明渠恒定均匀流ppsj

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1、第五章河渠恒定均匀流人工渠道、天然河道、未充满水流的管道统称为明渠。明渠水流是指在明渠中流动，具有显露在大气中的自由表面，水面上各点的压强都等于大气压强。故明渠水流又称为无压流。1明渠流与有压流区别自由液面明渠流：有自由面,随时空变化,呈现各种水面形态管流：无自由液面非恒定均匀流明渠流：非恒定流必定是非均匀流管流：非恒定管流可以是均匀流2一、河渠的纵断面和底坡底坡是指沿水流方向单位长度内的渠底高程降落值，以i表示。5.1明渠的几何特性沿水流方向单位渠道长度，对应的渠底高程降落值，其表示渠底纵向倾斜程度，以符号i表示。当底坡较小（θ<10°时），可用平距代替斜长θ：渠底

2、与水平面夹角ds：两断面的间距dz：两断面的渠底高程差dzdsdL3根据底坡的正负，可将明渠底坡分为如下三种类型：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dzdsdL4二、河渠的横断面与渠底中心线垂直的铅垂平面与渠底及侧壁的交线构成明渠的横断面。天然河道的横断面多为不规则形状人工渠道的横断面形状比较规则，常见的有梯形、矩形、U型，圆形、马蹄形等。对梯形断面过水断面湿周水面宽度宽深比5渠道分类棱柱体渠道非棱柱体渠道渠道按横断面形状尺寸是否沿程变化可分为三、棱柱体明渠和非棱柱体明渠棱柱体明渠是指断面形状尺寸沿流程不变的长直明渠。轴

3、线顺直断面规则的人工渠道、涵洞、渡槽等均属此类。非棱柱体明渠是指断面形状尺寸沿流程不断变化的明渠。常见的非棱柱体明渠是渐变段。6棱柱体渠道断面形状尺寸底坡渠道顺直糙率例如，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7一、明渠均匀流的产生条件①过水断面形状和尺寸、流速、流量、水深沿程不变。②流线是相互平行的直线，流动过程中只有沿程水头损失，而没有局部水头损失。③由于水深沿程不变，故水面线与渠底线相互平行。④断面平均流速及流速水头沿程不变，测压管水头线与总水头线相互平行。⑤明渠均匀流的底坡线、水面线、总水头线三者相互平行，即渠底坡度、水面

4、坡度、水力坡度三者相等。产生条件可归纳为水流为恒定流，流量、粗糙系数沿程不变，没有渠系建筑物干扰的长直棱柱体正坡明渠5.2明渠均匀流的特点和产生条件8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。95.3明渠均匀流的计算公式一、基本计算公式：①谢才公式基于明渠水流资料获得的经验公式②连续方程101769年谢才（A.Chezy）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。11对于明渠均匀流，A为过水

5、面积，则式中，为流量模数12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=1时，Q=K）。单位：（m3/s）13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14因此，在i、n已定条件下，一、水力最佳断面底坡i：根据地形条件、技术条件考虑选定糙率n：取决于渠壁材料断面形状和尺寸断面形状和尺寸5.4水力最佳断面及允许流速15水力最佳断面的一般条件均匀流计算公式当i、n、A=给定→minR→RmaxQ→Qmax16消去，则式中，βm为梯形最佳断面的宽深比17二、允

6、许流速保证渠道正常运行的允许流速上限和下限值渠道的允许流速是根据渠道所担负的生产任务(如通航、水电站引水或灌溉)，渠槽表面材料的性质，水流含沙量的多少及运行管理上的要求而确定的技术上可靠，经济上合理的流速。181、不冲流速v’渠道冲刷的临界断面平均流速，取决定于渠壁材料的物理性质和水深，可查阅有关水力设计手册。不淤流速v’’渠道中悬沙淤积的临界流速，取决于水流条件和挟沙的特性以及水中含沙量大小，可根据经验公式确定。19由均匀流公式式中，有6个变量（含Q）一、计算方法5.5明渠均匀的水力计算20式中，共有六个变量（含Q）边坡系数m和糙率n一般根据土质、或衬砌材料用经验法

7、确定水力计算任务给定Q、b、h、i中三个，求解另一个21二、计算类型一类是对已建成的渠道。根据生产运行要求，进行某些必要的水力计算。如校核已成渠槽的输水能力，即已知渠道的断面形状尺寸、水深、底坡、粗糙系数，求渠道能通过的流量；或者对某段渠道测定流量，计算粗糙系数。一般都可直接计算。另一类是设计新渠槽。主要有下列情况：①已知流量、断面形状尺寸、水深以及粗糙系数，要求确定渠道的底坡。②已知流量、底坡、粗糙系数，要求确定渠道的断面尺寸。一般要进行试算求解。22试算求解方法：1、试算——图解法以求正常水深为例来介绍试算法。试算法的主要内容是：假设若干个水深值