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1、6 明渠均匀流,6.1 概述,本章内容 明渠恒定流特性 相应水力计算 明渠水力学在工程中的应用,明渠断面形状、尺寸、底坡对水流运动有重要影响。 因此，要了解明渠水流运动的规律，首先必须了解明 渠类型及其水力要素等。,6.1.1 明渠底坡,沿水流方向单位渠道长度，对应的渠底高程 降落值，其表示渠底纵向倾斜程度，以符号i 表示。,式中： ： 渠底与水平面夹角 ds：两断面的间距 dz：两断面的渠底高程差,dz,ds,6.1.2 明渠的横断面,人工明渠横断面 通常有矩形、梯形、圆形、马蹄形断面等形式,1. 矩形断面,常用于岩石中开凿、两侧用条石砌成的渠 混凝土渠 木渠,表 梯形渠道边坡系数m,3.
2、圆形断面,河道横断面,天然河道的横断面形状不规则，由主槽与滩地组成。 其一般是非棱柱体；若断面变化不大，又较平顺， 可近似作为棱柱体渠道。,棱柱体渠道,非棱柱体渠道,8.2.1 明渠均匀流特性,底坡、水面坡度、总水头线互相平行,6.2.2 明渠均匀流的产生条件,充分必要条件 力学条件 渠壁摩擦阻力与水重力在流动方向的 分力始终平衡（大小相等，方向相反） 能量条件 水面下降值始终等于水头损失,由水流向动量方程得 由均匀流条件：P1P2 ；v1 v2 ，则,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。,近似符合这些条件的人工渠、河
3、道中一些流段可认为是均匀流。 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,6.2.3 明渠均匀流的水力计算,8.2.3.1 基本公式 由谢才公式 基于明渠水流资料获得的经验公式,综合反映断面形状、尺寸、 水深、糙率对过水能力的影响。 物理意义：水力坡度为1时的流 量（当 i =1 时，Q = K）。 单位：（m3/s）,某渠设计时选 n = 0.015，竣工后实测0.016。 设计水深时，渠道过不了设计流量（比设计流量 小）。通过一定流量时，实际水深比设计计算的 水深大，可能造成水漫渠顶事故。,6.2.3 明渠均匀流的水力计算,一电站已建
4、引水渠 为梯形断面， m =1.5， 底宽b=35m，n = 0.03， i =1/6500，渠底到堤顶 高程差为3.2m，电站引水流量 Q = 67m3/s。因工业发 展需要，要求渠道供给工业用水。试计算超高0.5m条 件下，除电站引用流量外, 还能供给工业用水若干？,迭代计算,试算图解（计算器、Excel、Matlab等）,求底宽,已知渠道设计流量Q、i、n，h、m，求b 方法与求h的相同，采用迭代法、试算图解法,求底宽,例 一矩形断面渡槽，为预制钢筋混凝土 n = 0.013，设计流量 Q = 31m3/s，i =1/1000， h = 3.5m，计算b。,将Q = 31m3/s，i =
5、 1/1000，h=3.5m，n = 0.013代入得,简 化,故b =3.35m,图解试算法计算,求底坡,例 一矩形断面渡槽，b = 2.0m，槽长l =120.m 进口处槽底高程 z1= 50.0m，槽身为预制混凝土 n = 0.013，设计流量 Q =10.0m3/s，槽中水深为 h =1.8m。试求： （1）求渡槽出口底部高程z ？ （2）当渡槽通过设计流量时，槽内均匀流水深 随底坡的变化规律。,当渡槽通过设计流量时，槽内均匀流水深随底坡 的变化规律。 求 h i 的关系曲线 （流量一定）,例 一梯形渠道，流量 Q =19.6m3/s，流速v =1.45m/s， m =1.0，糙率n = 0.02， i = 0.0007，试求渠道断面b 及h。,6.2.4.1 水力最佳断面,水力最佳断面：仅从水力条件出发，渠道最经济断面,当 Q = 一定，要求：A Amin,当 A = 一定，要求：Q Qmax,水力最佳断面的一般条件,均匀流算公式,当i、n、A = 给定 min R Rmax Q Qmax,6.2.4.2 允许流速,保证渠道正常运行的允许流速上限和下限值,6.2.4.2 允许流速,
