8水力学基础解析.ppt

前进 一、水文学的研究对象：降水与河川径流间的关系二、学习桥涵水文的目的： 掌握水文的有关知识，能够进行综合分析，根据有关的公路桥涵规范，较全面地为路基排水、桥涵设计和施工，提供必要的水文方面的数据和结论，同时，熟悉一般大中桥的桥位设计方法、步骤等。 项目6 水力水文计算任务1 水力学基本知识任务2 河川水文基础知识任务3 形态调查法计算流量任务4 水文统计法计算流量 任务1 水力学基本知识 学习目标： 水力学中的一些基本概念、基本方程 。 一、水力因素 二、水流分类 三、恒定流的三大方程 四、曼宁公式和谢才公式 五、明渠均匀流与非均匀流 一、水力因素： （1）过水断面 凡垂直于所有流线所取的横断面，称为过水断面，过水断面面积常用A表示，单位为 。 流线上任一点切线方向即该点流向。 流线不相交或转折，是互不相交的光滑曲线。 流线图上：断面越小，流线密； 离固体边界近，流线形状越接近边界的形状。 流线——某瞬时空间流场中，表示该瞬时各质点流动方向的曲线。 （2）流量Q——单位时间内流经过水断面的液体体积称为流量，常以Q表示，单位为 。 （3）断面平均流速v——过水断面上各点流速的加权平均值，称为断面平均流速，用v表示，单位为 。由定义可知： （4）湿周χ ——过水断面和固体边界接触的周界线长，称为湿周，以χ表示，单位为cm或m。边界的粗糙程度用粗糙系数n表示。 （5）水力半径 R——过水断面面积与湿周之比称为水力半径，以R表示，单位为m。其数学表达式为： （7）平均水深 ——过水断面面积A和水面宽B的比值，即 ，单位为m。当水面宽度B大于水深10倍以上时，则 （6）河床比降i —— 河底单位流程的落差称为河床比降，用i表示；水力计算中比降常用小数表示。 粗糙系数n（糙率） 综合地反映各种因素对水流阻力的影响 床面粗糙、床面形态、断面形状、底坡的变化、植物及障碍物的存在等。 1、《公路桥位勘测设计规范》的粗糙系数表; 2、最好选用当地水文站或水利部门实测的n值。 河流底坡 河底单位流程的落差称为河床比降。 顺坡 逆坡 Q h0 临界底坡、缓坡与陡坡 影响临界水深的因素：流量、断面形状及尺寸 影响正常水深的因素：流量、断面形状及尺寸、糙率、底坡 hk h0 Q hk 当正常水深恰好与临界水深相等时的底坡，称为临界底坡ik h0 Q hk 缓坡 临界坡 陡坡 均匀流为缓流 均匀流为临界流 均匀流为急流 流量及断面形状，尺寸一定的条件下，相应的断面能量最小时的水深就是临界水深 同学们：我们一起来计算一下图a和图b的水力要素吧。 1、恒定流与非恒定流 水力因素不随时间变化而变化的水流为恒定流， 相反为非恒定流 。 恒定流 二、水流分类 非恒定流 水力因素是否随时间变化 例如：平水期 河道某过水断面的水位、流量、流速 不随时间变化。 2、均匀流与非均匀流 水力因素不随空间位置的变化而变化为均匀流， 相反为非均匀流。 非均匀流段 均匀流段 均匀流 水力因素 是否随 空间位置 变化 非均匀流 渐变流 急变流 3、急流、缓流、临界流 根据水流流态的缓急或水流在过水断面的总比能中比动能与比势能的相对比例分为： 急流 缓流 临界流 式中： 为断面平均水深 干扰波能向上游传播 干扰波不能向上游传播 干扰波恰能向上游传播 缓流：水流流速小，水势平稳，遇到干扰，干扰的影响既能向下游传播，又能向上游传播 急流：水流流速大，水势湍急，遇到干扰，干扰的影响只能向下游传播，而不能向上游传播 三、恒定流的三大方程 1、恒定流的连续性方程 ： 其表示的意义是：在连续不可压缩液体恒定总流中，任意两个过水断面所通过的流量相等。 适用条件：恒定、不可压缩的总流且没有支汇流。 若有支流： Q1 Q2 Q3 Q1 Q2 Q3 三、恒定流的三大方程 2、恒定流的能量方程： 位置水头 压强水头 流速水头 测压管水头 头水总 单位位能 单位压能 单位动能 单位势能 ——单位重量液体从断面1-1流至断面2-2所损