【正文】 方向單位長度內(nèi)的渠底高程降落值，以符號表示。該鉛垂面與水面的交線稱為水面線。當(dāng)渠道的斷面形狀和尺寸沿流程不變的長直渠道我們稱為棱柱體渠道。在非棱柱體明渠中，過水?dāng)嗝婷娣e除隨水深變化外，還隨流程變化，即。軸線順直斷面規(guī)則的人工渠道、涵洞、渡槽等均屬此類。棱柱體明渠是指斷面形狀尺寸沿流程不變的長直明渠。它形狀斷面的幾何要素可按各自的相應(yīng)公式計算。明槽非均勻流根據(jù)其流線不平行和彎曲的程度，又可以分為漸變流和急變流。明渠水流的復(fù)雜性在于有一個不受邊界約束的自由表面，自由表面能隨上下游的水流條件和渠道斷面周界形狀的變化而上下變動，相應(yīng)的水流運動要素也發(fā)生變化，形成了不同的水面形態(tài)。本章有4個重點：明渠均勻流水力計算；明渠水流三種流態(tài)的判別；明渠恒定非均勻漸變流水面曲線分析和計算，這部分也是本章的難點；水躍的特性和共軛水深計算。1了解緩流彎道水流的運動特征。掌握棱柱體渠道水面曲線的分類、分區(qū)和變化規(guī)律，能正確進行水面線定性分析，了解水面線銜接的控制條件。了解水躍和水跌現(xiàn)象，掌握共軛水深的計算，特別是矩形斷明渠面共軛水深計算。掌握明渠水流三種流態(tài)（急流、緩流、臨界流）的運動特征和判別明渠水流流態(tài)的方法，理解佛汝德數(shù)Fr的物理意義。理解水力最佳斷面和允許流速的概念，掌握水力最佳斷面的條件和允許流速的確定方法，學(xué)會正確選擇明渠的糙率n值。水力學(xué)教案第六章 明槽恒定流動【教學(xué)基本要求】了解明槽水流的分類和特征，了解棱柱體渠道的概念，掌握明槽底坡的概念和梯形斷面明渠的幾何特征和水力要素。了解明槽均勻流的特點和形成條件，熟練掌握明槽均勻流公式，并能應(yīng)用它來進行明渠均勻流水力計算。掌握明槽均勻流水力設(shè)計的類型和計算方法，能進行過流能力和正常水深的計算，能設(shè)計渠道的斷面尺寸。理解斷面比能、臨界水深、臨界底坡的概念和特性，掌握矩形斷面明渠臨界水深hk的計算公式和其它形狀斷面臨界水深的計算方法。能進行水躍能量損失和水躍長度的計算。能進行水面線定量計算?！緝?nèi)容提要和教學(xué)重點】這一章是工程水力學(xué)部分內(nèi)容最豐富也是實際應(yīng)用最廣泛的一章。學(xué)習(xí)中應(yīng)圍繞這4個重點，掌握相關(guān)的基本概念和計算公式。 明槽和明槽水流的幾何特征和分類（1） 明槽水流的分類 明槽恒定均勻流 明槽恒定非均勻流（包括漸變流和急變流） 明槽非恒定流明槽非恒定流一定是非均勻流。（2） 明槽梯形斷面水力要素的計算公式： 水面寬度 B = b+2 mh （6—1） 過水?dāng)嗝婷娣e A =（b+ mh）h （6—2） 濕周 （6—3） 水力半徑 （6—4）式中：b為梯形斷面底寬，m為梯形斷面邊坡系數(shù)，h為梯形斷面水深。（3）棱柱體明渠和非棱柱體明渠按照明渠橫斷面形狀尺寸是否沿流程變化可將明渠分為棱柱體明渠和非棱柱體明渠兩類。在棱柱體明渠中，過水?dāng)嗝婷娣e只隨水深變化，即。非棱柱體明渠是指斷面形狀尺寸沿流程不斷變化的明渠。常見的非棱柱體明渠是漸變段（如扭面），另外，斷面不規(guī)則，主流彎曲多變的天然河道也是非棱柱體明渠的例子。（4）縱斷面和底坡沿渠道中心線所做的鉛垂平面與渠底的交線稱為底坡線（渠底線、河底線），即明渠的縱斷面。為了表示底坡線沿水流方向降低的緩急程度，引入了底坡的概念。底坡也稱縱坡，可用下式計算。通常由于角很小，故常以兩斷面間的水平距離來代替流程長度，即。人工渠道三種底坡類型均可能出現(xiàn)，但在天然河道中，長期的水流運動形成往往是正坡。（1）明槽均勻流的特征：a）均勻流過水?dāng)嗝娴男螤?、尺寸沿流程不變，特別是水深h沿程不變，這個水深也稱為正常水深。c）總水頭線坡度、水面坡度、渠底坡度三者相等，J = Js = I。從力學(xué)意義上來說：均勻流在水流方向上的重力分量必須與渠道邊界的摩擦阻力相等才能形成均勻流。（2）明渠均勻流公式明渠均勻流計算公式是由連續(xù)性方程和謝才公式組成的，即 Q = A v （6—5） （6—6）也可表示為： （6—7）曼寧公式為 （6—8）式中K是流量模數(shù)，它表示當(dāng)?shù)灼聻閕 = 1的時候，渠道中通過均勻流的流量。實際工程計算中，正確選擇n值對進行可靠的設(shè)計計算十分重要。其中，粗糙系數(shù)對謝才系數(shù)的影響遠比水力半徑大。在應(yīng)用曼寧公式時，最困難之處在于確定粗糙系數(shù)的數(shù)值，因為至今沒有一個選擇精確值的方法，而實用計算中，確定粗糙系數(shù)就意味著對渠道中的水流阻力做出估計，這一工作主要依靠經(jīng)驗。反之，如果在設(shè)計中選定的值較實際偏小，則設(shè)計的渠道斷面尺寸必然偏小，影響渠道的過流能力，可能造成水流漫溢，另一方面，渠道中的實際流速將小于設(shè)計流速，可能引起渠道淤積。所以，正確選擇粗糙系數(shù)是明渠均勻流計算的關(guān)鍵。對人工渠道，多年了積累了較多的實際資料和工程經(jīng)驗。天然河道的情況比較復(fù)雜，通常要根據(jù)對實際河流的實際量測來確定。當(dāng)渠道邊界各部分的糙率不同時，應(yīng)采用綜合糙率來進行計算。梯形斷面明渠滿足水力最佳斷面的條件是，渠道的寬深比βm為 （6—10） 對于矩形斷面m = 0，則βm =2，即矩形水力最佳斷面的底寬b等于水深h的2倍?？梢宰C明，當(dāng)時，外切多邊形就為正多邊形。從工程投資角度考慮，水力最佳斷面不一定是工程最經(jīng)濟的斷面。當(dāng)時，；當(dāng)時，；當(dāng)時，例如當(dāng)時，底寬不足水深的一半。窄深式斷面在施工中深挖高填，勞動效率低，開挖不經(jīng)濟，維修養(yǎng)護也困難，有時難以滿足灌溉和通航的要求。正因為如此，水力最佳斷面在工程實際中的應(yīng)用有一定的局限性，實際工程中采用不多。這就是說，在設(shè)計渠道斷面時，必須結(jié)合實際情況，從經(jīng)濟和技術(shù)兩方面綜合考慮。為此，工程實際中以水力最佳斷面為基礎(chǔ)，提出了“實用經(jīng)濟斷面”的概念，工程中也常采用之。這種斷面，其渠道設(shè)計流速比水力最佳斷面的流速增大2%至減少4%，即過水?dāng)嗝婷娣e較水力最佳斷面面積減少2%至增加4%，在此范圍內(nèi)仍可認(rèn)為符合水力最佳條件。設(shè)計時可在此范圍內(nèi)選擇出實用經(jīng)濟的斷面，具體設(shè)計方法可參閱有關(guān)資料。允許流速包括不沖流速、不淤流速和其它運行管理要求的流速限制。明槽均勻流水力計