水力學(xué)經(jīng)典教學(xué)課件

1、水力學(xué)教學(xué)課件水力學(xué)教學(xué)課件主講教師：劉偉主講教師：劉偉答疑地點(diǎn)：綜合實(shí)驗(yàn)樓答疑地點(diǎn)：綜合實(shí)驗(yàn)樓106明渠非均勻流明渠非均勻流非均勻流產(chǎn)生的原因非均勻流產(chǎn)生的原因水跌水躍非均勻漸變流急變流非均勻非均勻漸變流均勻流（1 1）渠道的斷面形狀、尺寸、粗糙系數(shù)及底坡）渠道的斷面形狀、尺寸、粗糙系數(shù)及底坡i i沿程有變化；沿程有變化；（2 2）渠道較短或者渠中有水工建筑物存在。）渠道較短或者渠中有水工建筑物存在。明渠非均勻流的特點(diǎn)明渠非均勻流的特點(diǎn) （1 1）水深）水深h h和斷面平均流速和斷面平均流速v v沿程變化；沿程變化；（2 2）流線間互相不平行；）流線間互相不平行；（3 3）水力坡度線、測壓管

2、水頭線和底坡線彼此間）水力坡度線、測壓管水頭線和底坡線彼此間不平行。不平行。 研究非均勻流的主要任務(wù)研究非均勻流的主要任務(wù) （1 1）定性分析水面曲線；）定性分析水面曲線；（2 2）定量計(jì)算水面曲線。）定量計(jì)算水面曲線。 明渠明渠水流的流態(tài)水流的流態(tài)緩流緩流：水流流速小，水勢：水流流速小，水勢平穩(wěn)，遇到干擾，干擾的平穩(wěn)，遇到干擾，干擾的影響既能向下游傳播，又影響既能向下游傳播，又能向上游傳播能向上游傳播急流急流：水流流速大，水勢：水流流速大，水勢湍急，遇到干擾，干擾的湍急，遇到干擾，干擾的影響只能向下游傳播，而影響只能向下游傳播，而不能向上游傳播不能向上游傳播明渠恒定流的三種流動類型明渠恒定流

3、的三種流動類型 緩流緩流 急流急流 臨界流臨界流 緩流的特點(diǎn)緩流的特點(diǎn)：緩流中水深較大，流速較小，干：緩流中水深較大，流速較小，干擾波既能向上游傳播也能向下游傳播。擾波既能向上游傳播也能向下游傳播。 急流的特點(diǎn)急流的特點(diǎn)：急流中水深較淺，流速較大，急：急流中水深較淺，流速較大，急流渠道中干擾波只能向下游傳播。流渠道中干擾波只能向下游傳播。 流動類型的判別流動類型的判別 波速法波速法 弗汝德（弗汝德（W.FroudeW.Froude）數(shù)法數(shù)法 斷面比能法斷面比能法 水深法水深法 底坡法底坡法 1.1.波速法波速法 波速法是通過渠中的斷面平均速度波速法是通過渠中的斷面平均速度v v與干擾波在靜與干

4、擾波在靜水中的傳播速度水中的傳播速度c c對比來確定流動類型。對比來確定流動類型。 ,vcvcvc緩流臨界流急流hgBgAc/一般斷面渠道靜水中波速一般斷面渠道靜水中波速c c為為 將一塊石子投入靜水中，水面以投石點(diǎn)為中心將一塊石子投入靜水中，水面以投石點(diǎn)為中心產(chǎn)生一系列同心圓，其以一定速度離開中心向產(chǎn)生一系列同心圓，其以一定速度離開中心向四周擴(kuò)散四周擴(kuò)散 vwvw 將石子投入等速運(yùn)動的水流中，則波傳播速度將石子投入等速運(yùn)動的水流中，則波傳播速度是水流流速與波速向量和。當(dāng)水流流速小于波是水流流速與波速向量和。當(dāng)水流流速小于波速（速（v vw）時(shí)，微波只向）時(shí)，微波只向投石點(diǎn)下游傳播，對上游的流

5、動沒有影響投石點(diǎn)下游傳播，對上游的流動沒有影響。 vw + v 一平底矩形斷面水渠，水體靜止，水深為一平底矩形斷面水渠，水體靜止，水深為h，水中有，水中有一個直立的平板。用直立平板向左撥動一下，板左邊一個直立的平板。用直立平板向左撥動一下，板左邊水面激起一微小波動，波高水面激起一微小波動，波高 h，波以速度，波以速度vw從右向左從右向左傳播。觀察微波傳播：傳播。觀察微波傳播： 波形所到之處將帶動水流運(yùn)波形所到之處將帶動水流運(yùn)動，流速隨時(shí)間變化，是非恒定流，但可化為恒定流。動，流速隨時(shí)間變化，是非恒定流，但可化為恒定流。 vwhh 選動坐標(biāo)隨波峰運(yùn)動，假想隨波前進(jìn)來觀察渠選動坐標(biāo)隨波峰運(yùn)動，假想

6、隨波前進(jìn)來觀察渠中水流相對于動坐標(biāo)系中水流相對于動坐標(biāo)系 波靜止渠中原靜止水波靜止渠中原靜止水體以波速體以波速vw從左向右流動，整個水體等速度從左向右流動，整個水體等速度向右運(yùn)動，水流為恒定流，水深沿程變化，是向右運(yùn)動，水流為恒定流，水深沿程變化，是非均勻流。非均勻流。 vwhh 斷面斷面2：波峰處：波峰處 斷面斷面1：未受波影響：未受波影響忽略能量損失，由連續(xù)方程和能量方程忽略能量損失，由連續(xù)方程和能量方程 得得 12hv1 = vwh12v2能量方程：能量方程：gvhhgvhw2222121 連續(xù)方程：連續(xù)方程：wBhvvhhB2 得得 hhhhghvw21/1對于波高對于波高 h h 的

7、波的波小波小波 hgvw 斷面平均水深，斷面平均水深，A為過水?dāng)嗝婷娣e，為過水?dāng)嗝婷娣e，B為水面寬為水面寬度度 順?biāo)ǎ喉標(biāo)ǎ?（微波傳播方向和水流方向（微波傳播方向和水流方向一致）一致） 式中，式中， 順?biāo)▊鞑ゲㄋ佟ｍ標(biāo)▊鞑ゲㄋ佟?逆水波逆水波: （微波傳播方向和水流方向（微波傳播方向和水流方向相反）相反） 式中，式中， 逆水波傳播波速逆水波傳播波速. BAh hgvvvvwwwvhgvvvvwwwv2.2.弗勞德（弗勞德（W.FroudeW.Froude）數(shù)法數(shù)法 通過渠中的斷面平均速度通過渠中的斷面平均速度v v與干擾波在靜水中的傳與干擾波在靜水中的傳播速度播速度c c之比來確定流

8、動類型。之比來確定流動類型。弗勞德數(shù)弗勞德數(shù)vvFrcgh1,1,1,FrFrFr緩流臨界流急流流動類型的判別流動類型的判別當(dāng)當(dāng)V=c時(shí)，是急流與緩流的臨界狀態(tài)。時(shí)，是急流與緩流的臨界狀態(tài)。 對臨界流動來說，斷面平均流速恰好與微波相對波速相等，對臨界流動來說，斷面平均流速恰好與微波相對波速相等，即即V= 這時(shí)：這時(shí)： ghc 1ghcghVghV是一個無量綱的數(shù)，稱為弗勞德數(shù)，用是一個無量綱的數(shù)，稱為弗勞德數(shù)，用Fr表示。表示。 流動是臨界流時(shí)，弗勞德數(shù)等于流動是臨界流時(shí)，弗勞德數(shù)等于1。所以液體在明渠中的流動。所以液體在明渠中的流動狀態(tài)也可用弗勞德數(shù)來進(jìn)行判別。狀態(tài)也可用弗勞德數(shù)來進(jìn)行判別。

9、 定義定義弗勞德（弗勞德（Froude）數(shù)）數(shù)VFrgh當(dāng)當(dāng) 時(shí)時(shí),水流為緩流，水流為緩流，1Fr 當(dāng)當(dāng) 時(shí)時(shí),水流為急流，水流為急流，1Fr 當(dāng)當(dāng) 時(shí)時(shí),水流為臨界流，水流為臨界流，1Fr 弗勞德（弗勞德（Froude）數(shù)的）數(shù)的物理意義：物理意義：表示過表示過水水?dāng)嗝鎲挝恢亓恳后w平均動能與平均斷面單位重量液體平均動能與平均勢能之比的二倍開平方，勢能之比的二倍開平方，F(xiàn)r愈愈大，意味著水大，意味著水流的平均動能所占的比例愈大。流的平均動能所占的比例愈大。Fr 慣性力重力表示水流的慣性力與重力兩種作用的對比關(guān)表示水流的慣性力與重力兩種作用的對比關(guān)系。急流時(shí)，慣性對水流起主導(dǎo)作用；緩流系。急流時(shí)

10、，慣性對水流起主導(dǎo)作用；緩流時(shí)，重力對水流起主導(dǎo)作用。時(shí)，重力對水流起主導(dǎo)作用。hgvhgvFr2223. 3. 斷面比能法斷面比能法 單位重量水單位重量水體相對于過水?dāng)嗝孀畹忘c(diǎn)體相對于過水?dāng)嗝孀畹忘c(diǎn)處的水平面的總能量定義處的水平面的總能量定義為斷面比能，也稱為斷面為斷面比能，也稱為斷面單位能量，記為單位能量，記為e e（ ）。）。 22222gAQhgvhe=0，故在平坡，故在平坡i=0和逆坡和逆坡i0時(shí)：時(shí)：則要看則要看J和和i的大小來決定了。的大小來決定了。 斷面比能函數(shù)的特點(diǎn)斷面比能函數(shù)的特點(diǎn) 當(dāng)流量、斷面形狀及尺寸一定時(shí)，斷面比能當(dāng)流量、斷面形狀及尺寸一定時(shí)，斷面比能E Es s只只

11、是水深是水深h h的函數(shù)的函數(shù) 當(dāng)當(dāng)h0h0時(shí)時(shí)A0A0，于是于是ee，即斷面比能函數(shù)曲，即斷面比能函數(shù)曲線與水平軸漸近相切；線與水平軸漸近相切； 當(dāng)當(dāng)hh時(shí)時(shí)AA，于是于是ee，即斷面比能曲線，即斷面比能曲線與過坐標(biāo)原點(diǎn)的與過坐標(biāo)原點(diǎn)的4545線漸近相切。線漸近相切。 )2/(22gAQhe斷面比能函數(shù)曲線斷面比能函數(shù)曲線 =臨界流緩流急流(a)(b)45臨界水深臨界水深 crhhminssEEdhdAgAQdhdEs32122/vghFr23211FrgABQdhdEs急流臨界流緩流, 0, 0, 0dhdEdhdEdhdESSS321gABQBAgv214.4.水深法水深法 ,crcrc

12、rhhhhhh緩流臨界流急流=臨界流緩流急流(a)(b)45臨界水深時(shí)對應(yīng)的斷面比能最小臨界水深時(shí)對應(yīng)的斷面比能最小0132gABQdhdEsgQBAcrcr23臨界方程臨界方程臨界方程的求解臨界方程的求解 （1 1）對于一般斷面形狀的渠道可以通過試算法）對于一般斷面形狀的渠道可以通過試算法求得臨界水深。求得臨界水深。（2 2）對于矩形斷面）對于矩形斷面 crBbcrcrAbh/qQ bgbqbhbcr223332gqhcrgQBAcrcr235. 5. 底坡法底坡法 在流量、斷面形狀及尺寸一定的棱柱在流量、斷面形狀及尺寸一定的棱柱形渠道中，均勻流水深恰巧等于臨界水深時(shí)的形渠道中，均勻流水深恰

13、巧等于臨界水深時(shí)的渠底坡度定義為臨界坡度，記為渠底坡度定義為臨界坡度，記為i icrcr。 將正常水深將正常水深h h0 0滿足的均勻流方程和滿足的均勻流方程和h hcrcr滿足的臨界滿足的臨界方程聯(lián)立求解就可以得到臨界坡度。方程聯(lián)立求解就可以得到臨界坡度。 crcrcrcriRACQ gQBAcrcr23crcrcrcrBCgi22crcrCgi臨界坡度臨界坡度（1 1）當(dāng)渠道實(shí)際的坡度小于某一流量下的臨界坡度，）當(dāng)渠道實(shí)際的坡度小于某一流量下的臨界坡度，即即ii h hcrcr時(shí)，稱此渠道坡度為緩坡；時(shí)，稱此渠道坡度為緩坡；（2 2）當(dāng)）當(dāng)i=i=i icrcr，從而從而h h0 0= =

14、h hcrcr時(shí)，此渠道的坡度稱為臨時(shí)，此渠道的坡度稱為臨界坡度；界坡度； （3 3）當(dāng)）當(dāng)iii icrcr，從而從而h h0 0 h hcrcr時(shí)，此渠道的坡度稱為陡時(shí)，此渠道的坡度稱為陡坡。坡。 注意注意：渠道底坡的緩陡之稱并不是固定不變的。：渠道底坡的緩陡之稱并不是固定不變的。 急流從而臨界流從而緩流從而,000crcrcrcrcrcrhhiihhiihhii當(dāng)流量變化時(shí)相應(yīng)的臨界水深要變化，因而臨界坡度也有變當(dāng)流量變化時(shí)相應(yīng)的臨界水深要變化，因而臨界坡度也有變化，該渠道底坡的緩陡之稱也將隨之變化?；?，該渠道底坡的緩陡之稱也將隨之變化。 判別判別法法流流態(tài)態(tài)按波速按波速Vw按佛汝按佛汝

15、德數(shù)德數(shù)Fr按斷面比按斷面比能法能法按按臨界水臨界水深深hk均勻流時(shí)按底坡均勻流時(shí)按底坡緩緩 流流V VwFr hki hk臨界流臨界流V= VwFr=1h= hki=ik ,h0= hk急急 流流V VwFr1h ik ,h0hh hcrcr時(shí)，時(shí)，J(h)J(h)值隨水深值隨水深的增大而增大；的增大而增大； 當(dāng)當(dāng)hhh hcrcr時(shí)，時(shí)，J(h)J(h)值隨水深值隨水深的增大而減??；的增大而減??； 共扼水深就是同一條鉛垂線與水躍函數(shù)曲線相共扼水深就是同一條鉛垂線與水躍函數(shù)曲線相交的兩點(diǎn)所對應(yīng)的水深。躍前水深愈小對應(yīng)的躍交的兩點(diǎn)所對應(yīng)的水深。躍前水深愈小對應(yīng)的躍后水深愈大。后水深愈大。 水躍

16、函數(shù)曲線的特點(diǎn)水躍函數(shù)曲線的特點(diǎn) 曲線上對應(yīng)水躍函數(shù)最小曲線上對應(yīng)水躍函數(shù)最小值的水深就是臨界水深值的水深就是臨界水深h hcrcr； 矩形斷面渠道共軛水深的計(jì)算公式矩形斷面渠道共軛水深的計(jì)算公式2/, 2/21hyhycc hbAhbA 21,Qbq2 22 222ghqghqhh0222 2 gqhhhh 181232hgqhh 181232hgqhh22221211gAQAygAQAycc181222 Frhh181221 Frhh矩形斷面渠道共軛水深與臨界水深的關(guān)系矩形斷面渠道共軛水深與臨界水深的關(guān)系02222 gqhhhh02322 crhhhhh 18123hhhhcr 18123

17、hhhhcr躍長的計(jì)算躍長的計(jì)算矩形斷面水平底坡渠道中自由水躍的長度一般是矩形斷面水平底坡渠道中自由水躍的長度一般是由經(jīng)驗(yàn)公式確定。由經(jīng)驗(yàn)公式確定。0.93110.81jlh Fr6.9jlhh6.1jlh14.510Fr 水躍消能水躍消能躍前斷面與躍后斷面單位重量水體的總機(jī)械能之躍前斷面與躍后斷面單位重量水體的總機(jī)械能之差定義為水躍中消除的能量，記為差定義為水躍中消除的能量，記為EEj j。hqv/12 22 222ghqghqhhhqv /2水躍的消能功率水躍的消能功率 gvhgvhEj222121hhhhEj 43)kW(8 . 9jjEQN將水躍中消除的能量與躍前斷面單位重量水體將水躍

18、中消除的能量與躍前斷面單位重量水體的總機(jī)械能之比定義為水躍的消能系數(shù)，記為的總機(jī)械能之比定義為水躍的消能系數(shù)，記為K Kj j，即即 21 1(%)2jjEKvhg14.59.0Fr 水躍穩(wěn)定，消能效率高，躍后水面水躍穩(wěn)定，消能效率高，躍后水面也較平穩(wěn)。也較平穩(wěn)。 %70%45jK 由緩流向急流過渡時(shí)一定經(jīng)過臨界水深由緩流向急流過渡時(shí)一定經(jīng)過臨界水深h hcrcr，此時(shí)會產(chǎn)生水面降落的局部水力現(xiàn)象，此現(xiàn)此時(shí)會產(chǎn)生水面降落的局部水力現(xiàn)象，此現(xiàn)象稱為水跌或跌水。象稱為水跌或跌水。 =臨界流緩流急流(a)(b)45水跌水跌緩坡接陡坡的渠道會產(chǎn)生水跌現(xiàn)象緩坡接陡坡的渠道會產(chǎn)生水跌現(xiàn)象(c)c0c0c(

19、b)02c01(a)c圖圖a a中前段渠道中前段渠道i i1 1 i icrcr; ;圖圖b b中緩坡渠道末端有一中緩坡渠道末端有一跌坎；可以將跌坎看作跌坎；可以將跌坎看作為為ii的陡坡渠道的陡坡渠道; ;圖圖c c是水庫出口接一陡坡是水庫出口接一陡坡渠道，水庫中的流動可渠道，水庫中的流動可以視為緩流。以視為緩流。 (c)c0c0c(b)02c01(a)c 水跌的位置就發(fā)生在水跌的位置就發(fā)生在緩坡渠段和陡坡渠段的緩坡渠段和陡坡渠段的交接斷面處，此斷面稱交接斷面處，此斷面稱為控制斷面為控制斷面。 只要渠中流量一定，只要渠中流量一定，控制斷面處的水深是唯控制斷面處的水深是唯一確定的值一確定的值h

20、hcrcr。水跌的特點(diǎn)水跌的特點(diǎn)7.6 7.6 明渠漸變流的基本微分方程明渠漸變流的基本微分方程定性分析定量計(jì)算水面曲線的依據(jù)。定性分析定量計(jì)算水面曲線的依據(jù)。 1122在明渠恒定漸變流中取相距在明渠恒定漸變流中取相距dsds的兩過水?dāng)嗝娴膬蛇^水?dāng)嗝?-11-1和和2-22-2，列能量方程。，列能量方程。 fdhgdvvdhhdzzgvhz2222 fdhgdvvdhhdzzgvhz2222dzids dsKQgdvvdvvdhhidszgvhz22222222dsKQigvdvdh22dsKQigvhd222222KQidsdEs明渠恒定漸變流的基本微分方程明渠恒定漸變流的基本微分方程22/

21、 KdsQdhf23211FrgABQdhdEs22KQidsdEs222221FrKQidhdEKQidsdhssfEJidsdh22/fQKJ水面曲線定性分析的理論基礎(chǔ)水面曲線定性分析的理論基礎(chǔ): :明渠恒定漸變流的明渠恒定漸變流的基本微分方程基本微分方程 對于正底坡渠道對于正底坡渠道i0 i0 sfEJidsdh對于平底坡渠道對于平底坡渠道i=0 i=0 sfEJdsdh對于反底坡渠道對于反底坡渠道i0 i00時(shí)，水深沿程增加，產(chǎn)生雍水曲線時(shí)，水深沿程增加，產(chǎn)生雍水曲線; ; dh/dh/dsds00i0 平底坡平底坡i=0 i=0 反底坡反底坡i0 i0 緩坡、陡坡和臨界坡緩坡、陡坡和

22、臨界坡 能發(fā)生均勻流能發(fā)生均勻流 不能發(fā)生均勻流不能發(fā)生均勻流 不能發(fā)生均勻流不能發(fā)生均勻流 既有既有N-NN-N線也有線也有K-KK-K線，除臨界坡外均有三個分區(qū)線，除臨界坡外均有三個分區(qū) 沒有沒有N-NN-N線有線有K-KK-K線，有兩個分區(qū)線，有兩個分區(qū) 反底坡 臨界坡 =緩坡不同水面曲線依次加腳標(biāo)不同水面曲線依次加腳標(biāo)1 1、2 2、3 3、0 0、 以示區(qū)別。以示區(qū)別。 定性分析水面曲線定性分析水面曲線 根據(jù)已知水深根據(jù)已知水深h h在具體渠道中所處的區(qū)，確在具體渠道中所處的區(qū)，確定水面曲線的類型；定水面曲線的類型； 指出指出dh/dh/dsds的極限情況，即水面曲線兩端的極限情況，

23、即水面曲線兩端的變化趨勢。的變化趨勢。 壅水曲線還是降水曲線，是哪種類型的壅水曲線壅水曲線還是降水曲線，是哪種類型的壅水曲線和哪種類型的降水曲線；和哪種類型的降水曲線； n 緩坡緩坡(i(ii icrcr) )上上a a區(qū)的水面曲線區(qū)的水面曲線0crhhh0hh22220/fJQKiKKi0fiJcrhh0sE( )/0( )fsiJdh dsEa a1 1型壅水曲線型壅水曲線反底坡 臨界坡 =緩坡在在上游上游0hh0/0( )dh ds水面線與水面線與N-NN-N線漸近相切線漸近相切在在下游下游h 0,ffJiJi/1idh dsi水面線與水平線漸近相切水面線與水平線漸近相切0sE1sE0,

24、ffJiJin 緩坡緩坡(i(ii icrcr) )上上a a區(qū)的水面曲線兩端變化趨勢區(qū)的水面曲線兩端變化趨勢111crhh0sEb b1 1型型降水曲線降水曲線0hhhcr0hh iKiKKQJf22022/0fJi0)()(/sfEJidsdhn 緩坡緩坡(i(ii icrcr) )上上b b區(qū)的水面曲線區(qū)的水面曲線反底坡 臨界坡 =緩坡在在上游上游0hh0/0( )dh ds水面線與水面線與N-NN-N線漸近相切線漸近相切在在下游下游水面線產(chǎn)生水跌水面線產(chǎn)生水跌0sE0sEcrhh 0,ffJiiJ0)(/dsdh0,ffJiJin 緩坡緩坡(i(ii icrcr) )上上b b區(qū)的水面

25、曲線兩端變化趨勢區(qū)的水面曲線兩端變化趨勢1c c1 1型型壅水曲線壅水曲線0hhhcr0hh iKiKKQJf22022/0fJi0)()(/sfEJidsdhcrhh 0sEn 緩坡緩坡(i(ii icrcr) )上上c c區(qū)的水面曲線區(qū)的水面曲線反底坡 臨界坡 =緩坡在在上游，始于某一控制水深。上游，始于某一控制水深。在在下游下游水面線產(chǎn)生水躍水面線產(chǎn)生水躍)0(sEcrhh 0,ffJiiJ)0()(/dsdhn 緩坡緩坡(i(i(ii icrcr) )上上a a區(qū)的水面曲線區(qū)的水面曲線0fJi反底坡 臨界坡 =緩坡0fiJ在在上游上游產(chǎn)生水躍產(chǎn)生水躍在在下游下游h 0,ffJiJi/1

26、idh dsi水面線與水平線漸近相切水面線與水平線漸近相切0sE1sEcrhh 0)(/dsdhn 陡坡陡坡(i(ii icrcr) )上上a a區(qū)的水面曲線兩端的變化趨勢區(qū)的水面曲線兩端的變化趨勢222b b2 2型降水曲線型降水曲線0fJi0)()(/sfEJidsdh0hhhcr0hh22220/fJQKiKKicrhh 0sEn 陡坡陡坡(i(ii icrcr) )上上b b區(qū)的水面曲線區(qū)的水面曲線反底坡 臨界坡 =緩坡在在上游上游0hh產(chǎn)生水跌產(chǎn)生水跌在在下游下游與與N-NN-N線漸近相切線漸近相切0sE0sEcrhh 0fJi0)(0/dsdh0)(/dsdh0fJin 陡坡陡坡(

27、i(ii icrcr) )上上b b區(qū)的水面曲線兩端的變化趨勢區(qū)的水面曲線兩端的變化趨勢222c c2 2型壅水曲線型壅水曲線0hh iKiKKQJf22022/0fJi0)()(/sfEJidsdhcrhh 0sEhhhcr0n 陡坡陡坡(i(ii icrcr) )上上c c區(qū)的水面曲線區(qū)的水面曲線反底坡 臨界坡 =緩坡在在上游，始于某一控制水深。上游，始于某一控制水深。在在下游下游0hh 0)(0/dsdh0fJi0sE與與N-NN-N線漸近相切線漸近相切n 陡坡陡坡(i(ii icrcr) )上上c c區(qū)的水面曲線兩端的變化趨勢區(qū)的水面曲線兩端的變化趨勢222n 臨界底坡臨界底坡(i=(

28、i=i icrcr) )上的水面曲線上的水面曲線N-NN-N線與線與K-KK-K線重合，即沒有線重合，即沒有b b區(qū)，只有區(qū)，只有a a區(qū)和區(qū)和c c區(qū)，區(qū)，也即只有也即只有a a3 3型和型和c c3 3型水面曲線。型水面曲線。 3=3a a3 3型曲線的變化規(guī)律介于型曲線的變化規(guī)律介于a a1 1和和a a2 2之間，之間，c c3 3型曲線型曲線的變化規(guī)律介于的變化規(guī)律介于c c1 1和和c c2 2之間，即之間，即a a3 3和和c c3 3曲線只能曲線只能是兩條水平線。是兩條水平線。n 平底坡平底坡(i=0)(i=0)上的水面曲線上的水面曲線不存在正常水深不存在正常水深h h0 0，

29、即沒有即沒有N-NN-N線，不存在線，不存在a a區(qū)，只區(qū)，只存在存在b b區(qū)和區(qū)和c c區(qū)，故區(qū)，故只能產(chǎn)生只能產(chǎn)生b b0 0和和c c0 0水面曲線水面曲線。 水深在水深在b b區(qū)區(qū)crhh 0/sfEJdsdh0sE00=0水平線b b0 0型降水曲線型降水曲線在在上游上游h 1sE0/dsdh0/22KQJf在在下游下游crhh 0sEdsdh/產(chǎn)生水跌產(chǎn)生水跌n 平底坡平底坡(i=0)(i=0)上的水面曲線上的水面曲線00=0水平線 水深在水深在c c區(qū)區(qū)crhh 0sE0/sfEJdsdhc c0 0型壅水曲線型壅水曲線在在下游下游crhh 0sEdsdh/產(chǎn)生水躍產(chǎn)生水躍在在上

30、游，始于某一控制水深。上游，始于某一控制水深。n 反底坡反底坡(i0)(i0)上的水面曲線上的水面曲線 水深在水深在b b區(qū)區(qū)crhh 0/sfEJdsdh0sEbb型降水曲線型降水曲線在在上游上游h 1sE|/idsdh|/22iKQJf在在下游下游crhh 0sEdsdh/產(chǎn)生水跌產(chǎn)生水跌水平線0n 反底坡反底坡(i0)(i0)上的水面曲線上的水面曲線 水深在水深在c c區(qū)區(qū)crhh 0sE0/sfEJdsdhcc型壅水曲線型壅水曲線在在下游下游crhh 0sEdsdh/產(chǎn)生水躍產(chǎn)生水躍在在上游，始于某一控制水深。上游，始于某一控制水深。水平線ii icrcr）上的上的b b區(qū)是急流，其余

31、底坡的區(qū)是急流，其余底坡的b b區(qū)是緩流區(qū)是緩流; ; 與與N-NN-N相鄰的水面線，都與相鄰的水面線，都與N-NN-N線漸近線漸近; ; 與與K-KK-K相鄰的水面線，都趨向與相鄰的水面線，都趨向與K-KK-K線正交線正交; ; 在在i0i0的三種底坡上，可發(fā)生均勻流，也可的三種底坡上，可發(fā)生均勻流，也可發(fā)生非均勻流發(fā)生非均勻流; ; 發(fā)生在緩坡上的均勻流，必為緩流均勻流；發(fā)生在緩坡上的均勻流，必為緩流均勻流； 發(fā)生在陡坡上的均勻流，必為急流均勻流；發(fā)生在陡坡上的均勻流，必為急流均勻流； 發(fā)生在臨界坡上的均勻流，必為臨界均勻流。發(fā)生在臨界坡上的均勻流，必為臨界均勻流。 在在i0i0的底坡上，

32、不能發(fā)生均勻流，但可發(fā)的底坡上，不能發(fā)生均勻流，但可發(fā)生緩流，也能發(fā)生急流。生緩流，也能發(fā)生急流。 例例1：現(xiàn)要設(shè)計(jì)一土渠，某段因所經(jīng)地形較陡，：現(xiàn)要設(shè)計(jì)一土渠，某段因所經(jīng)地形較陡，故將設(shè)立跌坎通過。因此，渠道產(chǎn)生非均勻流，故將設(shè)立跌坎通過。因此，渠道產(chǎn)生非均勻流，其中包括跌水現(xiàn)象。試問在跌坎前的土渠會不會其中包括跌水現(xiàn)象。試問在跌坎前的土渠會不會受沖刷？若發(fā)生沖刷，問渠道的防沖在跌坎前的受沖刷？若發(fā)生沖刷，問渠道的防沖在跌坎前的土渠會不會受沖刷？若發(fā)生沖刷，問渠道的防沖土渠會不會受沖刷？若發(fā)生沖刷，問渠道的防沖鋪砌長度需要多長？鋪砌長度需要多長？跌坎Q 水力計(jì)算依據(jù)：明渠輸水量水力計(jì)算依據(jù)：明渠輸水量Q=3.5m3/s，沿程過水?dāng)嗝婢鶠樘菪?，沿程過水?dāng)嗝婢鶠樘菪?，斷面邊坡系?shù)斷面邊坡系數(shù)m=