明渠恒定均匀流汇总

梯形断面：
水面宽度 过水面积 湿周
B=b+2mh
水力半径
B
1
h
m b
土基上的渠
土壤种类
粉砂 细沙 砂壤土 粘砂壤土 粘土，密实黄土 卵石和砌石 半岩性的抗水的土壤 风化的岩石 未风化的岩石
边坡系数 m
3.0~5.3 2.5~3.5 2.0~2.5 1.5~2.0 1.25~1.5 1.25~1.5 0.5~1.25 0.25~0.5 0.00~0.25
道；
2、渠道必须为顺坡(i>0),恒定流；
3、渠道中没有建筑物的局部干扰； 4、明渠中的水流必须是恒定的，沿程无水流 的汇入、汇出，即流量不变。
实际渠中总有各种建筑物。因此，多数明渠流是非均匀流。 严格说，不存在明渠均匀流，均匀流是对明渠流动的一种概化。
如：离开渠进口、或水工建筑物一定距离远的顺直棱柱体明渠恒定流，天然河道 某些顺直、整齐河段在枯、平水期
b
bh
b 2h
bh b 2h
B
m
b
b 2mh
b mhh
b mhh b 2h 1 m2 b 2h 1 m2
B d
h
2
hd h
d 2 sin *
8
1 d 2
d 4
1
sin
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
*式中 以弧度计
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（Prismatic channel）。否则为 非棱柱体渠道（Non-prismatic channel）。
3、 明渠均匀流的计算公式
明渠均匀流计算的基本公式是谢才公式和曼宁 公式，即
J=i
式中K是流量模数，它表示当底坡i＝1时渠道
中通过均匀流的流量。
底坡一定的时候，流量与流量模数成正比。而 流量模数与糙率相关，故糙率的准确性非常重要。
各种土质、衬砌材料渠道的糙率表
表 人工渠道的糙率
渠道衬砌材料 土渠： 夯实光滑的土面 砾石（直径20~60mm）渠面 散布粗石块的土渠面 野草丛生的砂壤土或砾石渠面
非恒定均匀流 明渠流：非恒定流必是非均匀流 管 流：非恒定管流可以是均匀流
从明渠恒定均匀流取一段水流 外力平衡：
P2
均匀流动水压强服从静水压强分布规律 断面面积延程不变，则
可得：
1、明渠的类型及其对水流运动的影响
明渠的渠身及其沿流动方向的倾斜程度( 称作底 坡 )，是水流边界的几何条件。一定形式的边界几何 条件，给予水流运动一定的影响。所以为了了解水 流运动的特征，必须先对影响明渠水流运动的边界 几何条件进行分析。
明渠恒定均匀流
Steady Uniform Channel Flow
韩智明
明渠:人工渠道、天然河道、水流未充 满全断面的管道的统称
明渠水流：具有自由液面的水流，水 流的表面压强为大气压强
明渠水流在自然界中是常见的，例如：水电站引水渠、灌溉渠、排水渠、 运河、无压隧洞和下水道等人工渠道中的水流以及天然河道中的水流。
二、明渠的底坡(Bottom slope) ----顺坡（Falling slope）、平坡
（Horizontal slope)和逆坡（Adverse slope) 底坡：明渠渠底倾斜的程度称为底坡。以符
号i表示，i等于渠底线与水平线夹角θ的正弦即i ＝Sinθ。
平坡、逆坡：
顺坡(正坡)： i>0
各种土质、衬砌材料渠道的糙率表
表 人工渠道的糙率
渠道衬砌材料 圬工渠： 整齐勾缝的浆砌方石 浆砌块石 粗糙的浆砌碎石渠 干砌块石渠
n
0.013~0.017 0.017~0.023 0.020~0.025 0.025~0.035
各种土质、衬砌材料渠道的糙率表
平坡：
i=0
逆坡(反坡)： i<0
明槽槽底沿程
平坡、逆坡无
降低 不变 增高
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，
特别是水深h沿程不变，这个水深也称为正常水深。 2）、过水断面上的流速分布和断面平均流速沿
流程不变。即，动能修正系数不变，流束水头沿程 不变。
明渠非均匀流 V和h均沿程变化
工程上的许多实际问题都必须在掌握了明渠水流运动规 律以后才能予以解决。
明渠和管流比较
管流 明渠
恒定流 非恒定流
恒定流 非恒定流
均匀流 非均匀流 均匀流 非均匀流
均匀流 非均匀流 无 非均匀流
明渠流与有压流区别 自由液面 明渠流：有自由面, 随时空变化,呈现各种水面形态 管 流：无自由液面
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、水面线渠底线三条线平行。
h J Jz i
J Jz v
i vh
θ
从力学意义上来说：均匀流在水流方向上的重力分量与渠道边界的摩擦 阻力相等，故在正坡渠道才可能形成均匀流。能量上水面下降值始终等于 水头损失。
二、明渠均匀流产生的条件： 1、底坡和糙率沿程不变的长而直的棱柱形渠
涵箱 加拿大某渠
二滩泄洪洞
红旗渠
龙羊峡导流洞
南水北调
南水北调
引渠
引渠
引渠
引渠
引渠
引渠
雨区
分类 明渠恒定流
运动要素不随时间变化
明渠非恒定流 运动要素随时间变化
明
➢V和h均沿程不变
渠 水
明渠均匀流 ➢流线为一簇相互平行的直线
流
➢从力学的观点看，明渠均匀流
动是一种直线等速运动
一、明渠的横断面
人工明渠的横断面，通常作成对称的几何形状。例如常 见的梯形（土）、矩形或圆形（砌筑）等。
河道的横断面，则常呈不规则的形状。 根据渠道的断面形状、尺寸，就可以计算渠道过水断面 的水力要素。
矩形断面
水面宽度
过水面积 h
湿周
b
水力半径
• 常用于岩石中开凿、两侧用条石砌成的渠 • 混凝土渠 • 木渠
n
0.017~0.020 0.025~0.030 0.033~0.04 0.04~0.05
各种土质、衬砌材料渠道的糙率表
表 人工渠道的糙率
渠道衬砌材料
n
石渠：
光滑而均匀 中等粗糙的凿岩渠 细致开爆的凿岩渠 粗劣的极不规则的凿岩渠
0.025~0.035 0.033~0.040 0.04~0.05 0.05~0.065
圆形断面
水面宽度 过水面积 湿周 水力半径
d h θ
用于无压隧洞
河道横断面 河道横断面形状不规则，分主槽和滩地两部分 枯水期：水流过主槽 丰水期：水流过主槽和滩地
主槽
滩地
常见的过水断面的水力要素
表5-2
断面形状
B h
b
矩形、梯形、圆形过水断面的水力要素
水面宽度 B
过水断面积 A
湿周 x
水力半径 R