【正文】 斷面 1：未受波影響 忽略能量損失，由連續(xù)方程和能量方程 得 能量方程 ? ?gvhhgvh w2Δ222121 ?? ????連續(xù)方程 ? ?wB h vvhhB ?? 2 Δ式中， B為水面寬 1 2 ?h v1 = vw h 1 2 v2 由此得 ?????? ??????? ??hhhhghvw 2Δ1/Δ1hh? 對(duì)于波高 Δh h 的波 — 小波 hgvw ?式中： 斷面平均水深， A為過(guò)水?dāng)嗝婷娣e， B 為水面寬度 BAh ?1 2 ?h v1 = vw h 1 2 v2 逆水波 hgvvvvww ????39。 計(jì)算流量 實(shí)際流量 h Q 計(jì)算流量 水力計(jì)算 ： 把斷面按水深劃為幾部分，分別計(jì)算流速、流量 χ1 h1 χ2 χ3 h2 h3 例如，用垂線把斷面劃分成三部分 iKiRCAQ 11111 ??iKiRCAQ 22222 ??iKiRCAQ 33333 ??? ? iKKK 321321 ??????注意：計(jì)算各部分濕周時(shí)，不要把兩垂直分界線計(jì)入 χ1 h1 χ2 χ3 h2 h3 概述 明渠恒定均勻流 明渠水流的三種流態(tài) 水躍－急流到緩流的過(guò)渡 非均勻漸變流 非均勻漸變水面變化的分析 非均勻流水面曲線的計(jì)算 明渠水流流態(tài) 明渠流態(tài) 佛勞德數(shù) 微波速度 ? 急流、緩流和臨界流 緩 流 底坡平坦，水流緩慢 河流中有些水面寬闊的地方 當(dāng)水流遇有障礙時(shí)（如大石頭） 上游水面普遍抬高 而阻礙物處水位往下跌落 急流 在河流有些水面狹窄的地方 底坡陡峻，且水流湍急 當(dāng)水流遇到石塊 便一躍而過(guò) 石塊頂上 掀起浪花 而上游水面未受影響 請(qǐng)看江河中的急流和緩流 vw vw’ 將一塊石子投入靜水中 水面以投石點(diǎn)為中心產(chǎn)生一系列同心圓 其以一定速度離開中心向四周擴(kuò)散 vw v vw+ v 將石子投入等速運(yùn)動(dòng)的水流中 當(dāng)水流流速小于波速（ v vw）時(shí) 則波傳播速度是水流流速與波速向量和 微波向下游傳播的絕對(duì)速度為（ v + vw） 向上游傳播的絕對(duì)速度為（ vw v） 2 vw 當(dāng)水流的流速等于波速（ v= vw）時(shí) 微波向下游傳播的絕對(duì)速度是 2 vw vw + v 當(dāng)水流流速大于波速（ v vw）時(shí) 微波只向投石點(diǎn)下游傳播 對(duì)上游的流動(dòng)沒(méi)有影響 式中， v 為水流速度， vw 為微波（擾動(dòng)波）波速 緩 流 v vw 臨界流 v = vw 急 流 v vw 明渠流態(tài) 判斷明渠水流流態(tài)必須已知水流速度、微波（擾動(dòng)）波速；如何考慮微波（擾動(dòng)）波速？ 明渠水流流態(tài) 明渠流態(tài) 佛勞德數(shù) 微波速度 一平底矩形斷面水渠，水體靜止，水深為 h，水中 有一個(gè)直立的平板。 67 復(fù)式斷面明渠的水力計(jì)算 當(dāng)渠道流量變化大時(shí)，斷面形狀采用復(fù)式斷面 糟率沿濕周可能不變，也可能變化，視具體情況而定 計(jì)算流量 實(shí)際流量 h Q 計(jì)算流量 167。39。 渠道中流速 39。 渠道中雜草可滋生的臨界流速一般約 。 66 明渠均勻流允許流速 不沖流速 v’ 渠道沖刷的臨界斷面平均流速，取決定于渠 壁材料的物理性質(zhì)和水深，可查閱有關(guān)水利設(shè)計(jì) 手冊(cè)。 從地質(zhì)和施工條件考慮，工程中接近圓形斷面形狀的為梯形斷面 梯形水力最佳斷面條件 i、 n、 A及 m ＝ Const 0dd0dd0dd ),(22m i n?????hhhAhb???????????????212 mhbhmhbhbAA?)(),(????????????????012dddd0dddd2mhbhmhbhmhbhA?)()( 消去 ，則 hbdd ? ?mmhbm ???? 212?21212 22mmmmmmhmhmmhbhmhbAR ?????????????)()(式中， βm 為梯形最佳斷面的寬深比 βm 和 m 的關(guān)系為 ? ?mmhbm ???? 212?推論： 矩形斷面的水力最佳斷面 ? ?mmhbm ???? 212? =2 0. 00. 51. 01. 52. 02. 50 0. 5 1 1. 5 2 2. 5 3mβm邊坡越來(lái)越緩寬窄形斷面深窄形斷面綜合考慮水力最佳斷面不太合理 例如 一般土渠邊坡 m 1， β m 1，是深 窄形斷面，需深挖高填，造成施工不便、維 護(hù)管理困難；水深變化大，給通航和灌溉帶 來(lái)不便，經(jīng)濟(jì)上反而不利。因此，明渠最佳斷面形狀是半圓形。 m/s 7913451 20 .. ??? vQAmivnR 1510 0 0 70020451 3232.... ????????? ???????????mRA 711151 7913 .. . ????????m894m5110 ..h????? ????).(.).(mhmmhmbb511437894000 概述 明渠恒定均勻流 明渠均勻流特性 明渠均勻流的水力計(jì)算 明渠均勻流的產(chǎn)生條件 明渠均勻流的其他問(wèn)題 因此，在 i、 n 已定條件下， 底坡 i： 根據(jù)地形條件、技術(shù)條件考慮選定 糙率 n： 取決于渠壁材料 ) ( ， nifQ ? 斷面形狀和尺寸 ) (fQ ? 斷面形狀和尺寸 167。 求 h ~ i 的關(guān)系曲線 （流量一定） b /m1. 01. 52. 02. 53. 03. 54. 00. 00 0 0. 00 1 0. 00 2 0. 00 3 0. 00 4ih0 /mi khk 正常水深 h與底坡 i 的關(guān)系是： i 增大， h0減小 原 因 i 越大，底坡越陡，重力分力越大，流速愈大 極限值 i →0 , h → ∞,平坡不可能出現(xiàn)均勻流 b /m1. 01. 52. 02. 53. 03. 54. 00. 00 0 0. 00 1 0. 00 2 0. 00 3 0. 00 4ih0 /mi khk? 設(shè)計(jì)斷面尺寸 已知 Q、 v、 i、 n， m，設(shè)計(jì)渠道斷面尺寸 問(wèn)題 分析 vQA ? 32?????????ivnRRA?? 為已知 h， b為待求的未知數(shù)。試求： （ 1）求渡槽出口底部高程 z ？ （ 2）當(dāng)渡槽通過(guò)設(shè)計(jì)流量時(shí)，槽內(nèi)均勻流水深 隨底坡的變化規(guī)律。 上式含 h的高次隱函數(shù)，不可直接求解 ? ?nihbmfRiACQ , 0??? 已知 Q、 i、 n， b、 m，求 h ? ?? ?? ? 322035002112 mhbnhmhbiQ????? ? ? ?? ?mhb mhbinQhfh?????????????5225312迭代計(jì)算 ? ? ? ?? ?mhb mhbinQhfh?????????????5225312假定 h 結(jié) 束 ? ?hfh ?1? ?12 hfh ?21 hh ?12 hh ?是 否 渠堤高度 ： h+超高 = + = 解 將 b、 i、 m 代入 ? ? ? ?? ?mhb mhbinQhfh????????????? 52253 12化簡(jiǎn) ? ? ? ?hhhfh?????683263910 40 ...計(jì)算過(guò)程 h/ m 0 . 0 0 3 . 5 5 3 . 3 0f ( h ) / m 3 . 5 5 3 . 3 0 3 . 3 0 一梯形斷面， m = ，漿砌石砌護(hù) n =， i =1/800 b = ，設(shè)計(jì)流量 70m3/s，確定堤頂高度（超高 ） 試算圖解（計(jì)算器、 Excel、 Matlab等） 0 . 01 . 02 . 03 . 04 . 05 . 00 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100Q/ m3/sh/mh /m m b A / m2X /m R n C i Q /m3/s1 . 0 0 1 . 0 0 6 . 0 0 7 . 0 0 8 . 8 3 0 . 7 9 0 . 0 2 5 3 8 . 4 8 0 . 0 0 1 2 5 8 . 4 81 . 5 0 1 . 0 0 6 . 0 0 1 1 . 2 5 1 0 . 2 4 1 . 1 0 0 . 0 2 5 4 0 . 6 3 0 . 0 0 1 2 5 1 6 . 9 42 . 0 0 1 . 0 0 6 . 0 0 1 6 . 0 0 1 1 . 6 6 1 . 3 7 0 . 0 2 5 4 2 . 1 7 0 . 0 0 1 2 5 2 7 . 9 52 . 5 0 1 . 0 0 6 . 0 0 2 1 . 2 5 1 3 . 0 7 1 . 6 3 0 . 0 2 5 4 3 . 3 7 0 . 0 0 1 2 5 4 1 . 5 53 . 0 0 1 . 0 0 6 . 0 0 2 7 . 0 0 1 4 . 4 9 1 . 8 6 0 . 0 2 5 4 4 . 3 7 0 . 0 0 1 2 5 5 7 . 8 33 . 3 3 1 . 0 0 6 . 0 0 3 1 . 0 4 1 5 . 4 1 2 . 0 1 0 . 0 2 5 4 4 . 9 5 0 . 0 0 1 2 5 7 0 . 0 24 . 0 0 1 . 0 0 6 . 0 0 4 0 . 0 0 1 7 . 3 1 2 . 3 1 0 . 0 2 5 4 5 . 9 9 0 . 0 0 1 2 5 9 8 . 8 64 . 5 0 1 . 0 0 6 . 0 0 4 7 . 2 5 1 8 . 7 3 2 . 5 2 0 . 0 2 5 4 6 . 6 7 0 . 0 0 1 2 5 1 2 3 . 8 4? 求底寬 已知渠道設(shè)計(jì)流量 Q、 i、 n， h、 m，求 b 方法與求 h的相同，采用迭代法、試算圖解法 ? 求底寬 例 一矩形斷面渡槽，為預(yù)制鋼筋混凝土 n = ，設(shè)計(jì)流量 Q = 31m3/s， i =1/1000， h = ，計(jì)算 b。因工業(yè)發(fā) 展需要，要求渠道供給工業(yè)用水。 n 各種土質(zhì)、襯砌材料渠道的糙率表 ~ 野草叢生的砂壤土或礫石渠面 ~ 散布粗石塊的土渠面 ~ 礫石（直徑 20~60mm）渠面 ~ 夯實(shí)光滑的土面 土渠： n 渠道襯砌材料 表 人工渠道的糙率 各種土質(zhì)、襯砌材料渠道的糙率表 ~ 粗劣的極不規(guī)則的鑿巖渠 ~ 細(xì)致開爆的鑿巖渠 ~ 中等粗糙的鑿巖渠 ~ 光滑而均勻 石渠： n 渠道襯砌材料 表 人工渠道的糙率 各種土質(zhì)、襯砌材料渠道的糙率表