明渠均匀流的特征及其形成条件

第九章明渠流动重点内容授课内容思考题作业重点内容明渠均匀流水力计算明渠水流三种流态的判别明渠恒定非均匀渐变流水面曲线分析水跃的特性和共轭水深计算思考题1、简述明渠均匀流的特性和形成条件，从能量观点分析明渠均匀流为什么只能发生在正坡长渠道中？2、什么是正常水深？它的大小与哪些因素有关？当其它条件相同时，糙率n、底宽b或底坡i分别发生变化时，试分析正常水深将如何变化？思考题3、什么是水力最佳断面？矩形断面渠道水力最佳断面的底宽b和水深h是什么关系？4、什么是允许流速？为什么在明渠均匀流水力计算中要进行允许流速的校核？作业P244-8.12、8.13P245-8.18第一节概述在河、渠等水道中流动，具有自由表面的水流。明渠的分类棱柱形渠道非棱柱形渠道铅垂断面为过水断面，铅垂深度h为过水断面的水深。明渠的底坡明渠渠底与纵剖面的交线称为渠底线，渠底线的坡度称为底坡（i）。底坡坡类类型型第二二节节明明渠渠均均匀匀流流的的特特征征及及其其形形成成条条件件明渠渠过过流流断断面面的的几几何何要要素素梯形形明明渠渠边边坡坡系系数数水力力最最优优断断面面当i、n和A一定定，使流流量Q最大大的断面面形状，，定义为为水力最最优断面面。当i、n和Q一定，，使A最最小的断断面形状状，定义义为水力力最优断断面。水力最优优断面例题：在密实砂砂壤土层层中开挖挖灌溉渠渠道，断断面为梯梯形。边边坡系数数m=1.5，粗粗糙系数数n=0.025，，根据地地面地形形，底坡坡采用，，i=0.0003，，设计计流量Q=9.68m3/s，，选定定底宽b=7m,试确定定断面的的开挖深深度。断面开挖挖深度无压圆管管均匀流流圆管过水水断面的的几何要要素无压圆管管均匀流流的流量量和流速速随水深深的变化化第四节明明渠流流动状态态断面单位位能量和和临界界水深明明渠的底底坡6.1概概述述明渠流动动：是指在河河、渠等等水道中中流动，，具有自自由表面面的水流流。自由表面面相对压压强为零零，又称称为无压压流。明渠流动动：（1）恒恒定流与与非恒定定流；（（2）均均匀流与与非均匀匀流明渠渠底底与纵剖剖面的交交线称为为底线，，底线的的坡度称称为底坡（i）。铅垂断面面为过水水断面，，铅垂深度度h为过过水断面面的水深深。底坡类型型：明渠断面面的形状状可以有有多种形形式。以以梯形最最具有代代表性。。其几何要要素可分分为基本本量和导导出量。。基本量：：底宽b、水深深h、边边坡系数数m边坡系数数m表示边坡坡倾斜程程度，其其值大小小取决于于渠壁岩岩土的稳稳定性。。导出量：：水面宽宽B、过过水断面面面积A、湿周周、水力力半径棱柱形渠渠道与非非棱柱形形渠道断面形状状及尺寸寸沿程不不变的长长直渠道道，称为为棱柱形渠渠道，否则为为非棱柱形形渠道。棱柱形渠渠道过水水断面面面积A仅仅随水深深h而变变化。明明渠均均匀流的的水力特特征（1）明明渠均匀匀流断面面平均流流速、水水深沿程程不变；；（2）明明渠均匀匀流总水水头线、、测压管管水头线线（水面面线）与与渠道底底线互相相平行；；6.2明明渠均均匀流明明渠均均匀流的的形成条条件（1）明明渠流量量沿程不不变；（2））顺坡坡（i>0））、且且底坡坡沿程程不变变的棱棱柱形形渠道道；（3））壁面面粗糙糙系数数n沿沿程不不变;（4））渠道道上没没有影影响水水流的的建筑筑物或或障碍碍物。。明明渠渠均匀匀流的的水力力计算算（1））基本本公式式：谢才才公式式K的单单位同同流量量，称称为流流量模模数明渠水水流一一般属属于紊紊流阻阻力平平方区区，采采用曼曼宁公公式或或巴普普洛夫夫公式式计算算谢才才系数数。（2））正常常水深深h0：明渠渠均匀匀流的的水深深为正正常水水深（3））粗糙糙系数数n的选定定（4））明渠渠均匀匀流水水力计计算问问题a、验验算渠渠道的的输水水能力力b、决决定渠渠道坡坡度c、决决定渠渠道断断面尺尺寸当i、n及A大大小一一定时时，使使渠道道所通通过的的流量量最大大的那那种断断面形形状称称为水水力最最优断断面。。当i、n及A给给定时时，水水力半半径R最大大、即即湿周周最小小的断断面能能通过过最大大的流流量。。（6））渠道道的允允许流流速（7））断面面周界界上粗粗糙度度不同同的渠渠道（8））复式式断面面渠道道（5））水力力最优优断面面与实实用经经济断断面面积给给定时时，边边界最最小的的几何何图形形是圆圆形，，因此此管路路断面面形状状通常常为圆圆形。。6.6棱棱柱形形渠道道中渐渐变流流水面面曲线线分析析渐变流流水面面线分分析的的主要要任务务：根据渠渠道的的水深深条件件、来来流的的流量量和控控制断断面条条件来来确定定水面面线的的沿程程变化化趋势势和变变化范范围，，定性性地绘绘制水水面曲曲线。。棱棱柱形形渠道道渐变变流基基本微微分方方程取两过过水断断面，，列能能量方方程：：顺坡渠渠道（（i>0））平坡渠渠道（（i>0））逆坡渠渠道（（i>0））2种水水面线线8种水水面线线2种水水面线线缓坡渠渠道（（i<ik）急坡渠渠道（（i>ik）临界坡坡渠道道（i=ik）2种水水面线线3种水水面线线3种水水面线线在缓坡坡渠道道上修修建溢溢流坝坝，抬抬高水水位使使坝前前水深深超过过相应应流量量的正正常水水深时时，坝坝上游游将出出现a1型型壅水水曲线线。在缓坡坡排水水渠道道末端端河水水位低低于渠渠尾的的正常常水深深时，，上游游将出出现b1型型降水水曲线线。在缓坡坡渠道道上闸闸门开开启时时，闸闸后收收缩断断面水水深小小于临临界水水深，，形成成急流流，阻阻力大大于重重力分分力，，流体体减速速，水水深增增加，，即形形成c1型型壅水水曲线线。在急坡渠道道上修建溢溢流坝，坝坝上游将出出现a2型型壅水曲线线。水流从缓坡坡渠道流入入急流渠道道时，缓坡坡渠道上将将形成b1型降水曲曲线，而急急坡渠道上上上将形成成b2型降降水曲线，，而在变坡坡处通过临临界水深，，形成跌水水。在急坡渠道道上闸门开开启时，闸闸后收缩断断面水深小小于临界水水深，形成成急流，阻阻力大于重重力分力，，流体减速速，水深增增加，即形形成c2型型壅水曲线线。在渠道上闸门上游将形成a3型壅水曲线。在渠道上闸门下游将形成c3型壅水曲线。平坡渠道末末端跌坎上上游将形成成b0型降降水曲线。。在平坡渠道道上闸门部部分开启时时，闸门下下游将形成成c0型壅壅水曲线。。逆坡长渠道道末端为跌跌坎，若闸闸门后收缩缩断面水深深小于临界界水深，则则闸门下游游为b’型型降水曲线线。跌坎上游将将形成c’’型壅水曲曲线。9、静夜四四无邻，，荒居旧旧业贫。。。1月-231月-23Thursday,January5,202310、雨中中黄叶叶树，，灯下下白头头人。。。20:53:1520:53:1520:531/5/20238:53:15PM11、以我独沈沈久，愧君君相见频。。。1月-2320:53:1520:53Jan-2305-Jan-2312、故人江海别别，几度隔山山川。。20:53:1520:53:1520:53Thursday,January5,202313、乍乍见见翻翻疑疑梦梦，，相相悲悲各各问问年年。。。。1月月-231月月-2320:53:1520:53:15January5,202314、他乡生白发发，旧国见青青山。。05一月20238:53:15下午20:53:151月-2315、比不了得得就不比，，得不到的的就不要。。。。一月238:53下下午1月-2320:53January5,202316、行行动动出出成成果果，，工工作作出出财财富富。。。。2023/1/520:53:1520:53:1505January202317、做前前，能能够环环视四四周；；做时时，你你只能能或者者最好好沿着着以脚脚为起起点的的射线线向前前。。。8:53:15下下午8:53下下午午20:53:151月-239、没有失失败，只只有暂时时停止成成功！。。1月-231月-23Thursday,January5,202310、很多事事情努力力了未必必有结果果，但是是不努力力却什么么改变也也没有。。。20:53:1620:53:1620:531/5/20238:53:16PM11、成功就是日日复一日那一一点点小小努努力的积累。。。1月-2320:53:1620:53Jan-2305-Jan-2312、世间间成事事，不不求其其绝对对圆满满，留留一份份不足足，可可得无无限完完美。。。20:53:1620:53:1620:53Thursday,January5,202313、不知香积寺寺，数里入云云峰。。1月-231月-2320:53:1620:53:16January5,202314、意意志志坚坚强强的的人人能能把把世世界界放放在在手手中中像像泥泥块块一一样样任任意意揉揉捏捏。。05一一月月20238:53:16下下午午20:53:161月月-2315、楚塞三湘湘接，荆门门九派通。。。。一月238:53下下午1月-2320:53January5,202316、少年十十五二十十时，步步行夺得得胡马骑骑。。2023/1/520:53:1620:53:1605January202317、空山新雨后后，天气晚来来秋。。8:53:16下午8:53下下午20:53:161月-239、杨杨柳柳散散和和风风，，青青山山澹澹吾吾虑虑。。。。1月月-231月月-23Thursday,January5,202310、阅读一切切好书如同同和过去最最杰出的人人谈话。20:53:1620:53:1620:531/5/20238:53:16PM11、越是没没有本领领的就越越加自命命不凡。。1月-2320:53:1620:53Jan-2305-Jan-2312、越是无能能的人，越越喜欢挑剔剔别人的错错儿。20:53:1620:53:1620:53Thursday,January5,202313、知知人人者者智智，，自自知知者者明明。。胜胜人人者者有