第七章_明渠均匀流

2、 明渠的横断面（Cross Section）：
垂直于渠道中心线的铅直面与渠底及渠壁的交线，构成明
渠的横断面 。
3、 过水断面（Cross Section）： 由渠道的轮廓与水面轮廓构成，并垂直于流向的断面 。 过水断面的几何要素(以梯形为例) (1) b——底宽 (2) 边坡系数 m ,边坡倾角的余切m=ctanα 。 m越大，边坡越缓；m越小，边坡越陡； m=0时是矩形断面。 m根据边坡岩土性质及设计范围来选定。
一、明渠的几何特性
1.底坡 （ bottom slope）
底坡i——渠底高程沿水流方向单位距离的降落值，称为底坡。
底坡的分类
正坡（positive slope） ： i>0，渠底高程沿程降低称为正坡。 平坡（horizontal bed） ：i= 0，渠底高程沿程不变称为平坡。 负坡（adverse slope）： i<0，渠底高程沿程升高称为负坡。
(b mh0 )h0 d m 2 1 m2 2 dh0 h0
d b 2m 2 1 m 2 dh0 h0
d b 2m 2 1 m 2 0 dh0 h0
d 2 b 2 0 2 dh0 h0
b g 2( 1 m 2 m) h0
第七章 明渠均匀流
Steady Uniform Flow in Open Channels 本章主要介绍
1、渠道的几何特性 2、明渠均匀流的特性及形成条件 3、明渠均匀流的水力计算问题(一般和特殊)。
明渠概述
1、明渠：是人工渠道（The artificial channels）天然河道（natural streams） 以及不满流管道（non-full pipes）统称为明渠。 2、应用：灌溉引水、通航、筑坝、建闸、修电站，上游形成水库，壅水状况 3、明渠水流特点： • 1)明渠水流是无压流，有自由表面； • 2）重力是流体流动的动力，为重力流（管流则是压力流）； • 3）渠道坡度影响水流流速、水深。坡度增大，则流速增大，水深减 小； • 4）边界突然变化时，影响范围大。 4、明渠流的分类（Flow Classification）
2
4、棱柱形渠道与非棱柱形渠道
棱柱形渠道prismatic channel ： 横断面形状和尺寸沿水流方向不变，底坡为常数的长直 明渠。 A A(h) 反之，非棱柱形渠道non-prismatic channel
A A(h, s)
二 明渠均匀流的特性及其产生条件
明渠均匀流的水力特性
1）断面平均流速沿程不变。 2）水深沿程不变，过水断面的形状和尺寸沿程不变 3） 总水头线、测压管水头线和底坡三线互相平行 4)明渠均匀流中摩阻力与水流重力在流动方向的分力平衡G sin Ff
(3)、水深：过水断面上渠底最低点到水面的距离
h h' cos h'
6
(4)导出量
B b 2mh A (b mh)h A——过水断面面积
B——水面宽 χ ——过水断面湿周
b 2h 1 m
A
2
R——水力半径
R


h(b hm) b 2h 1 m
矩形：m 0
(7.13)
b g 2 h0
三、
明渠均匀流的水力计算
Q f (n, i, m, h0 , b)
讨论
1）、糙率n， a、糙率n取大，流量Q偏小、土方量不足，需返工。 b、糙率n取小，流量Q偏大、土方量过大，浪费人力、物力。 2）、 底坡i 由地形、地质条件决定 a、渠道底坡i大， 陡、流速大，挟沙，要防冲刷 b 、渠道底坡i小， 缓、流速小，防淤积 3) 、边坡系数m, 根据边坡岩土性质及设计范围来选定。 m越大，边坡越缓；m越小，边坡越陡； m=0时是矩形断面。
1 Q n
三、 明渠均匀流的水力计算
Q f (n, i, m, h0 , b)
明渠均匀流的水力计算的一般问题和计算方法 以梯形为例 1）校核已有渠道的过水能力 （求流量Q ） 2）设计新渠道确定渠道的断面尺寸 : a、已知Q、i、m 、 n 、 b，确定h。 b 、已知Q、i、m 、 n 、h。，确定b。
A (b mh0 )h0
min 时，b与h 0 之比为
最佳宽深比 g b h0
A b mh0 h0
b 2h0 1 m
Байду номын сангаас
2
A mh0 2h0 h0 d A 2 m 2 1 m2 dh0 h0
A b mh0 h0 1 m2
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三、
明渠均匀流的水力计算
计算公式(谢才公式)
J i
V C iR Q CA iR K i
h h0 , V C0 iR0 (7.8)
( 7 .6 )
Q C0 A0 iR0 K 0 i