第六章明渠恒定均匀流1.ppt

二、明渠的过水断面型式 常见的人工明渠横断面有梯形、矩形和圆形。 边坡系数m：反映渠道 两侧倾斜程度 水力半径： ， A：断面面积 ：湿周 断面形状、尺寸及底坡沿程不变，同时又无弯曲渠道，称为棱柱体渠道； 三、明渠的底坡 明渠渠底纵向倾斜的程度称为底坡。以符号i表示，等于渠底线与水平线夹角 的正弦，即 。 只有在顺坡明渠中才有可能产生均匀流。 工程中采用最多的是梯形断面，其边坡系数 m 由边坡稳定要求确定。在 m 已定的情况下，同样的过水面积 A ，湿周的大小因底宽与水深的比值 b / h 而异。根据水力最佳断面的条件： 即 而 分别写出 A ， 对 h 的一阶导数并使之为零， 整理，得到 上式表明：梯形水力最佳断面的 b / h 值仅与边坡系数 m 有关。 因为 用 代替上式中的 值，整理后得 即梯形水力最佳断面的水力半径等于水深的一半。 矩形断面可以看成为 m = 0 的梯形断面。以 m = 0 代入以上各式可求得矩形水力最佳断面的 及 值。 矩形或梯形水力最佳面实际上是半圆的外切多边形断面。 例5.1 某梯形土渠设计流量 Q 为2 m3/s，渠道为重壤土，粗糙系数 n 为0.025，边坡系数 m 为1.25，底坡 i 为0.0002。试设计一水力最佳断面，并校核渠中流速（已知不淤流速 为0.4m/s）。 解：将式代入基本公式，并用曼宁公式计算谢齐系数，整理后可得 当为水力最佳断面时 值应由下式确定： 将各已知值及求得的 值代入，可求得水力最佳断面的水深及底宽 校核渠中流速是否满足不冲不淤的条件： 由表查得 R ＝ 1 m 时的不冲允许流速 对所设计的水力最佳断面 取 ，则不冲允许流速 已知不淤流速 。渠中断面平均流速为 故 所设计断面满足不冲刷不淤积的条件。 四、渠道的综合糙率问题 由于不同材料具有不同的粗糙系数，因此，当明渠的渠底和渠壁采用不同材料的时，粗糙系数会沿湿周发生变化． 五、复式断面渠道的水力计算 　　当通过渠道变化范围比较大时，渠道的端面形状常采用如图所示的复式断面．复式断面的粗糙系数沿湿周可能不变，也可能发生变化，应视渠道的的结果 　具体情况而定．但是无论粗糙系数沿湿周变化与否，均不能对整个复式断面渠道中的均匀流直接应用公式（6-1６）来计算流量否则就会得到一个不符合实际情况 　复式断面明渠均匀流的流量一般按下述方法计算：即先将复式断面划分成几个部分，使每一个部分的湿周不致因水深的略微增大而产生急　剧的增加．如下图所示。 　 （一）渠道断面尺寸的确定 （1）已知渠道的设计流量 Q ，底坡 i ，底宽 b ，边坡系数 m 和粗糙系数 n ，求水深 h 。 采用试算——图解法或者是查图法 根据式 对梯形断面 代入上式整理得 显然，在上式中Q，b，m，n，i 为已知，仅 h 为未知。但上式系一高次方程，直接求解 h 是很困难的。可采用试算－图解法或查图法求解。 （1）试算－图解法 可假设一系列 h 值，代入上式计算相应的 Q 值，并绘成 h ~ Q曲线，然后根据已知流量，在曲线上即可查出要求的 h 值。 设 h =2.5，3.0，3.5，4.0 m，计算相应的 A， ，R，C 及 Q 值,绘出 h ~ Q 曲线。从曲线查得 h的值 （2）查图法 显然，上述计算方法比较繁杂，为简化计算，可利用已制成的曲线，见附图II。 令 代入式， 化简可得 由此可知， 为