水力學 明渠課件

水力學明渠課件第1頁/共51頁第2頁/共51頁長江三峽第3頁/共51頁長江三峽長江，我國的第一大河，全長6300余公里。它流經(jīng)四川盆地東緣時沖開崇山峻嶺，奪路奔流形成了壯麗雄奇、舉世無雙的大峽谷——長江三峽。長江三峽西起重慶奉節(jié)的白帝城，東到湖北宜昌的南津關，是瞿塘峽、巫峽和西陵峽三段峽谷的總稱三峽工程特選址于西陵峽中段的湖北省宜昌市境內的三斗坪。長江三峽工程竣工后，將發(fā)揮防洪、發(fā)電、航運、養(yǎng)殖、旅

游、保護生態(tài)、凈化環(huán)境、開發(fā)性移民、南水北

調、供水灌溉等

十大效益，是世界上任何巨型電站都無法比擬的！

第4頁/共51頁研究內容：7.1概述7.2明渠均勻流的特性及其產(chǎn)生條件7.3明渠均勻流的水力計算第5頁/共51頁7.1概述

7.1.1.定義

明渠：是人工渠道、天然河道以及不滿流管道統(tǒng)稱為明渠。

常見明渠類型：輸水渠道、無壓隧洞、渡槽、涵洞、天然河道。第6頁/共51頁明渠水流：明渠水流是無壓流，有自由

表面。

應用：灌溉引水、通航、筑壩、建閘、

修電站，上游形成水庫，壅水狀況第7頁/共51頁明渠水流特點：1)明渠水流是無壓流，有自由表面；

2）重力是流體流動的動力，為重力流（管流則是壓力流）；

3）渠道的坡度影響水流的流速、水深。坡度增大，則流速增大，水深減??；

4）邊界突然變化時，影響范圍大。第8頁/共51頁明渠水流分類（FlowClassification）恒定流：明渠中的水流運動要素不隨時間而變。明渠恒定均勻流：明渠恒定流中，如果流線是一簇平行直線，水深、斷面平均流速及流速分布沿程不變。第9頁/共51頁

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7.2.2.明渠的幾何特性

1.底坡

（bedslop）

底坡i—渠底高程沿水流方向單位距離的降落值

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正坡（positiveslope）：i>0，渠底高程沿程降低者稱為正坡或順坡.平坡（horizontalbed）：i=0，渠底高程沿程不變者稱為平坡。負坡（adverseslope）：i<0，渠底高程沿程沿程升高者稱為負坡或逆坡。第12頁/共51頁

2.明渠的橫斷面（CrossSection）：

垂直于渠底（渠道中心線的鉛直面與渠底及渠壁的交線）的橫截面，構成明渠的橫斷面

。

梯形

（Trapezium）：常用的斷面形狀

矩形（Rectangle）：用于小型灌溉渠道當中

圓形（Circle）：為水力最優(yōu)斷面，常用于城市的排水系統(tǒng)中

復式（CompoundSection）：常用于豐、枯水量懸殊的渠道中

過水斷面（CrossSection）：渠道的輪廓與水面輪廓構成，并垂直于流向的斷面

。

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過水斷面的幾何要素(以梯形為例)(1)

水深h：過水斷面上渠底最低點到水面的距離第15頁/共51頁

(2)、b——底寬

B——水面寬;(3)

邊坡系數(shù)m

邊坡傾角的余切m=ctanα

m越大，邊坡越緩；m越小，邊坡越陡；

m=0時是矩形斷面。m根據(jù)邊坡巖土性質及設計范圍來選定第16頁/共51頁

(4)A——過水斷面面積;

(5)

χ——過水斷面濕周;

(6)R——水力半徑.第17頁/共51頁第18頁/共51頁

棱柱形渠道與非棱柱形渠道反之，非棱柱形渠道non-prismaticchannel棱柱形渠道prismaticchannel

：橫斷面形狀和尺寸沿水流方向不變，底坡為常數(shù)的長直明渠。第19頁/共51頁

第20頁/共51頁7.2明渠均勻流的特性及其產(chǎn)生條件

7.2.1、明渠恒定均勻流恒定流：明渠中的水流運動要素不隨時間而變。明渠恒定均勻流：明渠恒定流中，如果流線是一簇平行直線，水深、斷面平均流速及流速分布沿程不變。

第21頁/共51頁

7.2.2、明渠均勻流的水力特性

（均勻流對應點的速度大小方向相等，斷面平均流速也相等，流線平行，水面渠底面都是流線）1斷面平均流速沿程不變。2水深沿程不變，過水斷面的形狀和尺寸沿程不變。3總水頭線、測壓管水頭線和底坡三線互相平行。

第22頁/共51頁

7.2.3、明渠恒定均勻流形成的條件明渠均勻流中摩阻力與水流重力在流動方向的分力平衡。第23頁/共51頁

設想在產(chǎn)生均勻流動的明渠中取一單位長度的流段ABCD進行分析，則作用于流段上所有外力在流動方向的分量必須相互平衡，即：

因FPI=FP2

。上式表明明渠均勻流中摩阻力Ff與水流重力在流動方向上的分力相平衡。第24頁/共51頁_______________________________Hydraulicradiusforwidechannels____________________第25頁/共51頁1、流量不變，保證無分支均勻流的基本條件必須改變。保證對應點流速大小方向沿程不變2、正坡，底坡不變——重力分力與阻力相平衡（正坡）；底坡變化，出現(xiàn)折點，流線偏折，與均勻流流線平行矛盾。無法保證對應點流速大小方向沿程不變第26頁/共51頁3、棱柱體渠道，各斷面形狀尺寸不變。流量不變，保證斷面平均流速不變。保證對應點流速大小方向沿程不變4、長直，無水工建筑物。如彎曲流線將彎，非均勻流。有水工建筑物阻礙，非均勻流。第27頁/共51頁

第28頁/共51頁7.3明渠均勻流的水力計算

7.3.1計算公式第29頁/共51頁明渠均勻流則引入正常水深或第30頁/共51頁7.3.2、明渠均勻流的基本水力計算討論1）、粗糙率系數(shù)n:a、粗糙率系數(shù)n取大，流量Q偏小、土方量不足，

需返工。b、粗糙率系數(shù)n取小，流量Q偏大、土方量過大，

浪費人力、物力。第31頁/共51頁2）

底坡i

由地形、地質條件定a、渠道底坡i大，陡、流速大，挾沙，要防沖刷b、渠道底坡i小，緩、流速小，防淤積第32頁/共51頁計算類型第33頁/共51頁第34頁/共51頁試算法：圖解法：連同邊坡系數(shù)m，查表得ho/b第35頁/共51頁第36頁/共51頁第37頁/共51頁邊坡系數(shù)m=1.0，查表第38頁/共51頁第39頁/共51頁第40頁/共51頁第41頁/共51頁第42頁/共51頁1.水力最佳斷面7.3.3、明渠均勻流的水力計算的其它問題第43頁/共51頁因為則第44頁/共51頁確定最小值存