水力學(xué) 明渠課件

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

游、保護(hù)生態(tài)、凈化環(huán)境、開(kāi)發(fā)性移民、南水北

調(diào)、供水灌溉等

十大效益，是世界上任何巨型電站都無(wú)法比擬的！

第4頁(yè)/共51頁(yè)研究?jī)?nèi)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(jì)算第5頁(yè)/共51頁(yè)7.1概述

7.1.1.定義

明渠：是人工渠道、天然河道以及不滿(mǎn)流管道統(tǒng)稱(chēng)為明渠。

常見(jiàn)明渠類(lèi)型：輸水渠道、無(wú)壓隧洞、渡槽、涵洞、天然河道。第6頁(yè)/共51頁(yè)明渠水流：明渠水流是無(wú)壓流，有自由

表面。

應(yīng)用：灌溉引水、通航、筑壩、建閘、

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

2）重力是流體流動(dòng)的動(dòng)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(shí)，影響范圍大。第8頁(yè)/共51頁(yè)明渠水流分類(lèi)（FlowClassification）恒定流：明渠中的水流運(yùn)動(dòng)要素不隨時(shí)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(yè)/共51頁(yè)

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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(chēng)為正坡或順坡.平坡（horizontalbed）：i=0，渠底高程沿程不變者稱(chēng)為平坡。負(fù)坡（adverseslope）：i<0，渠底高程沿程沿程升高者稱(chēng)為負(fù)坡或逆坡。第12頁(yè)/共51頁(yè)

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(gòu)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(dāng)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(fù)式（CompoundSection）：常用于豐、枯水量懸殊的渠道中

過(guò)水?dāng)嗝妫–rossSection）：渠道的輪廓與水面輪廓構(gòu)成，并垂直于流向的斷面

。

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第14頁(yè)/共51頁(yè)

過(guò)水?dāng)嗝娴膸缀我?以梯形為例)(1)

水深h：過(guò)水?dāng)嗝嫔锨鬃畹忘c(diǎn)到水面的距離第15頁(yè)/共51頁(yè)

(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(shí)是矩形斷面。m根據(jù)邊坡巖土性質(zhì)及設(shè)計(jì)范圍來(lái)選定第16頁(yè)/共51頁(yè)

(4)A——過(guò)水?dāng)嗝婷娣e;

(5)

χ——過(guò)水?dāng)嗝鏉裰?

(6)R——水力半徑.第17頁(yè)/共51頁(yè)第18頁(yè)/共51頁(yè)

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(zhǎng)直明渠。第19頁(yè)/共51頁(yè)

第20頁(yè)/共51頁(yè)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(yùn)動(dòng)要素不隨時(shí)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(yè)/共51頁(yè)

7.2.2、明渠均勻流的水力特性

（均勻流對(duì)應(yīng)點(diǎn)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(guò)水?dāng)嗝娴男螤詈统叽缪爻滩蛔儭?總水頭線、測(cè)壓管水頭線和底坡三線互相平行。

第22頁(yè)/共51頁(yè)

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(dòng)方向的分力平衡。第23頁(yè)/共51頁(yè)

設(shè)想在產(chǎn)生均勻流動(dòng)的明渠中取一單位長(zhǎng)度的流段ABCD進(jìn)行分析，則作用于流段上所有外力在流動(dòng)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(dòng)方向上的分力相平衡。第24頁(yè)/共51頁(yè)_______________________________Hydraulicradiusforwidechannels____________________第25頁(yè)/共51頁(yè)1、流量不變，保證無(wú)分支均勻流的基本條件必須改變。保證對(duì)應(yīng)點(diǎn)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(diǎn)，流線偏折，與均勻流流線平行矛盾。無(wú)法保證對(duì)應(yīng)點(diǎn)流速大小方向沿程不變第26頁(yè)/共51頁(yè)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(duì)應(yīng)點(diǎn)流速大小方向沿程不變4、長(zhǎng)直，無(wú)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(yè)/共51頁(yè)

第28頁(yè)/共51頁(yè)7.3明渠均勻流的水力計(jì)算

7.3.1計(jì)算公式第29頁(yè)/共51頁(yè)明渠均勻流則引入正常水深或第30頁(yè)/共51頁(yè)7.3.2、明渠均勻流的基本水力計(jì)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(guò)大，

浪費(fèi)人力、物力。第31頁(yè)/共51頁(yè)2）

底坡i

由地形、地質(zhì)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(yè)/共51頁(yè)計(jì)算類(lèi)型第33頁(yè)/共51頁(yè)第34頁(yè)/共51頁(yè)試算法：圖解法：連同邊坡系數(shù)m，查表得ho/b第35頁(yè)/共51頁(yè)第36頁(yè)/共51頁(yè)第37頁(yè)/共51頁(yè)邊坡系數(shù)m=1.0，查表第38頁(yè)/共51頁(yè)第39頁(yè)/共51頁(yè)第40頁(yè)/共51頁(yè)第41頁(yè)/共51頁(yè)第42頁(yè)/共51頁(yè)1.水力最佳斷面7.3.3、明渠均勻流的水力計(jì)算的其它問(wèn)題第43頁(yè)/共51頁(yè)因?yàn)閯t第44頁(yè)/共51頁(yè)確定最小值存