《明渠流动》PPT课件

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1、水力学第7章明渠均匀流明渠一种人工修建、或自然形成的渠明渠流水流通过明渠时，有自由面（液面为大气压强）。这种水流称明渠水流，或无压流。§7.1概述明渠恒定流明渠流中的水力要素（时均值）均不随时间变化，称明渠恒定流，否则称明渠非恒定流。明渠均匀流明渠流中，流线是一簇平行直线，水深、断面平均流速、流量、糙率等水力要素沿程不变。明渠断面形状、尺寸、底坡对水流运动有重要影响。因此，要了解明渠水流运动的规律，首先必须了解明渠类型及其水力要素等。7.1.1明渠底坡沿水流方向单位渠道长度，对应的渠底高程降落值，其表示渠底纵向倾

2、斜程度，以符号i表示。式中：θ：渠底与水平面夹角ds：两断面的间距dz：两断面的渠底高程差dzds明渠底坡有三种类型正坡i>0渠底高程沿流程降低平坡i=0渠底高程沿程不变负坡i<0渠底高程沿流程增加i>0i=0i<07.1.2棱柱形渠道与非棱柱形渠道明渠的横断面垂直于渠道壁面的平面与水流的接触面人工明渠横断面天然河道7.1.2.1明渠的横断面人工明渠横断面通常有矩形、梯形、圆形、马蹄形断面等形式1.矩形断面水面宽度过水面积湿周水力半径常用于岩石中开凿、两侧用条石砌成的渠混凝土渠木渠hb2.梯形断面：水面宽度B=b

3、+2mh过水面积湿周水力半径Bhb1m土基上的渠3.圆形断面水面宽度过水面积湿周水力半径用于无压隧洞dhθ河道横断面河道横断面形状不规则，分主槽和滩地两部分枯水期：水流过主槽丰水期：水流过主槽和滩地滩地主槽河道横断面天然河道的横断面形状不规则，由主槽与滩地组成。其一般是非棱柱体；若断面变化不大，又较平顺，可近似作为棱柱体渠道。滩地主槽渠道分类棱柱体渠道非棱柱体渠道7.1.2.3渠道的分类棱柱体渠道断面形状尺寸底坡渠道不弯曲糙率例如，人工开凿的大部分渠道沿程不变非棱柱体（纽面）棱柱体非棱柱体112233棱柱体非棱柱

4、体渠道断面形状尺寸底坡渠道弯曲糙率例如，天然河道人工渠道连接段（扭面）沿程改变非棱柱体（纽面）棱柱体非棱柱体112233棱柱体非棱柱体（纽面）棱柱体非棱柱体112233棱柱体3322117.2.1明渠均匀流的水力特征过水断面形状、尺寸、水深沿程不变断面流速分布断面平均流速流量动能修正系数等沿程不变§7.2明渠均匀流过水断面形状、尺寸、水深沿程不变断面流速分布断面平均流速流量动能修正系数等沿程不变底坡、水面坡度、总水头线互相平行7.2.1明渠均匀流特性θihhJJzvv底坡、水面坡度、总水头线互相平行7.2.2明渠

5、均匀流的形成条件充分必要条件力学条件渠壁摩擦阻力与水重力在流动方向的分力始终平衡（大小相等，方向相反）能量条件水面下降值始终等于水头损失必要条件恒定流流量沿程不变（无分叉和汇流情况）渠道为长、直的棱柱体顺坡渠渠中无闸、坝、跌水等建筑物的局部干扰底坡、糙率沿程不变实际渠中总有各种建筑物。因此，多数明渠流是非均匀流。严格说，不存在明渠均匀流，均匀流是对明渠流动的一种概化。近似符合这些条件的人工渠、河道中一些流段可认为是均匀流。离开渠进口、或水工建筑物一定距离远的顺直棱柱体明渠恒定流天然河道某些顺直、整齐河段在枯、平水

6、期图明渠中的流动均匀流段非均匀流段非均匀流段离开渠进口、或水工建筑物一定距离远的顺直棱柱体明渠恒定流7.2.3明渠均匀流的水力计算7.2.3.1基本公式由谢才公式基于明渠水流资料获得的经验公式1769年在总结了一系列渠道水流实测资料的基础上,提出明渠均匀流流速与流量的经验公式－谢才公式，以后又有确定谢才系数的满宁公式（R.Manning）、巴普洛甫斯基公式。谢才（A.Chezy）对于明渠均匀流，A为过水面积，则式中，为流量模数综合反映断面形状、尺寸、水深、糙率对过水能力的影响。物理意义：水力坡度为1时的流量（当i

7、=1时，Q=K）。单位：（m3/s）谢才系数C反映断面形状、尺寸和边壁粗糙程度的一个综合系数。常用曼宁公式计算R：水力半径，以米（m）计n：糙率注意选择时应谨慎。其选得偏小，渠道断面尺寸偏小，对实际输水能力影响较大。某渠设计时选n=0.015，竣工后实测0.016。设计水深时，渠道过不了设计流量（比设计流量小）。通过一定流量时，实际水深比设计计算的水深大，可能造成水漫渠顶事故。各种土质、衬砌材料渠道的糙率表0.04~0.05野草丛生的砂壤土或砾石渠面0.033~0.04散布粗石块的土渠面0.025~0.030砾石

8、（直径20~60mm）渠面0.017~0.020夯实光滑的土面土渠：n渠道衬砌材料表人工渠道的糙率各种土质、衬砌材料渠道的糙率表0.05~0.065粗劣的极不规则的凿岩渠0.04~0.05细致开爆的凿岩渠0.033~0.040中等粗糙的凿岩渠0.025~0.035光滑而均匀石渠：n渠道衬砌材料表人工渠道的糙率各种土质、衬砌材料渠道的糙率表0.025~0.035干砌块石渠0