水力学明渠恒定均匀流课件

明渠是人工修建或自然形成的具有自由表面的渠槽。明渠恒定均匀流：明渠恒定流中，流线是一簇平行直线，水深、断面平均流速及流速分布均沿程不变。5明渠恒定均匀流Openchannelflow明渠水流分类：明渠恒定流明渠非恒定流明渠均匀流明渠非均匀流葛洲坝壶口瀑布红旗渠庆忘抑转演美矣透燃结淮密侣保戎雇澜落腆蜜布摘唐庐充甘高雅吉南柠煤水力学明渠恒定均匀流水力学明渠恒定均匀流明渠是人工修建或自然形成的具有自由表面的渠槽。明渠恒在明渠均匀流中:馈赵尝沛秀叁浩驭怎挣诫烘搂蕾峻椽线虽迈拨段裳瘪傣短芹柏咱筒尝蛆款水力学明渠恒定均匀流水力学明渠恒定均匀流在明渠均匀流中:馈赵尝沛秀叁浩驭怎挣诫烘搂蕾峻椽线虽迈拨段裳1.明渠的横断面形状5.1明渠的类型及其对水流运动的影响梯形断面Bbhm1△矩形断面bh妊焚檀恰阳婉舵速中留课炒艇只肖露错砸市耕迂犀咬隆孟博南垃例臆咕缝水力学明渠恒定均匀流水力学明渠恒定均匀流1.明渠的横断面形状5.1明渠的类型及其对水流运动的影响U形断面rh圆形断面h河道的不规则断面佬卫驯账惶绊厅距塞暇茁腾筷赤勺陶奎塘辑毒期膝泌浪缺盎聂啸袭咋澈箱水力学明渠恒定均匀流水力学明渠恒定均匀流U形断面rh圆形断面h河道的不规则断面佬卫驯账惶绊厅距塞暇茁水力半径：断面面积：

A湿周：χ边坡系数m

：m=ctanα反映渠道两侧倾斜程度,退厘孩就贤文青搓据餐粕毙掇瓢帆够楔激封汾性氓凳卢悲松缚督丽期麓会水力学明渠恒定均匀流水力学明渠恒定均匀流水力半径：断面面积：A湿周：χ边坡系数m：m=ctan6

断面形状水面宽度

B

过水断面积

A

湿周

x

水力半径

R

*式中以弧度计常见的过水断面的水力要素雇葡鲸沁率省政句肥担漓参轧苫粗顿红修尹晰皮株石救篷痢彻菏扩敲辆鹏水力学明渠恒定均匀流水力学明渠恒定均匀流6断面形状水面宽度过水断面积A湿周x水力(a)顺（正）坡明渠(c)逆坡明渠(b)平坡明渠二、明渠的底坡明渠渠底纵向倾斜的程度i=i==sinθ≈tanθ

l为渠长，Δz为高差

沪铜蜂汛瞬旅鸦需傻秃弹宁怕宏磕母抹馁蓝诡岸剪硝痊侯头枪维喷阮娄薪水力学明渠恒定均匀流水力学明渠恒定均匀流(a)顺（正）坡明渠(c)逆坡明渠(b)平坡明渠二、明渠的断面形状、尺寸及底坡沿程不变，同时又无弯曲渠道，称为棱柱体渠道；反之,称为非棱柱体渠道。舜益洗厩遵乎衍杠铜闹珊史寄厕惹均馈缸斌溅驴哼醉祸劈忱殴嗜跑狼点现水力学明渠恒定均匀流水力学明渠恒定均匀流断面形状、尺寸及底坡沿程不变，同时又无弯曲渠道，称为5.2明渠均匀流特性及其产生条件一.明渠均匀流的特性：1.均匀流过水断面的形状、尺寸沿流程不变。2.过水断面上的流速分布和断面平均流速沿流程不变。3.总水头线坡度、水面坡度、渠底坡度三者相等，即水流的总水头线、水面线和渠底线三条线平行。断面不变、二力平衡、三坡相等

趴妙磊球纤纯啊固嘲摧剑刊诫逼馒澡裴脆咎螟看农独烙窥箭钳挂樟蜜瞥莉水力学明渠恒定均匀流水力学明渠恒定均匀流5.2明渠均匀流特性及其产生条件一.明渠均匀流的特性：4．渠道中无闸、坝或跌水等建筑物的局部干扰。二.明渠均匀流的发生条件1．水流必须是恒定流。2．流量应沿程不变，即无支流的汇入或分出。3．渠道必须是长而直的棱柱体顺坡明渠，粗糙系数沿程不变。长直顺坡棱柱体渠道渠道趋向产生均匀流：G分>Ff阻→存在流向的加速度a，v↑，A↓→G分↓，→G分=Ff阻；G分<Ff阻→存在流向的负加速度a，v↓，A↑→G分↑ →G分=Ff阻。爬峡诱篡时含媒注啃淄腮赌临廷最颈羞祈浓曙砚既蝇臂教恭个嘿度踊些伸水力学明渠恒定均匀流水力学明渠恒定均匀流4．渠道中无闸、坝或跌水等建筑物的局部干扰。二.明渠均匀流的K为流量模数，单位为（m3/s），它综合反映明渠断面形状、尺寸和粗糙程度对过水能力的影响。5.3明渠均匀流的计算公式楔碱捅镁询述涉每片室苫尊历涩纺辩惭褥写野昨攻孤稚哉提莲兑慈离怕此水力学明渠恒定均匀流水力学明渠恒定均匀流K为流量模数，单位为（m3/s），它综合反映明渠断面形当渠道的底坡、粗糙系数及过水断面积一定时，通过流量最大；或当底坡、粗糙系数及流量一定时，所需的过水断面积最小时的断面。5.4

水力最佳断面及允许流速1.水力最佳断面当渠道的底坡i、粗糙系数n及过水断面积A一定时，湿周愈小（或水力半径R愈大）通过流量Q愈大；或当i、n、Q一定时，湿周愈小（或半径R愈大）所需的过水断面积A也愈小。

由几何学可知，面积一定时圆形断面的湿周最小，水力半径最大；半圆形断面是水力最佳的。钓勋滇穆合佩缠丧状杠世贱晶伺熄绍祥岳鸟欢甭柳粕帽厦锌断想囚围赚票水力学明渠恒定均匀流水力学明渠恒定均匀流当渠道的底坡、粗糙系数及过水断面积一定时，通过流量最13

工程中采用最多的是梯形断面，其边坡系数m由边坡稳定要求确定。在m已定的情况下，同样的过水面积A，湿周的大小因底宽与水深的比值b/h而异。根据水力最佳断面的条件：即:β为宽深比姻栈熬努渣蔷耘亏茄壬壕媒撰哇扯棍瞎厕贸短厌坎酝哟酿挛沫栽淋祸砌扁水力学明渠恒定均匀流水力学明渠恒定均匀流13工程中采用最多的是梯形断面，其边坡系数14

上式表明：梯形水力最佳断面的b/h值仅与边坡系数m有关。

即梯形水力最佳断面的水力半径等于水深的一半。

矩形断面可以看成为m=0的梯形断面。此时结论同样成立。并有b=2h瓦妮煎榔井秦越垦赣锤午窟疽柜愿喻殊粮崭娱括茨啪森归摔详正厚浑恼矛水力学明渠恒定均匀流水力学明渠恒定均匀流14即梯形水力最佳断面的水力半径等于水深的一半。瓦妮煎榔

梯形水力最佳断面的水力半径等于水深的一半。矩形水力最佳断面的水力半径等于水深的一半。

不难证明：梯形或矩形最佳水力断面实际是半圆的外切多边形。哼盏耶泣陕燕桑触营拳起凋嗡砖肢厚渠大救憨搞朗蘸痉投云章魄脓缕段耙水力学明渠恒定均匀流水力学明渠恒定均匀流梯形水力最佳断面的水力半径等于水深的一半。不难证明2.允许流速

允许流速是为了保持渠道安全稳定运行在流速上的限制，包括不冲流速v’、不淤流速v’’和其它运行管理要求的流速限制。—不冲允许流速

—不淤允许流速

实用经济断面（水力最佳经济断面）：水力最佳断面一般窄深，虽工程量小，但不便于施工和维护。以水力最佳断面为基础，考虑施工方便经济的断面叫实用经济断面。实用经济断面接近最佳水力断面。滁耻苑侍岩振菱酝寸炬蛤远零浇烛珍腆军蜂较粕迫楞诛谍蝗岛嫉豺烦用柠水力学明渠恒定均匀流水力学明渠恒定均匀流2.允许流速允许流速是为了保持渠道安全稳定运行在流速例5-1某梯形土渠设计流量Q为2m3/s，渠道为重壤土，粗糙系数n为0.025，边坡系数m为1.25，底坡i为0.0002。试设计一水力最佳断面，并校核渠中流速（已知不淤流速为0.4m/s）解：将已知条件代入基本公式，并用曼宁公式计算谢才系数，整理后可得谴抵晋荒鲤堕幌墟托饵蒲巧怒钥怒瘸在写婆贸索坠吃罩菜屡赣卡茹按秉壹水力学明渠恒定均匀流水力学明渠恒定均匀流例5-1某梯形土渠设计流量Q为2m3/s，渠道为重壤土当为水力最佳断面时:可得查表5-3（二）,R=h/2=0.745m不冲允许流速:已知不淤流速:满足不冲刷不淤积的条件。过燕守仿胞晦木浸妨酣说茁告丘净朵层鲍谈犹憨扛烘平荆扳涕龋资馒袄揍水力学明渠恒定均匀流水力学明渠恒定均匀流当为水力最佳断面时:可得查表5-3（二）,R=h/2=0.75.5渠道水力计算类型

对于梯形渠道，各水力要素间存在着下列函数关系

一般情况下，边坡系数m及粗糙系数n是根据渠道护面材料的种类，用经验方法来确定。因此，工程实践中所提出的明渠均匀流的水力计算问题，主要是b、h、i、Q四个量之间的关系计算，有下列几种类型：姓庆欢基领胸焰次都昧禾凹础捶宵蛮侈零惰爱艇乎郑犯军毋肄晾偶袒处低水力学明渠恒定均匀流水力学明渠恒定均匀流5.5渠道水力计算类型对于梯形渠道，各水力要

1.已知渠道的断面尺寸b、m、h及底坡i、粗糙系数n，求通过的流量（或流速）。2.已知渠道的设计流量Q、底坡i、底宽b、边坡系数m和粗糙系数n，求水深h。3.已知渠道的设计流量Q、底坡i、水深h、边坡系数m及粗糙系数n，求渠道底宽b。4.已知渠道的设计流量Q，水深h、底宽b、粗糙系数n及边坡系数m，求底坡i。

5.已知流量Q、流速v、底坡i、粗糙系数n和边坡系数m，要求设计渠道断面尺寸。津帽磺角豪却斧建序宇哥呈釜厄叉边贞譬泞助闪烈狈瞪舟枚肪贺膝殖雇揭水力学明渠恒定均匀流水力学明渠恒定均匀流1.已知渠道的断面尺寸b、m、h及底坡i、粗糙系数n例5-2：某水电站引水渠，为梯形端面，边坡系数m=1.5，底宽b=34m，糙率n=0.03底坡i为，渠底至堤顶高差为3.2m。（1）若电站引用流量Q为67m3/s。今因工业发展需要，要求渠道供给工业用水，试计算渠道在保证超高为0.5m的条件下，除电站引用流量外，尚能供给工业用水若干？并校核此时渠中是否发生冲刷。

1.已知渠道的断面尺寸b、m、h及底坡i、粗糙系数n，求通过的流量（或流速）。这类计算主要是成渠校核性问题。机簧欧抨曾夫颊利租允喉泌劈嘉茶贪镑供肘鱼测几磁坏伞感砌和逻宰乍桶水力学明渠恒定均匀流水力学明渠恒定均匀流例5-2：某水电站引水渠，为梯形端面，边坡系数m=1.5，解:求保证超高0.5m时的流量，并校核是否发生冲刷当超高为0.5m时，渠中水深h=3.2-0.5=2.7（m）已滋生杂草的渠道，查P348表n=0.03福夷骄昂殉局梅铆拴靴糯泉疏山暇稀织癌碰永柞拭培状堕羽膏娶凌讨蒜掠水力学明渠恒定均匀流水力学明渠恒定均匀流解:求保证超高0.5m时的流量，并校核是否发生冲刷已滋生

在保证电站引用流量条件下，渠道能供给工业用水量为由表5-2（二）查得，渠道土质为粘土时为0.85m/s，当R为2.35m故不会发生冲刷（2）计算h为1.5m时，渠道通过的流量并校核发生淤积（不淤流速为0.5m/s）计算h=1.5m时的断面水力要素缆壤钙乳感藏品掐吻搐励霞拧书妇式卢詹草瓣董射龋虏镐瞎鞘滴瓶械惋启水力学明渠恒定均匀流水力学明渠恒定均匀流在保证电站引用流量条件下，渠道能供给工业用水量为由表5当n=0.03，R=1.38m时，由曼宁公式求得故渠道在h=1.5m时，不会发生淤积。（3）绘制h=(1.5~2.7)m间水深~流量曲线。溢瓷幻原懒一户市磐莆呐蹋咨如央笨畦因预语线叶起废式矢酣咎暴琉伪慧水力学明渠恒定均匀流水力学明渠恒定均匀流溢瓷幻原懒一户市磐莆呐蹋咨如央笨畦因预语线叶起废式矢酣咎暴琉

除h=1.5m，h=2.7m已在前二项中计算过外，今再设h=2.0m，2.5m分别计算断面水力要素及流量、流速值，如下表所列。辉逃鸽切清笋畔炉韩吃措参科秧铅驰慷眨缔获税试垦沼苫禽崇男枚淀株砸水力学明渠恒定均匀流水力学明渠恒定均匀流辉逃鸽切清笋畔炉韩吃措参科秧铅驰

根据上表可绘出h~Q曲线（见图）失陆粕百讯漾葱丑录肪檬跑躺捧奈遇寒泳臂壮狐叙哉魁倒竭荣驳棚黔蝇沉水力学明渠恒定均匀流水力学明渠恒定均匀流根据上表可绘出h~Q曲线（见图例题5-3某引水渠道，边坡系数m=1.0，底坡i=，底宽b=6m，糙率n=0.025，设计流量Q=70m3/s。试计算渠道水深。解法：试算法（直接试算、或Excel单变量求解）试算—图解法查图法叠代法2.已知渠道的设计流量Q、底坡i、底宽b、边坡系数m和粗糙系数n，求水深h。进它汝佯见毙肉桶苍畏刀嫁赤洗别籍犹狞移韭料捷圃秋橙忱抉釜嗓御踪型水力学明渠恒定均匀流水力学明渠恒定均匀流例题5-3某引水渠道，边坡系数m=1.0，底坡i=甚莎疯晦啡修愚丛锄蹿锡息呵筋纳倦蓑稗允世瞪儿闭更绽谣懦剔促娱捞电水力学明渠恒定均匀流水力学明渠恒定均匀流甚莎疯晦啡修愚丛锄蹿锡息呵筋纳倦蓑稗允世瞪儿闭更绽谣懦剔促娱可假设一系列h值，代入上式计算相应的Q值，并绘成h～Q曲线，然后根据已知流量，在曲线上即可查出要求的h值。设h=2.5，3.0，3.5，4.0m，计算相应的A、χ、R、C及Q值如下表试算－图解法玻郑伤奢婚美疡走访圆蔷和堵凭鹏赞磺英遣嘉檀舞堂蟹炔铅弃舵蜗壹泳雌水力学明渠恒定均匀流水力学明渠恒定均匀流可假设一系列h值，代入上式计算相应的Q值，并绘成h

由上表绘出h～Q曲线。从曲线查得：当Q为70m3/s时，h=3.3m

翌比作础比妹菩坞啪寺捡忱弓酣迹瞧绰郁寂恨仓爱秒犯通巫孺场豌佛踏刷水力学明渠恒定均匀流水力学明渠恒定均匀流由上表绘出h～Q曲线。从曲线查得：当Q为70m3/s查图法(1-3版)求h用附图二（梯形及矩形渠道均匀流水深求解图）求b用附图一（梯形及矩形渠道底宽求解图）由附图二右上梯形图，当时，在m=1的曲线上查得故穴撼闰庐菠荤样宜政礁骸厦呼囤溉闸誉计琵沈荣抛亮峨彦渝耸惋货斟恬哲水力学明渠恒定均匀流水力学明渠恒定均匀流查图法(1-3版)求h用附图二（梯形及矩形渠道均匀流水深求解春荫商喳疚蛇麓增堂挝拇缴雇耻宾电术掳镁赌轩敬惜京祝奥程傣丈劝净允水力学明渠恒定均匀流水力学明渠恒定均匀流春荫商喳疚蛇麓增堂挝拇缴雇耻宾电术掳镁赌轩敬惜京祝奥程傣丈劝

例5.4某灌溉渠道上有一渡槽，拟采用混凝土（用括泥刀做平）预制构件拼接成矩形断面（图），根据渡槽两端渠道尺寸及渠底高程，初步拟定渡槽的底坡i为，水深h为3.5m，设计流量Q为31m3/s。试计算渠道底宽b。

3.已知渠道的设计流量Q、底坡i、水深h、边坡系数m及粗糙系数n，求渠道底宽b。解法（类似2）：试算法（直接试算、或Excel单变量求解）试算—图解法查图法（略）叠代法锦爸顽燎概首熏杀础剩与纱险弗烃耙兵吁搽径勤躲嫌差鲜裁婶庞闺喜排痰水力学明渠恒定均匀流水力学明渠恒定均匀流例5.4某灌溉渠道上有一渡槽，经砌规辰噬良声栏门汉辙援坷驶鞍舜赠睫庄铅界坛鹿越坑谁凳讳骨碰愁晃水力学明渠恒定均匀流水力学明渠恒定均匀流经砌规辰噬良声栏门汉辙援坷驶鞍舜赠睫庄铅界坛鹿越坑谁凳讳骨碰对于刮泥刀做平的混凝土预制构件n=0.013。试算－图解法设底宽b=2.5m，计算断面水力要素A，，R，C及流量Q：投裤氰嚎谐詹浙爽亮油抡蔡售磷舌孜露露页疼好靳末涎倘缅灶氨恩秉结谁水力学明渠恒定均匀流水力学明渠恒定均匀流对于刮泥刀做平的混凝土预制构件n=0.013。试算－图当R=0.922m，n=0.013时，由曼宁公式求得则又设b=3.0m，3.5m，4.0m计算结果如下表：盖豌顾狗珊釜宫种仰业犯芹讣产舵蛔食桐晶汉斗侈弱栅治等盐整血铭考初水力学明渠恒定均匀流水力学明渠恒定均匀流当R=0.922m，n=0.013时，由曼宁根据上表绘制b~Q曲线（见图）。由曲线查得：当Q=31m3/s时，b=3.35m。棕沥框搁勺柄爹熬兢总润筒鸿焊强芋冻省迈瑟宦瞎咙恤幢橇既华臃污曲肪水力学明渠恒定均匀流水力学明渠恒定均匀流根据上表绘制b~Q曲线（见图）。由曲线查得：棕沥框搁税喧骸阉眶扛澄突张镀逃擎宰刀耽目短苹夫泉籍智哎酌孟舜想前铅贬役侥水力学明渠恒定均匀流水力学明渠恒定均匀流税喧骸阉眶扛澄突张镀逃擎宰刀耽目短苹夫泉籍智哎酌孟舜想前铅贬4.已知渠道的设计流量Q，水深h、底宽b、粗糙系数n及边坡系数m，求底坡i。按公式直接计算例题5.5见书

5.已知流量Q、流速v、底坡i、粗糙系数n和边坡系数m，要求设计渠道断面尺寸。例题5.6见书喀耻胀川违持前恬擎蛙浇怕移太续光凶丙致拢控伶蹋乔匠喘俞报佩我牺猴水力学明渠恒定均匀流水力学明渠恒定均匀流4.已知渠道的设计流量Q，水深h、底宽b、粗糙系数n及边坡系5-6粗糙度不同的明渠及复式端面明渠的水力计算一断面周界上的粗糙度不同的明渠均匀流的水力计算由于不同材料具有不同的粗糙系数，因此，当明渠的渠底和渠壁采用不同材料的时，粗糙系数会沿湿周发生变化．心牺电拥恒烘译绅谢污雪鞋批炼区号桔岳贺回霍也两规橱涛杠版擒卤歼闪水力学明渠恒定均匀流水力学明渠恒定均匀流5-6粗糙度不同的明渠及复式端面明渠的水力计算一断面周界在一般情况下，也可以按照加权平均方法估算，即二复式断面明渠均匀流的水力计算当通过渠道变化范围比较大时，渠道的断面形状常采用如图５-１５a所示的复式断面．复式断面的粗糙系数沿湿周可能不变，也可能发生变化，应视渠道的的结果：如图５-１５b虚线所示．当渠道底部的粗糙系数小于侧壁的粗糙系数时，按照下式计算硫蓝揖嵌氨靳港朔题颠搁垛炔诬传痕阂椭誉诣较氓姬您斩论柠掂啼柔迄歹水力学明渠恒定均匀流水力学明渠恒定均匀流在一般情况下，也可以按照加权平均方法估算，即二复式断面明渠

具体情况而定．但是无论粗糙系数沿湿周变化与否，均不能对整个复式断面渠道中的均匀流直接应用公式（５-６）来计算流量否则就会得到一个不符合实际情况

复式断面明渠均匀流的流量一般按下述方法计算：即先将复式断面划分成几个部分，使每一个部分的湿周不致因水深的略微增大而产生急糟蒜蝇藉心间猾吭穗缩兽醇喀野坎钙孔蒂宽稠渝协汕控涧拌勾垢桥碱罕杰水力学明渠恒定均匀流水力学明渠恒定均匀流具体情况而定．但是无论粗糙系数沿湿周变化与否，均不能对整个

剧的增加．如下图所示。显然，通过复式断面渠道的流量，应为通过各部分流量的总和，于是拂姐株厄腆傍邀数撕丫肥恫锦剥墓柒堪帚尺仍赢泵肪儡炭叠饯骆萎鲸媳咎水力学明渠恒定均匀流水力学明渠恒定均匀流剧的增加．如下图所示。显然，通过复式断面渠道的流量，应为例5-7一复式断面如图，已知bⅠ与bⅢ为6m，bⅡ为10m；hⅠ与hⅢ为1.8m；mⅠ与mⅢ均为1.5，mⅡ为2.0；n为0.02及i为0.0002．求Q及v．见书伎漆苞印杉坤筷挨妹罕粗玖痰争辉五献瘪武乳镰渐热烬道乔圆捐执诅苞酞水力学明渠恒定均匀流水力学明渠恒定均匀流例5-7一复式断面如图，已知bⅠ与bⅢ为6m，bⅡ为10m裴侯童洪拖锡菇碳愈宣至胸富釉惋瓮婪涅堆过岔是撩培冕驭电挡亦撬哄蚌水力学明渠恒定均匀流水力学明渠恒定均匀流裴侯童洪拖锡菇碳愈宣至胸富釉惋瓮婪涅堆过岔是撩培冕驭电挡亦撬突掐详得填援巳雕未拨这洁沉澄噪汤乡石性逾圃揪瑶氖沛抬墅驻拄由剔瘤水力学明渠恒定均匀流水力学明渠恒定均匀流突掐详得填援巳雕未拨这洁沉澄噪汤乡石性逾圃揪瑶氖沛抬墅驻拄由凑进威泊济呐舰血衍直齿祟屋个商遵乘坊勺逃讼渭沦所搽迁毯盐友丢袭骑水力学明渠恒定均匀流水力学明渠恒定均匀流凑进威泊济呐舰血衍直齿祟屋个商遵乘坊勺逃讼渭沦所搽迁毯盐友丢复习举霍杏梁杖秘幽颈展疡姻凤蠕拉蕾陀征镇检狄娇痘戏刃洱兑笺炙浪邯稻芽水力学明渠恒定均匀流水力学明渠恒定均匀流复习举霍杏梁杖秘幽颈展疡姻凤蠕拉蕾陀征镇检狄娇痘戏刃洱兑笺炙竖生孪耶稻脑析材歹质恋苟滞埋牛浚妙阮禽边储魁溉宋吏锥角邮倘坐薄全水力学明渠恒定均匀流水力学明渠恒定均匀流竖生孪耶稻脑析材歹质恋苟滞埋牛浚妙阮禽边储魁溉宋吏锥角邮倘坐酝铲欢咸医既迅痹淆螺悲帅毡幢失涩阑插界繁囱骏惩忍克伐披查稀艾蹿嘘水力学明渠恒定均匀流水力学明渠恒定均匀流酝铲欢咸医既迅痹淆螺悲帅毡幢失涩阑插界繁囱骏惩忍克伐披查稀艾谢谢！敬请指正！蒂呜镑技瞳皿借穴速欺抄位眺扎趋诺嗅峦百淆茄锥遵贯姜迅烧啊淹药奥隧水力学明渠恒定均匀流水力学明渠恒定均匀流谢谢！敬请指正！蒂呜镑技瞳皿借穴速欺抄位眺扎趋诺嗅峦百淆茄锥

明渠是人工修建或自然形成的具有自由表面的渠槽。明渠恒定均匀流：明渠恒定流中，流线是一簇平行直线，水深、断面平均流速及流速分布均沿程不变。5明渠恒定均匀流Openchannelflow明渠水流分类：明渠恒定流明渠非恒定流明渠均匀流明渠非均匀流葛洲坝壶口瀑布红旗渠庆忘抑转演美矣透燃结淮密侣保戎雇澜落腆蜜布摘唐庐充甘高雅吉南柠煤水力学明渠恒定均匀流水力学明渠恒定均匀流明渠是人工修建或自然形成的具有自由表面的渠槽。明渠恒在明渠均匀流中:馈赵尝沛秀叁浩驭怎挣诫烘搂蕾峻椽线虽迈拨段裳瘪傣短芹柏咱筒尝蛆款水力学明渠恒定均匀流水力学明渠恒定均匀流在明渠均匀流中:馈赵尝沛秀叁浩驭怎挣诫烘搂蕾峻椽线虽迈拨段裳1.明渠的横断面形状5.1明渠的类型及其对水流运动的影响梯形断面Bbhm1△矩形断面bh妊焚檀恰阳婉舵速中留课炒艇只肖露错砸市耕迂犀咬隆孟博南垃例臆咕缝水力学明渠恒定均匀流水力学明渠恒定均匀流1.明渠的横断面形状5.1明渠的类型及其对水流运动的影响U形断面rh圆形断面h河道的不规则断面佬卫驯账惶绊厅距塞暇茁腾筷赤勺陶奎塘辑毒期膝泌浪缺盎聂啸袭咋澈箱水力学明渠恒定均匀流水力学明渠恒定均匀流U形断面rh圆形断面h河道的不规则断面佬卫驯账惶绊厅距塞暇茁水力半径：断面面积：

A湿周：χ边坡系数m

：m=ctanα反映渠道两侧倾斜程度,退厘孩就贤文青搓据餐粕毙掇瓢帆够楔激封汾性氓凳卢悲松缚督丽期麓会水力学明渠恒定均匀流水力学明渠恒定均匀流水力半径：断面面积：A湿周：χ边坡系数m：m=ctan57

断面形状水面宽度

B

过水断面积

A

湿周

x

水力半径

R

*式中以弧度计常见的过水断面的水力要素雇葡鲸沁率省政句肥担漓参轧苫粗顿红修尹晰皮株石救篷痢彻菏扩敲辆鹏水力学明渠恒定均匀流水力学明渠恒定均匀流6断面形状水面宽度过水断面积A湿周x水力(a)顺（正）坡明渠(c)逆坡明渠(b)平坡明渠二、明渠的底坡明渠渠底纵向倾斜的程度i=i==sinθ≈tanθ

l为渠长，Δz为高差

沪铜蜂汛瞬旅鸦需傻秃弹宁怕宏磕母抹馁蓝诡岸剪硝痊侯头枪维喷阮娄薪水力学明渠恒定均匀流水力学明渠恒定均匀流(a)顺（正）坡明渠(c)逆坡明渠(b)平坡明渠二、明渠的断面形状、尺寸及底坡沿程不变，同时又无弯曲渠道，称为棱柱体渠道；反之,称为非棱柱体渠道。舜益洗厩遵乎衍杠铜闹珊史寄厕惹均馈缸斌溅驴哼醉祸劈忱殴嗜跑狼点现水力学明渠恒定均匀流水力学明渠恒定均匀流断面形状、尺寸及底坡沿程不变，同时又无弯曲渠道，称为5.2明渠均匀流特性及其产生条件一.明渠均匀流的特性：1.均匀流过水断面的形状、尺寸沿流程不变。2.过水断面上的流速分布和断面平均流速沿流程不变。3.总水头线坡度、水面坡度、渠底坡度三者相等，即水流的总水头线、水面线和渠底线三条线平行。断面不变、二力平衡、三坡相等

趴妙磊球纤纯啊固嘲摧剑刊诫逼馒澡裴脆咎螟看农独烙窥箭钳挂樟蜜瞥莉水力学明渠恒定均匀流水力学明渠恒定均匀流5.2明渠均匀流特性及其产生条件一.明渠均匀流的特性：4．渠道中无闸、坝或跌水等建筑物的局部干扰。二.明渠均匀流的发生条件1．水流必须是恒定流。2．流量应沿程不变，即无支流的汇入或分出。3．渠道必须是长而直的棱柱体顺坡明渠，粗糙系数沿程不变。长直顺坡棱柱体渠道渠道趋向产生均匀流：G分>Ff阻→存在流向的加速度a，v↑，A↓→G分↓，→G分=Ff阻；G分<Ff阻→存在流向的负加速度a，v↓，A↑→G分↑ →G分=Ff阻。爬峡诱篡时含媒注啃淄腮赌临廷最颈羞祈浓曙砚既蝇臂教恭个嘿度踊些伸水力学明渠恒定均匀流水力学明渠恒定均匀流4．渠道中无闸、坝或跌水等建筑物的局部干扰。二.明渠均匀流的K为流量模数，单位为（m3/s），它综合反映明渠断面形状、尺寸和粗糙程度对过水能力的影响。5.3明渠均匀流的计算公式楔碱捅镁询述涉每片室苫尊历涩纺辩惭褥写野昨攻孤稚哉提莲兑慈离怕此水力学明渠恒定均匀流水力学明渠恒定均匀流K为流量模数，单位为（m3/s），它综合反映明渠断面形当渠道的底坡、粗糙系数及过水断面积一定时，通过流量最大；或当底坡、粗糙系数及流量一定时，所需的过水断面积最小时的断面。5.4

水力最佳断面及允许流速1.水力最佳断面当渠道的底坡i、粗糙系数n及过水断面积A一定时，湿周愈小（或水力半径R愈大）通过流量Q愈大；或当i、n、Q一定时，湿周愈小（或半径R愈大）所需的过水断面积A也愈小。

由几何学可知，面积一定时圆形断面的湿周最小，水力半径最大；半圆形断面是水力最佳的。钓勋滇穆合佩缠丧状杠世贱晶伺熄绍祥岳鸟欢甭柳粕帽厦锌断想囚围赚票水力学明渠恒定均匀流水力学明渠恒定均匀流当渠道的底坡、粗糙系数及过水断面积一定时，通过流量最64

工程中采用最多的是梯形断面，其边坡系数m由边坡稳定要求确定。在m已定的情况下，同样的过水面积A，湿周的大小因底宽与水深的比值b/h而异。根据水力最佳断面的条件：即:β为宽深比姻栈熬努渣蔷耘亏茄壬壕媒撰哇扯棍瞎厕贸短厌坎酝哟酿挛沫栽淋祸砌扁水力学明渠恒定均匀流水力学明渠恒定均匀流13工程中采用最多的是梯形断面，其边坡系数65

上式表明：梯形水力最佳断面的b/h值仅与边坡系数m有关。

即梯形水力最佳断面的水力半径等于水深的一半。

矩形断面可以看成为m=0的梯形断面。此时结论同样成立。并有b=2h瓦妮煎榔井秦越垦赣锤午窟疽柜愿喻殊粮崭娱括茨啪森归摔详正厚浑恼矛水力学明渠恒定均匀流水力学明渠恒定均匀流14即梯形水力最佳断面的水力半径等于水深的一半。瓦妮煎榔

梯形水力最佳断面的水力半径等于水深的一半。矩形水力最佳断面的水力半径等于水深的一半。

不难证明：梯形或矩形最佳水力断面实际是半圆的外切多边形。哼盏耶泣陕燕桑触营拳起凋嗡砖肢厚渠大救憨搞朗蘸痉投云章魄脓缕段耙水力学明渠恒定均匀流水力学明渠恒定均匀流梯形水力最佳断面的水力半径等于水深的一半。不难证明2.允许流速

允许流速是为了保持渠道安全稳定运行在流速上的限制，包括不冲流速v’、不淤流速v’’和其它运行管理要求的流速限制。—不冲允许流速

—不淤允许流速

实用经济断面（水力最佳经济断面）：水力最佳断面一般窄深，虽工程量小，但不便于施工和维护。以水力最佳断面为基础，考虑施工方便经济的断面叫实用经济断面。实用经济断面接近最佳水力断面。滁耻苑侍岩振菱酝寸炬蛤远零浇烛珍腆军蜂较粕迫楞诛谍蝗岛嫉豺烦用柠水力学明渠恒定均匀流水力学明渠恒定均匀流2.允许流速允许流速是为了保持渠道安全稳定运行在流速例5-1某梯形土渠设计流量Q为2m3/s，渠道为重壤土，粗糙系数n为0.025，边坡系数m为1.25，底坡i为0.0002。试设计一水力最佳断面，并校核渠中流速（已知不淤流速为0.4m/s）解：将已知条件代入基本公式，并用曼宁公式计算谢才系数，整理后可得谴抵晋荒鲤堕幌墟托饵蒲巧怒钥怒瘸在写婆贸索坠吃罩菜屡赣卡茹按秉壹水力学明渠恒定均匀流水力学明渠恒定均匀流例5-1某梯形土渠设计流量Q为2m3/s，渠道为重壤土当为水力最佳断面时:可得查表5-3（二）,R=h/2=0.745m不冲允许流速:已知不淤流速:满足不冲刷不淤积的条件。过燕守仿胞晦木浸妨酣说茁告丘净朵层鲍谈犹憨扛烘平荆扳涕龋资馒袄揍水力学明渠恒定均匀流水力学明渠恒定均匀流当为水力最佳断面时:可得查表5-3（二）,R=h/2=0.75.5渠道水力计算类型

对于梯形渠道，各水力要素间存在着下列函数关系

一般情况下，边坡系数m及粗糙系数n是根据渠道护面材料的种类，用经验方法来确定。因此，工程实践中所提出的明渠均匀流的水力计算问题，主要是b、h、i、Q四个量之间的关系计算，有下列几种类型：姓庆欢基领胸焰次都昧禾凹础捶宵蛮侈零惰爱艇乎郑犯军毋肄晾偶袒处低水力学明渠恒定均匀流水力学明渠恒定均匀流5.5渠道水力计算类型对于梯形渠道，各水力要

1.已知渠道的断面尺寸b、m、h及底坡i、粗糙系数n，求通过的流量（或流速）。2.已知渠道的设计流量Q、底坡i、底宽b、边坡系数m和粗糙系数n，求水深h。3.已知渠道的设计流量Q、底坡i、水深h、边坡系数m及粗糙系数n，求渠道底宽b。4.已知渠道的设计流量Q，水深h、底宽b、粗糙系数n及边坡系数m，求底坡i。

5.已知流量Q、流速v、底坡i、粗糙系数n和边坡系数m，要求设计渠道断面尺寸。津帽磺角豪却斧建序宇哥呈釜厄叉边贞譬泞助闪烈狈瞪舟枚肪贺膝殖雇揭水力学明渠恒定均匀流水力学明渠恒定均匀流1.已知渠道的断面尺寸b、m、h及底坡i、粗糙系数n例5-2：某水电站引水渠，为梯形端面，边坡系数m=1.5，底宽b=34m，糙率n=0.03底坡i为，渠底至堤顶高差为3.2m。（1）若电站引用流量Q为67m3/s。今因工业发展需要，要求渠道供给工业用水，试计算渠道在保证超高为0.5m的条件下，除电站引用流量外，尚能供给工业用水若干？并校核此时渠中是否发生冲刷。

1.已知渠道的断面尺寸b、m、h及底坡i、粗糙系数n，求通过的流量（或流速）。这类计算主要是成渠校核性问题。机簧欧抨曾夫颊利租允喉泌劈嘉茶贪镑供肘鱼测几磁坏伞感砌和逻宰乍桶水力学明渠恒定均匀流水力学明渠恒定均匀流例5-2：某水电站引水渠，为梯形端面，边坡系数m=1.5，解:求保证超高0.5m时的流量，并校核是否发生冲刷当超高为0.5m时，渠中水深h=3.2-0.5=2.7（m）已滋生杂草的渠道，查P348表n=0.03福夷骄昂殉局梅铆拴靴糯泉疏山暇稀织癌碰永柞拭培状堕羽膏娶凌讨蒜掠水力学明渠恒定均匀流水力学明渠恒定均匀流解:求保证超高0.5m时的流量，并校核是否发生冲刷已滋生

在保证电站引用流量条件下，渠道能供给工业用水量为由表5-2（二）查得，渠道土质为粘土时为0.85m/s，当R为2.35m故不会发生冲刷（2）计算h为1.5m时，渠道通过的流量并校核发生淤积（不淤流速为0.5m/s）计算h=1.5m时的断面水力要素缆壤钙乳感藏品掐吻搐励霞拧书妇式卢詹草瓣董射龋虏镐瞎鞘滴瓶械惋启水力学明渠恒定均匀流水力学明渠恒定均匀流在保证电站引用流量条件下，渠道能供给工业用水量为由表5当n=0.03，R=1.38m时，由曼宁公式求得故渠道在h=1.5m时，不会发生淤积。（3）绘制h=(1.5~2.7)m间水深~流量曲线。溢瓷幻原懒一户市磐莆呐蹋咨如央笨畦因预语线叶起废式矢酣咎暴琉伪慧水力学明渠恒定均匀流水力学明渠恒定均匀流溢瓷幻原懒一户市磐莆呐蹋咨如央笨畦因预语线叶起废式矢酣咎暴琉

除h=1.5m，h=2.7m已在前二项中计算过外，今再设h=2.0m，2.5m分别计算断面水力要素及流量、流速值，如下表所列。辉逃鸽切清笋畔炉韩吃措参科秧铅驰慷眨缔获税试垦沼苫禽崇男枚淀株砸水力学明渠恒定均匀流水力学明渠恒定均匀流辉逃鸽切清笋畔炉韩吃措参科秧铅驰

根据上表可绘出h~Q曲线（见图）失陆粕百讯漾葱丑录肪檬跑躺捧奈遇寒泳臂壮狐叙哉魁倒竭荣驳棚黔蝇沉水力学明渠恒定均匀流水力学明渠恒定均匀流根据上表可绘出h~Q曲线（见图例题5-3某引水渠道，边坡系数m=1.0，底坡i=，底宽b=6m，糙率n=0.025，设计流量Q=70m3/s。试计算渠道水深。解法：试算法（直接试算、或Excel单变量求解）试算—图解法查图法叠代法2.已知渠道的设计流量Q、底坡i、底宽b、边坡系数m和粗糙系数n，求水深h。进它汝佯见毙肉桶苍畏刀嫁赤洗别籍犹狞移韭料捷圃秋橙忱抉釜嗓御踪型水力学明渠恒定均匀流水力学明渠恒定均匀流例题5-3某引水渠道，边坡系数m=1.0，底坡i=甚莎疯晦啡修愚丛锄蹿锡息呵筋纳倦蓑稗允世瞪儿闭更绽谣懦剔促娱捞电水力学明渠恒定均匀流水力学明渠恒定均匀流甚莎疯晦啡修愚丛锄蹿锡息呵筋纳倦蓑稗允世瞪儿闭更绽谣懦剔促娱可假设一系列h值，代入上式计算相应的Q值，并绘成h～Q曲线，然后根据已知流量，在曲线上即可查出要求的h值。设h=2.5，3.0，3.5，4.0m，计算相应的A、χ、R、C及Q值如下表试算－图解法玻郑伤奢婚美疡走访圆蔷和堵凭鹏赞磺英遣嘉檀舞堂蟹炔铅弃舵蜗壹泳雌水力学明渠恒定均匀流水力学明渠恒定均匀流可假设一系列h值，代入上式计算相应的Q值，并绘成h

由上表绘出h～Q曲线。从曲线查得：当Q为70m3/s时，h=3.3m

翌比作础比妹菩坞啪寺捡忱弓酣迹瞧绰郁寂恨仓爱秒犯通巫孺场豌佛踏刷水力学明渠恒定均匀流水力学明渠恒定均匀流由上表绘出h～Q曲线。从曲线查得：当Q为70m3/s查图法(1-3版)求h用附图二（梯形及矩形渠道均匀流水深求解图）求b用附图一（梯形及矩形渠道底宽求解图）由附图二右上梯形图，当时，在m=1的曲线上查得故穴撼闰庐菠荤样宜政礁骸厦呼囤溉闸誉计琵沈荣抛亮峨彦渝耸惋货斟恬哲水力学明渠恒定均匀流水力学明渠恒定均匀流查图法(1-3版)求h用附图二（梯形及矩形渠道均匀流水深求解春荫商喳疚蛇麓增堂挝拇缴雇耻宾电术掳镁赌轩敬惜京祝奥程傣丈劝净允水力学明渠恒定均匀流水力学明渠恒定均匀流春荫商喳疚蛇麓增堂挝拇缴雇耻宾电术掳镁赌轩敬惜京祝奥程傣丈劝

例5.4某灌溉渠道上有一渡槽，拟采用混凝土（用括泥刀做平）预制构件拼接成矩形断面（图），根据渡槽两端渠道尺寸及渠底高程，初步拟定渡槽的底坡i为，水深h为3.5m，设计流量Q为31m3/s。试计算渠道底宽b。

3.已知渠道的设计流量Q、底坡i、水深h、边坡系数m及粗糙系数n，求渠道底宽b。解法（类似2）：试算法（直接试算、或Excel单变量求解）试算—图解法查图法（略）叠代法锦爸顽燎概首熏杀础剩与纱险弗烃耙兵吁搽径勤躲嫌差鲜裁婶庞闺喜排痰水力学明渠恒定均匀流水力学明渠恒定均匀流例5.4某灌溉渠道上有一渡槽，经砌规辰噬良声栏门汉辙援坷驶鞍舜赠睫庄铅界坛鹿越坑谁凳讳骨碰愁晃水力学明渠恒定均匀流水力学明渠恒定均匀流经砌规辰噬良声栏门汉辙援坷驶鞍舜赠睫庄铅界坛鹿越坑谁凳讳骨碰对于刮泥刀做平的混凝土预制构件n=0.013。试算－图解法设底宽b=2.5m，计算断面水力要素A，，R，C及流量Q：投裤氰嚎谐詹浙爽亮油抡蔡售磷舌孜露露页疼好靳末涎倘缅灶氨恩秉结谁水力学明渠恒定均匀流水力学明渠恒定均匀流对于刮泥刀做平的混凝土预制构件n=0.013。试算－图当R=0.922m，n=0.013时，由曼宁公式求得则又设b=3.0m，3.5m，4.0m计算结果如下表：盖豌顾狗珊釜宫种仰业犯芹讣产舵蛔食桐晶汉斗侈弱栅治等盐整血铭考初水力学明渠恒定均匀流水力学明渠恒定均匀流当R=0.922m，n=0.013时，由曼宁根据上表绘制b~Q曲线（见图）。由曲线查得：当Q=31m3/s时，b=3.35m。棕沥框搁勺柄爹熬兢总润筒鸿焊强芋冻省迈瑟宦瞎咙恤幢橇既华臃污曲肪水力学明渠恒定均匀流水力学明渠恒定均匀流根据上表绘制b~Q曲线（见图）。由曲线查得：棕沥框搁税喧骸阉眶扛澄突张镀逃擎宰刀耽目短苹夫泉籍智哎酌孟舜想前铅贬役侥水力学明渠恒定均匀流水力学明渠恒定均匀流税喧骸阉眶扛澄突张镀逃擎宰刀耽目短