二人工渠槽水面曲线计算ppt课件

1、作业：作业：13-28, 13-29, 13-30不要求不要求明渠均匀流与非均匀渐变流明渠均匀流与非均匀渐变流内容提要内容提要 人工渠槽水面线计算人工渠槽水面线计算 天然河道水面线计算天然河道水面线计算( (不讲不讲) ) 水面线实例分析与讨论水面线实例分析与讨论 第一章第一章 总结、习题讨论总结、习题讨论 均匀流流速分布规律不讲均匀流流速分布规律不讲gvhE2cos2 )6, 1 . 0( i二二 人工渠槽水面曲线计算人工渠槽水面曲线计算 fJidSdE )6, 1 . 0(22 igvhE1. 根本方程：不计 dhj 人人 工工 槽槽天然河道天然河道漫滩河谷漫滩河谷 10. 1 50. 1

2、15. 1 0 . 2 二二. . 人工渠槽水面曲线计算人工渠槽水面曲线计算1 1 根本方程的差分方式根本方程的差分方式2.2.分段的原那么：分段的原那么： 水面变化比较大时如降水面变化比较大时如降水曲线，分段可短些；水面水曲线，分段可短些；水面变化比较缓时如壅水曲线，变化比较缓时如壅水曲线，分段可长些。分段可长些。 在变断面处，在在变断面处，在i i、n n变化变化处都应作为分段点。在所分的处都应作为分段点。在所分的流段内断面外形尺寸流段内断面外形尺寸n n、i i值大值大小都应变化不大；小都应变化不大； 根据工程对精度的需求，根据工程对精度的需求，决议分段的疏密，要求高者，决议分段的疏密，

3、要求高者，分段短些，反之可长些。分段短些，反之可长些。根本方程根本方程比能差分比能差分fJiSE udEEE SJESiEfdu差分方程：差分方程：假设两端比能假设两端比能知，可以知，可以得出间隔得出间隔fudJiEES 知两断面水深知两断面水深hu hu 和和hd ,hd ,求其间间隔求其间间隔S S 。3.3.人工渠槽水面曲线计算问题的类型人工渠槽水面曲线计算问题的类型SJESiEfdu 知知 hu hu或或 hd hd 和和SS，求水深，求水深hu hu 或或 hd hd直接用公式直接用公式列表计算列表计算)/()(fudJiEES总间隔总间隔 SSSJESiEfdu列表计算列表计算流量

4、和断面外形知流量和断面外形知huhuSiEhfuu)(udShd hd 未知未知hu hu 知知i假定假定hd1hd1dEfJSJEhffdd)(1假定假定hd2hd2dEfJSJEhffdd)(2假定假定hdihdidEfJSJEhffddi)( )()(diuhfhf为所求的下游水深dih假设假设棱柱型明槽其棱柱型明槽其 与与S S无关，在无关，在i i、n n不变条件不变条件下，不用试算；下，不用试算；)(hfA 剩下最后一段剩下最后一段s s时用方法时用方法, ,计算水深计算水深 或或 ; ;dhuh二二. . 人工渠槽水面曲线计算人工渠槽水面曲线计算棱柱型明槽中水面曲线计算技巧棱柱型

5、明槽中水面曲线计算技巧首先假定另一端的水深首先假定另一端的水深 或或 用用 dhuh),(shfA 直接求出所设水深的位置直接求出所设水深的位置 S SfudJiEES不能，由于不能，由于讨论：计算非棱柱讨论：计算非棱柱型明槽中的水面线型明槽中的水面线时能否用上法时能否用上法4. 4. 人工渠槽水面线计算的步骤人工渠槽水面线计算的步骤 定性分析水面线的变化：定性分析水面线的变化：二二 人工渠槽水面曲线计算人工渠槽水面曲线计算v 根据底坡性质，判别水面线的型式根据底坡性质，判别水面线的型式 v 画出画出NN, CC线，分成三个区，线，分成三个区，v 判别为壅水曲线还是降水曲线判别为壅水曲线还是降

6、水曲线 v 确定控制断面与控制水深确定控制断面与控制水深v 根据急流或缓流，定性分析水面线起点的控制水深根据急流或缓流，定性分析水面线起点的控制水深 v 分析水面线趋势及两端极限情况。分析水面线趋势及两端极限情况。4. 4. 人工渠槽水面线计算的步骤人工渠槽水面线计算的步骤 选择控制断面选择控制断面, ,作为分段计算水面线的起始断面作为分段计算水面线的起始断面急流：控制断面急流：控制断面B B在上游，在上游， 由上游由上游 下游计算。下游计算。缓流：控制断面缓流：控制断面B B在下游，在下游， 由下游由下游 上游计算。上游计算。 分清人工渠槽水流的流态；分清人工渠槽水流的流态； 在上述根底上，

7、按照分段原那么进展分在上述根底上，按照分段原那么进展分段试算。段试算。gQBAcc23例例 13 135 5 c cc cc cExcel P48 fudJiEEsmh求出距离假定水深0 . 23b bh hm=0.5m=0.5缓流缓流急流急流4 41 13 3N NN N30m30m125m125m4 45 55 56 66 61 13 32 22 2h hc chc=3.17mh2=3.17msJEsiEf21mh16. 41得到小结小结人工渠槽水面线计算人工渠槽水面线计算 知两断面水深知两断面水深hu hu 和和hd ,hd ,求其间间隔求其间间隔SS。fudJiEES SS问题的类型问

8、题的类型SJESiEfdu 知知 hu hu 或或 hd hd 和和SS，求，求hu hu 或或 hd hd，需列表计算，需列表计算直接用公式：直接用公式： 计算的步骤计算的步骤 定性分析水面线的变化：定性分析水面线的变化：v 根据底坡性质，判别水面线的方式根据底坡性质，判别水面线的方式 v 画出画出N N , C C线，分成三个区，分析能够出现的水线，分成三个区，分析能够出现的水面线方式；面线方式；v 确定控制断面与控制水深；确定控制断面与控制水深；v 根据急流或缓流，定性分析水面线起点的控制断面；根据急流或缓流，定性分析水面线起点的控制断面； v 分析水面线趋势及两端极限情况。分析水面线趋

9、势及两端极限情况。小结小结人工渠槽水面线计算人工渠槽水面线计算计算的步骤计算的步骤小结人工渠槽水面线计算 选择控制断面选择控制断面, ,作为分段计算水面线的起始断面；作为分段计算水面线的起始断面；急流：控制断面急流：控制断面B B在上游，在上游， 由上游由上游 下游计算。下游计算。缓流：控制断面缓流：控制断面B B在下游，在下游， 由下游由下游 上游计算。上游计算。 分清人工渠槽水流的流态；分清人工渠槽水流的流态； 在上述根底上，按照分段原那么进展分段在上述根底上，按照分段原那么进展分段试算。试算。GOTO 19GOTO 191. 1. 天然河道水面线计算根本方程天然河道水面线计算根本方程改写

10、为改写为差分方程差分方程 天然河道水面线计算不讲天然河道水面线计算不讲dsJgvddzf)2/()(2)11(211222duKKK 其中其中sKQgvgvzzuddu2222)22)(将上游断面量和将上游断面量和下游断面量分别下游断面量分别22222222)(22)(ddduuuKQsgvzKsQgvz )()(duzzf RCvKQJf2222SKQhf 22天然河道水面线计算天然河道水面线计算公式中公式中JfJf、K K 为该段的上下游断面的平均值。为该段的上下游断面的平均值。 水深、断面面积线性变化，微分方程化成差水深、断面面积线性变化，微分方程化成差分方程；分方程； 分段时每段均视为

11、均匀流，分段时每段均视为均匀流， 沿程损失项沿程损失项hf hf 用均匀流公式计算；用均匀流公式计算；2 2 运用分段计算法近似计算水面线运用分段计算法近似计算水面线)2(2gvddhj )22()2(222gvgvgvhudj 50. 033. 0 渐扩段渐扩段0 . 15 . 0 突扩段突扩段 天然河道水面线计算天然河道水面线计算 计算天然河道水面线时，部分损失计算天然河道水面线时，部分损失 不能忽略不能忽略0 渐缩段渐缩段部分损失系数部分损失系数3 3 分段的原那么分段的原那么: : 天然河道水面线计算v 河道顺直，宽窄河道顺直，宽窄b b 差别不大；差别不大；v 断面、断面、n n、i

12、 i 变化不大；变化不大；v 所分流段所分流段 Q Q 不变；不变； v 在断面、在断面、n n 、i i 有支流有支流q q 汇入汇入v 或分出或分出q q 之处之处, ,要作为分界点；要作为分界点；v 汇入、分出的支流量置于分汇入、分出的支流量置于分段段v 外外, ,保证段内保证段内Q Q不变；不变；v 山区河段，坡陡，分段短些；山区河段，坡陡，分段短些；v 平原河段，坡缓，分段长些；平原河段，坡缓，分段长些；v 需维护的企业需维护的企业, ,工矿等对高程有工矿等对高程有v 特殊要求的目的要作为分段特殊要求的目的要作为分段点。点。 4 4、 天然河道水面线计算的步骤天然河道水面线计算的步骤

13、: : 天然河道水面线计算Excel P51v 搜集地形搜集地形, , 地质地质, , 水文资料；水文资料；v 绘制分段的河道剖面图及绘制分段的河道剖面图及 A-h,R-h A-h,R-h 图备用；图备用；v 定性分析定性分析, ,控制断面；控制断面；R Rh hh hA A断面断面1 1断面断面2 2断面断面3 3断面断面1 1断面断面2 2断面断面3 3h hA Ah hR R 三峡库区河道表示图坝址河道坝址河道高程约高程约 65m65m 三峡坝址三峡坝址 万县万县 涪陵 重庆重庆天然水位天然水位蓄水后的水面线蓄水后的水面线坝址水坝址水位位m mv 流态判别流态判别v 恒定非均匀渐变流的根

14、本方程恒定非均匀渐变流的根本方程v 水面线变化分析水面线变化分析v 水面曲线计算水面曲线计算 弗劳德数、微波波速弗劳德数、微波波速 急流、缓流、临界流急流、缓流、临界流 谢才公式谢才公式 断面比能断面比能(E)(E) 临界水深临界水深E E最小最小1 1 流态判别流态判别v 棱柱形渠槽水深沿程变化方程棱柱形渠槽水深沿程变化方程2. 2. 恒定非均匀渐变流的根本方程恒定非均匀渐变流的根本方程v人工渠槽断面单位能量沿程变化方程人工渠槽断面单位能量沿程变化方程v天然河道水位沿程变化方程天然河道水位沿程变化方程21FrJidsdhffJidsdEs0)2()1(2 fJgvdsddsdz 3. 3.

15、水面线变化分析水面线变化分析v 由底坡判别水面曲线的方式由底坡判别水面曲线的方式 v 由由N-N,C-CN-N,C-C线将空间分成线将空间分成3 3个区个区: :v 1 13 3壅水，壅水，2 2区降水区降水v 水面线与水面线与N-NN-N线渐近，与线渐近，与C-CC-C线垂直线垂直v 急流控制水深在上游，缓流控制水深在下游急流控制水深在上游，缓流控制水深在下游v 急流到缓流过渡急流到缓流过渡水跃水跃 v 临界、远驱、淹没水跃临界、远驱、淹没水跃v 缓流到急流，经过临界水深缓流到急流，经过临界水深 4 4 水面曲线计算水面曲线计算v 定性分析水面线变化；定性分析水面线变化；v 确定控制断面与控

16、制水深；确定控制断面与控制水深；v 根据分段原那么分段试算水面曲线根据分段原那么分段试算水面曲线v 棱柱形明槽棱柱形明槽: 1 : 1 两端水深知，直接求两端水深知，直接求 间隔间隔 2 2 一一 一端水深未知，迭代求解一端水深未知，迭代求解v 天然河道水位：用试算法，使方程两端相等天然河道水位：用试算法，使方程两端相等习题讨论习题讨论CCCiicNNNN3 3区无降水区无降水1 1区无降水区无降水S2M219-(1) 缓流急流 缓流到急流过渡缓流到急流过渡 必过临界水深必过临界水深19-(2) 急流急流急流急流急流急流 控制水深控制水深 在上游在上游NCCCNNiiciic区无降水区无降水N

17、S219-(2) 急流急流急流急流 控制水深在上游控制水深在上游 iicNCCCNNiic区无壅水区无壅水NS319-(3) 缓流缓流 缓流缓流 控制水深在下游控制水深在下游iicNCCCNNiic区无壅水区无壅水NM119-(3) 缓流缓流iicNCCCNNiiciicNNNN临界临界 水跃水跃M3S1远驱远驱 水跃水跃淹没淹没 水跃水跃19-(5) 临界流缓流临界流缓流CCCi=iciicNNC3S2C3S3S2H2H319-(6) 19-(6) 平坡急流平坡急流CCCi=0iicNNH3H3S319-(7) 急流平坡急流平坡 CCiici=0NNH3H2S1H2H2H219-(8) 反坡

18、缓流CCCi0iicA3A2A3A3M3A2NN13 - 21CCCNNNN区无壅水区无壅水iiciiciich0S3S1S3S3S125 - 1CCCCCiiciici=0NNNNNNM1S2M2H3M3平坡段较短平坡段较短NN由于建筑物的存在，由于建筑物的存在，使得该处正常水位使得该处正常水位提高提高25 - 2CCCCiiciici=0H3NNNNNNM1S2M2H2平坡段较长平坡段较长NN由于建筑物的存在，由于建筑物的存在，使得该处正常水位使得该处正常水位提高提高25 - 3CCCCCiiciici=0NNNNNNS2M2H2M1S3平坡段更长平坡段更长在陡坡上发生水跃在陡坡上发生水跃NN由于建筑物的存在，由于建筑物的存在