第5章明渠恒定均勻流

1、 5. 5.明渠恒定均勻流明渠恒定均勻流本章內(nèi)容介紹本章內(nèi)容介紹: :5.1 5.1 明渠的類型明渠的類型5.2 5.2 明渠均勻流的特征及其產(chǎn)生條件明渠均勻流的特征及其產(chǎn)生條件5.3 5.3 明渠均勻流計算公式明渠均勻流計算公式( (基本公式基本公式) )5.4 5.4 水力最佳斷面及允許流速明渠均勻流水力計算水力最佳斷面及允許流速明渠均勻流水力計算( (計算類型計算類型) )5.5 5.5 粗糙度不同的明渠及復(fù)式斷面明渠水力計算粗糙度不同的明渠及復(fù)式斷面明渠水力計算重點掌握重點掌握: :1 1、明渠均勻流特征及其產(chǎn)生條件、明渠均勻流特征及其產(chǎn)生條件2 2、水力最佳斷面、水力最佳斷面3 3、

2、明渠均勻流計算類型、明渠均勻流計算類型 5. 5.明渠恒定均勻流明渠恒定均勻流 明渠是一種具有自由表面的水流渠道明渠是一種具有自由表面的水流渠道, ,根據(jù)它形成方根據(jù)它形成方式不同可分為天然明渠和人工明渠。式不同可分為天然明渠和人工明渠。輸水渠道，無壓隧洞，渡槽，涵洞為人工明渠；天然河輸水渠道，無壓隧洞，渡槽，涵洞為人工明渠；天然河道屬于天然明渠。道屬于天然明渠。明渠水流由于有自由表面，表面上各點受到大氣壓強的明渠水流由于有自由表面，表面上各點受到大氣壓強的作用，相對壓強為零，明渠水流為無壓流。作用，相對壓強為零，明渠水流為無壓流。 5. 5.明渠恒定均勻流明渠恒定均勻流 明渠水流的分類：根據(jù)

3、運動要素的變化情況和流線情況，明渠水流的分類：根據(jù)運動要素的變化情況和流線情況，明渠水流可分為恒定流和非恒定流；均勻流和非均勻流。明渠水流可分為恒定流和非恒定流；均勻流和非均勻流。明渠中水流運動要素不隨時間而變化時，稱為明渠恒定流，明渠中水流運動要素不隨時間而變化時，稱為明渠恒定流，否則稱為非恒定流。否則稱為非恒定流。明渠恒定流中，如果流線是一簇平行直線，則水深、斷面明渠恒定流中，如果流線是一簇平行直線，則水深、斷面平均流速及流速分布均沿程不變，稱為明渠恒定均勻流，平均流速及流速分布均沿程不變，稱為明渠恒定均勻流，如果流線不是平行直線，則稱為明渠恒定非均勻流。如果流線不是平行直線，則稱為明渠恒

4、定非均勻流。 5. 5.明渠恒定均勻流明渠恒定均勻流明渠恒定均勻流明渠恒定均勻流 明渠恒定均勻流的受力情況明渠恒定均勻流的受力情況在產(chǎn)生均勻流的明渠中取一單位長度的流段ABCD分析 ABCDG1、流段水體重為G2、周界的摩阻力為Ff3、流段兩端的動水壓力為FP1,FP2,作用于流段上的外力在流動方向上的分力的合力等于零FfFP1FP2Gsin12sin0PPfFGFF 5. 5.明渠恒定均勻流明渠恒定均勻流明渠恒定均勻流明渠恒定均勻流ABCDGFfFP1FP2GsinsinfFG上式表明：明渠均勻流中摩阻力Ff與水流重力在流動方向上的分力平衡。當(dāng)：明渠產(chǎn)生非均勻流。sinfFG 5. 5.明渠

5、恒定均勻流明渠恒定均勻流明渠的類型及其對水流運動的影響明渠的類型及其對水流運動的影響 前面分析了明渠產(chǎn)生均勻流所要求的力的條件是摩阻力前面分析了明渠產(chǎn)生均勻流所要求的力的條件是摩阻力與重力在水流方向上的分力相等，下面分析明渠斷面幾何與重力在水流方向上的分力相等，下面分析明渠斷面幾何條件對水流流動狀態(tài)的影響。條件對水流流動狀態(tài)的影響。 橫斷面橫斷面: :由過渠道中心線垂直的鉛垂面與渠底及渠壁的交由過渠道中心線垂直的鉛垂面與渠底及渠壁的交線構(gòu)成。線構(gòu)成。過水?dāng)嗝孢^水?dāng)嗝? : 指與流向相垂直的斷面，指與流向相垂直的斷面，除了包括渠道輪廓外還包括水面輪廓。除了包括渠道輪廓外還包括水面輪廓。一般來講，

6、過水?dāng)嗝媾c渠底平面相垂直，一般來講，過水?dāng)嗝媾c渠底平面相垂直，與鉛垂面之間形成夾角與鉛垂面之間形成夾角。 5. 5.明渠恒定均勻流明渠恒定均勻流明渠的類型及其對水流運動的影響明渠的類型及其對水流運動的影響 人工明渠的橫斷面，通常作成對稱的幾何形狀。例如常人工明渠的橫斷面，通常作成對稱的幾何形狀。例如常見的梯形、矩形或圓形等。至于河道的橫斷面，則常呈不見的梯形、矩形或圓形等。至于河道的橫斷面，則常呈不規(guī)則的形狀。規(guī)則的形狀。 而根據(jù)渠道的斷面形狀、尺寸，就可以計算渠道過水而根據(jù)渠道的斷面形狀、尺寸，就可以計算渠道過水?dāng)嗝娴乃σ?。斷面的水力要素。邊坡系?shù)：梯形斷面兩側(cè)邊坡系數(shù)：梯形斷面兩側(cè)傾斜

7、程度用邊坡系數(shù)來表示：傾斜程度用邊坡系數(shù)來表示：cotm 5. 5.明渠恒定均勻流明渠恒定均勻流明渠的類型及其對水流運動的影響明渠的類型及其對水流運動的影響工程中應(yīng)用最廣的是梯形渠道，其過水?dāng)嗝娴闹T水力要素工程中應(yīng)用最廣的是梯形渠道，其過水?dāng)嗝娴闹T水力要素關(guān)系如下：關(guān)系如下： 水面寬度：水面寬度： B=b+2mh 過水?dāng)嗝婷娣e：過水?dāng)嗝婷娣e：A=(b+mh)h 濕周：濕周： 水力半徑：水力半徑： 212mhb2()21Abmh hRbhm(2 ) ,bBm hh2()Am h2(2 1)mh2()2 1m hRm 5. 5.明渠恒定均勻流明渠恒定均勻流明渠的類型及其對水流運動的影響明渠的類型及

8、其對水流運動的影響 棱柱體渠道和非棱柱體渠道棱柱體渠道和非棱柱體渠道 按渠道橫斷面形狀和尺寸沿流程是否變化來劃分。凡是按渠道橫斷面形狀和尺寸沿流程是否變化來劃分。凡是斷面形狀及尺寸及底坡沿程不變的長直渠道稱為棱柱體渠斷面形狀及尺寸及底坡沿程不變的長直渠道稱為棱柱體渠道，反之稱為非棱柱體渠道。道，反之稱為非棱柱體渠道。非棱柱體渠道由于斷面形狀非棱柱體渠道由于斷面形狀底坡發(fā)生變化，流線不是平行底坡發(fā)生變化，流線不是平行直線，所以不可能產(chǎn)生均勻流。直線，所以不可能產(chǎn)生均勻流。1-11-1斷面斷面2-22-2斷面斷面3-33-3斷面斷面 5. 5.明渠恒定均勻流明渠恒定均勻流明渠的類型及其對水流運動的

9、影響明渠的類型及其對水流運動的影響 底坡：明渠渠底縱向傾斜的程度稱為底坡：明渠渠底縱向傾斜的程度稱為底坡。以符號底坡。以符號i 表示，表示，i 等于渠底線與水等于渠底線與水平線夾角平線夾角 正弦即正弦即iSin。 順坡：順坡： i0i0，明槽槽底沿程降低者稱為正坡或順坡。，明槽槽底沿程降低者稱為正坡或順坡。 平坡：平坡： i=0i=0，明槽槽底高程沿程不變者稱為平坡。，明槽槽底高程沿程不變者稱為平坡。 逆坡：逆坡： i0i0，明槽槽底沿程增高者稱為反坡或逆坡。，明槽槽底沿程增高者稱為反坡或逆坡。12sinodzzziLds 5. 5.明渠恒定均勻流明渠恒定均勻流明渠的類型及其對水流運動的影響明

10、渠的類型及其對水流運動的影響 平坡和逆坡時都不能產(chǎn)生均勻流，只平坡和逆坡時都不能產(chǎn)生均勻流，只有順坡時才有可能。因為有順坡時才有可能。因為sin0G 平坡時：平坡時： 逆坡時：逆坡時： 的方向與摩阻的方向與摩阻力方向相同，不可能有等式：力方向相同，不可能有等式： sinGsinfGF 5. 5.明渠恒定均勻流明渠恒定均勻流習(xí)題：習(xí)題：5.1, 5.3, 5.5, 5.10, 5.14, 5.16 5. 5.明渠恒定均勻流明渠恒定均勻流明渠均勻流的特性及其產(chǎn)生條件明渠均勻流的特性及其產(chǎn)生條件1 1、 均勻流過水?dāng)嗝娴男螤?、尺寸及水深沿程不變均勻流過水?dāng)嗝娴男螤?、尺寸及水深沿程不? 2、過水?dāng)嗝?/p>

11、上的流速分布和斷面平均流速沿流程不變過水?dāng)嗝嫔系牧魉俜植己蛿嗝嫫骄魉傺亓鞒滩蛔? ;因因而而, ,水流的動能修正系數(shù)及流速水頭也沿程不變。水流的動能修正系數(shù)及流速水頭也沿程不變。3 3、即水流的總水頭線、水面線和渠底線三條線平行。即水流的總水頭線、水面線和渠底線三條線平行。 J = = Jz= = i。viJzJLhhhh22vg22vgL 5. 5.明渠恒定均勻流明渠恒定均勻流明渠均勻流的特性及其產(chǎn)生條件明渠均勻流的特性及其產(chǎn)生條件1 1、水流應(yīng)為恒定流水流應(yīng)為恒定流 2 2、長直的棱柱體順坡明渠，粗糙系數(shù)沿程不變長直的棱柱體順坡明渠，粗糙系數(shù)沿程不變 3 3、流量沿程不變，無支流的匯入和

12、流出流量沿程不變，無支流的匯入和流出 4 4、渠道中無局部干擾渠道中無局部干擾 5. 5.明渠恒定均勻流明渠恒定均勻流明渠均勻流的計算公式明渠均勻流的計算公式 明渠均勻流計算的基本公式是明渠均勻流計算的基本公式是連續(xù)性方程連續(xù)性方程和和謝齊公式謝齊公式，即即謝齊系數(shù)謝齊系數(shù)C 用用曼寧公式曼寧公式計算計算vC RJC RiQAC RiK iQAv也可表示為也可表示為式中式中K是是流量模數(shù)流量模數(shù)，它表示當(dāng)?shù)灼?，它表示?dāng)?shù)灼耰 1時渠道中通過均勻時渠道中通過均勻流的流量。流的流量。KAC R611RnC 式中的式中的n 簡稱糙率簡稱糙率，它綜合反映了明渠邊壁狀況對水流，它綜合反映了明渠邊壁狀況對

13、水流阻力的主要影響，取值查表阻力的主要影響，取值查表5.35.3得到。得到。 5. 5.明渠恒定均勻流明渠恒定均勻流 在設(shè)計渠道時，從經(jīng)濟(jì)性考慮，一般希望選擇一種斷面在設(shè)計渠道時，從經(jīng)濟(jì)性考慮，一般希望選擇一種斷面形式，使過水能力不變的情況下，斷面積最小，或者斷面形式，使過水能力不變的情況下，斷面積最小，或者斷面積一定的情況下，某種斷面形狀通過的流量最大。符合上積一定的情況下，某種斷面形狀通過的流量最大。符合上述兩種條件的斷面形式，其土方開挖量小，襯砌量最小，述兩種條件的斷面形式，其土方開挖量小，襯砌量最小，節(jié)約投資，稱這種斷面形式為水力最佳斷面。面積小流量節(jié)約投資，稱這種斷面形式為水力最佳斷

14、面。面積小流量大是水力最佳斷面條件。大是水力最佳斷面條件。水力最佳斷面及允許流速水力最佳斷面及允許流速 5. 5.明渠恒定均勻流明渠恒定均勻流 所謂水力最佳斷面是指當(dāng)渠道的過流斷面面積一定所謂水力最佳斷面是指當(dāng)渠道的過流斷面面積一定A,A,粗粗糙系數(shù)糙系數(shù)n n和渠道底坡和渠道底坡i i一定時一定時, ,過流能力最大的斷面形狀。過流能力最大的斷面形狀。水力最佳斷面及允許流速水力最佳斷面及允許流速231QACRiARin 從均勻流的公式可看出從均勻流的公式可看出, ,當(dāng)當(dāng)A,n,iA,n,i一定時，要使流量最大，一定時，要使流量最大，則水力半徑最大，也就是濕周最小。則水力半徑最大，也就是濕周最小

15、。 5. 5.明渠恒定均勻流明渠恒定均勻流 在均勻流公式中在均勻流公式中水力最佳斷面及允許流速水力最佳斷面及允許流速明渠的輸水能力決定于底坡明渠的輸水能力決定于底坡i i，糙率，糙率n n，還有斷面形狀，還有斷面形狀R R，和斷面尺寸和斷面尺寸A A。設(shè)計渠道時，度坡由地形決定，糙率由。設(shè)計渠道時，度坡由地形決定，糙率由建筑材料決定，當(dāng)前面兩項決定以后，流量僅與斷面有建筑材料決定，當(dāng)前面兩項決定以后，流量僅與斷面有關(guān)。下面推導(dǎo)水力最佳斷面形式。關(guān)。下面推導(dǎo)水力最佳斷面形式。3235213261)1(AniiRnARiRnARiACQ 5. 5.明渠恒定均勻流明渠恒定均勻流 在均勻流公式中在均勻

16、流公式中水力最佳斷面及允許流速水力最佳斷面及允許流速3235213261)1(AniiRnARiRnARiACQ當(dāng)：當(dāng)：n,in,i一定，一定，Q Q一定時，一定時， 越小，越小，A A越小越小當(dāng)：當(dāng)：n,in,i一定，一定，A A一定時，一定時， 越小，越小，Q Q越大越大 5. 5.明渠恒定均勻流明渠恒定均勻流水力最佳斷面及允許流速水力最佳斷面及允許流速由上面分析可知符合最佳斷面的應(yīng)是相同面積中，周長由上面分析可知符合最佳斷面的應(yīng)是相同面積中，周長最小的斷面形狀。由幾何學(xué)可知，圓是符合條件的水力最最小的斷面形狀。由幾何學(xué)可知，圓是符合條件的水力最佳斷面，其水力半徑為佳斷面，其水力半徑為 ,

17、 ,明渠中半圓形水力半徑同圓的水明渠中半圓形水力半徑同圓的水力半徑力半徑 , ,由于施工難度較大由于施工難度較大, ,實際工程中只有渡槽整體澆實際工程中只有渡槽整體澆筑時才用。筑時才用。4d4d 5. 5.明渠恒定均勻流明渠恒定均勻流水力最佳斷面及允許流速水力最佳斷面及允許流速工程中常采用梯形斷面做明渠，其邊坡由土質(zhì)決定?？晒こ讨谐２捎锰菪螖嗝孀雒髑?，其邊坡由土質(zhì)決定?？刹橄嚓P(guān)的表。水力最佳斷面的條件就是查相關(guān)的表。水力最佳斷面的條件就是m m已知，面積不變，已知，面積不變，濕周最小。用公式表示：濕周最小。用公式表示：2200,0dAdhdddhdh面積不變濕周最小 5. 5.明渠恒定均勻流明

18、渠恒定均勻流水力最佳斷面及允許流速水力最佳斷面及允許流速2200,0dAdhdddhdh2()21Abmh hbhm2()02 10dAdbbmhm hdhdhddbmdhdh 5. 5.明渠恒定均勻流明渠恒定均勻流水力最佳斷面及允許流速水力最佳斷面及允許流速22210bmhhm2212bhmmh22( 1)( )bmmf mh 5. 5.明渠恒定均勻流明渠恒定均勻流水力最佳斷面及允許流速水力最佳斷面及允許流速22()()212 1Abmh hm hRbhmm22( 1)bmmh2222()2( 1)2 12( 1)2 12m hmmmRhmmmmh梯形水力最佳斷面時水力半徑等于水深的一半。

19、5. 5.明渠恒定均勻流明渠恒定均勻流水力最佳斷面及允許流速水力最佳斷面及允許流速計算矩形水力最佳斷面條件計算矩形水力最佳斷面條件2200,0dAdhdddhdh2Abhbh020dAdbbhdhdhddbdhdh 5. 5.明渠恒定均勻流明渠恒定均勻流水力最佳斷面及允許流速水力最佳斷面及允許流速計算矩形水力最佳斷面條件計算矩形水力最佳斷面條件020dAdbbhdhdhddbdhdh2bh2212mmmhhbhRhbhb 矩形水力最佳斷面矩形水力最佳斷面底寬是水深的底寬是水深的2 2倍倍 5. 5.明渠恒定均勻流明渠恒定均勻流水力最佳斷面及允許流速水力最佳斷面及允許流速對于流量大的渠道，應(yīng)用水

20、力最佳斷面計算的寬深比對于流量大的渠道，應(yīng)用水力最佳斷面計算的寬深比較小，變成了窄深式渠道，雖然土方量小，但是深挖高較小，變成了窄深式渠道，雖然土方量小，但是深挖高填，施工效率低，反而不經(jīng)濟(jì)。因此水力最佳斷面應(yīng)用填，施工效率低，反而不經(jīng)濟(jì)。因此水力最佳斷面應(yīng)用受到一定的局限性，這時引入實用經(jīng)濟(jì)斷面。一般來講，受到一定的局限性，這時引入實用經(jīng)濟(jì)斷面。一般來講，中小型渠道、山區(qū)石渠、渡槽、涵洞可考慮按水力最佳中小型渠道、山區(qū)石渠、渡槽、涵洞可考慮按水力最佳斷面設(shè)計，對于大型渠道常做成寬淺斷面形式。斷面設(shè)計，對于大型渠道常做成寬淺斷面形式。22( 1)( )bmmf mh 5. 5.明渠恒定均勻流明

21、渠恒定均勻流水力最佳斷面及允許流速水力最佳斷面及允許流速對于流量值已知的渠道設(shè)計，由于渠道過水?dāng)嗝娌煌?，對于流量值已知的渠道設(shè)計，由于渠道過水?dāng)嗝娌煌?，會有不同的流速。工程中設(shè)計渠道時，斷面平均流速的會有不同的流速。工程中設(shè)計渠道時，斷面平均流速的選擇應(yīng)結(jié)合渠道所擔(dān)負(fù)的生產(chǎn)任務(wù)、渠道建筑類型、水選擇應(yīng)結(jié)合渠道所擔(dān)負(fù)的生產(chǎn)任務(wù)、渠道建筑類型、水流中含沙的多少及其他運行管理要求而定：流中含沙的多少及其他運行管理要求而定：1 1、渠道中的流速、渠道中的流速v v小于不沖允許流速小于不沖允許流速 以保證渠道免以保證渠道免遭沖刷。遭沖刷。2 2、渠道中的流速、渠道中的流速v v應(yīng)大于不淤流速應(yīng)大于不淤流

22、速 ，以保證水流中，以保證水流中懸浮的泥沙不淤積在渠槽中。懸浮的泥沙不淤積在渠槽中。 vvv 5. 5.明渠恒定均勻流明渠恒定均勻流水力最佳斷面及允許流速水力最佳斷面及允許流速對于流量值已知的渠道設(shè)計，由于渠道過水?dāng)嗝娌煌?，對于流量值已知的渠道設(shè)計，由于渠道過水?dāng)嗝娌煌?，會有不同的流速。工程中設(shè)計渠道時，斷面平均流速的會有不同的流速。工程中設(shè)計渠道時，斷面平均流速的選擇應(yīng)結(jié)合渠道所擔(dān)負(fù)的生產(chǎn)任務(wù)、渠道建筑類型、水選擇應(yīng)結(jié)合渠道所擔(dān)負(fù)的生產(chǎn)任務(wù)、渠道建筑類型、水流中含沙的多少及其他運行管理要求而定：流中含沙的多少及其他運行管理要求而定：1 1、渠道中的流速、渠道中的流速v v小于不沖允許流速小于

23、不沖允許流速 以保證渠道免以保證渠道免遭沖刷。遭沖刷。2 2、渠道中的流速、渠道中的流速v v應(yīng)大于不淤流速應(yīng)大于不淤流速 ，以保證水流中，以保證水流中懸浮的泥沙不淤積在渠槽中。懸浮的泥沙不淤積在渠槽中。 vvv 5. 5.明渠恒定均勻流明渠恒定均勻流水力最佳斷面及允許流速水力最佳斷面及允許流速222( 1)2( 1 1.251.25)0.702mmmbmmh0.4/vm s 5. 5.明渠恒定均勻流明渠恒定均勻流水力最佳斷面及允許流速水力最佳斷面及允許流速2 13 21QAC RiAR in2()Am h2()2 1m hRm581332223()(2 1)imhQnm328235132(2

24、 1)1.49()mmmmQnhmmi 5. 5.明渠恒定均勻流明渠恒定均勻流水力最佳斷面及允許流速水力最佳斷面及允許流速1.49 ,0.702mmhm1.490.7021.05mbmm0.46/()mmQvm sbmhh 5. 5.明渠恒定均勻流明渠恒定均勻流水力最佳斷面及允許流速水力最佳斷面及允許流速(0.7 1.0)/Rvm s1.490.74522mhmRm1144(0.7 1.0)/(0.745 )(0.65 1.00)/Rvv Rm smm s0.4/0.46/0.65/vm svm svm s 5. 5.明渠恒定均勻流明渠恒定均勻流 如果您有任何問題，如果您有任何問題，請毫不猶豫

25、地提出請毫不猶豫地提出 ! !In case of you have any In case of you have any question, DO NOT question, DO NOT hesitate to ask me !hesitate to ask me ! 5. 5.明渠恒定均勻流明渠恒定均勻流 水利工程中，梯形斷面的渠道應(yīng)用最廣，現(xiàn)以梯形渠道為例，來說水利工程中，梯形斷面的渠道應(yīng)用最廣，現(xiàn)以梯形渠道為例，來說明經(jīng)常遇到的幾種問題的計算方法。明經(jīng)常遇到的幾種問題的計算方法。明渠均勻流的水力計算明渠均勻流的水力計算161,QAC Ri QK i CRn明渠均勻流的基本公式：明渠

26、均勻流的基本公式：對于梯形斷面：對于梯形斷面：()Abmh h221bhm2()21bmh hRbhm1523232()21bmh hiQnbhm 5. 5.明渠恒定均勻流明渠恒定均勻流 由上面的推導(dǎo)可以看出：由上面的推導(dǎo)可以看出：明渠均勻流的水力計算明渠均勻流的水力計算( , , , , )QAC Rif m b h i n上式包括六個量即上式包括六個量即Q Q，m m，b b，h h，i i，n n。在計算時，邊坡系。在計算時，邊坡系數(shù)數(shù)m m及糙率及糙率n n是根據(jù)明渠的土壤和護(hù)面材料的種類以及施工是根據(jù)明渠的土壤和護(hù)面材料的種類以及施工條件，由實測或根據(jù)經(jīng)驗預(yù)先確定的。因此梯形明渠均勻

27、條件，由實測或根據(jù)經(jīng)驗預(yù)先確定的。因此梯形明渠均勻流的水力計算，實質(zhì)上是根據(jù)明渠所擔(dān)負(fù)的任務(wù)和所經(jīng)地流的水力計算，實質(zhì)上是根據(jù)明渠所擔(dān)負(fù)的任務(wù)和所經(jīng)地段的地形及地質(zhì)情況等，先確定己段的地形及地質(zhì)情況等，先確定己Q Q，b b，h h，i i四個量中的四個量中的三個，然后應(yīng)用公式求另一個量。三個，然后應(yīng)用公式求另一個量。 1523232()21bmh hiQnbhm 5. 5.明渠恒定均勻流明渠恒定均勻流1.1.驗算渠道的輸水能力驗算渠道的輸水能力 對已成渠道進(jìn)行校核性的水力計算，特別是驗算渠道的輸對已成渠道進(jìn)行校核性的水力計算，特別是驗算渠道的輸水能力。水能力。 即已知：即已知：m,n,i,b

28、,hm,n,i,b,h 確定確定Q ; Q ; 計算方法直接用公式計算方法直接用公式: :明渠均勻流的水力計算明渠均勻流的水力計算QAC RiK i 5. 5.明渠恒定均勻流明渠恒定均勻流1.1.驗算渠道的輸水能力驗算渠道的輸水能力 例題：已知：斷面為梯形。例題：已知：斷面為梯形。m=1.5,b=34m,i=1/6500,H=3.2mm=1.5,b=34m,i=1/6500,H=3.2m(1)(1)電站引用流量為電站引用流量為Q=67mQ=67m3 3/s/s，計算渠道在超高，計算渠道在超高0.5m0.5m的條件的條件下，還能供給工業(yè)用水多少？下，還能供給工業(yè)用水多少？(2)(2)當(dāng)最小水深為

29、當(dāng)最小水深為1.5m1.5m時，是否發(fā)生沖刷。時，是否發(fā)生沖刷。明渠均勻流的水力計算明渠均勻流的水力計算m=1.5m=1.5b b3.2m 5. 5.明渠恒定均勻流明渠恒定均勻流1.1.驗算渠道的輸水能力驗算渠道的輸水能力 解：當(dāng)水深為解：當(dāng)水深為h=3.2m-0.5m=2.7mh=3.2m-0.5m=2.7m時求渠道輸水能力。時求渠道輸水能力。明渠均勻流的水力計算明渠均勻流的水力計算m=1.5m=1.5b b3.2m2 13 21QAC RiAR in()Abmh h2(21)bhm2()(21)bmh hRbhm 5. 5.明渠恒定均勻流明渠恒定均勻流明渠均勻流的水力計算明渠均勻流的水力計

30、算2 2、 已知渠道的設(shè)計流量已知渠道的設(shè)計流量Q Q、底坡、底坡i i、底寬、底寬b b、邊坡系數(shù)、邊坡系數(shù)m m和和粗糙系數(shù)粗糙系數(shù)n n，求水深，求水深h h。計算方法：計算方法：試算法試算法_ _圖解法；圖解法；迭代法。迭代法。1523232()21bmh hiQnbhm上面的方程式，是一元多次方，不能用數(shù)學(xué)方法直接求解，上面的方程式，是一元多次方，不能用數(shù)學(xué)方法直接求解，所以用試算法所以用試算法- -圖解法圖解法, ,或迭代法?；虻ā?523/5121()(1,2,3,)iiibhmQnhinbmhi 5. 5.明渠恒定均勻流明渠恒定均勻流明渠均勻流的水力計算明渠均勻流的水力計算

31、試算法試算法_ _圖解法步驟：圖解法步驟：1 1、根據(jù)上面的公式，假設(shè)一系列的、根據(jù)上面的公式，假設(shè)一系列的h h值，求出對應(yīng)的流量值，求出對應(yīng)的流量Q Q值。值。2 2、據(jù)不同的、據(jù)不同的h h值對應(yīng)有流量值值對應(yīng)有流量值Q Q繪出繪出h hQ Q曲線圖。曲線圖。3 3、然后根據(jù)已知流量，在曲線上可查出要求的、然后根據(jù)已知流量，在曲線上可查出要求的h h值。值。查圖法步驟：查圖法步驟：1 1、計算、計算 值。值。2 2、計算值。、計算值。3 3、然后據(jù)、然后據(jù)m m的值，在附圖的值，在附圖曲線上可查出要求的值。曲線上可查出要求的值。、再求、再求h h值。值。QKi83bnKhb 5. 5.明

32、渠恒定均勻流明渠恒定均勻流明渠均勻流的水力計算明渠均勻流的水力計算迭代法：迭代法：1523232()21bmh hiQnbhm3512252()()21bmhhQnibhm2523511221()()iiibhmQnhbmhi35112()Qnhbi 5. 5.明渠恒定均勻流明渠恒定均勻流明渠均勻流的水力計算明渠均勻流的水力計算查圖法原理：查圖法原理：1523232()21bmh hiQnbhmQK i555833533553331222223332223()()()212 12 1bbmhmhbmhQhhnKnhhbbibhmmhmhh 5. 5.明渠恒定均勻流明渠恒定均勻流明渠均勻流的水力

33、計算明渠均勻流的水力計算查圖法原理：查圖法原理：5833232()2 1bmhhKnbmh232835312 11()mhhbnKmhb由上式可知由上式可知 僅為僅為 的函數(shù)?？梢岳L出的函數(shù)?？梢岳L出m m為參數(shù)的為參數(shù)的 83hnKhbm83hnKhb 5. 5.明渠恒定均勻流明渠恒定均勻流明渠均勻流的水力計算明渠均勻流的水力計算232835312 11()mhhbnKmhb由上式可知由上式可知 僅為僅為 的函數(shù)?？梢岳L出的函數(shù)?？梢岳L出m m為參數(shù)的為參數(shù)的 83bnKhbm83bnKhb兩邊同除兩邊同除83( )hb23283538312 11()( )mhbbnKhmhbb 5. 5.

34、明渠恒定均勻流明渠恒定均勻流明渠均勻流的水力計算明渠均勻流的水力計算例題：已知例題：已知m=1,i=1/800,b=6m,Q=70mm=1,i=1/800,b=6m,Q=70m3 3/s/s 求渠堤高度（要求超高求渠堤高度（要求超高0.5m0.5m）。）。水深加上超高就是渠堤高度。所以關(guān)鍵就是計算水深。水深加上超高就是渠堤高度。所以關(guān)鍵就是計算水深。1523232()21bmh hiQnbhm（1 1）試算圖解法。）試算圖解法。 5. 5.明渠恒定均勻流明渠恒定均勻流明渠均勻流的水力計算明渠均勻流的水力計算例題：已知例題：已知m=1,i=1/800,b=6m,Q=70mm=1,i=1/800,

35、b=6m,Q=70m3 3/s/s 求渠堤高度（要求超高求渠堤高度（要求超高0.5m0.5m）。）。水深加上超高就是渠堤高度。所以關(guān)鍵就是計算水深。水深加上超高就是渠堤高度。所以關(guān)鍵就是計算水深。3370/1980/1800QmsKmsi（2 2）查圖法。）查圖法。88333(6 )2.400.025 (1980/ )bmnKmsm=1m=1查圖查圖,h/b,h/b=0.55=0.55。0.55 63.3hmm渠堤高度為渠堤高度為3.8m3.8m。 5. 5.明渠恒定均勻流明渠恒定均勻流明渠均勻流的水力計算明渠均勻流的水力計算3.3. 已知渠道的設(shè)計流量已知渠道的設(shè)計流量Q Q、底坡、底坡i

36、i、水深、水深h h、邊坡系數(shù)、邊坡系數(shù)m m及及粗糙系數(shù)粗糙系數(shù)n n，求渠道底寬，求渠道底寬b b。 計算方法：計算方法：試算法試算法- -圖解法圖解法例題例題: :已知已知:h=3.5m,Q=31m3/s,i=1/1000,:h=3.5m,Q=31m3/s,i=1/1000,求求b=?b=?n=0.013n=0.0135/31/22/31()(2 )bhQAC iRin bh 5. 5.明渠恒定均勻流明渠恒定均勻流明渠均勻流的水力計算明渠均勻流的水力計算試算法試算法_ _圖解法步驟：圖解法步驟：1 1、根據(jù)上面的公式，假設(shè)一系列的、根據(jù)上面的公式，假設(shè)一系列的b b值，求出對應(yīng)的流量值，

37、求出對應(yīng)的流量Q Q值。值。2 2、據(jù)不同的、據(jù)不同的h h值對應(yīng)有流量值值對應(yīng)有流量值Q Q繪出繪出b bQ Q曲線圖。曲線圖。3 3、然后根據(jù)已知流量，在曲線上可查出要求的、然后根據(jù)已知流量，在曲線上可查出要求的b b值。值。查圖法步驟：查圖法步驟：1 1、計算、計算 值。值。2 2、計算值。、計算值。3 3、然后據(jù)、然后據(jù)m m的值，在附圖的值，在附圖曲線上可查出要求的值。曲線上可查出要求的值。、再求、再求b b值。值。QKi83hnKhb 5. 5.明渠恒定均勻流明渠恒定均勻流4 4、確定渠道的底坡確定渠道的底坡 已知渠道的土壤或護(hù)面材料、設(shè)計流量以及斷面的幾何已知渠道的土壤或護(hù)面材料

38、、設(shè)計流量以及斷面的幾何尺寸，即已知尺寸，即已知 n n，Q Q 和和b b，m m，h h 各量，確定渠道的底坡各量，確定渠道的底坡i : : 明渠均勻流的水力計算明渠均勻流的水力計算22222QQiKA C R 5. 5.明渠恒定均勻流明渠恒定均勻流明渠均勻流的水力計算明渠均勻流的水力計算5 5、確定渠道的斷面尺寸確定渠道的斷面尺寸已知流量已知流量Q Q、流速、流速v v、渠道底坡、渠道底坡i i、邊坡系數(shù)、邊坡系數(shù)m m 及粗糙系數(shù)及粗糙系數(shù)n n，要求設(shè)計渠道的斷面尺寸，即確定渠道的底寬要求設(shè)計渠道的斷面尺寸，即確定渠道的底寬b b 和水深和水深h h。212mhb()Abmh h22

39、1bhm2(21)Ahmmh h22(2 1)0mm hhA2224 (2 1)2(2 1)A mmhmm 5. 5.明渠恒定均勻流明渠恒定均勻流明渠均勻流的水力計算明渠均勻流的水力計算例題：已知流量例題：已知流量Q Q、流速、流速v v、渠道底坡、渠道底坡i i、邊坡系數(shù)、邊坡系數(shù)m m 及及粗糙系數(shù)粗糙系數(shù)n n，要求設(shè)計渠道的斷面尺寸，即確定渠道的，要求設(shè)計渠道的斷面尺寸，即確定渠道的底寬底寬b b 和水深和水深h h。11.7AmR213.5QAmv27.43210mbhm2221.514 (2 1)4.892(2 1)mA mmhmmm2/3 1/21vC RiRin3/21/2()

40、1.15nvRmi 5. 5.明渠恒定均勻流明渠恒定均勻流 如果您有任何問題，如果您有任何問題，請毫不猶豫地提出請毫不猶豫地提出 ! !In case of you have any In case of you have any question, DO NOT question, DO NOT hesitate to ask me !hesitate to ask me ! 5. 5.明渠恒定均勻流明渠恒定均勻流明渠及復(fù)式斷面的水力計算明渠及復(fù)式斷面的水力計算n2,2n3,3n1,1 水利工程中，常需在山坡上修建引水渠道，水利工程中，常需在山坡上修建引水渠道，有的傍山渠道一側(cè)為漿砌塊石或混凝土邊墻，有的傍山渠道一側(cè)為漿砌塊石或混凝土邊墻，而另一側(cè)及渠底為巖石；有的渠