6_明渠均匀流.ppt

求底坡 已知Q、n，m，n，h、b、求i 方法：直接计算 求底坡 例 一矩形断面渡槽，b = 2.0m，槽长l =120.m 进口处槽底高程 z1= 50.0m，槽身为预制混凝土 n = 0.013，设计流量 Q =10.0m3/s，槽中水深为 h =1.8m。试求： （1）求渡槽出口底部高程z ？ （2）当渡槽通过设计流量时，槽内均匀流水深 随底坡的变化规律。 解 求渡槽底坡i: 出口槽底高程 当渡槽通过设计流量时，槽内均匀流水深随底坡 的变化规律。 求 h ~ i 的关系曲线 （流量一定） 正常水深h与底坡i 的关系是：i 增大，h0减小 原 因 i 越大，底坡越陡，重力分力越大，流速愈大 极限值 i →0 , h → ∞,平坡不可能出现均匀流 设计断面尺寸 已知 Q、v、i、n，m，设计渠道断面尺寸 问题 分析 为已知 h，b为待求的未知数。 两个方程可解出两个未知数 h，b 例 一梯形渠道，流量 Q =19.6m3/s，流速v =1.45m/s， m =1.0，糙率n = 0.02， i = 0.0007，试求渠道断面b 及h。 m/s 因此，在i、n 已定条件下， 6.2.4.1 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 6.2.4.1 水力最佳断面 水力最佳断面：仅从水力条件出发，渠道最经济断面 当 Q = 一定，要求：A → Amin 当 A = 一定，要求：Q → Qmax 均匀流算公式 当i、n、A = 给定 ? →?min R →Rmax Q → Qmax 最佳断面形状：半圆形 原因：由几何学，面积相同图形中，周界最小的断面为圆形。因此，明渠最佳断面形状是半圆形。例如，预制钢筋混凝土、钢丝网水泥渡槽等，但土渠难挖成半圆形，且两岸边坡不稳定。 从地质和施工条件考虑，工程中接近圆形断面形状的为梯形断面 梯形水力最佳断面条件 i、n、A及m ＝ Const 消去 ，则 式中，βm 为梯形最佳断面的宽深比 βm 和m 的关系为 推论： 矩形断面的水力最佳断面 =2 综合考虑水力最佳断面不太合理 例如 一般土渠边坡m 1，β m 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 6.2.4.2 允许流速 保证渠道正常运行的允许流速上限和下限值 6.2.4.2 允许流速 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。 必要条件 恒定流 流量沿程不变（无分叉和汇流情况） 渠道为长、直的棱柱体顺坡渠 渠中无闸、坝、跌水等建筑物的局部干扰 底坡、糙率沿程不变 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。 近似符合这些条件的人工渠、河道中一些流段可认为是均匀流。 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 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 6.2.3 明渠均匀流的水力计算 8.2.3.1 基本公式 由谢才公式 基于明渠水流资料获得的经验公式 1769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。 对于明渠均匀流 ，A 为过水面积，则 式中， 为流量模数 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） 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