第六章 明渠均勻流最新版

明渠均勻流第六章1.基本概念：①棱柱形渠道、非棱柱形渠道；②底坡，順坡、平坡、逆坡；③正常水深，水力最優(yōu)斷面；流量模數(shù)④明渠均勻流的特點（4方面）2.計算：流量計算、渠道斷面設計本章綱要:引水渠蘇伊士運河世界上最長的無船閘運河。

明渠：具有自由表面水流的渠道。人工渠道和天然渠道明渠水流恒定流非恒定流非均勻流均勻流流線為相互平行的直線，h、v沿程不變表面相對壓強為零，為無壓流運動要素不隨時間變化第一節(jié)概述第二節(jié)明渠均勻流的計算公式第三節(jié)明渠水力最優(yōu)斷面和允許流速第四節(jié)明渠均勻流水力計算的基本問題第五節(jié)無壓圓管均勻流的水力計算第六節(jié)復式斷面渠道的水力計算本章綱要:主槽灘地梯形斷面河道斷面矩形斷面bh1αm第一節(jié)概述一、明渠分類1.棱柱形與非棱柱形渠道渠道的斷面形狀、尺寸沿程不變的渠道，稱為棱柱形渠道。否則，稱為非棱柱形渠道。棱柱體棱柱體非棱柱體22331—12—23—311棱柱形渠道梯形斷面bh1αm非棱柱形渠道2.順坡、平坡、逆坡渠道

明渠渠底縱向（沿水流方向）傾斜的程度稱為底坡。以i表示。底坡線水面線底坡線θ

i等于渠底線與水平線夾角θ的正弦，即i=sinθ實際底坡i≤0.01i≈tanθ近似處理：

過水斷面由水流中所取的鉛垂斷面代替

底坡線水面線底坡線θi=0平坡i<0逆坡、負坡i>0順坡、正坡

明渠分類總結(jié)明渠

斷面形狀尺寸沿程是否變化

非棱柱形渠道

棱柱形渠道

底坡i=sinθ順坡

平坡

逆坡

i<0i=0i>0二、明渠均勻流的特征明渠均勻流特征幾何角度運動學角度能量角度力學角度明渠均勻流的幾何特征總水頭線水面線(測壓管水頭線)渠道底坡幾何特征：三線平行v流線相互平行，斷面尺寸不變，水深、平均流速不變明渠均勻流的運動學特征運動學特征：質(zhì)點作等速直線運動明渠均勻流的能量特征能量特征：對于單位重量液體，重力功=阻力功

112200根據(jù)能量關(guān)系：明渠均勻流的力學特征受力特征：重力沿流動方向分力與摩擦力抵消水深、底坡、糙率沿程不變平坡？逆坡？能量特征：重力功=阻力功

運動學特征：質(zhì)點作等速直線運動幾何特征：三線平行力學特征：重力沿流動方向的分力與摩擦力抵消明渠均勻流特征三、明渠均勻流產(chǎn)生的條件1、水流應為恒定流。2、流量沿程不變，即無支流的匯入或分出。3、渠道必須是長而直的棱柱形順坡明渠，且i、n沿程不變。4、渠中無閘、壩或跌水等建筑物的局部干擾。

實際工程中的渠道并不是都能嚴格滿足上述要求的，特別是許多渠道中總有這種或那種建筑物存在，因此，大多數(shù)明渠中的水流都是非均勻流。但是，對于順直棱柱形渠道中的恒定流，當流量沿程不變時，只要渠道有足夠的長度，在離開渠道進口、出口或建筑物一定距離的渠段，實際上常按均勻流處理。

1、順直棱柱形渠道中的恒定流：離開渠道進出口、變坡處、建筑物一定距離的渠段，近似為均勻流處理。實際工程的均勻流近似處理圖明渠中的流動均勻流段非均勻流段非均勻流段2、天然河道：較為順直、整齊的河段，i，n接近時，近似為均勻流。

第二節(jié)明渠均勻流的計算公式

1775年謝才（A.Chezy）在總結(jié)了一系列渠道水流實測資料的基礎(chǔ)上,提出明渠均勻流的經(jīng)驗公式－謝才公式謝才公式C:謝才系數(shù)R:水力半徑J:水力坡度明渠均勻流J=iK：流量模數(shù)單位？渠道斷面平均流速當斷面形狀尺寸、n值一定時K=f(h)渠道作均勻流時的水深叫正常水深，用h0表示。梯形斷面bh1αm注：某一渠道的輸水能力指在一定正常水深h0時所通過的流量Q。謝才系數(shù)計算1曼寧公式2巴甫洛夫斯基公式適用范圍:較小渠道，n<0.020，R<0.5m

粗糙系數(shù)，綜合反映壁面對水流阻滯作用適用范圍；0.1m≤R≤3m，0.011≤n≤0．04。

1.若n值選的偏小，計算所得斷面也偏小，易發(fā)生漫溢。粗糙系數(shù)n的重要性

綜合反映渠道壁面（包括渠底）對水流的阻力作用。

2.若n值過大，不僅造成浪費還會因?qū)嶋H流速過大而造成沖刷。

第三節(jié)明渠水力最優(yōu)斷面和允許流速一、水力最優(yōu)斷面

必最?。?、定義：當i、n不變時，在斷面積相等的各種斷面形狀中通過流量最大的那種斷面形狀。要使Q最大,2、水力最優(yōu)斷面滿足的條件

邊坡系數(shù)m

m=cota斷面面積濕周bhαB表6-3-1邊坡系數(shù)m

m=cota注意：描述坡的坡面傾斜，有很多的參數(shù)，如坡角、坡度（1：m）、邊坡系數(shù)mbhαBbhαmB梯形水力最優(yōu)斷面計算矩形斷面？梯形水力最優(yōu)斷面水力半徑與水深的關(guān)系設計問題二、允許流速渠中流速過大會造成沖刷，過小形成淤積。vmin：不淤允許流速。決定于土質(zhì)情況，或渠道的襯砌材料，以及渠中流量等因素，表6-3-3防止植物滋生、淤泥或沙的沉積，渠道中斷面平均流速分別不低于0.6m／s、0.2m／s或0.4m／s。vmax：不沖允許流速。第四節(jié)明渠均勻流水力計算的基本問題

一、驗算渠道過流能力問題：已知b、h、m、n、i；求Q直接代公式。二、計算渠道底坡問題：已知b、h、m、n、Q；求i直接求解1、已知Q、h、m、n、i，求b三、決定渠道斷面尺寸b(m)Q(m3/s)0.0Q已知

b求（1）試算-圖解法設一系列bQ(2)直接用迭代公式（6-4-1）（3）查圖法236頁附錄3（a）2、已知Q、b、m、n、i，求h渠道斷面尺寸計算h(m)Q(m3/s)0.0Q已知

h求（1）試算-圖解法設一系列hQ（2）直接用迭代公式（6-4-2）（3）查圖法237頁附錄3（b）3、已知Q、m、n、i、β=b/h，求b、h。例如：按水力最優(yōu)斷面確定渠道尺寸若采用曼寧公式計算C,得到關(guān)于b或h的顯示方程，可以直接解出b和h，見式（6-4-3)4、已知Q、m、n、i、vmax，求b、h。求解b和h，舍掉一組不合理的解聯(lián)立：第五節(jié)無壓圓管均勻流的水力計算θ:充滿角d:管道直徑h:水深充滿度:1、無壓圓管均勻流特征半圓以下:面積增長速度大于濕周增長速度半圓以上:面積增長速度變緩,濕周增長速度加快流量和流速分別在滿流前達到最大α=h/d=0.95，Q達到最大值α=h/d=0.81，v達到最大值1.0871.162、無壓圓管均勻流的水力計算水力要素過水斷面：水力半徑：

流速：濕周：流量：充滿度：

計算公式：無壓管道的計算問題公式Q=

，一般預先確定。

1、已知d、、n、i，求Q

、n、Q，求i。2、已知d、哪類問題需要試算？、n、i、Q，求d。3、已知應用時注意《規(guī)范》規(guī)定，147頁第六節(jié)復式斷面渠道的水力計算在人工渠道中，如果要求通過的最大流量和最小流量相差很大時常采用復式斷面；天然河道中的主槽和邊灘為復式斷面。復式斷面過流量計算常采用分算的方法，其原因？例某梯形斷面的灌溉引水渠道，邊坡系數(shù)m＝1.25，粗糙系數(shù)n＝0.03，底坡i=0.0005，設計流量Q=2.2m3/s，試按水力最優(yōu)條件計算b和h。解根據(jù)水力最優(yōu)條件即b=0.7h如圖所示兩條管路，管徑