水力學(xué)系統(tǒng)講義課件第六章-明渠恒定非均勻流

1、第六章 明渠恒定非均勻流 人工渠道或天然河道中的水流絕大多數(shù)是非均勻流。明渠非均勻流的特點(diǎn)是明渠的底坡線(xiàn)、水面線(xiàn)、總水頭線(xiàn)彼此互不平行。 明渠非均勻流分為明渠非均勻漸變流和明渠非均勻急變流。本章著重研究明渠中恒定非均勻漸變流的基本特性及其水力要素（主要是水深）沿程變化的規(guī)律。具體地說(shuō)，就是要分析水面線(xiàn)的變化及其計(jì)算，以便確定明渠邊墻高度，以及回水淹沒(méi)的范圍等。通常把明渠均勻流的水深稱(chēng)為正常水深h0。1 6-1 明渠水流的三種流態(tài)擾動(dòng)：在流場(chǎng)的某一點(diǎn)或者某一個(gè)區(qū)域，由于某種原因，使流動(dòng)參數(shù)發(fā)生變化，這種變化叫做擾動(dòng)。波：擾動(dòng)區(qū)域與未擾動(dòng)區(qū)域的分界面2微弱擾動(dòng)的一維傳播非定常過(guò)程3 6-1 明渠水

2、流的三種流態(tài)注意：波速與流體質(zhì)點(diǎn)速度的區(qū)別。4 6-1 明渠水流的三種流態(tài)當(dāng)v=0時(shí)，水流靜止，干擾波能向四周以一定的速度傳播。在t=0、1、2、3、4s，分別有水滴滴入o點(diǎn)，研究t=4s的流動(dòng)圖象靜水中傳播的微波速度vw(c)稱(chēng)為相對(duì)波速。5當(dāng)vvw時(shí)，水流為緩流，干擾波能向上游和下游傳播。在t=0、1、2、3、4s，分別有水滴滴入o點(diǎn)，研究t=4s的流動(dòng)圖象6當(dāng)vvw時(shí)，水流為急流，干擾波不能向上游傳播，只能向下游傳播（馬赫椎內(nèi)）。 在t=0、1、2、3、4s，分別有水滴滴入o點(diǎn)，研究t=4s的流動(dòng)圖象馬赫角：馬赫錐的半頂角，即圓錐的母線(xiàn)與來(lái)流速度方向之間的夾角。7 當(dāng)vvw時(shí)，水流為臨界

3、流，在t=0、1、2、3、4s，分別有水滴滴入o點(diǎn)，研究t=4s的流動(dòng)圖象8 6-1 明渠水流的三種流態(tài) 明渠水流有和大氣接觸的自由表面，與有壓流不同，具有獨(dú)特的水流流態(tài)，即緩流、臨界流和急流三種。 靜水中傳播的微波速度vw稱(chēng)為相對(duì)波速。當(dāng)v=0時(shí)，水流靜止，干擾波能向四周以一定的速度傳播。當(dāng)vvw時(shí)，水流為緩流，干擾波能向上游和下游傳播。 當(dāng)vvw時(shí)，水流為臨界流，當(dāng)vvw時(shí)，水流為急流，干擾波不能向上游傳播，只能向下游傳播（馬赫椎內(nèi)）。 9 微波波速的計(jì)算： 以一豎直平板在平底矩形棱柱體明渠中激起一個(gè)干擾微波。觀察者隨波前行。對(duì)上述的運(yùn)動(dòng)坐標(biāo)系水流作恒定非均勻流動(dòng)。不計(jì)摩擦力對(duì)1-1和2-

4、2斷面建立連續(xù)性和能量方程。10 聯(lián)解上兩式，并令 得 令 ，則微波波速： 明渠斷面為任意形狀時(shí)， 式中： 為斷面平均水深，A為斷面面積， B為水面寬度。 11 實(shí)際工程中微波傳播的絕對(duì)速度 對(duì)臨界流斷面平均流速恰好等于微波相對(duì)波速對(duì)臨界流有 佛汝德數(shù) 佛汝德數(shù)的物理意義是：流速與相對(duì)波速之比12 顯然：當(dāng)Fr1，水流為緩流； 當(dāng)Fr1，水流為臨界流； 當(dāng)Fr1，水流為急流。佛汝德數(shù)的物理意義是： 過(guò)水?dāng)嗝鎲挝恢亓恳后w平均動(dòng)能與平均勢(shì)能 之比的二倍開(kāi)平方。13佛汝德數(shù)的物理意義，即佛汝德數(shù)的力學(xué)意義是： 代表水流的慣性力和重力兩種作用的對(duì)比關(guān)系。 146-2 斷面比能與臨界水深 明渠中水流的流

5、態(tài)也可從能量的角度來(lái)分析。一、斷面比能、比能曲線(xiàn) 如圖所示漸變流，若以0-0為基準(zhǔn)面，則過(guò)水?dāng)嗝嫔蠁挝恢亓恳后w所具有的總能量為：15 如果我們把參考基準(zhǔn)面選在渠底這一特殊位置，把對(duì)通過(guò)渠底的水平面0-0所計(jì)算得到的單位能量稱(chēng)為斷面比能，并以 來(lái)表示，則 在實(shí)用上，因一般明渠底坡較小，可認(rèn)為 故常采用16 當(dāng)流量Q和過(guò)水?dāng)嗝娴男螤罴俺叽缫欢〞r(shí)，斷面比能僅僅是水深的函數(shù)，即Esf(h)，以圖表示則稱(chēng)為:比能曲線(xiàn)。 17為什么?18因在過(guò)水?dāng)嗝嫔?，代入上式有若取，則有 因而對(duì)斷面 比能曲線(xiàn)有19 二、臨界水深 相應(yīng)于斷面單位能量最小值的水深稱(chēng)為臨界水深，以hk表示。 由臨界流方程 當(dāng)流量和過(guò)水?dāng)嗝?/p>

6、形狀及尺寸給定時(shí)，利用上式即可求解臨界水深 。 注以腳標(biāo)表示臨界水深時(shí)的水力要素20 1.矩形斷面明渠臨界水深的計(jì)算 上式中 為單寬流量。 2122 2斷面為任意形狀時(shí)，臨界水深的計(jì)算 23（1）試算法當(dāng)給定流量 Q 及明渠斷面形狀、尺寸后，(6.15)式的左端 為一定值，該式的右端 乃僅僅是水深的函數(shù)。于是可以假定若干個(gè)水深 h ，從而可算出若干個(gè)與之對(duì)應(yīng)的 值，當(dāng)某一 值剛好與 相等時(shí)，其相應(yīng)的水深即為所求的臨界水深hK 。24 （ 2）圖解法 圖解法的實(shí)質(zhì)和試算法相同。當(dāng)假定不同的水深 h 時(shí)，可得出若干相應(yīng)的 值，然后將這些值點(diǎn)繪成 h 關(guān)系曲線(xiàn)圖（見(jiàn)圖），在該圖的 軸上，量取其值為

7、的長(zhǎng)度，由此引鉛垂線(xiàn)與曲線(xiàn)相交于 C 點(diǎn)， C 點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的 h 值即為所求hK 。253.等腰梯形斷面臨界水深計(jì)算 若明渠過(guò)水?dāng)嗝鏋樘菪?，且兩?cè)邊坡相同，在這種情況下，可應(yīng)用一種簡(jiǎn)便圖解法，現(xiàn)將其原理簡(jiǎn)述如下： 對(duì)于等腰梯形斷面有： 代入（6-15）式可得（令=1） 將上式兩端同除以 后開(kāi)立方則得 26 （6-20）上式中 ，b為梯形斷面的底寬。上式左端實(shí)際上表示一個(gè)與梯形斷面底寬相等的矩形斷面的臨界水深。為了與欲求的梯形斷面的臨界水深 相區(qū)別將其以 來(lái)表示，即令 （6-21） 27 若將（6-20）式兩端同乘以 可得 （6-22）上式移項(xiàng)后可得 （6-23）282930 求解梯形斷面臨界水深

8、的方法：1.求出與梯形斷面底寬相等的矩形斷面的臨界水深 ；2然后根據(jù)梯形斷面已知m , b值算出 ；3再由 關(guān)系曲線(xiàn)上查出相應(yīng)的 值，從而可算出梯形斷面的 值。 31當(dāng) h 時(shí)，F(xiàn)r1，為緩流， h= 時(shí)，F(xiàn)r=1，為臨界流， h1，為急流。根據(jù)所給流量及斷面尺寸，應(yīng)用上述方法求出臨界水深 以后，也可用 來(lái)判斷：32 例6.1 一矩形斷面明渠，流量 Q =30 m3/s，底 寬 b = 8 m。要求： (1) 用計(jì)算及圖解法求渠中臨界水深； (2) 計(jì)算渠中實(shí)際水深 h = 3 m 時(shí)，水流的弗勞德數(shù)、微波波速，并據(jù)此以不同的角度來(lái)判別水流的流態(tài)。解：（1）求臨界水深 由附圖右下角 hK q

9、關(guān)系圖上可查出當(dāng) q =3.75 m3/sm 時(shí)，hK = 1.13 m。33 （2）當(dāng)渠中水深 h = 3 m 時(shí)渠中流速弗勞德數(shù)微波波速臨界流速34 從水深看，因 h hK，故渠中水流為緩流。 以 Fr 為標(biāo)準(zhǔn)，因 Fr 1 ，水流為緩流。 以微波波速與實(shí)際水流流速作比較，因 ，微波可以向上游傳播，故水流為緩流。 以臨界流速 與實(shí)際水流流速作比較，因 ，故水流為緩流。35 例6.2 一梯形斷面渠道，底寬 b 為 5 m，邊坡系數(shù) m 為 1。要求：計(jì)算通過(guò)流量分別為 Q1為10m3/s，Q2為15m3/s，Q3為20m3/s 時(shí)的臨界水深。 解: (1) 繪制 h 關(guān)系曲線(xiàn) 因 對(duì)梯形斷面

10、先假定若干 h ，計(jì)算相應(yīng)的 值，計(jì)算成果見(jiàn)表6.136表 6.1根據(jù)表中數(shù)值，繪制 h 關(guān)系曲線(xiàn)，如圖6.8所示。（2）計(jì)算各級(jí)流量下的 值，并由圖中查讀臨界水深。37當(dāng) 時(shí)，由圖查得當(dāng) 時(shí)，由圖查得當(dāng) 時(shí)，由圖查得38 例6.3 已知梯形斷面渠道，b 為 45 m，m 為 2.0 , Q 為 500 m3/s，要求：用圖解法求臨界水深 解： 因 查附圖III右下角曲線(xiàn)：得 計(jì)算 ； 根據(jù) ，查同一圖左上角曲線(xiàn)得 為0.97則臨界水深396-3 臨界底坡、緩坡與陡坡 到目前我們知道了三種水深： 均勻流正常水深 非均勻流水深 臨界水深 若已知明渠斷面形狀及尺寸，當(dāng)流量一定時(shí)，均勻流情況下可將底

11、坡與渠中正常水深的關(guān)系（p213）為： 明渠均勻流的正常水深h0恰好與臨界水深hk相等時(shí)，此坡度定義為臨界底坡。 當(dāng)?shù)灼耰增大時(shí)，正常水深h0將減小，反之當(dāng) i 減小時(shí)正常水深h0將增大。40在臨界底坡上作均勻流時(shí)，滿(mǎn)足臨界流的條件式另一方面又要同時(shí)滿(mǎn)足均勻流的基本方程式聯(lián)立可得臨界底坡的計(jì)算式為41 一個(gè)坡度為i的明渠，與其相應(yīng)（即同流量、同斷面尺寸、同糙率）的臨界底坡相比較可能有 三種情況： ，為緩坡 ，為陡坡 ，為臨界坡42在明渠均勻流的情況下，若 則若 則若 則用底坡的類(lèi)型就可以判別水流的流態(tài)，即在緩坡上水流為緩流，在陡坡上水流為急流，在臨界坡上水流為臨界流。這種判別只能適用于均勻流的

12、情況，在非均勻流時(shí)就不一定了。4344454647486-4 臨界水深的一些實(shí)例 臨界水深對(duì)分析明渠流具有重要的意義。 (1)河道或渠道中如知道臨界水深并量取該斷面的尺寸，其流量就能簡(jiǎn)便地估算出來(lái)； (2)可將發(fā)生臨界水深斷面作為控制斷面據(jù)此來(lái)推求上下游水面曲線(xiàn)。496-4 臨界水深的一些實(shí)例 一、當(dāng)渠道底坡自陡坡變?yōu)榫徠聲r(shí) 此時(shí)水流會(huì)產(chǎn)生一種水面突然躍起的特殊水力現(xiàn)象叫水躍。水躍自水深小于臨界水深躍入大于臨界水深，其間必經(jīng)過(guò)臨界水深。K-K線(xiàn)與底坡i無(wú)關(guān)50 二、當(dāng)渠道底坡自緩坡變?yōu)槎钙聲r(shí) 渠道中均勻流由緩流變?yōu)榧绷鲿r(shí)，水流會(huì)產(chǎn)生水面降落現(xiàn)象，叫做水跌。51 三、當(dāng)緩坡渠道末端自由跌落時(shí) 5

13、2 三、當(dāng)緩坡渠道末端自由跌落時(shí) 53 四、當(dāng)水流自水庫(kù)進(jìn)入陡坡渠道時(shí) 水庫(kù)中水流為緩流，而陡坡渠道中均勻流為急流，水流由緩流過(guò)渡到急流時(shí)，必經(jīng)過(guò)臨界水深。54 6-5 明渠恒定非均勻漸變流的微分方程式 在底坡為 i 的明渠漸變流中，沿水流方向任取一微分流段ds，對(duì)微分流段上、下游斷面建立能量方程如下： 55 又因 化簡(jiǎn)可得非均勻流沿程水頭損失尚無(wú)精確的計(jì)算方法，仍然近似地采用均勻流公式計(jì)算 ； 局部水頭損失用 代入可得56若明渠底坡i值小于1/10，實(shí)用上一般都采用 ，并用鉛垂水深代替垂直于槽底水深上式即為明渠恒定非均勻漸變流的基本微分方程式57 6-5 明渠恒定非均勻漸變流的微分方程式 下

14、面研究明渠水深沿流程的變化規(guī)律。一、水深沿程變化的微分方程式 式中一般情況下，A=f(h,s) 對(duì)非棱柱體明渠非均勻漸變流水深沿流程變化的微分方程式為：58棱柱體明渠59 二、水位沿流程變化的微分方程式 在天然河道中，常用水位的變化來(lái)反映非均勻漸變流變化規(guī)律。 因又有所以 即60 二、水位沿流程變化的微分方程式將(35)代入(27)得非均勻漸變流的水位沿流程變化微分方程為上式對(duì)棱柱體及非棱柱體均適用，主要用于探討天然河道水流的水位變化規(guī)律。616-6 棱柱體明渠中恒定非均勻漸變流水面曲線(xiàn)分析 棱柱體明渠非均勻漸變流微分方程式為：上式表明水深h沿流程s的變化是和渠道底坡i及實(shí)際水流的流態(tài)有關(guān)。按

15、底坡性質(zhì) 分為正坡、平坡和逆坡。對(duì)正坡明渠可分為緩坡、陡坡和臨界坡三種情況。62 正坡明渠中，水流有可能做均勻流動(dòng)，因而存在正常水深h0，另一方面它也存在臨界水深。63 在平底及逆坡棱柱體明渠中，因不可能有均勻流，不存在正常水深 h0，僅存在臨界水深，所以只能畫(huà)出與渠底相平行的臨界水深線(xiàn)KK。下圖乃是平底和逆坡棱柱體明渠中KK線(xiàn)情況。641a區(qū) 凡實(shí)際水深h既大于 ，又大于 即凡是在KK線(xiàn)和NN線(xiàn)二者之上的范圍稱(chēng)為a區(qū)。 65 2b區(qū) 凡是實(shí)際水深h介于 和 之間的范圍稱(chēng)為b區(qū)。b區(qū)可能有兩種情況：KK線(xiàn)在NN線(xiàn)之下（緩坡明渠），或KK線(xiàn)在NN線(xiàn)之上（陡坡明渠），無(wú)論那種情況都屬于b區(qū)。 對(duì)于

16、平底和逆坡棱柱體明渠，因不存在N-N線(xiàn)，或者可以設(shè)想N-N線(xiàn)在無(wú)限遠(yuǎn)處，所以只存在b區(qū)與c區(qū)66 3c區(qū) 凡是實(shí)際水深h既小于 又小于 的區(qū)域，即在NN線(xiàn)及KK線(xiàn)二者之下的區(qū)域。 對(duì)于平底和逆坡棱柱體明渠，因不存在NN線(xiàn)，所以只存在b區(qū)與c區(qū)。K-K線(xiàn)之上為b區(qū)，K-K線(xiàn)之下為c區(qū) 67 對(duì)于正底坡，存在均勻流 由式（5.8）得，68 對(duì)于緩坡iik ：a1型壅水曲線(xiàn)如右圖所示。69 對(duì)于緩坡ihkh0,KK0;Fr0b2: hkhh0,KK0;Fr1;故dh/dsh0h,K1;故dh/ds075臨界坡水面線(xiàn)a3: hhkh0,KK0;Fr0c3: hkh0h,K1;故dh/ds076平坡和逆

17、坡水面線(xiàn)b0和b: Fr1;故dh/ds1;故dh/ds07778 例6.5 試討論分析下圖所示兩段斷面尺寸及糙率相同的長(zhǎng)直棱柱體明渠，由于底坡變化所引起渠中非均勻流水面變化形式。已知上游及下游渠道底坡均為緩坡，但 i2 i1。79 解：為分析渠中水面變化，首先分別畫(huà)出上、下游渠道的KK線(xiàn)及NN線(xiàn)。由于上、下游渠道斷面尺寸相同，故兩段渠道的臨界水深均相等。而上、下游渠道底坡不等，故正常水深則不等，因i1 h02 ，下游渠道的NN線(xiàn)低于上游渠道的NN線(xiàn)。 因渠道很長(zhǎng)，在上游無(wú)限遠(yuǎn)處應(yīng)為均勻流，其水深為正常水深h01 ；下游無(wú)限遠(yuǎn)處亦為均勻流，其水深為正常水深h02。80 由上游較大的水深h01

18、要轉(zhuǎn)變到下游較小的水深h02，中間必經(jīng)歷一段降落的過(guò)程。水面降落有三種可能： (1) 上游渠中不降，全在下游渠中降落； (2) 完全在上游渠中降落，下游渠中不降落； (3) 在上、下游渠中分別都降落一部分。 81在上述三種可能情況中，若按照第一種或第三種方式降落，那么必然會(huì)出現(xiàn)下游渠道中 a 區(qū)發(fā)生降水曲線(xiàn)的情況。前面已經(jīng)論證，緩坡 a 區(qū)只能存在的是壅水曲線(xiàn)，所以第一、第三兩種降落方式不能成立，惟一合理的方式是第二種，即降水曲線(xiàn)全部發(fā)生在上游渠道中，由上游很遠(yuǎn)處趨近于 h01 的地方，逐漸下降至分界斷面處水深達(dá)到 h02 ，而下游渠道保持為 h02 的均勻流，所以上游渠道水面曲線(xiàn)為 b1 型

19、降水曲線(xiàn)。 (1) 上游渠中不降，全在下游渠中降落；(2) 完全在上游渠中降落，下游渠中不降落； (3) 在上、下游渠中分別都降落一部分。828384i1ik85i4iki1=08687 從急流過(guò)渡到緩流要發(fā)生水躍，水躍的位置有三種。 h01的共軛水深用h01”來(lái)表示。若 h02=h01” ，水躍在變坡處發(fā)生，稱(chēng)為臨界水躍。88 若h02h01” ，水躍在上游渠道中發(fā)生，稱(chēng)為淹沒(méi)水躍。90 從急流過(guò)渡到緩流要發(fā)生水躍，水躍的位置有三種。h01的共軛水深用h01”來(lái)表示。 若 h02=h01” ，水躍在變坡處發(fā)生，稱(chēng)為臨界水躍； 若h02h01” ，水躍在上游渠道中發(fā)生，稱(chēng)為淹沒(méi)水躍。916-7

20、 明渠恒定非均勻漸變流水面線(xiàn)曲的計(jì)算逐段試算法 一、基本計(jì)算公式明渠恒定非均勻漸變流的基本微分方程式為：略去局部損失，得 流段的平均水力坡度 一般采用： 92 平均值 或 可用以下三種方法之一計(jì)算： 或者93 二、計(jì)算方法 逐段推算 實(shí)際計(jì)算可能有兩種類(lèi)型： （1）已知流段兩端的水深，求流段的距離 。對(duì)于棱柱體明渠，可直接計(jì)算；對(duì)于非棱柱體明渠，必須采用試算法。 （2）已知流段一端的水深和流段長(zhǎng) ，求 另一端斷面水深。須采用試算法94 例6-6 一長(zhǎng)直棱柱體明渠，底寬b為10m，m為1.5，n為0.022，i為0.0009，當(dāng)通過(guò)流量Q為45m3s時(shí)，渠道末端水深h為3.4m。求：計(jì)算渠道中的

21、水面曲線(xiàn)？解：（一）由于渠道底坡大于零，應(yīng)首先判別渠道是緩坡或是陡坡，水面曲線(xiàn)屬于哪種類(lèi)型。本題條件與例6-4相同，由例6-4計(jì)算已知 再計(jì)算均勻流水深 因 95 由附圖查得 ，所以 ，因 ，故渠道屬于緩坡。又因下游渠道末端水深大于正常水深，所以水面線(xiàn)一定在a區(qū)，水面線(xiàn)為型壅水曲線(xiàn)。 型水面曲線(xiàn)上游端以正常水深線(xiàn)為漸近線(xiàn)，取曲線(xiàn)上游端水深比正常水深稍大一點(diǎn)，即96 （二）計(jì)算水面曲線(xiàn) 首先列出各計(jì)算公式 式中 ， ， ， ， 。 97 今以 ， 求兩斷面間之距離 。將有關(guān)已知數(shù)值代入上列公式中，分別求得： 98 99 1.37410-4100其余各流段的計(jì)算完全相同，采用列表法進(jìn)行：101（三

22、）根據(jù)表6-2的數(shù)值，繪制水面曲線(xiàn)見(jiàn)圖6-23。 102 例6-7 某一邊墻成直線(xiàn)收縮的矩形渠道（如圖6-24），渠長(zhǎng)60m，進(jìn)口寬b1為8m，出口寬b2為4m，渠底為反坡，i為-0.001，粗糙系數(shù)n為0.014,當(dāng)Q為18m3/s時(shí)，進(jìn)口水深h1為2m，要求計(jì)算中間斷面及出口斷面水深。 103 解：渠道寬度逐漸收縮，故為非棱柱體明渠，求指定斷面的水深，必須采用試算法仍引用公式（6-40）來(lái)計(jì)算 104 （一）計(jì)算中間斷面的水深 已知中間斷面寬度b為6m，今假定其水深h為1.8m， 按下列各式計(jì)算有關(guān)水力要素：105106 將以上各值列于表6-3中。 又因進(jìn)口斷面寬度及水深已知，按以上公式計(jì)

23、算進(jìn) 口斷面的各水流要素，將計(jì)算結(jié)果列于表6-3中。 根據(jù)表6-3中有關(guān)數(shù)值，代入（6-40）式中，算出 為 107108 計(jì)算得到 為93.4m，與實(shí)際長(zhǎng)度30米相差甚遠(yuǎn)，說(shuō)明前面所假設(shè)之水深1.8米與實(shí)際不符合，必須重新假設(shè)，故已假設(shè)中間斷面水深為1.9米，按以上程序計(jì)算，得到 為29.58米，與實(shí)際長(zhǎng)度非常接近，所以可認(rèn)為中間斷面水深為1.9米。 （二）出口斷面水深的計(jì)算與前面的計(jì)算方法完全一樣，不再贅述。從表6-3看出，出口水深應(yīng)為1.5米。1096-8 河渠恒定非均勻流的流量與糙率一 流量的計(jì)算 若已知河道或明渠的水面線(xiàn)以及斷面的尺寸,底坡等,需要估算河渠中流量.而河渠中水流常屬于非

24、均勻流.應(yīng)按照非均勻流情況來(lái)處理.例如根據(jù)洪水痕跡估算洪水流量乃屬于這種類(lèi)型。非均勻漸變流的水位沿流程變化微分方程為110 二 粗糙系數(shù)的計(jì)算 對(duì)于具有顯著非均勻特征的水流，必須按照非均勻流來(lái)處理。將滿(mǎn)寧公式 代入下式得 111例6-8 某河流經(jīng)過(guò)洪水調(diào)查找到歷史上某次洪水的若干痕跡，測(cè)得有關(guān)資料列于表6-4。河段上、下游斷面間距s為183m，水位落差z為2.59m。112例6-9 岷江上游干流某河段長(zhǎng)128m,曾進(jìn)行水力要素及河道斷面的實(shí)測(cè),當(dāng)河道中流量為1620m3/s時(shí),河段有關(guān)資料列于表6-5.若不計(jì)局部損失,試計(jì)算該河段粗糙系數(shù).1136-9 河道水面曲線(xiàn)的計(jì)算在計(jì)算河道水面線(xiàn)之前，

25、先要收集有關(guān)水文、泥沙及河道地形等資料，如河道粗糙系數(shù)、河道縱橫剖面圖等。 由于河道斷面形狀極不規(guī)則，在計(jì)算河道水面曲線(xiàn)時(shí)，劃分計(jì)算流段應(yīng)注意以下幾個(gè)方面： 1要求每個(gè)計(jì)算流段內(nèi)，過(guò)水?dāng)嗝嫘螤?、尺寸以及粗糙系?shù)、底坡等變化都不太大。114 2在一個(gè)計(jì)算流段內(nèi)，上、下游斷面水位差 不能過(guò)大， 一般對(duì)平原河流取0.21.0米，山區(qū)河流取1.03.0米。 3每個(gè)計(jì)算流段內(nèi)沒(méi)有支流流入或流出。若河道有支流存在，必須把支流放在計(jì)算流段的入口或出口,對(duì)加入的支流最好放在流段的進(jìn)口附近，流出的支流放在流段的出口。115116 一、試算法 由 得 式中 得到117 并把方程中同一斷面的水力要素列在等式的同一

26、端，得到 方程的兩端各是上游水位和下游水位函數(shù)。118 試算法的步驟： 1. 若已知下游斷面的水位Zd ，按式求出函數(shù) 值。 2. 假定若干上游斷面水位Zu，按式(6.51)的第一式可算出相應(yīng)的若干f(Zu) 值，并繪制Zuf(Zu) 關(guān)系曲線(xiàn)，如圖。119在圖的橫坐標(biāo)上截取一段向曲線(xiàn)作鉛垂線(xiàn)交曲線(xiàn)于A點(diǎn)，A點(diǎn)之縱坐標(biāo)值即為所求之上游斷面水位 。該水位對(duì)另一個(gè)流段來(lái)講，又是下游水位。循著上述步驟可依次求出上游各斷面的水位，從而得到全河道的水面曲線(xiàn)。 120二、圖解法 河道水面曲線(xiàn)圖解法很多，所有圖解法歸納起來(lái)可分為兩大類(lèi)型， 一種類(lèi)型是考慮了流速水頭和局部損失的圖解法； 另一種類(lèi)型是忽略流速水頭和局部損失的圖解法。 從本質(zhì)上看，后者是在前者基礎(chǔ)上的簡(jiǎn)化，只要掌握了前一種方法，第二種情況就迎刃而解。121（二）計(jì)入流速木頭和局部損失的圖解法122圖解前先作好各計(jì)算流段的斷面函數(shù)曲線(xiàn)即 和 關(guān)系曲線(xiàn)，以水位為縱坐標(biāo)，以下游及