【文章內容簡介】 由曼寧公式 則 列455斷面的能量方程，不計其間的沿程水頭損失，得 由等壓面N2N2，有即 將、代①式并整理得 即 （2）求。將代入②式，得 （3）求。列233兩斷面的能量方程，得 由等壓面N1N1有即得 （4）當n增大時，、及水頭線變化情況的分析。n增大時（隨使用時間的增長和沉積銹蝕、磨損等作用出現(xiàn)這種情況），將增大，根據(jù)能量方程分析，在其他條件不變的情況下，流速必減小，從而使減小。雖然減小，但增大，其結果仍然是增大，而使水頭線變陡（理由可由能量方程和能量損失的原理得出。）由于增大，則將增大。又由于增小，且認為不變，則將減小。 在上例的計算中我們注意到：計算沿程水頭損失前并未進行流態(tài)判別，這是因為在實際工程中，大多數(shù)水流均為紊流粗糙區(qū)。在求解習題時，若當判別條件沒有給出時，就毋須判別流態(tài)，一般可近似按紊流粗糙區(qū)理論求解。事實上，在以后的“管流”學習中，我們將會看到，本例＞，完全可認為管道在紊流粗糙區(qū)工作。第五章Ⅰ 解題指導恒定管流的水力計算中，簡單短、長管的水力計算方法是管流水力計算的基礎；水頭線的繪制，實際上是對管道沿程各斷面能量和壓強的變化進行圖解，既可為管道設計提供依據(jù)，又可以幫助我們加深對能量轉化意義的理解。二者均應熟練掌握。此外，各種管道的分類也是管道水力計算中首先就應明了的重要概念（各種管道的分類情況，詳見表51）。表51 恒定管流分類簡表簡單管道（d、n沿程不變的單線管道）長管定義備注的管道環(huán)狀管網(wǎng)、分叉管道及連續(xù)出流管道本書不予討論短管的管道復雜管道（d、n沿程變化或沿程有分叉的管道）申聯(lián)管道不同管徑的管路依次連接而成的管道并聯(lián)管道兩條以上的管路在一處分叉，又在另一處匯合的管道管網(wǎng)(枝狀、環(huán)狀)由許多簡單管路所組成的網(wǎng)狀管道分叉管道自主管終端分出兩條以上支管而不匯合的管道連續(xù)出流管道沿程有流量連續(xù)均勻泄出的管道恒定管流的水力計算主要解決兩類問題。：①流量與水頭H、管徑d和管道特性（如：，、等）間的關系；②定性或定量繪制測壓管水頭線和總水頭線。Ⅱ 典型例題 [例51] 如例51圖所示的虹吸管，為一直徑d=，管道進口處裝一有底閥蓮蓬頭，有兩個40176。轉角，上下游水位差H為4m；上下游水池流速水頭可忽略，；管段長為8m。試求：①通過虹吸管的流量為多少？②虹吸管中壓強最小的斷面在哪里，其最大真空值是多少？解：（1）求流量。由教材可查表得：n=,網(wǎng)=, 折=，出口=。按粗糙區(qū)考慮則 因 = （2）1—1斷面處壓強最小。其 求解如下。以上游上面為基準面，列0—0，1—1斷面的能量方程 得 =[例52] 如例52圖所示的水泵提水灌溉。水池，吸水管為長4m、直徑200mm的鋼管，設有帶底閥的蓮蓬頭及40176。的彎頭一個；壓力水管為長50m、直徑150mm的鋼管，設有逆上閥（=）、閘閥（=）40176。彎頭各一個，水泵的總效率n=，已知流量為50000cm3/s，試求水泵的揚程和裝機容量。解：（1）求水泵的揚程。以上游水面為基準面，對上下游水池水面列能量方程，得揚程 查表可得 n=。對吸水管 對壓水管 即得 = =（2）求水泵的裝機容量 [例53] 如例53圖所示的串聯(lián)供水管道，各管段尺寸如圖，已知，管路為鑄鐵管，n=，試求：①當q1=，q2= m3/s時水頭H為若干；②假設qq2均為零，且按短管考慮時，試定性繪制總水頭線和測壓管水頭線。解： （1）求H各管流量 各管流量模數(shù)各管水頭損失 故水頭 （2）定性繪制總水頭線和測壓管水頭線如例53圖所示（請讀者自行完成水頭線的定量繪制）。[例54] 一并聯(lián)管路如例54圖。已知： 試求并聯(lián)管路中的總水頭損失及各管流量、。解：由公式 、得 因 則 得 [例55] 有一枝狀管網(wǎng)，采用鑄鐵管，糙率n=，如例55圖所示。各管段流量、長度見例55圖，水塔地，最遠供水點B、根據(jù)樓房用水要求，管端自由水頭H端=12m。求水塔水面距地面的高度及各管管徑。解： 根據(jù)經(jīng)濟流速表，可采用經(jīng)濟流速 由 得 則 取標準管徑d2B=，流量模數(shù)K=，則 ＜查修正系數(shù)k值表得 k=，則 其他各管段同理可求，詳見表52。由表知 表52管段管徑d(m)管長流量流量模數(shù)K（m3/s）流速修正系數(shù)k沿程水頭損失hf(m)2B12A1500800400AB3C1CA1400900400AC對水塔水面與AB管段之B斷面列能量方程 100+H塔=102+H端+hfAB故 H塔=102100+12+=第六章Ⅰ 解題指導本章雖然公式不多，但它在河渠的水力計算中卻占有相當重要的地位。在學習中，應著重注意理解和掌握均勻流基本公式主要物理量間的變化關系及其水力計算的類型與方法。一、均勻流基本公式主要物理量間的關系式（62）是明渠均勻流最主要的基本計算公式，它貫串于整個明渠均勻流的水力計算之中?，F(xiàn)將其主要物理量間的變化關系列于表61。表61nih0備注——表中：“”號表示自變量增大；“”號表示因變量增大；“”表示因變量減?。弧耙弧碧柋硎静蛔兞俊弧⒚髑鶆蛄鞯乃τ嬎忝髑鶆蛄魉τ嬎泐愋碗m然較多，但實質上都是均勻流基本公式的應用。不外乎變換基本方程的形式，由某些已知水力要素去求另一未知水力要素。現(xiàn)以梯形斷面明渠為例，將其水力計算問題列于表62。表62 明渠均勻流水力計算一覽表計算類型已知條件待求問題求解方法已建渠道的水力計算及較核繪定明渠斷面形式尺寸（h0,b,m）i,n計算或校核明渠過流能力Q（）及流量模數(shù)K（繪制渠道“Q～h”關系曲線）利用均勻流基本方程直接求解Q，n推求明渠底坡i，進而可計算某均勻流段的渠底或水面落差：Q,i推求明渠糙率n；校核設計所選n值是否合理擬建渠道的設計計算設計明渠b(或h0)設計渠道正常水深h0（或底寬b）。確定渠深即渠道邊墻高度：利用均勻流方程試算或查圖求解試算法：令所設h0（或b）滿足查圖法：由查圖法：由設計渠道正常水深h0和底寬b；確定渠道斷面尺寸 被充方程并與均勻流方程聯(lián)解補充方程：聯(lián)解 設計明渠規(guī)定流速0H0（或b）設計渠道b（或h0）及底坡i補充分程： 再用——不淤允許流速——不沖允許流速設計渠道正常水深h0及底寬b由 ；由 求解b和h；聯(lián)解 A=（b+mh）hx=b+2h注意：方程無實根時，應改變或i，再行設計備注渠道設計時，應注意滿足不沖不淤要求：＜＜有關渠道設計中的允許流速、水力最佳斷面、不同糙率及復式斷面等水力計算問題，下面的例題中將予以介紹，在此就不贅述了。Ⅱ 典型例題[例61] 某水廠擬建一矩形斷面引水渠。設計底坡i=，設計流量=6m3/s，規(guī)定渠中流速，取n=，試設計渠道斷面尺寸（超高）。解：按規(guī)定流速得過水斷面面積 由式（61），取 則濕周 聯(lián)解 得 ， 此處選技第一方案，即 渠深 渠寬 [例62] 某梯形斷面棱柱體密實粘土渠道，底坡i=，邊坡系數(shù)m=，糙率n=，設計底寬b=14m，設計水深h0=，堤頂超高。要求①求渠道的設計流量；②校核渠道設計是否滿足不沖不淤要求；③當時，求h0并判斷堤頂超高是否滿足需求。解（1）求渠道的設計流量 即得 =（2）流速校核。在教材中查表可得密實粘土渠不沖允許流速（取。一般土渠不淤允許流速，而渠道設計流速因 ＜＜故渠道設計滿足不沖不瘀要求。 （3）當時，求并校核超高是否滿足要求 1）求：假定若干水深列表計算如下：表63～。按線性內插法得： 或根據(jù)表中數(shù)據(jù)，作出“”曲線（如例62圖）。由，即可查得。 也可用圖解法求解如下： 由m=，則 2）校核堤頂超高是否滿足要求：因設計渠深H=原設計水深+超高=+=。當時，＜H=，故滿足要求。[例63] 一梯形斷面漿砌石渠道，n=，如按水力最佳斷面設計，取b=，m=，設計流量，試求其設計水深及設計底坡各為若干。解：（1）確定設計水深。由式（63）得 則設計水深 （2）確定設計底坡。因水力最佳斷面時 且 由式（62a），即得設計底坡 必須指出：由于水力最佳斷面往往是窄深式的，因此，在實際工程中，它就不一定是經(jīng)濟斷面。這一點，在渠道設計中必須加以注意。[例64] 擬在中壤土區(qū)修一梯形斷面渠道，設計底坡i=，設計流量，擬定：。①當取土渠糙率時，用圖解法設計渠道底寬及水深；②為增大過流量，擬將渠道兩邊坡改為混凝土預制板護面（其糙率n2=）。在其它條件不變時，問流量可以增加多少？解：（1）求b及h。由已知的及查圖可得，又因 有 故得 （2）求增加的流量。因 則綜合糙率因原設計流量，現(xiàn)通過流量，故有 即 所以 [例65] 某天然河道有一順直段，斷面變化不大，其概化斷面形狀及水位如例65圖所示。已知，若當河段長時，其相應的水位差，試求在圖示水位下的河道流量。解：為便于計算，先將復式斷面分成圖示的I、II兩部分（II=II1+II2）。 由式（65），即得 第七章Ⅰ 解題指導本章的主要任務是解決棱柱體明渠水面曲線的定性分析及河渠水面曲線的定量計算問題，有關概念及計算內容較多。這里，我們將明渠水流的流態(tài)判別、棱柱體明渠水面曲線的變化規(guī)律及河渠水面曲線的計算方法等主要內容小結如下：一、明渠水流流態(tài)與底坡的判別（見表74