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1、(课件)-第1章流体及其主要物理性质第1章流体及其主要物理性质第2章流体静力学第3章流体动力学基础第4章流动阻力和水头损失第5章孔口、管嘴出流及有压管流第6章明渠均匀流第7章明渠水流的两种流态及其转换目录第六章明渠均匀流第一节概述第二节明渠均匀流特性及公式第三节水力最佳断面及允许流速第四节无压圆管均匀流一、明渠横断面1.天然河道的横断面呈不规则形状，分主槽和滩地枯水期：水流过主槽丰水期：水流过主槽和滩地滩地主槽断面确定：根据地质条件2.人工明渠的横断面据渠道的断面形状分:梯形、矩形、圆形、抛物线形等h
2、bdhθ岩石中开凿或条石砌筑或混凝土渠或木渠—矩形排水管道或无压隧道—圆形土质地基—梯形bBhm1α渠道底宽b渠中水深h水面宽度B过水断面面积A水力半径R断面宽深比边坡系数m：边坡上高差为1m的两点间的水平距离土壤种类边坡系数m粉砂3.0~5.3细沙2.5~3.5砂壤土2.0~2.5粘砂壤土1.5~2.0粘土，密实黄土1.25~1.5卵石和砌石1.25~1.5半岩性的抗水的土壤0.5~1.25风化的岩石0.25~0.5未风化的岩石0.00~0.25m的大小应根据土的种类或护面情况而定，可查表二、明渠
3、底坡底坡i—渠底高程沿水流方向单位距离的降落值称为底坡θ—渠底线与水平线之间的夹角如果用水平距离代替实际距离，用垂直水深代替实际水深明渠底坡有三种类型正（顺）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（逆）坡i<0渠底高程沿流程增加i>0i=0i<0三、明渠的分类按断面形状、尺寸是否沿程变化分棱柱体明渠、非棱柱体明渠第二节明渠均匀流特性及基本公式一、明渠均匀流的特性（1）过水断面形状、尺寸、水深沿程不变，流速分布、平均流速均沿程不变（2）总水头线、水面线、渠底线三线平行J=Jp=i（3）摩
4、擦阻力与重力分量相平衡Gsinθ=FTθihhJJpvv二、明渠均匀流的形成条件水流恒定，流量沿程不变正坡，底坡沿程不变棱柱体渠道，糙率沿程不变明渠足够长直，不受干扰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天然河道某些顺直、整齐河段在枯、平水期三、明渠均匀流基本公式基本公式1)2)量纲流量流量模数谢才公式谢才系数恒定均匀流谢才公式适用条件:阻力平方区i>0单位m.s?糙率n值的确定天然河道中影响糙率n值的因素①河床表面粗糙②断面的不规则、平弯情
5、况、滩地交叉、河道阻碍情况③河堤沙坡影响随水深变化注意: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。第三节水力最佳断面及允许流速一、明渠水力最优断面水力最佳断面：过流断面的面积、糙率、底坡一定,通过的流量最大的断面形状当Q=一定，要求：A→Amin当A=一定，要求：Q→Qmax面积、糙率、底坡一定,流量最大,要求R最大半圆形断面为水力最佳断面。梯形断面的最佳宽深比，Rm=hm/2矩形断面的最佳宽深比，bm=2hm“水力最佳”不是“技术经济最佳”综合考虑水力最佳断面不太合理例如一
6、般土渠边坡m>1，βm<1，是深窄形断面，需深挖高填，造成施工不便、维护管理困难；水深变化大，给通航和灌溉带来不便，经济上反而不利。因此，限制了水力最佳断面在实际中应用.保证渠道正常运行的允许流速上限和下限值不淤流速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。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，可查阅有关水利设计手册。二、允许流速梯形断面最佳宽深比根据已知的Q,i,n,m和b=0.61h,得:水力最佳断面【例】
7、一条路基排水沟，底坡i=0.005;n=0.025,m=1.5;要求通过流量,试按水力最佳断面的原理求出此排水沟的底宽和水深。【解】1.允许流速上述两组数据无实际意义。由：又：或【例】试按允许流速和水力最优条件，分别设计一土质为细砂土的梯形断面渠道的断面尺寸，并考虑渠道是否需要加固。已知设计流量：【解】2.按水力最优验算需要加固又水力最优时：第四节明渠均匀流的水力计算校核过流能力问题Q设计渠槽的底坡i设计渠槽断面尺寸bh校核渠道输水能力已知mbhni,求Q【例】设计渠槽的底坡i已知mbhnQ,求i设计
8、渠槽断面尺寸已知Qmni,求bh例如，边坡为混凝土护面，底部为浆砌卵石的渠道明渠断面周界上糙率不同的明渠均匀流n1,χ1n2,χ2n1,χ1n2,χ2天然河道主槽与河滩糙率不同主槽滩地引入综合糙率nr，其他计算同前当渠道流量变化大时，断面形状采用复式断面复式断面明渠均匀流的水力计算例如，水位刚刚漫上浅滩（第二个台阶）时，湿周突然增大，过水面积变化小，计算流量会突然减小，小于实际流量。糟率沿湿周可能不变，也可能变化，视具体情况而定，由于水深变化引起湿周变化
