梯形為例)(1)

b——底寬(2)

邊坡系數(shù)m

,m=ctanα

。m根據(jù)邊坡巖土性質及設計范圍來選定。m越大，邊坡越緩；m越小，邊坡越陡；m=0時是矩形斷面。2006-3-2512

(3)、水深：過水斷面上渠底最低點到水面的距離2006-3-2513梯形斷面有水深h、底寬b、邊坡系數(shù)m2006-3-2514矩形斷面有水深h、底寬b2006-3-2515明渠過水斷面的幾何特性棱柱體明渠A=A(h)非棱柱體明渠A=A(s,h)2006-3-25162006-3-2517

第二節(jié)明渠均勻流的特性及形成條件一、明渠均勻流的特性1）斷面平均流速沿程不變。2）水深沿程不變，過水斷面的形狀和尺寸沿程不變3）4）2006-3-2518二、形成明渠均勻流的條件

1、恒定流

2、正坡，底坡沿程不變

3、棱柱體渠道，糙率沿程不變4、渠道充分長，其中沒有建筑物的局部干擾

2006-3-2519第三節(jié)、明渠均勻流的水力計算謝才公式K稱為流量模數(shù)

曼寧公式2006-3-2520正常水深h0，與其相應的水力要素可寫為A0、χ0、R0、C0和K0

第三節(jié)、明渠均勻流的水力計算2006-3-2521討論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、土方量過大，浪費人力、物力。2）、

底坡i

由地形、地質條件決定a、渠道底坡i大，陡、流速大，挾沙，要防沖刷b、渠道底坡i小，緩、流速小，防淤積3)、邊坡系數(shù)m,根據(jù)邊坡巖土性質及設計范圍來選定。m越大，邊坡越緩；m越小，邊坡越陡；m=0時是矩形斷面。第三節(jié)、明渠均勻流的水力計算2006-3-2522糙率2006-3-2523

明渠均勻流的水力計算的一般問題和計算方法以梯形為例1）校核已有渠道的過水能力（求流量Q

）2）設計新渠道確定渠道的斷面尺寸:

a、已知Q、i、m、

n、b，確定h。

b、已知Q、i、m、

n、h。，確定b。第三節(jié)、明渠均勻流的水力計算2006-3-25241、計算流量第三節(jié)、明渠均勻流的水力計算2006-3-2525試算圖解法2、計算正常水深h0（或底寬b）第三節(jié)、明渠均勻流的水力計算2006-3-25262006-3-25272006-3-2528第四節(jié)、其他問題

1、水力最佳斷面最佳寬深比2006-3-25291、水力最佳斷面存在最小值2006-3-25301、水力最佳斷面2006-3-25312、允許流速1、不沖流速2、不淤流速2006-3-25323、復式斷面水力計算2006-3-25334、組合糙率斷面2006-3-25344、組合糙率斷面20