1、第九章 明渠流動(dòng),重點(diǎn)內(nèi)容 授課內(nèi)容 思考題 作業(yè),重點(diǎn)內(nèi)容,明渠均勻流水力計(jì)算 明渠水流三種流態(tài)的判別 明渠恒定非均勻漸變流水面曲線分析 水躍的特性和共軛水深計(jì)算,思考題,1、簡(jiǎn)述明渠均勻流的特性和形成條件，從能量觀點(diǎn)分析明渠均勻流為什么只能發(fā)生在正坡長(zhǎng)渠道中？ 2、什么是正常水深？它的大小與哪些因素有關(guān)？當(dāng)其它條件相同時(shí)，糙率n、底寬b或底坡i分別發(fā)生變化時(shí)，試分析正常水深將如何變化？,思考題,3、什么是水力最佳斷面？矩形斷面渠道水力最佳斷面的底寬b和水深h是什么關(guān)系？ 4、 什么是允許流速？為什么在明渠均勻流水力計(jì)算中要進(jìn)行允許流速的校核？,作業(yè),P244-8.12、8.13 P245-

2、8.18,第一節(jié) 概述,在河、渠等水道中流動(dòng)，具有自由表面的水流。,明渠的分類,棱柱形渠道,非棱柱形渠道,鉛垂斷面為過(guò)水?dāng)嗝妫?鉛垂深度h為過(guò)水?dāng)嗝娴乃睢?明渠的底坡,明渠渠底與縱剖面的交線稱為渠底線，渠底線的坡度稱為底坡（i）。,底坡類型,第二節(jié) 明渠均勻流的特征及其形成條件,明渠過(guò)流斷面的幾何要素,梯形明渠邊坡系數(shù),水力最優(yōu)斷面,當(dāng)i、n和 A 一定，使流量 Q 最大的斷面形狀，定義為水力最優(yōu)斷面。 當(dāng)i、n和 Q一定，使A最小的斷面形狀，定義為水力最優(yōu)斷面。,水力最優(yōu)斷面,例題：,在密實(shí)砂壤土層中開(kāi)挖灌溉渠道，斷面為梯形。邊坡系數(shù)m= 1.5 ，粗糙系數(shù)n=0.025 ，根據(jù)地面地形，

3、底坡采用， i= 0 .0003 ，設(shè)計(jì)流量 Q = 9 .68 m3 / s ，選定底寬 b =7m,試確定斷面的開(kāi)挖深度。,斷面開(kāi)挖深度,無(wú)壓圓管均勻流,圓管過(guò)水?dāng)嗝娴膸缀我?無(wú)壓圓管均勻流的流量和流速隨水深的變化,第四節(jié) 明渠流動(dòng)狀態(tài),斷面單位能量和 臨界水深,6.1.1 明渠的底坡,6.1 概述,明渠流動(dòng)：,是指在河、渠等水道中流動(dòng)，具有自由表面的水流。 自由表面相對(duì)壓強(qiáng)為零，又稱為無(wú)壓流。,明渠流動(dòng)：（1）恒定流與非恒定流；（2）均勻流與非均勻流,明渠渠底與縱剖面的交線稱為底線，底線的坡度稱為底坡（i）。,鉛垂斷面為過(guò)水?dāng)嗝妫?鉛垂深度h為過(guò)水?dāng)嗝娴乃睢?底坡類型：,明渠斷面的形

4、狀可以有多種形式。以梯形最具有代表性。 其幾何要素可分為基本量和導(dǎo)出量。,基本量：底寬b、水深h、邊坡系數(shù)m,邊坡系數(shù)m表示邊坡傾斜程度，其值大小取決于渠壁巖土的穩(wěn)定性。,導(dǎo)出量：水面寬B、過(guò)水?dāng)嗝婷娣eA、濕周、水力半徑,6.1.2 棱柱形渠道與非棱柱形渠道,斷面形狀及尺寸沿程不變的長(zhǎng)直渠道，稱為棱柱形渠道，否則為非棱柱形渠道。,棱柱形渠道過(guò)水?dāng)嗝婷娣eA僅隨水深h而變化。,6.2.1 明渠均勻流的水力特征,（1）明渠均勻流斷面平均流速、水深沿程不變； （2）明渠均勻流總水頭線、測(cè)壓管水頭線（水面線）與渠道底線互相平行；,6.2 明渠均勻流,6.2.2 明渠均勻流的形成條件,（1）明渠流量沿程不

5、變； （2）順坡（i0）、且底坡沿程不變的棱柱形渠道； （3）壁面粗糙系數(shù)n沿程不變; （4）渠道上沒(méi)有影響水流的建筑物或障礙物。,6.2.3 明渠均勻流的水力計(jì)算,（1）基本公式：謝才公式 K的單位同流量，稱為流量模數(shù) 明渠水流一般屬于紊流阻力平方區(qū)，采用曼寧公式或巴普洛夫公式計(jì)算謝才系數(shù)。 （2）正常水深h0：明渠均勻流的水深為正常水深 （3）粗糙系數(shù)n的選定 （4）明渠均勻流水力計(jì)算問(wèn)題 a、驗(yàn)算渠道的輸水能力 b、決定渠道坡度 c、決定渠道斷面尺寸,當(dāng)i、n及A大小一定時(shí)，使渠道所通過(guò)的流量最大的那種斷面形狀稱為水力最優(yōu)斷面。 當(dāng)i、n及A給定時(shí)，水力半徑R最大、即濕周最小的斷面能通過(guò)

6、最大的流量。,（6）渠道的允許流速 （7）斷面周界上粗糙度不同的渠道 （8）復(fù)式斷面渠道,（5）水力最優(yōu)斷面與實(shí)用經(jīng)濟(jì)斷面,面積給定時(shí)，邊界最小的幾何圖形是圓形，因此管路斷面形狀通常為圓形。,6.6 棱柱形渠道中漸變流水面曲線分析,漸變流水面線分析的主要任務(wù)： 根據(jù)渠道的水深條件、來(lái)流的流量和控制斷面條件來(lái)確定水面線的沿程變化趨勢(shì)和變化范圍，定性地繪制水面曲線。,6.6.1 棱柱形渠道漸變流基本微分方程,取兩過(guò)水?dāng)嗝妫心芰糠匠蹋?順坡渠道（i0）,平坡渠道（i0）,逆坡渠道（i0）,2種水面線,8種水面線,2種水面線,緩坡渠道（iik）,急坡渠道（iik）,臨界坡渠道（i=ik）,2種水面線

7、,3種水面線,3種水面線,在緩坡渠道上修建溢流壩，抬高水位使壩前水深超過(guò)相應(yīng)流量的正常水深時(shí)，壩上游將出現(xiàn)a1型壅水曲線。 在緩坡排水渠道末端河水位低于渠尾的正常水深時(shí)，上游將出現(xiàn)b1型降水曲線。 在緩坡渠道上閘門開(kāi)啟時(shí)，閘后收縮斷面水深小于臨界水深，形成急流，阻力大于重力分力，流體減速，水深增加，即形成c1型壅水曲線。,在急坡渠道上修建溢流壩，壩上游將出現(xiàn)a2型壅水曲線。 水流從緩坡渠道流入急流渠道時(shí)，緩坡渠道上將形成b1型降水曲線，而急坡渠道上上將形成b2型降水曲線，而在變坡處通過(guò)臨界水深，形成跌水。 在急坡渠道上閘門開(kāi)啟時(shí)，閘后收縮斷面水深小于臨界水深，形成急流，阻力大于重力分力，流體減速，水深增加，即形成c2型壅水曲線。,在 渠道上閘門上游將形成a3型壅水曲線。,在 渠道上閘門下游將形成c3型壅