1、明渠流動的基本原理及其應用,繪圖題,MF2nn0826000,棱柱體渠道Q一定,n沿程不變,上下兩段充分長,定性分析中間i=0渠段長度l2變化時,渠道可能的水面曲線。并標注線型。,題目,當平坡的長度l2很短時，由于水躍末端的水深要達到H2故根據(jù)共軛水深關系式，則躍前水深要大于水深H1，即產(chǎn)生水躍形式 如圖所示：,L2很短時,解法一,H2,當平坡的長度l2適中時，由于水躍末端的水深要經(jīng)過一段距離的回落達到水深H2故根據(jù)共軛水深關系式，則水躍要在水深H1處開始產(chǎn)生，產(chǎn)生水躍形式如圖所示：,L2適中時,解法二,當平坡的長度l2很長時，因緩流隨著水深的增加斷面比能增大。隨著躍后水深的增大，在實際斷面比

2、能增大，壓迫水躍在陡坡渠道上產(chǎn)生，經(jīng)過水躍后形成S1接平坡上H2型水躍，水躍形式如圖所示：,L2很長時,解法三,繪圖題,MF2nn0826001,棱柱體渠道充分長，上游渠道i1ik，上下兩渠道在A-A斷面相連接，當渠道通過的流量Q一定，粗糙系數(shù)n沿程不變時試定性繪制水面曲線，標注線型，并給出變坡處A-A端面的水深值。,題目,h01-上游渠道均勻流水深 h02-下游渠道均勻流水深 hk-臨界水深,解法一,繪圖題,MF2nn0826002,在緩坡棱柱體渠道中修建水閘，上游渠道充分長，下游在閘后接跌坂當流量Q一定,閘門開度e小于臨界水深hk時隨著閘門距跌坂之間距離L的變化，分析可能出現(xiàn)的水面曲線，并

3、標注線型。,題目,在緩坡渠道第一區(qū)內(nèi)，正常水深大于臨界水深水深沿程增加，形成上端以N-N線為漸進線的壅水曲線M1，遇閘門水深降低，在第三區(qū)內(nèi)形成上端水深最小的壅水曲線M3與水面相連。,L很短時,解法一,在緩坡渠道第一區(qū)內(nèi)，正常水深大于臨界水深水深沿程增加，形成上端以N-N線為漸進線的壅水曲線M1，遇閘門水深降低隨L的增加，在第三區(qū)內(nèi)形成上端水深最小的壅水曲線M3，形成水躍在二區(qū)形成M2型降水曲線，三區(qū)形成水躍與水面相接。,L較長時,解法二,在緩坡渠道第一區(qū)內(nèi)，正常水深大于臨界水深水深沿程增加，形成上端以N-N線為漸進線的壅水曲線M1，遇閘門水深降低隨L的增加，在第三區(qū)內(nèi)形成上端水深最小的壅水曲

4、線M3，形成水躍在二區(qū)形成M2型降水曲線，與水面相接。,L很長時,解法三,繪圖題,MF2nn0826003,如圖所示有三棱柱體渠道相接，各段均充分長，當流量Q一定，糙率n沿程不變時，試繪制水面曲線，并標注線型。（ik為臨界底坡）,題目,在陡坡渠道中，臨界水深大于正常水深，隨著i的變化，渠道底坡由陡變緩，水深增加形成壅水曲線C3與臨界水深相連，當i繼續(xù)減小形成壅水曲線C3，與水面相連。,解法一,繪圖題,MF2nn0826004,如圖所示兩段棱柱體渠道相連接，各段均充分長，當流量Q一定，糙率n沿程不變時，試分析隨著i2的變化渠道水面曲線連接，并標注線型。,題目,當0i2ik時,在陡坡渠道中，臨界水

5、深大于正常水深，隨著i的變化，渠道底坡由陡變緩，i2ik此時產(chǎn)生水躍，由于正常水深大于臨界水深，躍后水深大于臨界水深。,解法一,在陡坡渠道中，臨界水深大于正常水深，隨著i的變化，渠道底坡由陡變緩,i2=ik時形成M3型的壅水曲線，大于臨界水深與水面相連。,當i2趨于ik時,解法二,在陡坡渠道中，臨界水深大于正常水深，隨著i的變化，渠道底坡由陡變緩，i2=0時緩流隨著水深的增加斷面比能增大。實際斷面比能增大，壓迫水躍在陡坡渠道上產(chǎn)生，經(jīng)過水躍后形成S1接平坡上H2型降水曲線。,當i2趨于0時,解法三,繪圖題,MF2nn0826005,在長直棱柱緩坡渠道的A-A斷面處糙率n發(fā)生變化，上渠段糙率為n

6、1，下渠段糙率為n2,流量Q一定時，試分析n1n2和n1n2兩種情況下，繪出渠中可能的水面曲線連接，并標注線型。,題目,在緩坡渠道中，正常水深大于臨界水深，當n1n2時上游的正常水深大于下游的正常水深在第二區(qū)形成M2型降水曲線，與水面相連。,當n1n2時,解法一,在緩坡渠道中，正常水深大于臨界水深，當n1n2時上游的正常水深小于下游的正常水深在第一區(qū)形成M1型壅水曲線，與水面相連。,當n1 n2時,解法二,繪圖題,MF2nn0826006,如圖所示，有兩段陡坡渠道在A-A斷面相接，上下游渠道均充分長，當流量一定，糙率n沿程不變時，試分析渠中可能出現(xiàn)的水面曲線，并表注線型。,題目,在陡坡渠道中，

7、正常水深小于臨界水深，當i1i2時上游的正常水深大于下游的正常水深在第二區(qū)形成S2型降水曲線，與水面相連。,當i1i2時,解法一,在陡坡渠道中，正常水深小于臨界水深，當i1i2時上游的正常水深小于下游的正常水深在第三區(qū)形成S3型降水曲線，與水面相連。,當i1i2時,解法二,繪圖題,MF2nn0826007,某水庫接長直棱柱陡坡渠道，在渠道中有閘門控制，當渠道中流量Q一定，糙率n沿程不變時，試分析當閘門開度e變化時，渠中可能出現(xiàn)的水面曲線連接，并注明線型。,題目,當eh0時,在陡坡渠道中正常水深小于臨界水深，當eh0時在第二區(qū)內(nèi)形成S2型的降水曲線，緩流隨著水深的增加斷面比能增大。實際斷面比能增

8、大，壓迫水躍在陡坡渠道上產(chǎn)生，經(jīng)過水躍后形成S1遇閘門水深降低，在第三區(qū)內(nèi)形成上端水深最小的壅水曲線S3與水面相連。,解法一,當eh0時,在陡坡渠道中正常水深小于臨界水深，當eh0時在第二區(qū)內(nèi)形成S2型的降水曲線與水面相連接。,解法二,繪圖題,MF2nn0826008,在棱柱體平底渠道上修建閘門，當流量Q一定，閘門開度e一定，隨著下游水深ht的增大，閘后水躍的形式。,題目,當hthc/時形成遠驅式水躍,在平底渠道上閘門的開度e一定時隨著下游水深的不同，產(chǎn)生的水躍形式也不同，當hthc/時形成遠驅式水躍如圖所示。,解法一,當ht=hc/時形成臨界式水躍,在平底渠道上閘門的開度e一定時隨著下游水深

9、的不同，產(chǎn)生的水躍形式也不同，當ht=hc/時形成臨界式水躍如圖所示。,解法二,當hthc/時形成淹沒式水躍,在平底渠道上閘門的開度e一定時隨著下游水深的不同，產(chǎn)生的水躍形式也不同，當hthc/時形成淹沒式水躍如圖所示。,解法三,繪圖題,MF2nn0824009,在棱柱體明渠中，當流量Q一定時斷面形狀尺寸一定時，ES僅為水深h的函數(shù)，當流量增大時，試分析斷面比能的變化。,題目,當Q=Q1時斷面比能最小值為ES1，當Q=Q2時斷面比能最小值為ES2，當Q=Q3時斷面比能最小值為ES3，因為Q1Q2Q3,隨著Q的增大斷面比能的極小值減小，臨界水深減小，但變化趨勢相同，如圖所示。,解法一,在陡坡渠道

10、中，正常水深小于臨界水深，當i1i2時上游的正常水深小于下游的正常水深在第三區(qū)形成S3型降水曲線，與水面相連。,當i1i2時,解法二,計算題,MF2nn0813010,題目,校核渠道的過水能力 某梯型斷面混凝土渠道按均勻流設計， 已知底寬b=2.4m ， 水深h0=1.2m， 邊坡系數(shù) m=1.5， 糙率n=0.014 ，500米長渠道上的水頭損失h=0.25m。 問該渠道能通過多少流量Q？,解題方法一,均勻流基本公式,其中，,過水斷面面積,濕周,水力半徑,解題方法一,謝齊系數(shù),底坡i等于水力坡度J,流量,解題方法二,謝齊公式,水力半徑,謝齊系數(shù),水力坡度,過水斷面面積,均勻流流量,解題方法二

11、,斷面平均速度,計算題,MF2nn0821011,題目,矩形斷面混凝土明渠。已知底寬b=8m，均勻流水深h0=3m，底坡i=0.001，糙率n=0.014，流量Q=30m3/s。 試從不同角度判別水流的流態(tài)。,用臨界水深hk判別,單寬流量,臨界水深,解題方法一,因為實際水深h=3m，hhk，所以明渠水流為緩流,用佛勞德數(shù)Fr判別,斷面平均速度,佛勞德數(shù),因為 Fr=0.2311.0,所以明渠水流為緩流,解題方法二,用相對波速 判別,相對波速,斷面平均速度,因為,所以明渠水流為緩流,解題方法三,用臨界流速 判別,臨界流速,斷面平均流速,因為,所以明渠水流為緩流,解題方法四,用臨界底坡 ik 判別

12、,解題方法五,臨界底坡計算公式,其中,因 ，故渠道為緩坡，水流作均勻流時為緩流,解題方法五,計算題,MF2nn0824012,題目,某矩形斷面渠道，底寬b=2m,斷面比能ES=1m，試求該斷面通過的最大流量Qm,對h取一階導數(shù),流量最大時,，故,解題方法一,當斷面比能ES一定時，流量Q與水深h的關系為,斷面比能,因為,，所以上式可整理為,代入后，得,由,解題方法一,解題方法一,計算題,MF2nn0813013,題目,在粘質砂土地段上修建梯形斷面渠道，按均勻流設計，粘質砂土允許不沖流速 。已知渠道設計流量Q=3.5m3/s，渠道底坡i=0.005，邊坡系數(shù)m=1.5，糙率n=0.025，試問，按

13、水力最佳斷面設計的斷面尺寸是否需要加固。,解題方法一,解題方法一,解題方法一,計算題,MF2nn0813014,題目,為了測定某梯形斷面渠道糙率n值，選取L=1500m長的均勻流段進行測量。已知底寬b=10m，水深h0=3.0m，邊坡系數(shù)m=1.5，上下游兩個斷面的水面落差 ，流量Q=50m3/s。 試確定n值。,解題方法一,解題方法一,計算題,MF2nn0813015,題目,一梯形斷面土渠，通過的流量Q=0.75m3/s，底坡 ，砂質粘土，邊坡系數(shù)m=1.5，糙率n=0.025。 試從不同角度設計斷面尺寸。,解題方法一,解題方法一,解題方法二,解題方法二,解題方法二,解題方法三,解題方法三,

14、計算題,MF2nn0824016,某矩形斷面渠道，底寬b=2m，通過流量Q=2m3/s ,求最小斷面比能ESmin,題目,解題方法一,解題方法一,MF2nn0831017,計算題,有一條寬矩形斷面棱柱體緩坡渠道，底寬b=8m，底坡i=0.0009，糙率n=0.013。當通過流量40m3/s時，若發(fā)生水跌，試計算共軛水深。,題目,解題方法一,解題方法一,解題方法一,所以，躍前水深 ，躍后水深 。,MF2nn0831018,計算題,題目,解題方法一,解題方法一,解題方法一,解題方法一,MF2nn0826019,計算題,題目,解題方法一,解題方法一,解題方法一,解題方法一,解題方法一,水面曲線計算結

15、果如下圖所示,解題方法一,MF2nn0824019,簡答題,題目,何謂斷面比能？ 斷面比能與斷面總能量有何區(qū)別？,解答及討論,解答及討論,解答及討論,MF2nn0812020,簡答題,1、明渠均勻流有何特征？ 2、明渠均勻流形成條件是什么？,題目,解答及討論,1、明渠均勻流特征：,a. 過水斷面的形狀、尺寸、和水深沿程不變，因而過水斷面的面積不變。,b.過水斷面上的流速分布和斷面平均流速沿程不變，因而水流的動能修正系數(shù)和流速水頭也沿程不變。,c.總水頭線、水面線、和渠底線互相平行，也就是水力坡度J、面坡度Jz、渠底坡度i、三者相等。,解答及討論,2、形成條件：,a.明渠水流為恒定流 b.流量沿

16、程保持不變，沒有水流的匯入和分出 c.明渠在足夠長范圍內(nèi)是順直棱柱體 d.明渠底坡為正坡并且足夠長距離保持底坡大小不變 e.明渠粗糙系數(shù)沿程不變 f.明渠段沒有閘、壩、橋、涵、陡坡、跌水等建筑物 對水流的局部干擾；距進出口有一定距離，進出口對水流的影響已可忽略,MF2nn0821021,簡答題,1、緩流和急流各有何特點？ 2、如何判別緩流和急流？,題目,急流和緩流是明渠水流的兩種獨特的水流流態(tài)，明渠水流是急流還是緩流取決于干擾波是否往上游傳播。,當水流在流動的過程中，遇到建筑物的干擾時產(chǎn)生水面波動即干擾波只能向下游傳播。,緩流的特點：,急流的特點：,當水流在流動的過程中，遇到建筑物的干擾時產(chǎn)生水面波動即干擾波能向上游傳播。,1、緩流和急流的特點,解答及討論,解答及討論,解答及討論,MF2nn0821022,簡答題,題目,臨界水深hk與正常水深有何不同？,解答及討論,分析題,MF2nn0823023,在緩坡渠道（iik）上的1區(qū)，水面曲線是下凹的壅水曲線,題目,討論,棱柱體渠道水深沿程變化的基本微分方程為,在該區(qū)內(nèi)非均勻