【水利課件】第14章 明渠非流

1、前進 由于自然條件的變化（如洪水漲落），或者由于河渠由于自然條件的變化（如洪水漲落），或者由于河渠上的水工建筑物（如閘門）不時地調(diào)節(jié)流量，使河道或人上的水工建筑物（如閘門）不時地調(diào)節(jié)流量，使河道或人工渠道中水流流速、水深（或水位、流量）等隨時間而改工渠道中水流流速、水深（或水位、流量）等隨時間而改變，從而形成了明渠中的非恒定流。變，從而形成了明渠中的非恒定流。 研究明渠非恒定流的目的：主要是確定在非恒定流研究明渠非恒定流的目的：主要是確定在非恒定流過程中，明渠水流的流速、水深（或水位、流量）等隨過程中，明渠水流的流速、水深（或水位、流量）等隨時間和流程的變化規(guī)律。用于時間和流程的變化規(guī)律。用于

2、洪水預報洪水預報、潰壩防洪、水、潰壩防洪、水電站上下游動力渠道設計等。電站上下游動力渠道設計等。主要介紹內(nèi)容：主要介紹內(nèi)容：明渠非恒定流的特性明渠非恒定流的特性明渠非恒定流波的分類明渠非恒定流波的分類明渠非恒定連續(xù)性方程式明渠非恒定連續(xù)性方程式明渠非恒定漸變流的能量方程式明渠非恒定漸變流的能量方程式明渠非恒定流的特性明渠非恒定流的特性特性之一：明渠非恒定流必定是非均勻流。特性之一：明渠非恒定流必定是非均勻流。( , )vv t s( , )hh t s或( , )qq t s( , )zz t sqt上qt下t（時）q（m3/s）上、下游斷面的流量過程線上、下游斷面的流量過程線t1t2zt上z

3、t下t（時）z（m）上、下游斷面的水位過程線上、下游斷面的水位過程線t1t2特性之二：明渠非恒定流也是一種波動現(xiàn)象。特性之二：明渠非恒定流也是一種波動現(xiàn)象。vwvwvvw波鋒波鋒波體波體特性之三：波所及之區(qū)域內(nèi)，各過水斷面水位流特性之三：波所及之區(qū)域內(nèi)，各過水斷面水位流量關系成繩套形曲線關系量關系成繩套形曲線關系zq恒定流時水位流量關系zq非恒定流時水位流量關系漲水落水qmaxzmaxqminzmin恒定流時，水面坡度是恒定流時，水面坡度是恒定的，所以水位與流恒定的，所以水位與流量呈單值關系。量呈單值關系。非恒定流時，漲水時水面坡度非恒定流時，漲水時水面坡度比同一水位下恒定流的坡度大，比同一水

4、位下恒定流的坡度大，因而流量亦大；在落水時，水因而流量亦大；在落水時，水面坡度比同一水位下恒定流的面坡度比同一水位下恒定流的坡度小，因而流量亦小。坡度小，因而流量亦小。明渠非恒定流波的分類明渠非恒定流波的分類按水力要素隨時間變化的急劇程度分連續(xù)波不連續(xù)波按波到達以后水位的變化分漲水波落水波按波的傳播方向與水流方向是否一致順波逆波vwvw 圖 14.3（a） 圖 14.3（b） 明渠非恒定連續(xù)性方程式明渠非恒定連續(xù)性方程式ds上上下下t1aaqqqdssbbt2aadttaaadss()aaadsads dtsssqqdtt()qqqdsqds dtsts依水量平衡：222211()()22qq

5、aadsdtds dtdtdsdt dsss tts t 化簡整理得：0aqts明渠非恒定流的連續(xù)性方程式過水斷面面積隨時間的變率流量隨位置的變率0aqts若 ，則必然有0qs0at說明在微分流段內(nèi)如果流進的流量多，流出的流量少，區(qū)間內(nèi)水位將隨時間而上漲，發(fā)生漲水波。0qs0at若 ，則必然有說明在微分流段內(nèi)如果流進的流量少，流出的流量多，區(qū)間內(nèi)水位將隨時間而下降，發(fā)生落水波。0qs0at若 ，則必然有說明水流量沿程不變，水流為恒定流。因 q=av，a=a（s，t），v=v（s，t），所以()qavvaavssss明渠非恒定流連續(xù)性方程的另一種表達式為：0aqts0avaavtss對于矩形斷面

6、明渠，a=bh，所以有0hvhhvtss明渠非恒定漸變流的能量方程式（運動方程式）明渠非恒定漸變流的能量方程式（運動方程式）1fhzvvvsgtgss單位重量液體的勢能單位重量液體的勢能沿流程的變化率沿流程的變化率（作用于單位重量液體上）（作用于單位重量液體上） 慣性力沿流程所作的功慣性力沿流程所作的功（作用于單位重量液體上）作用于單位重量液體上） 慣性力沿流程所作的功慣性力沿流程所作的功單位重量液體沿單位流單位重量液體沿單位流程克服磨擦阻力所作的程克服磨擦阻力所作的功功221hvvvvisgtgscr2210zvvvqsgtgsk或1fhzvvvsgtgss或圣維南（saint-venant

7、）方程組（1871年 法國）明渠非恒定流的連續(xù)性方程式明渠非恒定漸變流的能量方程式解法1.特征線法2.直接差分法3.瞬時流態(tài)法4.微幅波理論法 明渠非恒定急變流 斷波 了解什么是斷波 斷波特征 波峰陡、階梯式前緣 哪些波是斷波： 潰壩后向下游傳播的涌波、潮汐河口的涌潮等。 明渠均勻流的水力特征明渠均勻流的水力特征 1）過水斷面的形狀和尺寸、斷面平均流速、流量和水深沿程不變。通常將明渠均勻流的水深稱為正常水深，以h0表示。 2）總水頭線、測壓管水頭線（水面坡度）和渠底線互相平行，即： 水流因高程降低而引起的勢能減少正好等于克服阻力所損耗的能量，而水流的動能維持不變。 由數(shù)字高程模型提取的沿渡河流

8、域水系圖由數(shù)字高程模型提取的沿渡河流域水系圖肚松衯宸&愮鐝d)? $?d悡!餯怉 扈鋹a 嘬貑 d?啃?d怉?4 癮?0?2l豀/d 既 脝?窗? 兡薊癟鑳 d?兗? t 穃$0嬅7d胒 d恆 溓?様?鸙捐 賰 u:hd j o?3葏蓇 3繼傘銨? 3覌耺缻d?b凓du鞁 ?v悏鰒鸖 卯嬺嬝擛吚憢 塒鼢 媀 ?塧x b ?6?鏃p?塓 =?輧棵廤uq嬹?$嬭媇- $?痁墢?頢 s ;聈 %讖蚩魅婥? f ? ;u ?i7,嬤;雞嶂嬇槣郬杽 gz_ 摞?跌u孄?餽p嬑 jk萘秣?k賢wb#u 媜 7w兀?)鱱h秒?y? 麐z 蟏?=?傉噲?w+鶋| 渹?饓s 詐?瘙= 氙 ;鹵?y%惢_

9、?&嬟嬸侢 ?s? v鄟?佹饟 j oh?v 孁?3黷#嬘胳幥 i鳻聾茓 p$ ?荱嬞稠- j 纉 焗豒m?u馫vi)h纞潈; 矸?撳塋!魄舩?屗塗$9鑺 鋰?艍)?婋q浣=鼖s顆f嬈 ?2w聟f(xié)+w?:脄汄y賰亥i?p礪?wa飛;z厬 圪?呂z?拶?騚咡譪 4#漲?鞗籽?菮=pm櫶k?卌蠑?q駜6項縠餗q鷹|u鬨潷歒?淬盭睟覙6u姮?m+/l!ol 諉:?5?磐嵸?錺潗 t?鈪醞3h袳 牒 唣?罐cb? 捓鐒k 挭鑈p衈 聮嗌 蜞敏?l 孰pb潉?潕肚松衯?雎?lián)]=?牓2d?h糖 =m 痞 ?(瘣滸?( h?棧哐鋃$*?z 3蓚w 傯= %u旄 冏?塧 ?腦?u zyy h?w鵓?鎂+

10、x脲燴哠k?q 梽桃 羀徬 ? w? 錭x?c?e ?gei鎃+, nit噈鲃 c ?u锳 9 硄 輕儍l8踇縎; w岐?u rh ?wx鵛 8 吷y 兞 戀w 六 堲?-猴w兂.+嬼? 墎 娮 ?嗠鸊gij倭r j ?侜!?u?唻蕛? 凓 | ? 縖鴰嬔r 責 | a伾 鼐*?% 磣嬓冴 苻 高 hv霼?m | 兪 t?4撠 ? 聝 ?飌z0?t蕞筍 訌?3 髀続c?p? t 壉鄪mr +?p ; 8齚 p 蕞驅(qū)_嬝3? ?%?佝較#?u嬻芺婩 *?莀x _ ? 萄阯k詴qm? x拱曃 ?鳡?+腰 +?艃? ?u? 葭?橗?岶 %媗祆 ?呿祴?峙 % ms?叫篂?x ?$ ?f笂 斚汶弸邏s?苾铏p蔭淥? 呉坡y詢生蓯籀 塡塠= ?鬋 昆?sz ?|_)5隠瑾.觠0峗e ?王?謷呻 u?蓌 x0 ?艣專 ?u?v=zt望 ?v ;3蒛h8#?d?z痣w兠 兯凔?黃t ? 彄貖 ?ty?嗥 肻bu su? x墊侓?嬎茆=d彎塎 偗an? 婻 鞽咢0v箅 _溹? ?j)橆1e ? c?r? 螢g ;烹2c ?c?炩 ?婾 u蔙t宆 q ?啪)u 鏗竗?