明渠均匀流糙率系数的近似取值法
混凝土衬砌渠道糙率系数估算方法
应 用 时 ， 首 先 计 算 雷诺 数 ， 别 流 态和 紊 流 应 判 分 区 ， 后 选 用不 同 的沿 程 阻 力 系 数计 算 公 式 。 而 将 式 （ 用谢 才 公式 的算 式 形 式 表 示为 ： ２）
：
的设 计 糙 率 值 与 其 实际 值 相 差 很 多 ，如 引 滦 入 津
脚 、 ／ Ａ
清华大学 １８ 年修 订版 《 力学》 中给 出了 ９０ 水
计 算 沿程 阻 力 系 数 的计 算 公 式 ：
层流 Ａ ６ ４ （ ５）
１ 常用计算 方 法
现 有 工 程 原 型 糙 率 试 验 ，一般 根 据 明渠 均 匀 流基 本 公 式 Ｑ ＡＣ ＝ ， 谢 才 系数 ｃ用 曼 宁 公 将
［］ ４ 曾祥， 黄国兵， 段文刚． 混凝土渠道糙率调 研综述［ ． Ｊ长江科学 ］
院 院报 ，９ ９ １ （ ： ４ １９ ，６ ６）卜 ．
［ ］胡冰 ， ｓ 王丽学 ． 兰入 汤 引水 隧洞糙率原型 观测及隧洞 过流能 引
以上糙率系数计 算为参考同类工程 当量粗 糙 度计 算所得 ，避免 了直接参 考同类工程糙率可 能
产 生 的误 差 。 影 响 衬砌 渠 道 糙 率 系 数取 值 的 因素 很 多， 砌 衬
力复核研究［］ Ｊ． 中国农村水力水电，０ （） ９ ５， ． ２０ ３ ： －０５ ６ ４ ９ ［］ ６ 韩立． 大直径混凝土隧洞的糙率问题［ ． Ｊ 云南水电 ］ 技术， ０ ， ２０ ０
（ ：４ ６ ． ４）６ — ８
式表 示 为 Ｃ ＝上 …， 得 出推算 糙 率 公 式 ： 可
ｎ： Ｒ
紊 流 光 滑 区 — ＝ １（ｅ ／ ） ０８ ２ｇＲ 、 － ．
不同河流、明渠等的粗糙度-糙率取值n表
大漂石，底坡上均 匀，床面 远，断面尚且规整，水流显出斜 长有杂草，树木，形状尚且整
不平整
流，回流或死水现
齐
象 河段不顺直，上下游有急弯，或下 两侧岸壁为岩石及砂土，长有
游有急滩，深坑
杂草，树木，形状尚且整齐；
等；河段处于S形顺直段，不整 两侧岸壁为石砂质夹乱石，风
齐，有阻塞或岩溶情况发育；水流 化页岩，崎岖不平正，上面生
正常值
最大值
0.030 0.035 0.040 0.045 0.045
0.050 0.070 0.100
0.040 0.050
0.033 0.040 0.045 0.050 0.050
0.060 0.080 0.015
0.050 0.070
0.060 0.100
0.030 0.035
0.030 0.035 0.040
0.050 0.050 0.060 0.070 0.100
0.150 0.040 0.060
0.100 0.120
0.035 0.050
0.040 0.045 0.050
0.070 0.060 0.080 0.110 0.160
0.200 0.050 0.080
0.120 0.160
天然河道糙率表
荒溪
6
呈均匀流的多石滩河段，无杂草的河段
7
中等情况的多石滩河段，25%蔓生杂草的河滩
8
具有大砾石的石滩段，个别部分水流方向特别不规则，50%蔓生杂草的河滩
9
75%蔓草杂生的河滩
10
100%蔓草杂生的河滩
注：本表由前苏联玻尔达柯夫编制。 天然河道糙率表—单式断面或主槽（水位较高时） 类型
河段特征
第7章 明渠均匀流
α
b
梯形断面
26
梯形断面的边坡系数 m
• 梯形断面是最常见的一种人工渠道，一般不加衬砌， 边坡的稳定性及边坡系数m选择由土壤力学性质决定。
岩土种类 未风化的岩石 风化的岩石 半岩性耐水土壤 卵石和砂砾 粘土、硬或半硬粘壤土 松软粘壤土、砂壤
细砂 粉砂
边坡系数 m(水下部分)
1～0.25 0.25～0.5 0.5～1 1.25～1.5 1～1.5 1.25～2 1.5～2.5 3～3.5
情况不好，n=0.045-0.060; 杂草丛生，0.075-0.150）
精选完整ppt课件 20
（四）水力最佳断面及允许流速
精选完整ppt课件 21
1. 水力最佳断面
水力最优断面：指当渠道底坡、糙率及面积大小一定时，通 过最大流量时的断面形式。
51
Q ACRi
1Ai12R23 n
1A3i 2
n
vmax m s
1.6 2.0 3.0 4.0
• 最小流速要求：v>0.3-0.4m/s（避免水草滋生）
精选完整ppt课件 31
（五）明渠均匀流的水力计算
精选完整ppt课件 32
明渠均匀流的水力计算有3种类型：
（1）验算已设计好渠道的输水能力：
已知b、h、m、i、n，求Q。
由均匀流计算基本公式：
精选完整ppt课件 15
3. 思考题
思考题1：明渠均匀流可能发生在： A、平坡棱柱形渠道； B 、顺坡棱柱形渠道； C、逆坡棱柱形渠道； D、都有可能；
思考题2：非棱柱体渠道中，流线也会是平行直线，故水流也可能 形成均匀流。
A、正确；
B 、错误；
思考题3：各种渠道中：①平底坡渠道；②正底坡、长直渠道；③正 底坡、棱柱形，长直渠道；④正底坡、非棱柱形渠道；⑤逆坡底渠 道；能否产生均匀流？为什么？
河道或明渠导流及防渗施工技术
河道或明渠导流及防渗施工技术既有河道或明渠导流、防渗能够确保河道或渠道下方地下工程施工安全，是从根本上解决下穿地下工程施工风险的手段。
本文以灌渠导流这一工程实例论述河道导流及防渗的施工方法和技术要求，为类似施工提供参考和借鉴。
标签：既有河道;导流防渗;施工技术引言：地下工程施工中，不可避免的要穿越很多地上既有建（构）筑物，尤其在穿越既有河道或渠道时，由于地下工程施工控制不当，具有产生坍塌冒顶的特殊风险，一旦引起河水倒灌，工程将具有极大风险。
如何确保在地下工程施工时，河道正常运行是施工中的重点和难点。
不但要调整好地下工程施工的各项参数，对既有河道或渠道的导流、防渗等一系列有效加固才是从根本上解决风险的直接手段。
1.工程概况北京市南水北调南干渠试验段与大兴灌区并行，距离较近，浅埋暗挖段跨汛期施工，为防止灌区渗漏影响施工安全，保证灌区度汛安全，对大兴灌渠采用土工膜进行全断面防渗。
在重合段上游修筑挡水围堰，通过导流管将上游非汛期来水排到重合段下游，大兴灌渠两岸入渠污水引入导流管后也排到重合段下游，确保渠道防渗施工过程中非汛期不过流、不积水;占用渠道行洪断面的施工竖井施工平台下铺设导流涵管，确保施工期间大兴灌渠不渗漏。
2.施工工艺2.1施工导流1、分期导流首先在防渗施工段的上游修筑横向围堰，再采取分期导流的方法进行施工。
施工导流分两期进行，一期导流采用桩膜围堰，布置在灌区的右侧;二期导流采用导流管导流，布置在灌区的左侧。
首先在防渗施工段的上游修筑横向土袋围堰，在纵向及下游桩模围堰施工完毕后，利用灌渠右侧导流，进行左侧的防渗膜施工;在完成左侧的防渗膜施工后，进行导流管的施工;在完成导流管的施工后，利用导流管进行全断面导流，拆除桩模围堰再进行右侧的防渗膜施工，直至完成全部的防渗膜施工，详见图1、图2。
图1 一期导流布置示意圖图2 二期导流布置示意图南干渠浅埋暗挖施工过程中，保留导流管导流，保证平时大兴灌渠干槽;雨季、汛期防渗膜防渗导流，上游围堰在妨碍汛期行洪时拆除。
明渠均匀流糙率系数的研究
明渠均匀流糙率系数的研究王钢钢1，张鑫21河海大学水利水电工程学院，南京 (210098)2河海大学环境工程学院，南京 (210098)E-mail：wanggang@摘要：本文利用实验室大型变坡水槽进行了光滑和粗糙两种类型的实验，测得明渠均匀流时的流量、水深，利用明渠水力计算方法计算出明渠均匀流的断面平均流速和糙率系数，并分析了糙率系数的各种影响因素与糙率系数的相互关系。
对明渠糙率系数的研究，得出结论：有良好的对数关系并拟合出n-k的对数方程，但是光滑床面和明渠糙率系数与系数k=粗糙床面有不同的n-k方程，有待进一步研究。
关键词：明渠，糙率系数，均匀流，断面平均流速1．引言糙率，是衡量壁面粗糙情况的一个综合性系数[1]，通常以n表示。
n值愈大，相应的水流阻力愈大，在其他条件相同的情况下，通过的流量就愈小。
对于天然河流来说，糙率是河床、岸壁的不规则性和表面粗糙度以及其他影响水流运动能量损失因素的一个综合性指标，它直接决定水流沿程能量损失的大小。
糙率的取值大小直接影响断面过流能力、水流能量损失。
在国民经济建设中，有关桥涵建设、防汛抢险的洪水演算、水资源调配的输水损失计算以及其他水利工程的水力计算中，都要涉及糙率计算。
在公路铁路建设中的桥涵设计以及旧桥加固改造时的水文计算，国土整治中的河道治理，水利建设中的输水损失计算，防汛抢险中的洪水演算等方面，糙率系数是重要设计参数[2]。
河床糙率是航道整治设计的一个重要特征值；河渠糙率是水文、水力计算中一个关键的技术参数；沟床糙率是泥石流流速计算的重要参数；地表糙率系数n值对地表径流流速、流态、渗透及其冲刷能力的影响作用很大，其研究对探讨坡面径流对地表冲刷能力、坡面水沙运动规律、改善水文循环过程及采取水土保持措施决策具有重要的意义[3,4]。
在山区水利水电工程设计中，常要进行河道断面的水位流量关系、水库回水、河道水面线推算，有时还要进行河道洪水演进、水库冲淤等分析计算，在这些计算中最困难之处在于确定糙率n[5]；调水工程中，长距离调水最敏感的问题就是沿程水头损失，与沿程水头损失密切相关的就是渠道糙率的取值问题。
圆管明渠均匀流的新近似计算公式.
【水利水电工程】圆管明渠均匀流的新近似计算公式文辉,李风玲,黄寿生(茂名学院建筑工程系,广东茂名525000摘要:分析总结了前人对圆管均匀流水力计算的研究成果,在此基础上运用拟合的方法得到了新的圆管明渠均匀流近似计算公式。
此公式计算误差较小,特别是在<0.2时,公式计算精确度较高。
在工程的常用范围内,即0.33< <0.8时,此公式为线性方程,表达形式最为简洁。
关键词:圆管;均匀流;近似公式中图分类号:TV133.1 文献标识码:A 文章编号:10001379(200602006702圆管明渠均匀流是给水排水工程、水利工程中常用的输水形式,它具有结构形式简单、力学和水力学条件好等特点。
但其基本方程为超越函数,无法直接求解,而查图、查表和试算等方法存在着工作量大、误差大等缺陷。
王正中[1]、陈水[2]和韩会玲[3]等人为寻求简便算法作了较深入的研究,得到了一些近似解直接计算公式,但在 0.2时,计算结果误差都较大。
笔者首先根据圆管明渠均匀流的基本方程导出了参数与无量纲正常水深(充满度的关系;其次依据给水排水工程规范及水利工程规范等的要求,确定公式的应用范围,即 0.8,若超出此范围,公式则没有太大实际工程意义;最后运用拟合法得出了圆管明渠均匀流水力计算的近似公式。
1 圆管明渠均匀流水力计算的直接计算公式圆管明渠均匀流水力计算时的圆管断面见图1。
图1 圆管断面图圆管明渠均匀流水力计算的基本方程为[4]Q=A C R i(1A=d28( -s i n (2R=d4(1-si n(3C=1nR1/6(4式中:Q为流量;A为过水面积;C为谢才系数;R为水力半径;i 为管道底坡;d为管道直径; 为过水断面充满角;n为糙率。
若令=213/3nQid8/3(5=hd=sin2( /4(6由式(1~式(6可以得出:=4arcsin [1-s i n(4arcsin4arcs i n]5/3(7式中: 为充满度; 为参数。
明渠与天然河道的糙率实例
http://166.111.92.13/data/shuilixue/wlkc1/image/image6/imagepages/image18.htm[2009-2-22 16:42:33]
142.jpg
1１9９ 14１2４.２jp．gｊｐｇ
明槽河道糙率，n=0.050 在黑色软粘土上挖浚的渠道，边坡、底很不规则，长草，断面变 化不大。
http://166.111.92.13/data/shuilixue/wlkc1/image/image6/imagepages/image6.htm[2009-2-22 16:41:05]
130.jpg
7７1 3１0３.０jp．gｊｐｇ
明渠糙率，n=0.02 灌溉渠道较直，用砂压紧二边坡。
http://166.111.92.13/data/shuilixue/wlkc1/image/image6/imagepages/image9.htm[2009-2-22 16:41:31]
133.jpg
1１0０ 13１3３.３jp．gｊｐｇ
明槽河道糙率，n=0.024 该沟渠的两岸和河底都由碎石干砌而成，河道底部不太整齐，分 散有一些卵石，渠中水流较为平缓，河岸两边杂草丛生。
http://166.111.92.13/data/shuilixue/wlkc1/image/image6/imagepages/image7.htm[2009-2-22 16:41:15]
131.jpg
8８1 3１1３.１jp．gｊｐｇ
明渠糙率，n=0.022 该土渠用水泥砂浆衬砌而成，渠内局部地方长有杂草，渠中水流 流速较缓，土渠底部覆有沙层。
http://166.111.92.13/data/shuilixue/wlkc1/image/image6/imagepages/image16.htm[2009-2-22 16:42:21]
明渠均匀流的水力计算
明渠均匀流的水力计算明渠均匀流的水力计算，可分为两类：一类是对已建成的渠道，此类计算主要是校核计算，例如，校核流量、流速，求某渠段通水后的糙率等。
另一类是为设计新渠道进行水力计算，如确定底宽b、水深h、底坡i等等。
这两类计算，都是如何应用明渠均匀流基本公式的问题。
在实际工程中，梯形断面渠道应用最广，现以梯形渠道为例，来说明经常遇到的几种水力计算类型。
由明渠均匀流计算的基本公式和梯形断面各水力要素的计算公式可得231Q A Rn===(4-15)从上式中可看出Q=f(b,h,m,n,i)。
根据此表达式，我们可对梯形渠道进行水力计算。
现用算例说明。
4.1 已成渠道的水力计算如果已知其它五个数值，要求流量Q，或要求流速v，或要求糙率n，只要应用基本公式，进行简单的代数运算，就可直接求得结果。
[例4-1] 有一预制的混凝土渡槽，断面为矩形，底宽b=1.0m，底坡i=0.005，均匀流水深h=0.5m，糙率n=0.014，求通过的流量及流速。
解：矩形断面，边坡系数m=0，代入基本公式(4-15)得[]())()535323230.51.020.0142bhQn b h===+（m3/s）12.00.5Qvbh==== (m/s)[例4-2] 一梯形渠道，流量Q=16m3/s，边坡系数m=1.5，底宽b=3.0m，水深h=2.84m，底坡i=1/6000，求渠道的糙率n。
解：A=(b+mh)h=(3+1.5×2.84)×2.84=20.62m1620.62QvA====0.78m/s2313.24bχ=+=+=m20.6213.24ARχ===1.56m所以0.0223n===4.2 设计新渠道的水力计算如果已知其它五个数值，要求水深h ，或要求底宽b ，因为在基本公式(4-15)中表达b 和h 的关系式都是高次方程，不能采用直接求解法，而只能采用试算法。
试算法步骤如下：假设若干个h 值，代入基本公式，计算相应的Q 值；若所得的Q 值与已知的相等，相应的h 值即为所求。
明渠均匀流流量计算公式
0.0225 0.0250 0.0275
0.0250 0.0300 0.0250 0.0300 0.0330 0.035~0.045 0.0120 0.0140 0.0150 0.0150 0.0150 0.0170 0.0250 0.0275~0.03 0.0225
形断面)
湿周χ
水力系数 C
校核流量
26.50538 1.935 100.745 1.964 44.65222 100.00
原始数据 常数 过程数据 计算结果
Q＜1 m3/s 毛渠 支渠以下的固定渠道，渠床弯曲，养护一般 岩石 经过良好修整 经过中等修整无凸出部分 经过中等修整有凸出部分 未经修整有凸出部分 各种材料护面 抹光的水泥抹面 不抹光的水泥抹面 光滑的混凝土护面 料石砌护 砌砖护面 粗糙的混凝土护面 浆砌块石护面 干砌块石护面 卵石铺砌
糙率n值
渠道名称 电站尾水段
底宽b 20
水深h 2.3
明渠均匀流流量计算公式(梯形断面)
边坡系数 断面面积
m
A
糙率n
比降i
m2
1.00 51.29 0.025 0.001
1
m=△B/h
渠道糙率n参考值 渠道特征
Q＞25m3/s 平整顺直, 养护良好 平整顺直, 养护一般 渠床多石, 杂草丛生, 养护较差
1＜Q＜25m3/s 平整顺直, 养护良好 平整顺直, 养护一般 渠床多石, 杂草丛生, 养护较差
第六章 明渠均匀流
明渠均匀流
明渠均匀流属于明渠水流的一种。
运动要素不 随时间变化
恒定流
非均匀流 均匀流
明渠水流
流线为相互 平行的直线
表面相对压强为 非恒定流 零，为无压流
本章纲要:
第一节 概述 第二节 明渠均匀流的计算公式 第三节 明渠水力最优断面和允许流速 第四节 明渠均匀流水力计算的基本问题 第五节 无压圆管均匀流的水力计算 第六节 复式断面渠道的水力计算
第二节 明渠均匀流的基本计算公式 谢才公式
谢才公式 J=i
vC Ri
vC RJ
断面平均 流速(m/s)
水力半径(m)
R
适用范围: R<0.5m且
n<0.02
谢才系数 (m1/2/s)
曼宁公式
c
1
1
R6
n
巴氏公式 c 1 R y
n
n：粗糙系数
适用范围: 0.1m≤R≤3m 且0.01l<n<0.04
沿程断面形状 尺寸是否变化
棱柱形 渠道
f (h)
断面形 状多样
明渠
底坡i=sinθ
非棱柱 f(h,s)
形渠道 过水断面面
i<0 顺坡
积与水深、 位置有关
i=0 平坡
i>0 逆坡
第一节 概述 二、明渠均匀流的特征
水力特征
几何角度
运动学角度
能量角度 力学角度
质点做等速 直线运动 （均匀流）
概述 二、明渠均匀流的特征 几何特征
1、梯形水力最优断面计算 问题本质？
确定适当的水深h和渠底宽b， 使断面流量Q最大。
Q
i 5/最大，即在 面积ω一定时，湿周最小。
渠槽粗糙系数n值
渠槽粗糙系数n 值说在前面的话水流沿渠槽行进时，就是水流沿渠槽能量转化的过程。
在水流沿渠槽能量转化过程中，必然要遵从能量守恆的自然规律。
从圣维南渠槽水流能量平衡方程式（xVt V K Q x H ∂∂∂∂=∂∂g V ＋g 1＋22）中可见： 式中：xH∂∂—水流沿程势能的減少（势能项）； tVg ∂∂1—水流流速隨时间变化形成的动能的变化（动能项）； xVg V ∂∂—水流流速沿程变化形成动能的变化（动能项）； 22KQ —水流克服沿程阻力所做的功（摩阻项）。
用一句话说：水流沿渠槽行进时就是其由势能转化成动能及摩阻损失能量的能量转化过程。
其中摩阻项22K Q 中的K=3/2R nA，式中n 值就是渠床糙率，它与摩阻项成正比，而摩阻项在水流沿渠槽能量转化中居“三分天下” ，足见n 值在渠槽水力计算中的重要程度。
n 值最准的取值方法就是通过洪水调查率定糙率，有条件的一定要作洪水调查。
确实作不了洪水调查的，就只能根据渠槽的自然条件，经验判断。
本文就是介绍这个经验判断方法。
一《小坝设计》美国垦务局著1 《美国垦务局》选用糙率系数n值见表1－1表1－1 渠槽糙率系数n值表2 《美国水土保持局》渠道平均n值的计算方法步骤：（1）假设基本n值。
（2）选择粗糙度或不平整度的n修正系数。
（3）选择断面形状和尺寸变化的n修正系数。
（4）选择诸如砂石沉积，树桩，暴露根部，落入原木等障碍物的n修正系数。
（5）选择植物的n修正系数。
（6）选择弯曲的n修正系数。
（7）将（1）至（6）项值相加。
选用不同n值的参考数据：（1）建议基本n值土渠 0.010 细砾渠道 0.014岩石渠道 0.015 粗砾渠道 0.028（2）建议不平整度的n修正值光滑 0.000 中度不平整 0.010稍不平整 0.005 极不平整 0.020（3）建议断面形状和尺寸变化的n修正值渐变 0.000 频繁变化 0.010～0.015偶有变化 0.005（4）建议的有砂，树根等障碍物的n修正值可忽略影响 0.000 适当影响 0.030较小的影响 0.010 严重影响 0.060（5）建议的有植物的n修正值较小影响 0.005～0.010 大的影响 2.025～0.050中等影响 0.010～0.025 很大影响 0.050～0.100 （6）建议渠道弯曲的n修正值Lm—河段直段长度Ls—河段弯段长度Lm/Ls n1.0～1.2 0.0001.2～1.5 0.15×ns＞1.5 0.30×ns =项（1）+项（2）+项（3）+项（4）+项（5）ns二《中國工程師手册》臺灣中國水利學會编箸表1－2 水路粗糙係数n值表三《水工设计手册》（第1版）第1卷基础理论表1－3 粗糙系数n值表2－3 天然河道单式断面或主槽的较高水位部分之粗糙系数n值表3－3 滩 地 粗 糙 系 数 n 值对于明槽湿周各部分的粗糙系数不同时，其综合粗糙系数n 综可按以湿周为权重的加权平均值计算。
不同河流、明渠等的粗糙度-糙率取值n表
0.025 0.030 0.033 0.035 0.040 0.045 0.050 0.075
0.030 0.040
0.025 0.035
0.025 0.030
0.020 0.025 0.030
0.035 0.035 0.040 0.045 0.070
0.110 0.030 0.050
0.080 0.100
正常值
0.030 0.035 0.040 0.045 0.045 0.050 0.070 0.100
0.040 0.050
0.030 0.035
0.030 0.035 0.040
0.050 0.050 0.060 0.070 0.100
0.150 0.040 0.060
0.100 0.120
长满中密的杂草及农作 物
0.080-0.120
平面不通畅，纵面横面 Ⅶ 起伏不平，有洼地，土 土，沙质 3/4茂密的杂草，灌木 0.100-0.160
埂等
Ⅷ
平面不通畅，纵面横面 起伏不平，有洼地，土 土，沙质 埂阻塞物
全断面有稠密的植被， 芦柴或其他植物
0.160-0.200
0.100 0.130 0.180
一侧岸壁为石质，陡坡， 形状尚且整齐，另一侧岸 壁为砂土，略有杂草，小 树，形状较整齐
河底由卵石，块石组成， 顺直段夹于两弯道之间，距 两侧岸壁均为石质，陡
Ⅴ 间有大漂石，底坡上均 离不远，断面尚且规整，水 坡，长有杂草，树木，形
匀，床面不平整
流显出斜流，回流或死水现 状尚且整齐
象
河段不顺直，上下游有急
4
6
10
2
4
10
100%蔓草杂生的河滩
水力学-第五章明渠恒定均匀流
第五章 明渠恒定均匀流
5.4 水力最佳断面及允许流速
把曼宁公式代入明渠均匀流的基本公式可得：
19
讨论：
1）具有水力最佳断面的明渠均匀流，当i，n， A 给定时，水力半径R 最大，即湿周 最小的
断面能通过最大的流量。
2）i，n，A 给定时，湿周 最小的断面是
圆形断面，因为半圆形的过水断面断面与圆形 断面的水力半径相同，所以，在明渠的各种断 面形状中，半圆形断面是水力最佳的。
铜丝网水泥喷桨薄壳渡槽，
表面用水泥砂浆抹面、断
面为U形，底部半圆直径d
为2.5m，上部接垂直侧墙
高0.8m(包括超高0.3m)。
设计流量Q为5.5m3／s，
试计算渡槽底坡。
53
解：由表5.3， 水泥灰桨抹面， n＝0.013。
54
5. 已知流量Q，流速v，底坡i，粗糙系数n 和边坡系数m，要求设计渠道的断面尺寸。 例5.6 一梯形渠道，已知：Q为19.6m3／s， v为1.45m／s，边坡系数m为1，粗糙系数n为 0.02，底坡i为0.0007，求所需的水深及底宽。 解：联立(5.2)及(5.3)式求水深h得:
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61
A
B
哪个断面的过水能力大？
62
习题：
5.1， 5.2，5.4， 5.6，5.8， 5.10， 5.11, 5.14
63
谢谢
如苏北的淮沭河在规划时选用的n值为0.02，竣
工后实测的n值为0.0225，两者之差为0.0025，结
果比原设计的河道过水能力减小11%，为了保证
能通过设计流量，又重新加高堤岸。
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5.3 明渠均匀流的计算公式
如果 n选择n实际 则势必增大渠道断面尺寸， 增加工程量，造成浪费，同时，渠道中的实际流 速将大于设计流速，可能引起土质渠道的冲刷。
明渠均匀流糙率系数的近似取值法
明渠均匀流糙率系数的近似取值法王钢钢1，张鑫21河海大学水利水电工程学院，南京 (210098)2河海大学环境工程学院，南京 (210098)E-mail：wanggang@摘要：本文利用实验室可变坡水槽进行了光滑和粗糙两种类型的实验，测得明渠均匀流时的流量、水深，利用明渠水力计算方法计算出明渠均匀流的糙率系数，并提出明渠均匀流糙率系数近似的取值法和对于明渠均匀流光滑床面和粗糙床面都适用的近似公式。
关键词：明渠糙率系数均匀流流量1．引言糙率，是衡量壁面粗糙情况的一个综合性系数[1]，通常以n表示。
n值愈大，在其他条件相同的情况下，通过的流量就愈小。
对于天然河流来说，糙率是河床、岸壁的不规则性和表面粗糙度以及其他影响因素的一个综合性指标。
在国民经济建设中，有关桥涵建设、防汛抢险的洪水演算、水资源调配的输水损失计算以及其他水利工程的水力计算中，都要涉及糙率计算。
在公路铁路建设中的桥涵设计以及旧桥加固改造时的水文计算，国土整治中的河道治理，水利建设中的输水损失计算，防汛抢险中的洪水演算等方面，糙率系数是重要设计参数[2]。
河渠糙率是水文、水力计算中一个关键的技术参数；沟床糙率是泥石流流速计算的重要参数；地表糙率系数n值对地表径流流速、流态、渗透及其冲刷能力的影响作用很大，其研究对探讨坡面径流对地表冲刷能力、坡面水沙运动规律、改善水文循环过程及采取水土保持措施决策具有重要的意义[3,4]。
在山区水利水电工程设计中，常要进行河道断面的水位流量关系、水库回水、河道水面线推算，有时还要进行河道洪水演进、水库冲淤等分析计算，在这些计算中最困难之处在于确定糙率n[5]；调水工程中，长距离调水最敏感的问题就是沿程水头损失，与沿程水头损失密切相关的就是渠道糙率的取值问题。
渠道糙率n取值大小关系到整个渠道的设计和建设成本，渠道糙率n 取值大小是否合理关系到整个调水工程的成败[6]；水电站建坝后, 其坝上库区为水库型天然河道, 在对水电站的水流特性或库区的洪水预报、洪水演进等研究中, 糙率的选取是至关重要的[7]。
混凝土明渠糙率系数的测试探讨
0引言在水文监测分析和水利水电工程设计实际工作中，经常会使用糙率系数。
糙率是反映河床、岸壁形状的不规则和表面粗糙程度的一个系数，在水流运动过程中，它直接影响沿程能量损失的大小。
通过曼宁公式可知，糙率的流量误差分量相对值与流量测量误差基本相同，因此，糙率系数影响水文水资源监测精度质量，决定水利水电工程安全和规模，研究糙率系数意义重大。
鄂北地区水资源配置工程是湖北省委、省政府从根本上解决鄂北地区干旱缺水问题的重大战略民生工程，是湖北省“1号工程”，也是国家重点推进、优先实施的172项全局性、战略性节水供水重大水利工程之一。
该工程于2015年11月下旬开工建设，工程总投资180亿元人民币，总工期45个月。
工程完成后鄂北地区沿线482万人将告别干旱缺水历史，喝上“丹江水”。
本工程从老河口市清泉沟隧洞进口引水，取水口设计水位150.00m，渠尾大悟县王家冲水位设计水位100m，沿线利用现有的36座大中型水库充蓄或补偿调节。
工程总布置采用高线自流引水方案，输水干渠设计流量38.0~1.8m3/s。
本工程按西北至东南走向，全线自流引水，横穿鄂北地区的老河口、襄州、枣阳、随县、曾都、广水和大悟7个县（市、区），向沿线城乡生活、工业和唐东地区农业供水，受水区面积1.02万km2，人口482万。
清泉沟年引水总量为13.98亿m3，其中向唐西引丹灌区供水6.28亿m3，向鄂北地区供水7.7亿m3，城乡生活和工业供水设计保证率为95%，农业灌溉设计保证率为70% ~80%。
工程总投资183.26亿元。
工程引水干渠总长混凝土明渠糙率系数的测试探讨王正勇张代超晏国强(湖北省襄阳市水文水资源勘测局,湖北襄阳441003)摘要:鄂北水资源配置工程试通水期间,通过对多个渠道断面水力要素的查勘测量,并采用数学模型拟合水流关系曲线的方法,计算分析糙率系数均值糙率为0.0139,与《水力学》中“不抹光的水泥抹面采用糙率系数0.014”完全吻合。
明渠均匀流水力计算书
明渠均匀流水力计算书
项目名称_____________日期_____________
设计者_____________校对者_____________
一、示意图：
二、基本设计资料
1．依据规范及参考书目：
武汉大学水利水电学院《水力计算手册》（第二版）
中国水利水电出版社《灌区建筑物的水力计算与结构计算》（熊启钧编著）2．计算参数：
计算目标: 计算流量。
正常水深ho = 3.20 m，渠底比降i = 1/7000，底宽（或半径）b = 1.50 m
渠槽为梯形断面：
左侧边坡系数m1 = 2.500，右侧边坡系数m2 = 2.500
糙率n = 0.0250
三、计算依据
1．明渠均匀流基本计算公式：
Q ＝ω×C ×（R ×i）1/2
R ＝ω/ χ
C ＝ 1 / n ×R1/6（曼宁公式）
以上式中：Q为流量，m3/s；ω为过水断面面积，m2；R为水力半径，m；
χ为湿周，m；i为渠底比降；C为谢才系数，m0.5/s；n为糙率
四、计算结果
过水断面面积ω= 30.400 m2，湿周χ= 18.733 m
水力半径R = ω/χ= 30.400/18.733 = 1.623 m
谢才系数C = 1/n×R1/6 = 1/0.0250×1.6231/6 = 43.362 m0.5/s
过水流量Q = ω×C×（R×i）1/2
= 30.400×43.362×（1.623×1/7000）1/2 = 20.071 m3/s。
（完整版）糙率的计算和取值
糙率的计算不是很重要，一般对河流水位影响很小。
vr23i12用n值表示均匀流条件下阻力平方区内水流边界粗糙程度的经验系数它Байду номын сангаас映了河床组成的粗糙程度对水流的作用和影响
（完整版）糙率的计算和取值
我们通常是利用谢才—曼宁公式V= R2/3I1/2反求糙率n值，这是一个综合公式。谢才公式为：V=C V—流速C—谢才系数R—水力半径I—比降曼宁公式为：C= R1/6 n为糙率，C 、R同上。将曼宁公式C= R1/6代入谢才公式中得：V= R2/3I1/2 用n值表示均匀流条件下阻力平方区内水流边界粗糙程度的经验系数，它反映了河床组成的粗糙程度对水流的作用和影响。
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明渠均匀流糙率系数的近似取值法王钢钢1，张鑫21河海大学水利水电工程学院，南京 (210098)2河海大学环境工程学院，南京 (210098)E-mail：wanggang@摘要：本文利用实验室可变坡水槽进行了光滑和粗糙两种类型的实验，测得明渠均匀流时的流量、水深，利用明渠水力计算方法计算出明渠均匀流的糙率系数，并提出明渠均匀流糙率系数近似的取值法和对于明渠均匀流光滑床面和粗糙床面都适用的近似公式。
关键词：明渠糙率系数均匀流流量1．引言糙率，是衡量壁面粗糙情况的一个综合性系数[1]，通常以n表示。
n值愈大，在其他条件相同的情况下，通过的流量就愈小。
对于天然河流来说，糙率是河床、岸壁的不规则性和表面粗糙度以及其他影响因素的一个综合性指标。
在国民经济建设中，有关桥涵建设、防汛抢险的洪水演算、水资源调配的输水损失计算以及其他水利工程的水力计算中，都要涉及糙率计算。
在公路铁路建设中的桥涵设计以及旧桥加固改造时的水文计算，国土整治中的河道治理，水利建设中的输水损失计算，防汛抢险中的洪水演算等方面，糙率系数是重要设计参数[2]。
河渠糙率是水文、水力计算中一个关键的技术参数；沟床糙率是泥石流流速计算的重要参数；地表糙率系数n值对地表径流流速、流态、渗透及其冲刷能力的影响作用很大，其研究对探讨坡面径流对地表冲刷能力、坡面水沙运动规律、改善水文循环过程及采取水土保持措施决策具有重要的意义[3,4]。
在山区水利水电工程设计中，常要进行河道断面的水位流量关系、水库回水、河道水面线推算，有时还要进行河道洪水演进、水库冲淤等分析计算，在这些计算中最困难之处在于确定糙率n[5]；调水工程中，长距离调水最敏感的问题就是沿程水头损失，与沿程水头损失密切相关的就是渠道糙率的取值问题。
渠道糙率n取值大小关系到整个渠道的设计和建设成本，渠道糙率n 取值大小是否合理关系到整个调水工程的成败[6]；水电站建坝后, 其坝上库区为水库型天然河道, 在对水电站的水流特性或库区的洪水预报、洪水演进等研究中, 糙率的选取是至关重要的[7]。
本文利用实验室可变坡水槽进行了光滑和粗糙两种类型的实验，测得明渠均匀流时的流量、水深，利用明渠水力计算方法计算出明渠均匀流的断面平均流速和糙率系数，并得出了明渠均匀流糙率系数近似的取值法。
2．明渠水力计算方法明渠水流的水力计算是水利、航运、城建、环境保护等行业经常遇到的问题之一。
为了寻找解决明渠水流运动的基本规律，建立可以用以进行明渠水流计算的基本方法和基本关系式，水力学家们进行了大量的卓越的研究工作[1,8]。
从十八世纪开始，西方的水力学家和工程师们通过大量的实验和实测资料，力图探求描述明渠水流运动的数学模型。
在一百多年时间里，各国的学者们提出了许许多多的水流的计算公式，经过长期的实践和考验，现在被公认的和普遍使用的是谢才公式和曼宁公式。
1768年法国工程师谢才（A.de Chezy ）在工程设计报告中提出明渠水流磨阻力应与湿周P 和断面平均流速v 的平方成正比；与磨阻力相平衡的力应与过水断面面积A 和底坡S 成反比；并且比值v 2P/AS 为常数[9,10]，即2v PC'AS= （2.1） 经过对明渠均匀流的研究，总结出断面平均流速v 与水力坡降S 的经验公式，称为谢才公式。
该公式至今仍广泛地应用于明渠和管道的水力计算。
谢才公式的形式为：v =或 Q =vA = （2.2）1881年，爱尔兰工程师Manning 依据200组实验资料提出公式[8,11]:2/31/2v =AR S （2.3）式中A 是与壁面条件有关的系数，虽然Manning 未令A=l/n ，但指出A 与Kutter 的糙率系数n 密切相关。
Willcock 和Holt [12]首先给出了曼宁公式使用公制单位的形式：2/31/21v =R S n （2.4）式中的n 为曼宁糙率系数。
在人们普遍接受曼宁公式以后，将曼宁公式与谢才公式对照，则得到现在使用最普遍的谢才系数的表达式：1/61C =R n （2.5）式中n 为曼宁糙率系数，R 为水力半径。
对谢才系数开展研究的还有法国水力学家Bazin ，1897，瑞士工程师Ganguillet 和Kutter, 1889，以及Powell ,1950等[13]。
这些学者都提出了各自的谢才系数表达式，对谢才公式的完善和应用做出了贡献。
3．实验设备、方法及实验数据实验水槽为变坡水槽，长为8.0m ，宽为0.3m ，高为0.4m 。
水槽底壁为钢板，两侧壁为玻璃。
首部设稳水箱，尾部设置可调闸门。
试验中没有明显的表面水波破碎现象。
水深用精度为0.1 mm 的测针量测，测针可以沿水槽移动。
流量用LDY 型电磁流量计量测，量程：100m 3/h ，精确度：0.5级。
实验利用变坡水槽，设置水槽不同的底坡，在每个底坡上调节不同流量，利用尾门或闸门调节水流为明渠均匀流，测得水深和流量，利用明渠水力计算方法计算断面平均流速和糙率系数。
整个实验分为两种边壁条件：一是光滑床面，二是粗糙床面。
3.1 光滑床面光滑床面明渠水流实验时，试验用明渠底为精制钢板，表面进行油漆处理以减小底板阻力，水槽两侧为玻璃。
光滑床面明渠水流实验分四种坡度进行。
实验数据如表3.1。
Q(m3/s) i H(m)A(m2) X(m)R(m) V(m/s) n Fr u* 0.00559 0.00125 0.0558 0.01674 0.4116 0.0406710.3338640.012524 0.451251 0.022321 0.00696 0.00125 0.0615 0.01845 0.423 0.0436170.3769950.01162 0.485359 0.023115 0.00839 0.00125 0.0695 0.02085 0.439 0.0474940.4024780.011521 0.487433 0.024121 0.00972 0.00125 0.0755 0.02265 0.451 0.0502220.4292370.011212 0.498757 0.024804 0.01115 0.00125 0.0825 0.02475 0.465 0.0532260.4506170.011102 0.500895 0.025535 0.01252 0.00125 0.0895 0.02685 0.479 0.0560540.4663770.011103 0.497727 0.026204 0.01394 0.00125 0.0945 0.02835 0.489 0.0579750.4916720.010771 0.510652 0.02665 0.01531 0.00125 0.1015 0.03045 0.503 0.0605370.5026460.010844 0.503726 0.027232 0.01673 0.00125 0.1070 0.0321 0.514 0.0624510.5211150.010679 0.508636 0.027659 0.00419 0.002 0.0375 0.01125 0.375 0.03 0.37284 0.011581 0.614712 0.024249 0.0054 0.002 0.0430 0.0129 0.386 0.03342 0.41882 0.011079 0.64485 0.025593 0.00696 0.002 0.0495 0.01485 0.399 0.0372180.4685750.010639 0.672422 0.027009 0.00839 0.002 0.0556 0.01668 0.41120.0405640.5029310.010498 0.680983 0.028197 0.00986 0.002 0.0605 0.01815 0.421 0.0431120.5433120.01012 0.70524 0.029069 0.01114 0.002 0.0665 0.01995 0.433 0.0460740.5586190.010289 0.691624 0.030051 0.01243 0.002 0.0715 0.02145 0.443 0.04842 0.5795130.010252 0.691952 0.030806 0.01384 0.002 0.0750 0.0225 0.45 0.05 0.6151850.009866 0.717201 0.031305 0.01538 0.002 0.0800 0.024 0.46 0.0521740.6406250.009747 0.723143 0.031978 0.0166 0.002 0.0852 0.02556 0.47040.0543370.6494520.009879 0.710384 0.032634 0.00421 0.0025 0.0345 0.01035 0.369 0.0280490.4066020.011352 0.698917 0.026214 0.00559 0.0025 0.0398 0.01194 0.37960.0314540.4680810.010644 0.749109 0.02776 0.00674 0.0025 0.0447 0.01341 0.38940.0344380.5025270.010532 0.758877 0.029047 0.00833 0.0025 0.0496 0.01488 0.39920.0372750.5600360.009962 0.802861 0.03022 0.00968 0.0025 0.0536 0.01608 0.40720.0394890.6020250.009631 0.830228 0.031104 0.01111 0.0025 0.0584 0.01752 0.41680.0420350.6341960.009531 0.837881 0.032091 0.01255 0.0025 0.0628 0.01884 0.42560.0442670.6661360.009393 0.848689 0.032932 0.01389 0.0025 0.0690 0.0207 0.438 0.04726 0.6709610.009741 0.815527 0.034028 0.0153 0.0025 0.0730 0.0219 0.446 0.0491030.69863 0.009597 0.825565 0.034685 0.01671 0.0025 0.0758 0.02274 0.45160.0503540.7346330.009281 0.851925 0.035124 0.00554 0.005 0.0302 0.00906 0.36040.0251390.61105 0.00993 1.122635 0.035097 0.00699 0.005 0.0335 0.01005 0.367 0.0273840.6951350.009242 1.212586 0.036631 0.00838 0.005 0.0365 0.01095 0.373 0.0293570.7653480.008792 1.279021 0.037927 0.00977 0.005 0.0402 0.01206 0.38040.0317030.8103 0.008741 1.290323 0.039414 0.01111 0.005 0.0435 0.01305 0.387 0.0337210.8514260.008668 1.30337 0.040649 0.01251 0.005 0.0470 0.0141 0.394 0.0357870.88751 0.008652 1.307043 0.041875 0.01391 0.005 0.0498 0.01494 0.39960.0373870.9309460.008493 1.331911 0.042802 0.0153 0.005 0.0530 0.0159 0.406 0.0391630.9620890.008476 1.334268 0.043806 0.01656 0.005 0.0556 0.01668 0.41120.0405640.9925390.008411 1.343927 0.0445833.2 粗糙床面粗糙床面明渠水流实验时，试验用明渠水槽两侧为玻璃，钢板渠底上分别铺上两种不同粒径天然卵石，天然卵石铺多层并夯实，使其形成平整的明渠渠底，模拟现实河道。