明渠恒定流土木课件

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1、第七章第七章 明渠恒定流明渠恒定流1 1 1 1 概述概述概述概述2 2 2 2 明渠均匀流特性及水力计算明渠均匀流特性及水力计算明渠均匀流特性及水力计算明渠均匀流特性及水力计算3 3 3 3 明渠均匀流水力计算中的几个问题明渠均匀流水力计算中的几个问题明渠均匀流水力计算中的几个问题明渠均匀流水力计算中的几个问题4 4 4 4 明渠恒定非均匀流的基本概念明渠恒定非均匀流的基本概念明渠恒定非均匀流的基本概念明渠恒定非均匀流的基本概念5 5 5 5 明渠非均匀急变流明渠非均匀急变流明渠非均匀急变流明渠非均匀急变流水跃与水跌水跃与水跌水跃与水跌水跃与水跌6 6 6 6 明渠恒定非均匀渐变流的基本微分

2、方程明渠恒定非均匀渐变流的基本微分方程明渠恒定非均匀渐变流的基本微分方程明渠恒定非均匀渐变流的基本微分方程7 7 7 7 棱柱体渠道恒定非均匀渐变流水面曲线定性分析棱柱体渠道恒定非均匀渐变流水面曲线定性分析棱柱体渠道恒定非均匀渐变流水面曲线定性分析棱柱体渠道恒定非均匀渐变流水面曲线定性分析88明渠恒定非均匀渐变流水面曲线定量计算明渠恒定非均匀渐变流水面曲线定量计算明渠恒定非均匀渐变流水面曲线定量计算明渠恒定非均匀渐变流水面曲线定量计算1明渠恒定流土木教学基本要求教学基本要求1 1 1 1、了解明渠水流的分类和特征，了解棱柱体渠道的概念，、了解明渠水流的分类和特征，了解棱柱体渠道的概念，、了解明

3、渠水流的分类和特征，了解棱柱体渠道的概念，、了解明渠水流的分类和特征，了解棱柱体渠道的概念，掌握明渠底坡的概念和梯形断面明渠的几何特征和水力要掌握明渠底坡的概念和梯形断面明渠的几何特征和水力要掌握明渠底坡的概念和梯形断面明渠的几何特征和水力要掌握明渠底坡的概念和梯形断面明渠的几何特征和水力要素。素。素。素。2 2 2 2、了解明渠均匀流的特点和形成条件，熟练掌握明渠均匀、了解明渠均匀流的特点和形成条件，熟练掌握明渠均匀、了解明渠均匀流的特点和形成条件，熟练掌握明渠均匀、了解明渠均匀流的特点和形成条件，熟练掌握明渠均匀流公式，并能应用它来进行明渠均匀流水力计算。流公式，并能应用它来进行明渠均匀流

4、水力计算。流公式，并能应用它来进行明渠均匀流水力计算。流公式，并能应用它来进行明渠均匀流水力计算。3 3 3 3、理解水力最佳断面和允许流速的概念，掌握水力最佳断、理解水力最佳断面和允许流速的概念，掌握水力最佳断、理解水力最佳断面和允许流速的概念，掌握水力最佳断、理解水力最佳断面和允许流速的概念，掌握水力最佳断面的条件和允许流速的确定方法，学会正确选择明渠的糙面的条件和允许流速的确定方法，学会正确选择明渠的糙面的条件和允许流速的确定方法，学会正确选择明渠的糙面的条件和允许流速的确定方法，学会正确选择明渠的糙率率率率n n n n值。值。值。值。4 4 4 4、掌握明渠均匀流水力设计的类型和计算

5、方法，能进行过、掌握明渠均匀流水力设计的类型和计算方法，能进行过、掌握明渠均匀流水力设计的类型和计算方法，能进行过、掌握明渠均匀流水力设计的类型和计算方法，能进行过流能力和正常水深的计算，能设计渠道的断面尺寸。流能力和正常水深的计算，能设计渠道的断面尺寸。流能力和正常水深的计算，能设计渠道的断面尺寸。流能力和正常水深的计算，能设计渠道的断面尺寸。2明渠恒定流土木 5 5 5 5、在恒定流情况下，明渠非均匀渐变流的水流要素沿、在恒定流情况下，明渠非均匀渐变流的水流要素沿、在恒定流情况下，明渠非均匀渐变流的水流要素沿、在恒定流情况下，明渠非均匀渐变流的水流要素沿流程的变化规律，主要研究明渠水深流程

6、的变化规律，主要研究明渠水深流程的变化规律，主要研究明渠水深流程的变化规律，主要研究明渠水深( ( ( (或水位或水位或水位或水位) ) ) )沿流程的沿流程的沿流程的沿流程的变化规律，也就是要分析研究关于水面曲线的变化及其变化规律，也就是要分析研究关于水面曲线的变化及其变化规律，也就是要分析研究关于水面曲线的变化及其变化规律，也就是要分析研究关于水面曲线的变化及其计算，以便恰当地确定明渠边墙高度，以及回水淹没的计算，以便恰当地确定明渠边墙高度，以及回水淹没的计算，以便恰当地确定明渠边墙高度，以及回水淹没的计算，以便恰当地确定明渠边墙高度，以及回水淹没的范围等等。范围等等。范围等等。范围等等。

7、3明渠恒定流土木基本概念基本概念明渠明渠: :人工渠道、天然河道、水流未充满全断面人工渠道、天然河道、水流未充满全断面的管道的统称的管道的统称 明渠水流明渠水流：具有自由液面的水流，水流的表面压具有自由液面的水流，水流的表面压强为大气压强强为大气压强 明渠水流在自然界中是常见的，例如：水明渠水流在自然界中是常见的，例如：水明渠水流在自然界中是常见的，例如：水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、无压隧电站引水渠、灌溉渠、排水渠、运河、无压隧电站引水渠、灌溉渠、排水渠、运河、无压隧电站引水渠、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洞和

8、下水道等人工渠道中的水流以及天然河道洞和下水道等人工渠道中的水流以及天然河道洞和下水道等人工渠道中的水流以及天然河道中的水流。中的水流。中的水流。中的水流。管道中的水流管道中的水流?4明渠恒定流土木A-AA-A有压管流有压管流明渠流明渠流具有自由水面具有自由水面重力起主导作用重力起主导作用水面不受固体边界约束水面不受固体边界约束5明渠恒定流土木引水工程引水工程输水涵洞施工输水涵洞施工小河沟渡槽小河沟渡槽土耳其渡槽土耳其渡槽渠道工程渠道工程二滩泄洪洞二滩泄洪洞第七章第七章 明渠恒定流明渠恒定流6明渠恒定流土木明渠均匀流明渠均匀流明渠非均匀流明渠非均匀流V V和和h h均沿程不变均沿程不变流线为一

9、簇相互平行的直线流线为一簇相互平行的直线从力学的观点看，明渠均匀从力学的观点看，明渠均匀流动是一种直线等速运动流动是一种直线等速运动V V和和h h均沿程变化均沿程变化明明渠渠水水流流明渠恒定流明渠恒定流明渠非恒定流明渠非恒定流运动要素不随时间变化运动要素不随时间变化运动要素随时间变化运动要素随时间变化 工程上的许多实际问题都必须在掌握了明渠工程上的许多实际问题都必须在掌握了明渠工程上的许多实际问题都必须在掌握了明渠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。水流运动规律以后才能予以解决。水流运动规律以后才能予以解决。水流运动规律以后才能予以解决。7明渠恒定流土木从明渠

10、恒定均匀流取一段水流外力平衡： 均匀流动水压强服从静水压强分布规律断面面积沿程不变，则可得8明渠恒定流土木明渠恒定流土木uu河道的横断面，则常呈不规则的形状。河道的横断面，则常呈不规则的形状。河道的横断面，则常呈不规则的形状。河道的横断面，则常呈不规则的形状。uu人工明渠的横断面，通常作成对称的几何形状。人工明渠的横断面，通常作成对称的几何形状。人工明渠的横断面，通常作成对称的几何形状。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、矩形或圆形等。例如常见的梯形、矩形或圆形等。例如常见的梯形、矩形或圆形等。例如常见的梯形、矩形或圆形等。 土渠土渠土渠土渠: : : :一般为梯形一般为

11、梯形一般为梯形一般为梯形 涵管、隧洞涵管、隧洞涵管、隧洞涵管、隧洞: : : :一般为圆形一般为圆形一般为圆形一般为圆形 混凝土渠道或渡槽可能是矩形或半圆形混凝土渠道或渡槽可能是矩形或半圆形混凝土渠道或渡槽可能是矩形或半圆形混凝土渠道或渡槽可能是矩形或半圆形一、明渠的横断面一、明渠的横断面7.1 7.1 概述概述第七章第七章 明渠恒定流明渠恒定流9明渠恒定流土木思考思考n n明渠横断面与过水断面有何区别?uu根据渠道的断面形状、尺寸，就可以计算渠道过根据渠道的断面形状、尺寸，就可以计算渠道过根据渠道的断面形状、尺寸，就可以计算渠道过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。水

12、断面的水力要素。水断面的水力要素。水断面的水力要素。边坡系数边坡系数m水力半径水力半径R湿周湿周10明渠恒定流土木 工程中应用最广的是梯形渠道，其过水断面的工程中应用最广的是梯形渠道，其过水断面的工程中应用最广的是梯形渠道，其过水断面的工程中应用最广的是梯形渠道，其过水断面的诸水利要素关系如下：诸水利要素关系如下：诸水利要素关系如下：诸水利要素关系如下： 水面宽度：水面宽度：水面宽度：水面宽度： B B B B= = = =b b b b+2+2+2+2mhmhmhmh 过水断面面积：过水断面面积：过水断面面积：过水断面面积： A A A A=(=(=(=(b b b b+ + + +mhmh

13、mhmh) ) ) )h h h h 水力半径：水力半径： 湿周：湿周：11明渠恒定流土木常见的过水断面的水力要素常见的过水断面的水力要素断面形状断面形状水面宽度水面宽度 B B过水断面积过水断面积 A A湿湿 周周 x x水力半径水力半径 R R*式中 以弧度计第七章第七章 明渠恒定流明渠恒定流12明渠恒定流土木底坡底坡底坡底坡：明渠渠底倾斜的程度称为底坡。以符号：明渠渠底倾斜的程度称为底坡。以符号：明渠渠底倾斜的程度称为底坡。以符号：明渠渠底倾斜的程度称为底坡。以符号i i i i表示，表示，表示，表示，i i i i等于渠底线与水平线夹角等于渠底线与水平线夹角等于渠底线与水平线夹角等于渠

14、底线与水平线夹角的正弦的正弦的正弦的正弦, , , ,即即即即i i i i-dz/ds=sin-dz/ds=sin-dz/ds=sin-dz/ds=sin。-即渠底高程沿水流方向即渠底高程沿水流方向即渠底高程沿水流方向即渠底高程沿水流方向单位距离的降落值单位距离的降落值单位距离的降落值单位距离的降落值二、明渠的分类二、明渠的分类(一一)顺坡、平坡和逆坡渠道顺坡、平坡和逆坡渠道顺坡顺坡(正坡正坡)： i 0平坡平坡： i =0逆坡逆坡(反坡反坡)： i 0)0)0)0)； 3 3 3 3、渠道中没有建筑物的局部干扰；、渠道中没有建筑物的局部干扰；、渠道中没有建筑物的局部干扰；、渠道中没有建筑物

15、的局部干扰； 4 4 4 4、明渠中的水流必须是恒定的，沿程无水流的汇入、明渠中的水流必须是恒定的，沿程无水流的汇入、明渠中的水流必须是恒定的，沿程无水流的汇入、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。汇出，即流量不变。汇出，即流量不变。汇出，即流量不变。 明渠均匀流产生的条件：明渠均匀流产生的条件：只有在人工渠道只有在人工渠道才可能满足才可能满足讨论讨论117明渠恒定流土木二、二、二、二、 明渠均匀流水力计算的基本公式明渠均匀流水力计算的基本公式明渠均匀流水力计算的基本公式明渠均匀流水力计算的基本公式 明渠均匀流计算的基本公式是谢才公式和明渠均匀流计算的基本公式是谢才公

16、式和明渠均匀流计算的基本公式是谢才公式和明渠均匀流计算的基本公式是谢才公式和曼宁公式，即曼宁公式，即曼宁公式，即曼宁公式，即K K 是流量模数，即当底坡是流量模数，即当底坡i i1 1时渠道中通过均匀时渠道中通过均匀流的流量，它综合反映了明渠断面形状、尺寸和流的流量，它综合反映了明渠断面形状、尺寸和粗糙程度对过水能力的影响。粗糙程度对过水能力的影响。 也可表示为：也可表示为：也可表示为：也可表示为：糙率的准糙率的准确性非常确性非常重要重要第七章第七章 明渠恒定流明渠恒定流18明渠恒定流土木三、明渠均匀流水力计算的基本类型三、明渠均匀流水力计算的基本类型 对于梯形渠道，各水力要素间存在着下列函数

17、对于梯形渠道，各水力要素间存在着下列函数关系关系: :l一般情况下，边坡一般情况下，边坡系数系数m m及粗糙系数及粗糙系数n n是是根据渠道护面材料的根据渠道护面材料的种类，用经验方法来种类，用经验方法来确定。确定。第七章第七章 明渠恒定流明渠恒定流19明渠恒定流土木 对已成渠道进行校核性的水力计算，特别是验对已成渠道进行校核性的水力计算，特别是验对已成渠道进行校核性的水力计算，特别是验对已成渠道进行校核性的水力计算，特别是验算渠道的输水能力。即算渠道的输水能力。即算渠道的输水能力。即算渠道的输水能力。即已知：已知：已知：已知：n,i,b,hn,i,b,hn,i,b,hn,i,b,h 确定确定

18、确定确定Q Q Q Q ; ; ; ; 一、验算渠道的输水能力一、验算渠道的输水能力一、验算渠道的输水能力一、验算渠道的输水能力面积面积湿周湿周水力半径水力半径流量流量第七章第七章 明渠恒定流明渠恒定流20明渠恒定流土木二、二、二、二、已知渠道的设计流量已知渠道的设计流量已知渠道的设计流量已知渠道的设计流量Q Q Q Q、底坡、底坡、底坡、底坡i i i i、底宽、底宽、底宽、底宽b b b b，边，边，边，边坡系数坡系数坡系数坡系数m m m m和粗糙系数和粗糙系数和粗糙系数和粗糙系数n n n n。求水深求水深求水深求水深h h h h三、三、三、三、已知渠道的设计流量已知渠道的设计流量已

19、知渠道的设计流量已知渠道的设计流量Q Q Q Q、底坡、底坡、底坡、底坡i i i i、水深、水深、水深、水深h h h h，边，边，边，边坡系数坡系数坡系数坡系数m m m m和粗糙系数和粗糙系数和粗糙系数和粗糙系数n n n n。求渠道底宽求渠道底宽求渠道底宽求渠道底宽b b b b。一般均采用试算一般均采用试算一般均采用试算一般均采用试算图解法图解法图解法图解法第七章第七章 明渠恒定流明渠恒定流21明渠恒定流土木 四、确定渠道的底坡四、确定渠道的底坡四、确定渠道的底坡四、确定渠道的底坡 已知渠道的土壤或护面材料、设计流量以及断已知渠道的土壤或护面材料、设计流量以及断已知渠道的土壤或护面材

20、料、设计流量以及断已知渠道的土壤或护面材料、设计流量以及断面的几何尺寸，即面的几何尺寸，即面的几何尺寸，即面的几何尺寸，即已知已知已知已知 n n n n，Q Q Q Q 和和和和b b b b，m m m m，h h h h 各量，确各量，确各量，确各量，确定渠道的底坡定渠道的底坡定渠道的底坡定渠道的底坡I I I I : : : : 第七章第七章 明渠恒定流明渠恒定流22明渠恒定流土木五、确定渠道的断面尺寸五、确定渠道的断面尺寸五、确定渠道的断面尺寸五、确定渠道的断面尺寸 已知流量已知流量已知流量已知流量Q Q Q Q、流速、流速、流速、流速v v v v、渠道底坡、渠道底坡、渠道底坡、渠

21、道底坡i i i i、边坡系数、边坡系数、边坡系数、边坡系数m m m m 及及及及粗糙系数粗糙系数粗糙系数粗糙系数n n n n，要求设计渠道的断面尺寸，即，要求设计渠道的断面尺寸，即，要求设计渠道的断面尺寸，即，要求设计渠道的断面尺寸，即确定渠道确定渠道确定渠道确定渠道的底宽的底宽的底宽的底宽b b b b 和水深和水深和水深和水深h h h h。第七章第七章 明渠恒定流明渠恒定流23明渠恒定流土木例例2 2 某水电站引水渠为梯形断面，中等密实粘土，某水电站引水渠为梯形断面，中等密实粘土，使用期中岸坡已生杂草，边坡系数使用期中岸坡已生杂草，边坡系数 m=1.5 m=1.5，底宽，底宽b=3

22、4mb=34m，糙率，糙率n=0.03,n=0.03,底坡底坡i i为为1/65001/6500，渠底至堤顶，渠底至堤顶高差为高差为3.2m3.2m。若电站引用流量。若电站引用流量Q Q为为67 m67 m3 3/s/s。现要求。现要求渠道供给工业用水，渠道供给工业用水，试计算渠道在保证超高为试计算渠道在保证超高为0.5m0.5m的条件下，除电站引用流量外，尚能供给工业用水的条件下，除电站引用流量外，尚能供给工业用水若干？并校核此时渠中是否发生冲刷。若干？并校核此时渠中是否发生冲刷。第七章第七章 明渠恒定流明渠恒定流24明渠恒定流土木当超高为当超高为0.5m 0.5m 时，渠中水深时，渠中水深

23、h = 2.7mh = 2.7m求保证超高求保证超高0.5m 0.5m 时的流量，并校核是否发生冲刷时的流量，并校核是否发生冲刷解解:第七章第七章 明渠恒定流明渠恒定流25明渠恒定流土木 在保证电站引用流量条件下，渠道能供给工业用在保证电站引用流量条件下，渠道能供给工业用水量为：水量为： 由表查得，渠道土质为粘土时由表查得，渠道土质为粘土时 为为0.85m/s0.85m/s，当当R R为为2.35m2.35m时：时：第七章第七章 明渠恒定流明渠恒定流26明渠恒定流土木例例3 3 有一矩形断面混凝土渡槽有一矩形断面混凝土渡槽(n=0.014)(n=0.014)，底宽，底宽b b1.5m,1.5m

24、,槽长槽长L L116.5m116.5m。进口处槽底高程。进口处槽底高程=52.06m=52.06m，当通过设计流量当通过设计流量Q Q7.65m7.65m3 3/s/s时，槽中均匀流水深时，槽中均匀流水深h h0 0=1.7m=1.7m，试求渡槽出口的底高程试求渡槽出口的底高程2 2？ 解：解：第七章第七章 明渠恒定流明渠恒定流27明渠恒定流土木例例4 4 某引水渠道，边坡系数某引水渠道，边坡系数 m=1.0 m=1.0 ，底坡，底坡i=1/800i=1/800，底宽底宽b=6m b=6m ，糙率，糙率 n = 0.025 n = 0.025，设计流量，设计流量Q=70 mQ=70 m3 3

25、/s/s。试计算渠道水深。试计算渠道水深。由由解：解： 显然，在上式中显然，在上式中Q Q，b b，m m，n n，i i 为已知，仅水为已知，仅水深深h h为未知。但上式为为未知。但上式为h h的高次方，直接求解的高次方，直接求解 h h 是是很困难的。可采用试算图解法或查图法求解。很困难的。可采用试算图解法或查图法求解。第七章第七章 明渠恒定流明渠恒定流28明渠恒定流土木（1 1）试算图解法）试算图解法 可假设一系列可假设一系列 h h 值，代入上式计算相应的值，代入上式计算相应的 Q Q 值，并绘成值，并绘成 h h Q Q曲线，然后根据已知流量，在曲曲线，然后根据已知流量，在曲线上即可

26、查出要求的线上即可查出要求的 h h 值。值。 设设 h =2.5 h =2.5，3.03.0，3.53.5，4.0 m4.0 m，计算相应的，计算相应的 A A、R R、C C 及及 Q Q 值如下表值如下表 由上表绘出由上表绘出h hQ Q曲线曲线。从曲线查得：。从曲线查得：当当Q Q为为70m70m3 3/s/s时，时，h=3.3m h=3.3m 第七章第七章 明渠恒定流明渠恒定流29明渠恒定流土木（2 2）查图法）查图法 显然，上述计算方法比较繁杂，为简化计算，显然，上述计算方法比较繁杂，为简化计算，可利用已制成的曲线，见附录可利用已制成的曲线，见附录2 2，先求：，先求：第七章第七章

27、 明渠恒定流明渠恒定流30明渠恒定流土木由附录由附录2 2，当，当 时，在时，在 m = 1 m = 1的曲线上查得的曲线上查得 故故第七章第七章 明渠恒定流明渠恒定流31明渠恒定流土木例例6 6 一圆形混凝土导流隧洞，已知：直径一圆形混凝土导流隧洞，已知：直径d=2md=2m，底坡，底坡i=0.005i=0.005，试求洞中均匀流水深，试求洞中均匀流水深h=1.50mh=1.50m时的流速及流时的流速及流量。量。例例7 7 某梯形断面引水渠道，已知：底宽某梯形断面引水渠道，已知：底宽b=8mb=8m，边坡系，边坡系数数m=1.5,m=1.5,粗糙系数粗糙系数n=0.025,n=0.025,底

28、坡底坡i=0.0009i=0.0009，通过设计，通过设计流量流量Q=15mQ=15m3 3/s/s，试求渠中均匀流水深。，试求渠中均匀流水深。第七章第七章 明渠恒定流明渠恒定流32明渠恒定流土木7.3 7.3 明渠均匀流水力计算的几个问题明渠均匀流水力计算的几个问题 指当渠道底坡、糙率及面积大小一定时，通过指当渠道底坡、糙率及面积大小一定时，通过指当渠道底坡、糙率及面积大小一定时，通过指当渠道底坡、糙率及面积大小一定时，通过最大流量时的断面形式。最大流量时的断面形式。最大流量时的断面形式。最大流量时的断面形式。一、水力最佳断面一、水力最佳断面对于明渠均匀流：对于明渠均匀流：uu 具有水力最佳

29、断面的明渠均匀流，当具有水力最佳断面的明渠均匀流，当具有水力最佳断面的明渠均匀流，当具有水力最佳断面的明渠均匀流，当i i i i，n n n n，A A A A 给给给给定时，水力半径定时，水力半径定时，水力半径定时，水力半径R R R R 最大，即湿周最大，即湿周最大，即湿周最大，即湿周最小的断面能通最小的断面能通最小的断面能通最小的断面能通过最大的流量。过最大的流量。过最大的流量。过最大的流量。uu i i i i，n n n n，A A A A 给定时，湿周给定时，湿周给定时，湿周给定时，湿周最小的断面是圆形断面，最小的断面是圆形断面，最小的断面是圆形断面，最小的断面是圆形断面， 即圆

30、管为水力最佳断面。即圆管为水力最佳断面。即圆管为水力最佳断面。即圆管为水力最佳断面。33明渠恒定流土木1 1 1 1、梯形过水断面渠道的水力最佳断面、梯形过水断面渠道的水力最佳断面、梯形过水断面渠道的水力最佳断面、梯形过水断面渠道的水力最佳断面湿周湿周湿周湿周天然土渠开挖梯形面积梯形面积梯形面积梯形面积水力最佳断面的条件水力最佳断面的条件水力最佳断面的条件水力最佳断面的条件第七章第七章 明渠恒定流明渠恒定流34明渠恒定流土木梯形水力最佳断面的宽深比值为梯形水力最佳断面的宽深比值为梯形水力最佳断面的宽深比值为梯形水力最佳断面的宽深比值为：此时：此时：此时：此时： 上式表明：梯形水力最佳断面的上式

31、表明：梯形水力最佳断面的 b / h b / h 值仅与值仅与边坡系数边坡系数 m m 有关；有关；其水力半径等于水深的一半。其水力半径等于水深的一半。天然土渠开挖35明渠恒定流土木矩形断面，矩形断面，矩形断面，矩形断面，m m m m =0=0=0=0，则：，则：，则：，则： 即矩形渠道水力最优断面的底宽是水深的两倍即矩形渠道水力最优断面的底宽是水深的两倍2 2 2 2、矩形断面的水力最佳断面、矩形断面的水力最佳断面、矩形断面的水力最佳断面、矩形断面的水力最佳断面第七章第七章 明渠恒定流明渠恒定流36明渠恒定流土木 允许流速是为了保持渠道安全稳定运行允许流速是为了保持渠道安全稳定运行允许流速

32、是为了保持渠道安全稳定运行允许流速是为了保持渠道安全稳定运行, , , ,在流在流在流在流速上的限制，包括速上的限制，包括速上的限制，包括速上的限制，包括不冲流速不冲流速不冲流速不冲流速、不淤流速不淤流速不淤流速不淤流速和和和和其它运行其它运行其它运行其它运行管理要求的流速限制管理要求的流速限制管理要求的流速限制管理要求的流速限制。在实际明渠均匀流计算中必。在实际明渠均匀流计算中必。在实际明渠均匀流计算中必。在实际明渠均匀流计算中必须结合工程要求进行校核。须结合工程要求进行校核。须结合工程要求进行校核。须结合工程要求进行校核。 二、允许流速二、允许流速式中：式中：不冲允许流速（不冲允许流速（不

33、冲允许流速（不冲允许流速（m/sm/sm/sm/s），），），），根据壁面材料定。根据壁面材料定。根据壁面材料定。根据壁面材料定。不淤允许流速（不淤允许流速（不淤允许流速（不淤允许流速（m/sm/sm/sm/s）。）。）。）。 ( ( ( (同时考虑避免渠中滋生杂草，同时考虑避免渠中滋生杂草，同时考虑避免渠中滋生杂草，同时考虑避免渠中滋生杂草， 一般流速应大于一般流速应大于一般流速应大于一般流速应大于0.5m/s)0.5m/s)0.5m/s)0.5m/s)第七章第七章 明渠恒定流明渠恒定流37明渠恒定流土木 例例例例1 1 1 1 某梯形断面浆砌石（糙率某梯形断面浆砌石（糙率某梯形断面浆砌石（

34、糙率某梯形断面浆砌石（糙率n=0.025）渠道渠道渠道渠道, , , ,底坡底坡底坡底坡 i i i i 为为为为1/1000,1/1000,1/1000,1/1000,要求按水力最佳断面设计。取底宽要求按水力最佳断面设计。取底宽要求按水力最佳断面设计。取底宽要求按水力最佳断面设计。取底宽b=3.0mb=3.0mb=3.0mb=3.0m，边坡系数，边坡系数，边坡系数，边坡系数 m m m m 为为为为0.250.250.250.25，堤顶超高，堤顶超高，堤顶超高，堤顶超高d=0.4md=0.4md=0.4md=0.4m，试，试，试，试求流量求流量求流量求流量 Q Q Q Q及渠底至堤顶高度及渠

35、底至堤顶高度及渠底至堤顶高度及渠底至堤顶高度H H H H。解题思路：解题思路：流量流量Q堤顶高程堤顶高程A第七章第七章 明渠恒定流明渠恒定流38明渠恒定流土木 例例例例1 1 1 1 某梯形断面浆砌石（糙率某梯形断面浆砌石（糙率某梯形断面浆砌石（糙率某梯形断面浆砌石（糙率n=0.025）渠道渠道渠道渠道, , , ,底坡底坡底坡底坡 i i i i 为为为为1/1000,1/1000,1/1000,1/1000,要求按水力最佳断面设计。取底宽要求按水力最佳断面设计。取底宽要求按水力最佳断面设计。取底宽要求按水力最佳断面设计。取底宽b=3.0mb=3.0mb=3.0mb=3.0m，边坡系数，边

36、坡系数，边坡系数，边坡系数 m m m m 为为为为0.250.250.250.25，堤顶超高，堤顶超高，堤顶超高，堤顶超高d=0.4md=0.4md=0.4md=0.4m，试，试，试，试求流量求流量求流量求流量 Q Q Q Q及渠底至堤顶高度及渠底至堤顶高度及渠底至堤顶高度及渠底至堤顶高度H H H H。解：解：水力最佳断面的宽深比为水力最佳断面的宽深比为所以渠中水深为所以渠中水深为渠底至堤顶高度渠底至堤顶高度第七章第七章 明渠恒定流明渠恒定流39明渠恒定流土木 按谢才公式计算流量，先求过水断面面积：按谢才公式计算流量，先求过水断面面积：按谢才公式计算流量，先求过水断面面积：按谢才公式计算流

37、量，先求过水断面面积：水力半径水力半径浆砌石的糙率浆砌石的糙率n=0.025，由曼宁公式求谢才系数，由曼宁公式求谢才系数于是流量于是流量第七章第七章 明渠恒定流明渠恒定流40明渠恒定流土木第七章第七章 明渠恒定流明渠恒定流 例例例例2 2 2 2 某梯形土渠设计流量某梯形土渠设计流量某梯形土渠设计流量某梯形土渠设计流量 Q Q Q Q 为为为为2 m2 m2 m2 m3 3 3 3/s/s/s/s，渠道为重壤，渠道为重壤，渠道为重壤，渠道为重壤土，粗糙系数土，粗糙系数土，粗糙系数土，粗糙系数 n n n n 为为为为0.0250.0250.0250.025，边坡系数，边坡系数，边坡系数，边坡系

38、数 m m m m 为为为为1.251.251.251.25，底，底，底，底坡坡坡坡 i i i i 为为为为0.00020.00020.00020.0002。试设计一水力最佳断面，并校核渠。试设计一水力最佳断面，并校核渠。试设计一水力最佳断面，并校核渠。试设计一水力最佳断面，并校核渠中流速（已知不淤流速为中流速（已知不淤流速为中流速（已知不淤流速为中流速（已知不淤流速为0.4m/s0.4m/s0.4m/s0.4m/s）解：解：将已知条件代入基本公式，并用曼宁公式计算将已知条件代入基本公式，并用曼宁公式计算谢才系数，整理后可得：谢才系数，整理后可得：当为水力最佳断面时：当为水力最佳断面时：41

39、明渠恒定流土木可得：可得： 校核渠中流速是否满足不冲不淤的条件：由表查校核渠中流速是否满足不冲不淤的条件：由表查得得R R1m1m时的不冲允许流速时的不冲允许流速 对所设计的水力最佳断面对所设计的水力最佳断面则不冲允许流速则不冲允许流速第七章第七章 明渠恒定流明渠恒定流42明渠恒定流土木已知不淤流速已知不淤流速 。渠中断面平均。渠中断面平均流速为流速为故故所设计断面满足不冲刷不淤积的条件。所设计断面满足不冲刷不淤积的条件。第七章第七章 明渠恒定流明渠恒定流43明渠恒定流土木三、复式断面的水力计算三、复式断面的水力计算u 一般由两个或三个单式断面组成，如天然河道的主一般由两个或三个单式断面组成，

40、如天然河道的主槽和边滩。在人工渠道中，由于施工、水力、地质等槽和边滩。在人工渠道中，由于施工、水力、地质等条件，较大渠道常采用复式断面，能更好控制淤积，条件，较大渠道常采用复式断面，能更好控制淤积，减少开挖量。减少开挖量。u 采用采用分别计算的分别计算的方法方法，将复式断面划，将复式断面划分成几个部分，使每分成几个部分，使每一个部分的湿周不致一个部分的湿周不致因水深的略微增大而因水深的略微增大而产生急剧的增加。产生急剧的增加。第七章第七章 明渠恒定流明渠恒定流44明渠恒定流土木u 则通过复式断面渠道的流量，应为通过各部分流则通过复式断面渠道的流量，应为通过各部分流量的总和，即：量的总和，即：u

41、 计算中，应遵循下列两条原则计算中，应遵循下列两条原则 作为同一条渠道，渠道整体和各部分的水力作为同一条渠道，渠道整体和各部分的水力坡度、水面坡度、渠底坡度均相等。这是水面在坡度、水面坡度、渠底坡度均相等。这是水面在同一过流断面上形成水平水面的保证。否则将出同一过流断面上形成水平水面的保证。否则将出现交错的水面。现交错的水面。 各部分的湿周仅考虑水流与固体壁面接触的各部分的湿周仅考虑水流与固体壁面接触的周界。各单式断面间的水流交接线在计算时不记周界。各单式断面间的水流交接线在计算时不记入湿周。入湿周。第七章第七章 明渠恒定流明渠恒定流45明渠恒定流土木四、粗糙度不同的明渠的水力计算四、粗糙度不

42、同的明渠的水力计算u 渠道底部与边壁的材料或土质不同渠道底部与边壁的材料或土质不同, ,断面周界上各部断面周界上各部分的糙率分的糙率n n值不同值不同 沿山坡修建的引水渠沿山坡修建的引水渠 为了防渗为了防渗, ,渠壁用混凝土敷面渠壁用混凝土敷面, ,而渠底则为砌石而渠底则为砌石解决办法解决办法谢才公式和谢才系数中的糙率用谢才公式和谢才系数中的糙率用综合糙率综合糙率代替代替综合糙率有不同的计算方法综合糙率有不同的计算方法46明渠恒定流土木根据各糙率所占周长根据各糙率所占周长, ,按加权平均求得按加权平均求得 根据各不同糙率的湿周上的阻力之和等于整个根据各不同糙率的湿周上的阻力之和等于整个断面湿周

43、上的总阻力的假定导出如下公式断面湿周上的总阻力的假定导出如下公式: :47明渠恒定流土木例例5 5 一复式断面如图一复式断面如图5-175-17，已知，已知b b与与b b为为6m6m，b b为为10m10m；h h与与h h为为1.8m1.8m；m m与与m m均为均为1.51.5，m m为为2.02.0；n n为为0.020.02及及i i为为0.00020.0002求求Q Q及及v v。第七章第七章 明渠恒定流明渠恒定流48明渠恒定流土木解：解：各部分的湿周各部分的湿周各部分流量模数各部分流量模数第七章第七章 明渠恒定流明渠恒定流49明渠恒定流土木于是，由复式断面的流量由公式得到于是，由

44、复式断面的流量由公式得到复式过水断面的平均流速为复式过水断面的平均流速为第七章第七章 明渠恒定流明渠恒定流50明渠恒定流土木讨论讨论1：请从能量观点分析，在请从能量观点分析，在i=0和和in2，其它条件均相同；，其它条件均相同；（2）底宽）底宽b1b2，其它条件均相同；，其它条件均相同；（3）底坡）底坡i1i2，其它条件均相同；，其它条件均相同；试问：这两条渠道中的均匀流水深哪个大，为什么？试问：这两条渠道中的均匀流水深哪个大，为什么？52明渠恒定流土木7.4 7.4 明渠恒定非均匀流的基本概念明渠恒定非均匀流的基本概念简要回顾：明渠均匀流发生的条件？简要回顾：明渠均匀流发生的条件？几个工程问

45、题几个工程问题53明渠恒定流土木人工渠道或天然河道中的水流绝大多数是非均匀人工渠道或天然河道中的水流绝大多数是非均匀人工渠道或天然河道中的水流绝大多数是非均匀人工渠道或天然河道中的水流绝大多数是非均匀流。流。流。流。明渠非均匀流的特点明渠非均匀流的特点明渠非均匀流的特点明渠非均匀流的特点: : : : - - - -流线不是相互平行的直线流线不是相互平行的直线流线不是相互平行的直线流线不是相互平行的直线 -同一条流线上各点的流速不同同一条流线上各点的流速不同同一条流线上各点的流速不同同一条流线上各点的流速不同 ( ( ( (包括大小和方向包括大小和方向包括大小和方向包括大小和方向) ) ) )

46、 - - - -明渠的底坡线、水面线、总水头线彼此互明渠的底坡线、水面线、总水头线彼此互明渠的底坡线、水面线、总水头线彼此互明渠的底坡线、水面线、总水头线彼此互不平行。不平行。不平行。不平行。54明渠恒定流土木明渠非均匀渐变流明渠非均匀渐变流明渠非均匀渐变流明渠非均匀渐变流 -若流线是接近于相互平行的直线若流线是接近于相互平行的直线若流线是接近于相互平行的直线若流线是接近于相互平行的直线 -流线间夹角很小流线间夹角很小流线间夹角很小流线间夹角很小 -流线的曲率半径很大流线的曲率半径很大流线的曲率半径很大流线的曲率半径很大明渠非均匀急变流明渠非均匀急变流明渠非均匀急变流明渠非均匀急变流明渠非均匀

47、流分类明渠均匀流水深明渠均匀流水深 - -正常水深正常水深h h0 0明渠非均匀流水深明渠非均匀流水深 -h -h运动要素如断面水深、平均流速、压强等沿程变化55明渠恒定流土木7.4.1 7.4.1 明渠水流的三种流态明渠水流的三种流态水流流速水流流速水流流速水流流速v v v v小，遇到障碍物时，水面变化情况小，遇到障碍物时，水面变化情况小，遇到障碍物时，水面变化情况小，遇到障碍物时，水面变化情况 - - - -在障碍物处跌落在障碍物处跌落在障碍物处跌落在障碍物处跌落 - - - -上游普遍壅高，一直影响到上游较远处上游普遍壅高，一直影响到上游较远处上游普遍壅高，一直影响到上游较远处上游普遍

48、壅高，一直影响到上游较远处水流湍急，遇到障碍物时，水面变化情况水流湍急，遇到障碍物时，水面变化情况水流湍急，遇到障碍物时，水面变化情况水流湍急，遇到障碍物时，水面变化情况 - - - -在障碍物处跃起在障碍物处跃起在障碍物处跃起在障碍物处跃起 - - - -对上游较远处水流不发生影响对上游较远处水流不发生影响对上游较远处水流不发生影响对上游较远处水流不发生影响明渠中障碍物对水流的影响明渠中障碍物对水流的影响缓流急流56明渠恒定流土木水流流速水流流速水流流速水流流速v v v v小于扰动产生的波速小于扰动产生的波速小于扰动产生的波速小于扰动产生的波速c c c c，则，则，则，则 - - - -

49、干扰波能向上游传播干扰波能向上游传播干扰波能向上游传播干扰波能向上游传播 - - - -也能向下游传播也能向下游传播也能向下游传播也能向下游传播水流流速水流流速水流流速水流流速v v v v小于扰动产生的波速小于扰动产生的波速小于扰动产生的波速小于扰动产生的波速c c c c，则，则，则，则 - - - -干扰波只能向上游传播干扰波只能向上游传播干扰波只能向上游传播干扰波只能向上游传播 - - - -不能向下游传播不能向下游传播不能向下游传播不能向下游传播扰动水流所产生的波动扰动水流所产生的波动-与水流受障碍物干扰与水流受障碍物干扰在性质上是一致的在性质上是一致的缓流急流57明渠恒定流土木现象

50、现象: :在静水和流动的水中垂直丢入一个石块在静水和流动的水中垂直丢入一个石块, ,会会发生什么现象发生什么现象? ?静水静水水流速度水流速度波动速度波动速度58明渠恒定流土木波动速度波动速度水流速度水流速度缓流缓流59明渠恒定流土木急流急流波动速度波动速度水流速度水流速度60明渠恒定流土木临界流临界流波动速度波动速度水流速度水流速度61明渠恒定流土木 从水流现象上可以描述缓流和急流，但从水流现象上可以描述缓流和急流，但是缓流和急流这两种流动状态的本质是什么是缓流和急流这两种流动状态的本质是什么？用什么标准来判别？用什么标准来判别？ 两个方面：两个方面：缓流和急流的运动学分析：缓流和急流的运动

51、学分析：缓流和急流的能量分析：缓流和急流的能量分析：-断面比能断面比能波速波速波的传播波的传播FroudeFroude数数62明渠恒定流土木1 1、微波干扰波波速、微波干扰波波速平底矩形棱柱体明渠平底矩形棱柱体明渠对对1-11-1和和2-22-2断面断面建立连续方程和建立连续方程和能量方程能量方程静水中微波波速静水中微波波速忽略摩忽略摩擦阻力擦阻力63明渠恒定流土木对于任意形状明渠断面对于任意形状明渠断面为断面平均水深为断面平均水深 根据现场观测和实验根据现场观测和实验, ,更准确的矩形明渠的波更准确的矩形明渠的波速公式为速公式为对于速度为对于速度为v v的水的水流中的波速流中的波速64明渠恒

52、定流土木明渠水流流态的判别依据是弗汝德数明渠水流流态的判别依据是弗汝德数明渠水流流态的判别依据是弗汝德数明渠水流流态的判别依据是弗汝德数 当当Fr Fr 1 1，水流是缓流，水流是缓流， 当当Fr = 1Fr = 1，水流是临界流，水流是临界流， 当当Fr Fr 1 1，水流为急流。，水流为急流。对于临界流对于临界流对于临界流对于临界流, , , ,断面平均流速恰好等于微波相对波速断面平均流速恰好等于微波相对波速断面平均流速恰好等于微波相对波速断面平均流速恰好等于微波相对波速重要重要2 2、弗汝德数、弗汝德数65明渠恒定流土木第五章第五章 明渠恒定非均匀流明渠恒定非均匀流过水断面单位重量液体过

53、水断面单位重量液体平均动能与平均势能之平均动能与平均势能之比的二倍开平方。比的二倍开平方。力学意义：代表水流力学意义：代表水流的惯性力和重力两种的惯性力和重力两种作用的对比关系作用的对比关系弗汝德数弗汝德数越大越大, ,平均平均动能所占动能所占的比例越的比例越大大66明渠恒定流土木7.4.2 7.4.2 断面比能断面比能n n 断面比能、比能曲线断面比能、比能曲线断面比能、比能曲线断面比能、比能曲线 断面比能断面比能断面比能断面比能E E E Es s s s是以通过明渠断面最低点的水平面是以通过明渠断面最低点的水平面是以通过明渠断面最低点的水平面是以通过明渠断面最低点的水平面为基准的单位重量

54、水体所具有的总机械能，可表示为基准的单位重量水体所具有的总机械能，可表示为基准的单位重量水体所具有的总机械能，可表示为基准的单位重量水体所具有的总机械能，可表示为：为：为：为： E Es s也就是渠底坡线与总水也就是渠底坡线与总水头之间的铅直距离。头之间的铅直距离。 Es Es与与E E的关系：的关系：E=EE=ES S+Z+ZO O67明渠恒定流土木 单位机械能单位机械能E E和断面比能和断面比能EsEs的区别的区别n n EsEsEsEs只是只是只是只是E E E E中反映了水流运动状况的那一部分能量中反映了水流运动状况的那一部分能量中反映了水流运动状况的那一部分能量中反映了水流运动状况的

55、那一部分能量, , , ,两者差一个渠底高程。计算各断面的两者差一个渠底高程。计算各断面的两者差一个渠底高程。计算各断面的两者差一个渠底高程。计算各断面的E E E E值时，应取值时，应取值时，应取值时，应取同一基准面，而计算同一基准面，而计算同一基准面，而计算同一基准面，而计算EsEsEsEs时则以各断面最低点为基准。时则以各断面最低点为基准。时则以各断面最低点为基准。时则以各断面最低点为基准。n n 由于有能量损失，由于有能量损失，由于有能量损失，由于有能量损失，E E E E总是沿流减小，即总是沿流减小，即总是沿流减小，即总是沿流减小，即dE/dsdE/dsdE/dsdE/ds0;0;0

56、;0;但但但但EsEsEsEs却不同，可以沿流减少、不变甚至增加，例如却不同，可以沿流减少、不变甚至增加，例如却不同，可以沿流减少、不变甚至增加，例如却不同，可以沿流减少、不变甚至增加，例如均匀流的水深及流速均沿程不变，均匀流的水深及流速均沿程不变，均匀流的水深及流速均沿程不变，均匀流的水深及流速均沿程不变，EsEsEsEs为常量，其为常量，其为常量，其为常量，其 dEs/dsdEs/dsdEs/dsdEs/ds=0=0=0=068明渠恒定流土木比能曲线比能曲线EsEsh h69明渠恒定流土木 当断面的形状、尺寸和流量一定的时候，当断面的形状、尺寸和流量一定的时候，当断面的形状、尺寸和流量一定

57、的时候，当断面的形状、尺寸和流量一定的时候，E E E Es s s s只只只只是水深是水深是水深是水深h h h h的函数。取的函数。取的函数。取的函数。取=1=1=1=1，可导出：，可导出：，可导出：，可导出：从上式可知：从上式可知：FrFrl,l,水流是缓流水流是缓流FrFrl l，水流是急流，水流是急流FrFr1 1，临界流，这时，临界流，这时E Esminsmin，对应的水深是临界水深对应的水深是临界水深h hk k70明渠恒定流土木7.4.3 7.4.3 7.4.3 7.4.3 临界水深临界水深临界水深临界水深h h h hk k k k及其计算及其计算及其计算及其计算 临界水深临

58、界水深临界水深临界水深 h h h hk k k k是任意形状断面，当是任意形状断面，当是任意形状断面，当是任意形状断面，当Q Q Q Q一定时，一定时，一定时，一定时，Es=EsminEs=EsminEs=EsminEs=Esmin时的时的时的时的h h h h。它是讨论明渠水流运动和水面线。它是讨论明渠水流运动和水面线。它是讨论明渠水流运动和水面线。它是讨论明渠水流运动和水面线的重要参数，其计算公式为：的重要参数，其计算公式为：的重要参数，其计算公式为：的重要参数，其计算公式为： 临界水深临界水深临界水深临界水深h h h hk k k k的的的的计算方法计算方法计算方法计算方法为试算图解

59、法、选代为试算图解法、选代为试算图解法、选代为试算图解法、选代计算和查图法。计算和查图法。计算和查图法。计算和查图法。矩形断面明渠矩形断面明渠矩形断面明渠矩形断面明渠临界水深临界水深临界水深临界水深71明渠恒定流土木推导：推导：1 1）矩形断面明渠临界水深的计算）矩形断面明渠临界水深的计算单宽流量72明渠恒定流土木2 2）断面为任意形状时，临界水深的计算）断面为任意形状时，临界水深的计算A A、试算法：、试算法：取若干水深进行计算，直到等式成立。取若干水深进行计算，直到等式成立。B B、图解法：、图解法：再在横坐标中查出再在横坐标中查出假定水深假定水深绘制曲线绘制曲线取取求得求得73明渠恒定流

60、土木3 3）等腰梯形临界水深计算）等腰梯形临界水深计算矩形矩形74明渠恒定流土木75明渠恒定流土木曲线曲线已知边坡底宽，查附图已知边坡底宽，查附图76明渠恒定流土木明渠临界水深明渠临界水深明渠临界水深明渠临界水深h h h hk k k k 也可以作为明渠水流流态的判别也可以作为明渠水流流态的判别也可以作为明渠水流流态的判别也可以作为明渠水流流态的判别标准标准标准标准 当水深当水深当水深当水深h h h hh h h hk k k k ，水流为，水流为，水流为，水流为缓流缓流缓流缓流； 当水深当水深当水深当水深h h h hh h h hk k k k ，水流为，水流为，水流为，水流为急流急流

61、急流急流； 当水深当水深当水深当水深h h h h = = = =h h h hk k k k ，水流为，水流为，水流为，水流为临界流临界流临界流临界流。 问题问题问题问题: : : :临界水深是否唯一的临界水深是否唯一的临界水深是否唯一的临界水深是否唯一的? ? ? ?77明渠恒定流土木 1 1 1 1、临界底坡（、临界底坡（、临界底坡（、临界底坡（critical slopecritical slopecritical slopecritical slope）：）：）：）： 在棱柱形渠道中，断面形状尺寸、流量一定时，在棱柱形渠道中，断面形状尺寸、流量一定时，在棱柱形渠道中，断面形状尺寸、流

62、量一定时，在棱柱形渠道中，断面形状尺寸、流量一定时，在渠中形成均匀流，若均匀流的正常水深恰好等于在渠中形成均匀流，若均匀流的正常水深恰好等于在渠中形成均匀流，若均匀流的正常水深恰好等于在渠中形成均匀流，若均匀流的正常水深恰好等于该流量的临界水深，则这个渠道的底坡就称为该流量的临界水深，则这个渠道的底坡就称为该流量的临界水深，则这个渠道的底坡就称为该流量的临界水深，则这个渠道的底坡就称为临界临界临界临界底坡底坡底坡底坡。 7.4.4 7.4.4 临界底坡、缓坡与陡坡临界底坡、缓坡与陡坡78明渠恒定流土木明渠均匀流的基本方程式：明渠均匀流的基本方程式：明渠均匀流的基本方程式：明渠均匀流的基本方程式

63、： Q = AQ = AK K C CK K (R(RK K i iK K) )1/21/2临界水深的条件式：临界水深的条件式：临界水深的条件式：临界水深的条件式：则临界底坡的计算式为：则临界底坡的计算式为：则临界底坡的计算式为：则临界底坡的计算式为：79明渠恒定流土木2 2 2 2、底坡底坡底坡底坡的分类的分类的分类的分类 缓坡、陡坡、临界坡缓坡、陡坡、临界坡缓坡、陡坡、临界坡缓坡、陡坡、临界坡 缓坡（缓坡（i i i ik k）临界坡（临界坡（i i= =i ik k）实际的明实际的明渠底坡渠底坡小于小于大于大于等于等于某一流量下某一流量下的临界坡度的临界坡度80明渠恒定流土木7.57.5

64、水跃及水跌现象明渠非均匀流中明渠非均匀流中流态转换时的局流态转换时的局部水力现象部水力现象81明渠恒定流土木7.5.1 7.5.1 水跃水跃明明明明渠渠渠渠水水水水流流流流从从从从急急急急流流流流状状状状态态态态过过过过渡渡渡渡到到到到缓缓缓缓流流流流状状状状态态态态时时时时水水水水面面面面突突突突然然然然跃跃跃跃起起起起的的的的局局局局部部部部水力现象。水力现象。水力现象。水力现象。1 1 1 1、定义及基本概念：、定义及基本概念：、定义及基本概念：、定义及基本概念：11h1跃前断面跃前断面跃前水深跃前水深h跃后断面跃后断面h222跃长跃长Lj跃后水深跃后水深 水水水水跃跃跃跃是是是是明明明

65、明渠渠渠渠非非非非均均均均匀匀匀匀急急急急变变变变流流流流的的的的重重重重要要要要现现现现象象象象，增增增增加加加加了了了了上上上上、下下下下游游游游水水水水流流流流衔衔衔衔接接接接的的的的复复复复杂杂杂杂性性性性，还还还还引引引引起起起起大大大大量量量量的的的的能能能能量量量量损损损损失失失失。工工工工程程程程上上上上可可可可以以以以利利利利用用用用这这这这一一一一特特特特点点点点，进进进进行行行行下下下下泄泄泄泄水水水水流流流流的的的的消消消消能，以减免对河床的冲刷。能，以减免对河床的冲刷。能，以减免对河床的冲刷。能，以减免对河床的冲刷。82明渠恒定流土木水跃区的几个要素：水跃区的几个要素

66、： 跃前水深跃前水深h跃前断面（表面旋滚起点所在过跃前断面（表面旋滚起点所在过 水断面）的水深；水断面）的水深； 跃后水深跃后水深h跃后断面跃后断面( (表面旋滚终点所在过表面旋滚终点所在过 水断面）的水深；水断面）的水深； 水跃高度水跃高度 a= a= h- - h 水跃长度水跃长度Lj跃前断面与跃后断面之间的距离跃前断面与跃后断面之间的距离. 83明渠恒定流土木84明渠恒定流土木2 2、棱柱体水平明渠的水跃方程、棱柱体水平明渠的水跃方程水跃有较大的能量损失水跃有较大的能量损失, ,不能将它忽略不计不能将它忽略不计必须采用恒定总流的动量方程必须采用恒定总流的动量方程没有一个独立于能量方程之外

67、用来确定水跃能量没有一个独立于能量方程之外用来确定水跃能量损失的公式。损失的公式。假定假定: : 跃前、跃后断面为渐变流断面跃前、跃后断面为渐变流断面 忽略边界切应力忽略边界切应力 动量修正系数相等动量修正系数相等85明渠恒定流土木1122FP1=gA1hc1 FP2=gA2hc2Ff=0沿流动方向列动量方程得：沿流动方向列动量方程得：代入连续性方程并整理得：代入连续性方程并整理得：86明渠恒定流土木 表表明明跃跃前前断断面面的的水水跃跃函函数数值值等等于于跃跃后后断断面面的的水跃函数值。水跃函数值。 满满足足水水跃跃方方程程的的跃跃前前断断面面水水深深h h1 1和和跃跃后后断断面面水水深深

68、h h2 2称为一对称为一对共轭水深共轭水深。即即: : J J（h h1 1）= =J J（h h2 2） 棱柱体水平明渠水跃的基本方程式棱柱体水平明渠水跃的基本方程式令令称为称为水跃函数水跃函数87明渠恒定流土木3 3、棱柱体水平明渠中水跃共轭水深的计算、棱柱体水平明渠中水跃共轭水深的计算（1）共轭水深计算的一般方法）共轭水深计算的一般方法 一一般般讲讲来来, ,水水跃跃方方程程中中的的A A和和h hc c都都是是共共扼扼水水深深的的复复杂杂函函数数，除除了了矩矩形形断断面面外外，水水深深不不易易直直接接由由方方程程解解出出。应应用用水水跃跃方方程程解解共共轭轭水水深深时时，常常采采用用

69、试试算算法法和和图解法图解法。 试算法试算法-准确度高，但计算较繁准确度高，但计算较繁 先先假假设设共共轭轭水水深深的的一一个个值值，如如能能满满足足水水跃跃方方程程，则则该该水水深深即即是是欲欲求求的的共共轭轭水水深深。否否则则，须须另另设设水水深直至水跃方程得到满足为止。深直至水跃方程得到满足为止。 88明渠恒定流土木图解法图解法-利用水跃函数曲线直接求解共轭水深利用水跃函数曲线直接求解共轭水深根据公式根据公式计算出相应的函数计算出相应的函数J J（h h）。）。水跃函数曲线水跃函数曲线89明渠恒定流土木水跃函数曲线的特性：水跃函数曲线的特性：有一极小值有一极小值J(h)J(h)minmi

70、n。相应的水深为临界水深。相应的水深为临界水深 当当h hh hk k时时( (相相当当于于曲曲线线的的上上半半支支) )，J(h)J(h)随随着着h h亦亦即即随着跃后水深的减小而减小。随着跃后水深的减小而减小。当当h hh hk k时时( (相相当当于于曲曲线线的的下下半半支支) )，J(h)J(h)随随着着h h亦亦即即随着跃前水深的减小而增大。随着跃前水深的减小而增大。 当当明明渠渠的的流流量量以以及及断断面面的的形形状状和和尺尺寸寸一一定定时时，跃跃前前水水深深越越小小则则跃跃后后水水深深越越大大；反反之之, , 跃跃前前水水深深越越大则跃后水深越小。大则跃后水深越小。90明渠恒定流

71、土木（2 2）梯形明渠共轭水深的计算）梯形明渠共轭水深的计算 棱柱体梯形水平明渠的共轭水深不易直接由棱柱体梯形水平明渠的共轭水深不易直接由水跃方程解出。在计算其共轭水深时，除了可以水跃方程解出。在计算其共轭水深时，除了可以来用前述的试算法或图解法外，为了进一步简化来用前述的试算法或图解法外，为了进一步简化计算，还可以应用一些特制的计算曲线。计算，还可以应用一些特制的计算曲线。 （3）矩形明渠共轭水深的计算）矩形明渠共轭水深的计算依据下列公式依据下列公式 ：91明渠恒定流土木4 4、水跃方程的实验验证、水跃方程的实验验证 水水跃跃的的共共轭轭水水深深计计算算是是以以水水跃跃方方程程为为依依据据的

72、的。在在推推导导该该理理论论方方程程时时，曾曾作作过过一一些些假假定定。这这些些假假定是否正确，有待实验来证明。定是否正确，有待实验来证明。 闸闸、坝坝等等泄泄水水建建筑筑物物下下游游的的消消能能段段多多为为矩矩形形。因因此此, ,矩矩形形明明渠渠的的水水跃跃计计算算具具有有十十分分重重要要的的意意义义。百百多多年年来来，许许多多国国家家对对棱棱柱柱体体矩矩形形水水平平槽槽中中的的水水跃跃进进行行了了广广泛泛的的实实验验研研究究，并并积积累累了了丰丰富富的的实实验验资资料料。现现以以其其中中最最完完善善的的资资料料对对水水跃跃方方程程进进行行验验证。证。92明渠恒定流土木5 5、棱柱体水平明渠

73、中水跃的能量损失、棱柱体水平明渠中水跃的能量损失（1 1）水跃能量损失机理简述）水跃能量损失机理简述93明渠恒定流土木 水水跃跃的的运运动动要要素素变变化化得得很很剧剧烈烈。从从断断面面上上流流速速分分布布图图中中可可以以看看出出，水水流流运运动动要要素素的的急急剧剧变变化化，特特别别是是很很大大的的紊紊流流附附加加切切应应力力使使跃跃前前断断面面水水流流的的大部分动能在水跃段中转化为热能而损失掉。大部分动能在水跃段中转化为热能而损失掉。 跃跃后后断断面面2 22 2处处，流流速速的的分分布布还还是是很很不不均均匀匀的的。同同时时，该该处处的的紊紊流流强强度度也也远远较较一一般般渐渐变变紊紊流

74、流的的为为大大。虽虽然然在在断断面面2 22 2下下游游不不远远的的断断面面c cc c处处，流速分布已与渐变紊流的相近流速分布已与渐变紊流的相近, ,但紊流强度仍大。但紊流强度仍大。 断断面面3 33 3处处。紊紊流流强强度度才才基基本本恢恢复复正正常常。断断面面2 22 2与与断断面面3 33 3之之间间的的流流段段称称跃跃后后段段。其其长长度度L Ljjjj约约为为（2.5-3.02.5-3.0）。在在跃跃后后段段中中, ,紊紊流流的的附附加加切切应力仍较大。应力仍较大。 94明渠恒定流土木对水跃的跃前和跃后断面应用能量方程即可导出对水跃的跃前和跃后断面应用能量方程即可导出水跃段水头损失

75、水跃段水头损失E Ej j的计算公式。的计算公式。由能量方程导出的棱柱体水平明渠的由能量方程导出的棱柱体水平明渠的E Ej j的计算公的计算公式：式：（2 2）水跃段水头损失的计算）水跃段水头损失的计算95明渠恒定流土木随着随着FrFr1 1的增加而增大的增加而增大棱柱体矩形水平明渠的棱柱体矩形水平明渠的E Ej j的计算公式：的计算公式：式中式中96明渠恒定流土木近似地令近似地令h3= h2，v3= v2及及 1，（3 3）跃后段水头损失的计算）跃后段水头损失的计算棱柱体水平明渠跃后段的水头损失公式：棱柱体水平明渠跃后段的水头损失公式：棱柱体矩形水平明渠地棱柱体矩形水平明渠地E Ejjjj的

76、计算公式：的计算公式：97明渠恒定流土木（4）水跃总水头损失和水跃段水头损失的）水跃总水头损失和水跃段水头损失的 近似计算近似计算水跃总水头损失水跃总水头损失E是指水跃段与跃后段水是指水跃段与跃后段水 头损失之和头损失之和棱柱体水平明渠棱柱体水平明渠E的计算公式为：的计算公式为：棱柱体矩形水平明渠的棱柱体矩形水平明渠的E E的计算公式：的计算公式：98明渠恒定流土木水跃段损失占总水头损失的百分比：水跃段损失占总水头损失的百分比：随着随着FrFr1 1的增的增加而增大加而增大99明渠恒定流土木消能系数消能系数Kj越大则水跃的消能效率越高越大则水跃的消能效率越高水跃的消能效率水跃的消能效率 水跃段

77、水头损失水跃段水头损失Ej或水跃总水头损失或水跃总水头损失E与跃前与跃前断面比能断面比能E1 之比称为之比称为水跃消能系数水跃消能系数，以符号，以符号K 表表示，则示，则棱柱体矩形水平明渠的消能系数计算公式：棱柱体矩形水平明渠的消能系数计算公式：100明渠恒定流土木6 6、棱柱体水平明渠中水跃跃长的确定、棱柱体水平明渠中水跃跃长的确定 在在完完全全水水跃跃的的水水跃跃段段中中，水水流流絮絮动动强强烈烈，底底部部流流速速很很大大。因因此此，除除非非河河、渠渠的的底底部部为为十十分分坚坚固固的的岩岩石石外外, ,一一般般均均需需设设置置护护坦坦加加以以保保护护。此此外外，跃跃后后段段的的一一部部分

78、分范范围围内内也也需需要要铺铺设设海海漫漫以以免免底底部部冲冲刷刷破破坏坏。由由于于护护坦坦和和海海漫漫的的长长度度都都与与完完全全水水跃跃的的跃跃长长有有关，故跃长的确定问题具有重要的实际意义。关，故跃长的确定问题具有重要的实际意义。101明渠恒定流土木水跃运动非常复杂水跃运动非常复杂, ,迄今还没有一个比较完整的、迄今还没有一个比较完整的、可供实际应用的理论跃长公式。在工程设计中多采可供实际应用的理论跃长公式。在工程设计中多采用用经验公式经验公式来确定跃长。来确定跃长。系数系数C C为为FrFr1 1的函数，其公式为：的函数，其公式为：(1)(1)矩形明渠的跃长公式矩形明渠的跃长公式跃长公

79、式的另一种形式：跃长公式的另一种形式：102明渠恒定流土木式中：式中：B B1 1及及B B2 2分别表示水跃前后断面处的水分别表示水跃前后断面处的水 面宽度面宽度( (二二) )梯形明渠的跃长公式梯形明渠的跃长公式103明渠恒定流土木最后指出：最后指出： 1 1、由由于于水水跃跃段段中中水水流流的的强强烈烈絮絮动动，因因此此水水跃跃长长度度也也是是脉脉动动的的。以以上上各各跃跃长长公公式式所所给给出出的的完全都是水跃的跃长时均值。完全都是水跃的跃长时均值。 2 2、跃跃长长随随着着槽槽壁壁粗粗糙糙程程度度的的增增加加而而缩缩短短。以上公式可以用来确定一般混凝土护坦的跃长。以上公式可以用来确定

80、一般混凝土护坦的跃长。 3 3、当当棱棱柱柱体体明明渠渠的的底底坡坡较较小小时时，以以上上诸诸公公式也可以近似应用。式也可以近似应用。104明渠恒定流土木定义：缓坡中的水流因下游渠底变陡或渠身断面定义：缓坡中的水流因下游渠底变陡或渠身断面定义：缓坡中的水流因下游渠底变陡或渠身断面定义：缓坡中的水流因下游渠底变陡或渠身断面突然扩大，水面突然跌落。这种由缓流向急流过渡突然扩大，水面突然跌落。这种由缓流向急流过渡突然扩大，水面突然跌落。这种由缓流向急流过渡突然扩大，水面突然跌落。这种由缓流向急流过渡的水面突然跌落的局部水力现象称为水跌。的水面突然跌落的局部水力现象称为水跌。的水面突然跌落的局部水力现

81、象称为水跌。的水面突然跌落的局部水力现象称为水跌。7.5.2 7.5.2 水跌水跌105明渠恒定流土木如图，缓坡渠道后接一陡槽，水流经过连接断面如图，缓坡渠道后接一陡槽，水流经过连接断面如图，缓坡渠道后接一陡槽，水流经过连接断面如图，缓坡渠道后接一陡槽，水流经过连接断面时的水深可以认为是临界水深，水跌发生流态转换时的水深可以认为是临界水深，水跌发生流态转换时的水深可以认为是临界水深，水跌发生流态转换时的水深可以认为是临界水深，水跌发生流态转换时，在转换处通过临界水深，但水面是连接面，不时，在转换处通过临界水深，但水面是连接面，不时，在转换处通过临界水深，但水面是连接面，不时，在转换处通过临界水

82、深，但水面是连接面，不同于水跃表面漩滚形成的不连续面。水流在跌坎上同于水跃表面漩滚形成的不连续面。水流在跌坎上同于水跃表面漩滚形成的不连续面。水流在跌坎上同于水跃表面漩滚形成的不连续面。水流在跌坎上自由跌落的水力现象，水流是以水舌形式通过跌坎自由跌落的水力现象，水流是以水舌形式通过跌坎自由跌落的水力现象，水流是以水舌形式通过跌坎自由跌落的水力现象，水流是以水舌形式通过跌坎下跌，跌坎上游是缓流，而坎后水舌是急流，跌坎下跌，跌坎上游是缓流，而坎后水舌是急流，跌坎下跌，跌坎上游是缓流，而坎后水舌是急流，跌坎下跌，跌坎上游是缓流，而坎后水舌是急流，跌坎前后发生流态转变，跌坎处是临界水深。前后发生流态转

83、变，跌坎处是临界水深。前后发生流态转变，跌坎处是临界水深。前后发生流态转变，跌坎处是临界水深。106明渠恒定流土木以以以以0-00-00-00-0为基准面，列断面为基准面，列断面为基准面，列断面为基准面，列断面1-11-11-11-1和和和和2-22-22-22-2的能量方程的能量方程的能量方程的能量方程 7.67.6明渠恒定非均匀渐变流的微分方程式明渠恒定非均匀渐变流的微分方程式一般明渠底坡较小一般明渠底坡较小一般明渠底坡较小一般明渠底坡较小 107明渠恒定流土木棱柱形明渠：棱柱形明渠：棱柱形明渠：棱柱形明渠： 展开并略去高阶项展开并略去高阶项忽略局部水头损失：忽略局部水头损失：底坡底坡10

84、8明渠恒定流土木棱柱形渠道中水深沿程变化规律的基本微分方程棱柱形渠道中水深沿程变化规律的基本微分方程109明渠恒定流土木7.7 7.7 棱柱体明渠中恒定非均匀渐变流水棱柱体明渠中恒定非均匀渐变流水面曲线分析面曲线分析水面线分析主要任务：水面线分析主要任务： 根据渠道条件、流量和控制断面参数确定水面线根据渠道条件、流量和控制断面参数确定水面线 由于明渠水面线比较复杂，有必要对其变化规律由于明渠水面线比较复杂，有必要对其变化规律作定性分析，这对于计算水面线很重要作定性分析，这对于计算水面线很重要 棱柱体明渠渐变流水面曲线分析的基本方程棱柱体明渠渐变流水面曲线分析的基本方程110明渠恒定流土木明渠流

85、的分区明渠流的分区明渠流的分区明渠流的分区:均匀流的正常水深线均匀流的正常水深线均匀流的正常水深线均匀流的正常水深线N N N N- - - -N N N N 线，距渠底线，距渠底线，距渠底线，距渠底h h h hc c c c的临界水的临界水的临界水的临界水深线深线深线深线K-KK-KK-KK-K线，可把渠道划分成三个不同的区域线，可把渠道划分成三个不同的区域线，可把渠道划分成三个不同的区域线，可把渠道划分成三个不同的区域. . . .1 1 1 1区：区：区：区：hhhhhhhho o o o 且且且且 hhhhhhhhk k k k 2 2 2 2区：区：区：区：h h h h0 0 0

86、 0hhhhhhhhk k k k 或或或或 h h h h0 0 0 0hhhhhhhhk k k k 3 3 3 3区：区：区：区：hhhhhhhh0 0 0 0 且且且且 hhhhhhh0i0i0i0），平坡（），平坡（），平坡（），平坡（i=0i=0i=0i=0），逆坡（），逆坡（），逆坡（），逆坡（i0i0i0i i i i i0000） a a a a、在、在、在、在1 1 1 1区内的水面曲线，为区内的水面曲线，为区内的水面曲线，为区内的水面曲线，为M M M M1 1 1 1型壅水曲线型壅水曲线型壅水曲线型壅水曲线( ( ( (hhhhhhhho o o ohhhhk k k

87、k) ) ) )b b b b、在、在、在、在2 2 2 2区内的水面曲线，为区内的水面曲线，为区内的水面曲线，为区内的水面曲线，为M M M M2 2 2 2型降水曲线型降水曲线型降水曲线型降水曲线( ( ( (h h h ho o o ohhhhhhhhc c c c) ) ) )c c c c、在、在、在、在3 3 3 3区内的水面曲线，为区内的水面曲线，为区内的水面曲线，为区内的水面曲线，为M M M M3 3 3 3型壅水曲线型壅水曲线型壅水曲线型壅水曲线( ( ( (h h h ho o o ohhhhc c c chhhh) ) ) ) 112明渠恒定流土木 2 2 2 2、陡坡

88、渠道（、陡坡渠道（、陡坡渠道（、陡坡渠道（i i i i i i i ik k k k 0 0 0 0）a a a a、在、在、在、在1 1 1 1区内的水面曲线，为区内的水面曲线，为区内的水面曲线，为区内的水面曲线，为S S S S1 1 1 1型壅水曲线。（型壅水曲线。（型壅水曲线。（型壅水曲线。（hhhhhhhhk k k khhhh0 0 0 0） b b b b、在、在、在、在2 2 2 2区内的水面曲线，为区内的水面曲线，为区内的水面曲线，为区内的水面曲线，为S S S S2 2 2 2型降水曲线。（型降水曲线。（型降水曲线。（型降水曲线。（h h h h0 0 0 0hhhhhh

89、hhk k k k） c c c c、在、在、在、在3 3 3 3区内的水面曲线，为区内的水面曲线，为区内的水面曲线，为区内的水面曲线，为S S S S3 3 3 3型壅水曲线。（型壅水曲线。（型壅水曲线。（型壅水曲线。（h h h hk k k khhhh0 0 0 0hhhh） 113明渠恒定流土木3 3 3 3、临界渠道（、临界渠道（、临界渠道（、临界渠道（i i i i= = = =i i i ik k k k） 流动只有在流动只有在流动只有在流动只有在1 1 1 1区和区和区和区和3 3 3 3区，只存在区，只存在区，只存在区，只存在C C C C1 1 1 1型壅水曲线和型壅水曲线

90、和型壅水曲线和型壅水曲线和C C C C3 3 3 3型壅水曲线。型壅水曲线。型壅水曲线。型壅水曲线。 114明渠恒定流土木二、平坡渠道（二、平坡渠道（二、平坡渠道（二、平坡渠道（i i i i=0=0=0=0） 临界水深线临界水深线临界水深线临界水深线K-KK-KK-KK-K，将流动分为，将流动分为，将流动分为，将流动分为2 2 2 2区和区和区和区和3 3 3 3区，分别区，分别区，分别区，分别为：为：为：为：H H H H2 2 2 2型降水曲线和型降水曲线和型降水曲线和型降水曲线和H H H H3 3 3 3型壅水曲线型壅水曲线型壅水曲线型壅水曲线 115明渠恒定流土木三、逆坡渠道（三

91、、逆坡渠道（三、逆坡渠道（三、逆坡渠道（i i i i0000）临界水深线临界水深线K K-K-K，将流动分为，将流动分为2 2区和区和3 3区，水面线区，水面线分为：分为：A A2 2 型降水曲线和型降水曲线和A A3 3 型壅水曲线。型壅水曲线。 116明渠恒定流土木四、水面曲线的特点四、水面曲线的特点 1. 1. 1. 1.所有位于所有位于所有位于所有位于1 1 1 1区和区和区和区和3 3 3 3区区区区的水面线都是水深沿程增的水面线都是水深沿程增的水面线都是水深沿程增的水面线都是水深沿程增加的加的加的加的壅水曲线壅水曲线壅水曲线壅水曲线，所有位于，所有位于，所有位于，所有位于2 2

92、2 2区区区区的水面曲线都是水深的水面曲线都是水深的水面曲线都是水深的水面曲线都是水深沿程减少的沿程减少的沿程减少的沿程减少的降水曲线降水曲线降水曲线降水曲线。 2. 2. 2. 2.除了临界坡渠道中的两种水面曲线除了临界坡渠道中的两种水面曲线除了临界坡渠道中的两种水面曲线除了临界坡渠道中的两种水面曲线a a a a3 3 3 3及及及及c c c c3 3 3 3外的外的外的外的其它水面曲线，当水深其它水面曲线，当水深其它水面曲线，当水深其它水面曲线，当水深h h h h趋近于趋近于趋近于趋近于h h h h0 0 0 0时，水面曲线以时，水面曲线以时，水面曲线以时，水面曲线以N-NN-NN

93、-NN-N为渐近线为渐近线为渐近线为渐近线; ; ; ;当水深当水深当水深当水深h h h h趋近于趋近于趋近于趋近于h h h hk k k k时，水面曲线趋向时，水面曲线趋向时，水面曲线趋向时，水面曲线趋向于与于与于与于与K-KK-KK-KK-K线正交线正交线正交线正交。117明渠恒定流土木五、水面曲线的定性绘制步骤五、水面曲线的定性绘制步骤 1 1 1 1、求出渠道正常水深、求出渠道正常水深、求出渠道正常水深、求出渠道正常水深h h h h0 0 0 0和临界水深和临界水深和临界水深和临界水深h h h hk k k k，然后将，然后将，然后将，然后将渠道流动空间分区。需要注意：只有在正

94、坡渠道中渠道流动空间分区。需要注意：只有在正坡渠道中渠道流动空间分区。需要注意：只有在正坡渠道中渠道流动空间分区。需要注意：只有在正坡渠道中才存在才存在才存在才存在h h h h0 0 0 0，而且底坡，而且底坡，而且底坡，而且底坡i i i i增大，增大，增大，增大，h h h h0 0 0 0减小；临界水深减小；临界水深减小；临界水深减小；临界水深h h h hk k k k与与与与底被底被底被底被i i i i无关。无关。无关。无关。 2 2 2 2、选择已知水深的断面作为控制断面。、选择已知水深的断面作为控制断面。、选择已知水深的断面作为控制断面。、选择已知水深的断面作为控制断面。 3

95、 3 3 3、由控制断面处的已知水深确定所在流区的水、由控制断面处的已知水深确定所在流区的水、由控制断面处的已知水深确定所在流区的水、由控制断面处的已知水深确定所在流区的水面线形式，根据水面线变化规律，从控制断面分别面线形式，根据水面线变化规律，从控制断面分别面线形式，根据水面线变化规律，从控制断面分别面线形式，根据水面线变化规律，从控制断面分别向上游或下游确定水面线的变化趋势。向上游或下游确定水面线的变化趋势。向上游或下游确定水面线的变化趋势。向上游或下游确定水面线的变化趋势。118明渠恒定流土木问问 题题判断：判断：1 1、在临界坡渠道中，均匀流动的正常水深等于临、在临界坡渠道中，均匀流动

96、的正常水深等于临界水深。界水深。2 2、在明渠流中，用底坡的类型就可以判别水流的、在明渠流中，用底坡的类型就可以判别水流的流态，即在缓坡上水流为缓流，在陡坡上水流为急流态，即在缓坡上水流为缓流，在陡坡上水流为急流，在临界坡上水流为临界流。流，在临界坡上水流为临界流。3 3、在同一渠底坡度上，只可能出现一种流态。在同一渠底坡度上，只可能出现一种流态。 119明渠恒定流土木l不同流量（或不同流量（或n）下，同一底坡可是缓坡，陡坡或临界坡下，同一底坡可是缓坡，陡坡或临界坡l一定一定Q ,或或n下，下，i 属哪种坡度是确定的属哪种坡度是确定的l三种底坡上的水流可以是均匀流、或非均匀流三种底坡上的水流可

97、以是均匀流、或非均匀流l 每一种底坡可能产生非均匀缓流、或非均匀急流每一种底坡可能产生非均匀缓流、或非均匀急流120明渠恒定流土木缓流缓流121明渠恒定流土木急流急流122明渠恒定流土木明渠临界水深明渠临界水深明渠临界水深明渠临界水深h h h hk k k k是否唯一的是否唯一的是否唯一的是否唯一的? ? ? ?。 在一定的渠道断面和一定得流量情况下在一定的渠道断面和一定得流量情况下在一定的渠道断面和一定得流量情况下在一定的渠道断面和一定得流量情况下,Es,Es,Es,Esh h h h（或（或（或（或Q Q Q Qh h h h）曲线是唯一的，因此对应的）曲线是唯一的，因此对应的）曲线是唯一的，因此对应的）曲线是唯一的，因此对应的临界水深临界水深临界水深临界水深也是唯一的。也是唯一的。也是唯一的。也是唯一的。 换言之，临界水深是随流量和渠道断面而变的。换言之，临界水深是随流量和渠道断面而变的。换言之，临界水深是随流量和渠道断面而变的。换言之，临界水深是随流量和渠道断面而变的。123明渠恒定流土木