水力学教案
第六章明槽恒定流动
【教学基本要求】
1、了解明槽水流的分类和特征，了解棱柱体渠道的概念，掌握明槽底坡的概念和梯形断面明渠的几何特征和水力要素。
2、了解明槽均匀流的特点和形成条件，熟练掌握明槽均匀流公式，并能应用它来进行明渠均匀流水力计算。
3、理解水力最佳断面和允许流速的概念，掌握水力最佳断面的条件和允许流速的确定方法，学会正确选择明渠的糙率n值。
4、掌握明槽均匀流水力设计的类型和计算方法，能进行过流能力和正常水深的计算，能设计渠道的断面尺寸。
5、掌握明渠水流三种流态（急流、缓流、临界流）的运动特征和判别明渠水流流态的方法，理解佛汝德数Fr的物理意义。
6、理解断面比能、临界水深、临界底坡的概念和特性，掌握矩形断面明渠临界水深h k 的计算公式和其它形状断面临界水深的计算方法。
7、了解水跃和水跌现象，掌握共轭水深的计算，特别是矩形断明渠面共轭水深计算。
8、能进行水跃能量损失和水跃长度的计算。
9、掌握棱柱体渠道水面曲线的分类、分区和变化规律，能正确进行水面线定性分析，了解水面线衔接的控制条件。
10、能进行水面线定量计算。
11、了解缓流弯道水流的运动特征。
【内容提要和教学重点】
这一章是工程水力学部分内容最丰富也是实际应用最广泛的一章。
本章有4个重点：明渠均匀流水力计算；明渠水流三种流态的判别；明渠恒定非均匀渐变流水面曲线分析和计算，这部分也是本章的难点；水跃的特性和共轭水深计算。学习中应围绕这4个重点，掌握相关的基本概念和计算公式。
明渠水流的复杂性在于有一个不受边界约束的自由表面，自由表面能随上下游的水流条件和渠道断面周界形状的变化而上下变动，相应的水流运动要素也发生变化，形成了不同的水面形态。
6.1 明槽和明槽水流的几何特征和分类
（1） 明槽水流的分类 明槽恒定均匀流
明槽恒定非均匀流（包括渐变流和急变流）
明槽非恒定流
明槽非恒定流一定是非均匀流。
明槽非均匀流根据其流线不平行和弯曲的程度，又可以分为渐变流和急变流。
（2） 明槽梯形断面水力要素的计算公式：
水面宽度 B = b +2 mh （6—1） 过水断面面积 A =（b + mh ）h （6—2）
湿周 （6—3）
水力半径 （6—4） 式中：b 为梯形断面底宽，m 为梯形断面边坡系数，h 为梯形断面水深。
它形状断面的几何要素可按各自的相应公式计算。
（3）棱柱体明渠和非棱柱体明渠
按照明渠横断面形状尺寸是否沿流程变化可将明渠分为棱柱体明渠和非棱柱体明渠两类。
棱柱体明渠是指断面形状尺寸沿流程不变的长直明渠。在棱柱体明渠中，过水断面面积只随水深变化，即)(h A A =。轴线顺直断面规则的人工渠道、涵洞、渡槽等均属此类。
非棱柱体明渠是指断面形状尺寸沿流程不断变化的明渠。在非棱柱体明渠中，过水断面面积除随水深变化外，还随流程变化，即),(s h A A =。常见的非棱柱体明渠是渐变段（如212m h b x ++=212)(m
h b h mh b x A R +++==
扭面），另外，断面不规则，主流弯曲多变的天然河道也是非棱柱体明渠的例子。
当渠道的断面形状和尺寸沿流程不变的长直渠
道我们称为棱柱体渠道。
（4）纵断面和底坡
沿渠道中心线所做的铅垂平面与渠底的交线称
为底坡线（渠底线、河底线），即明渠的纵断面。该
铅垂面与水面的交线称为水面线。
为了表示底坡线沿水流方向降低的缓急程度，引入了底坡的概念。底坡是指沿水流方向单位长度内的渠底高程降落值，以符号i 表示。底坡也称纵坡，可用下式计算。 s z z i 21sin -==θ 式中，1z 、2z 为渠道进口和出口的槽底高程；s 为渠道进口和出口间的流程长度；θ为底坡线与水平线之间的夹角。通常由于θ角很小，故常以两断面间的水平距离来代替流程长度，即θθtg =sin 。
根据底坡的正负，可将明渠分为如下三类：0>i 称为正坡或顺坡；0=i 称为平坡；0
（4）掌握明渠底坡的定义，明渠有三种底坡：正坡（i ＞0）平坡（i =0）和逆坡（i ＜0。
6.2明槽均匀流特性和计算公式
（1）明槽均匀流的特征：
a ）均匀流过水断面的形状、尺寸沿流程不变，特别是水深h 沿程不变，这个水深也称为正常水深。
b ）过水断面上的流速分布和断面平均流速沿流程不变。
c ）总水头线坡度、水面坡度、渠底坡度三者相等，J = J s = I 。
即水流的总水头线、水面线和渠底线三条线平行。
从力学意义上来说：均匀流在水流方向上的重力分量必须与渠道边界的摩擦阻力相等才能形成均匀流。因此只有在正坡渠道上才可能形成均匀流。
（2）明渠均匀流公式
明渠均匀流计算公式是由连续性方程和谢才公式组成的，即
Q = A v （6—5） （6—6） 也可表示为： （6—7）
曼宁公式为 （6—8） 式中K 是流量模数，它表示当底坡为i = 1的时候，渠道中通过均匀流的流量。
（6—9） 6.3明槽均匀流水力计算中的几个问题
（1）粗糙率n
糙率n 是反映渠道边界和水流对阻力影响的综合参数，影响n 值的因素很多，确定n 值主要依靠经验的积累和实验。实际工程计算中，正确选择n 值对进行可靠的设计计算十分重要。
谢才系数C 是反应断面形状尺寸和壁面粗糙程度的一个综合系数，),(R n f C =。
其中，粗糙系数n 对谢才系数C 的影响远比水力半径R 大。明渠表面材料愈光滑，粗糙系数n 愈小，相应的水流阻力也小，在其它条件不变的情况下，通过的流量就愈大。在应用曼宁公式时，最困难之处在于确定粗糙系数n 的数值，因为至今没有一个选择精确n 值的方法，而实用计算中，确定粗糙系数n 就意味着对渠道中的水流阻力做出估计，这一工作主要依靠经验。i R C
v =6/11R n C =i
K i R AC Q ==i Q AR
n
R AC K /13/2===
如果在设计中选定的n 值较实际偏大，则势必增大渠道断面尺寸，增加工程量，造成浪费，同时，渠道中的实际流速将大于设计流速，可能引起土质渠道的冲刷。反之，如果在设计中选定的n 值较实际偏小，则设计的渠道断面尺寸必然偏小，影响渠道的过流能力，可能造成水流漫溢，另一方面，渠道中的实际流速将小于设计流速，可能引起渠道淤积。例如，苏北淮沭河在规划阶段选定的粗糙系数02.0=n ，竣工后实测粗糙系数0225.0=n ，两者相差0.0025，但河道的过流能力却比设计情况减少了11%，最后不得不加高堤岸。所以，正确选择粗糙系数n 是明渠均匀流计算的关键。严格来讲，粗糙系数n 值除与渠槽表面的粗糙程度有关外，还与水深、流量、水流是否挟带泥沙等因素有关。对人工渠道，多年了积累了较多的实际资料和工程经验。例如混凝土017.0~013.0=n ；浆砌石025.0=n 左右；土渠0275.0~0225.0=n ，更为详细的资料可参考其它资料。天然河道的情况比较复杂，通常要根据对实际河流的实际量测来确定。对于重要的工程，除参考前人总结的资料外，最好能采用实测资料。当渠道边界各部分的糙率不同时，应采用综合糙率来进行计算。
（2）水力最佳断面
当过水断面面积一定，渠道能够通过最大流量的断面形状；或者说通过的流量一定，所需过水面积最小的断面称为水力最佳断面。
梯形断面明渠满足水力最佳断面的条件是，渠道的宽深比βm 为
（6—10） 对于矩形断面m = 0，则βm =2，即矩形水力最佳断面的底宽b 等于水深h 的2倍。
矩形或梯形水力最佳断面实际上是半圆的外切多边形断面（半圆形断面，r h =，而r h R m 2121==）。可以证明，当3
1=m 时，外切多边形就为正多边形。 应当指出，以上所得出的水力最佳断面的条件，只是从水力学角度考虑的。从工程投资)2
1(2m m m h m b m -+=β
角度考虑，水力最佳断面不一定是工程最经济的断面。水力最佳断面宽深比m β只与边坡系数有关。当75.0=m 时，1=m β；当75.0 （3）允许流速 允许流速是为了保证渠道安全稳定地运行，在流速上的限制。允许流速包括不冲流速、不淤流速和其它运行管理要求的流速限制。在实际明渠均匀流计算中，必须结合工程要求进行校核。 6.4明槽均匀流水力计算 明槽均匀流水力计算包括3类问题： （1）即确定已建渠道的过流能力Q ，可以应用明槽均匀流公式直接计算。 （2）确定渠道的糙率n ， （3）进行渠道断面尺寸的设计（包括正常水深h 0、渠道底宽b 和底坡i 的计算）。 我们重点掌握梯形断面明渠的设计计算。正常水深h 0、渠道底宽b 的计算可以采用试算法、查图法、电算解法等，这方面的计算方法和步骤请仔细阅读教材中的例题。 6.5明渠水流流态及判别 （1）明渠水流的三种流态 明渠水流的三种流态(缓流、急流和临界流)是根据水流速度与液面干扰波的传播速度的对比关系来定义的，它仅存在于明渠水流。当水流的速度v 小于干扰波的传播速度v w ，即干扰波能够向上游传播，这时水流为缓流；当水流的速度v 大于干扰波的传播速度v w ，即干扰波不能够向上游传播，这时水流为急流；当水流的速度v 等于干扰波的传播速度v w ，这时干扰波也不能够向上游传播，其水流为临界流。 前面曾讨论了液体的层流和紊流运动，它们在明渠水流和管流中都存在；而缓流、急流和临界流只能出现在明渠水流中。我们要注意这是两种不同类型流态，需要搞清这两种不同类型流态的定义和区别。另外我们还要注意急流、缓流与急变流、渐变流的区别，它们是不同的两个概念，不要混淆。 （2）明渠水流流态判别数——弗汝德数Fr 。 弗汝德数 Fr = h g v （6—11） 当Fr ＜1，水流是缓流，当Fr = 1是临界流，当Fr ＞1则为缓流。 弗汝德数Fr 是水力学中重要的无量纲数之一，它表示过水断面上单位重量液体具有的 平均动能与平均势能的比值，它也表示水流惯性力与重力的比值。Fr ＜1表示水流平均动能较小，重力占主导，水流为缓流；Fr ＞1表示水流的平均动能较大，惯性力占主导，水流为急流。 6.6断面比能E s 断面比能E s 是以通过明渠断面最低点的水平面为基准的单位重量水体所具有的总机械能，可表示为 （6—12） 当断面的形状、尺寸和流量一定的时候，E s 只是水深h 的函数。取α=1，可导出 = 1 — Fr 2 （6—13） 从（6—13）式可知，当 ＞0，必定Fr ＜1，水流是缓流。 当 ＜0，则Fr ＞1，水流是急流。 当 = 0，Fr = 1，是临界流，这时E s 取极小值，对应的水深是临界水深h k 。 需要注意：断面比能s E 与过水断面上单位重量的液体具有的总机械能E 之间存在一个差值，这个差值正好就是两个基准面之间的高差0z 。0z 值的大小只与基准面的选择有关，与水流状态无关，但水深h 及流速水头g v 22 α却是水流运动状态的直接反映。因此，可以认为断面比能s E 是断面单位重量的液体具有的总机械能中反映水流运动状态的那一部分。 在非均匀流中，由于客观条件的改变，一定的流量Q 有 可能以不同的水深通过某一过水断面，因而就有不同的过水 断面面积和相应的断面平均流速，从而可以得出不同的断面 比能s E 。这就说明在断面形状尺寸及流量一定的条件下， 321gA B Q dh s dE -=2 22 22 gA Q h g h s E ααν+=+=dh s dE dh s dE dh s dE 断面比能s E 只是水深h 的函数。如果以纵坐标表示水深h ，以横坐标表示断面比能s E ,则一定流量下所讨论断面的断面比能s E 随水深h 的变化规律可以用h ～s E 曲线来表示，这个曲线称为比能曲线。 比能曲线是一条二次抛物线，曲线下端以s E 轴为渐进线，上端以45°直线为渐进线，曲线两端向右方无限延伸，中间必然存在极小点。比能最小的极值点k 将比能曲线分成了上下两支。在曲线上支，随着水深h 的增大，断面比能s E 值增大，为增函数，0>dh dE s ，则有1 dE s ，则有1>Fr ，表示水流为急流，即比能曲线的下支代表着水流为急流。而极值点对应的水流就为临界流。这也说明了借助比能曲线可以判断水流流态。 既然比能曲线的上支和下支分别代表不同的水流流态，而比能曲线上上支和下支的分界点处的水深又为临界水深，显然，也可以用临界水深来判别水流流态。k h h >，相当于比能曲线的上支，水流为缓流；k h h <，相当于比能曲线的下支，水流为急流；k h h =，相当于比能曲线的极值点，水流为临界流。 6.7临界水深h k 临界水深 h k 是讨论明渠水流运动和水面线的重要参数，其计算公式为 （6—14） 临界水深h k 的计算方法为试算一图解法、选代计算和查图法。 矩形断面明渠临界水深的计算公式(6-15)。 （6—15） 32 322g q gb Q k h αα==k B k A g Q 32=α 利用临界水深h k 可以判别明渠水流的流态： 当明渠内水深h ＞h k ，水流为缓流；当明渠内水深h ＜h k ，水流为急流；当明渠内水深h = h k ，水流为临界流。 临界水深的计算见教材中例题。 临界水深只与渠道通过的流量及断面形状尺寸有关，而与渠道的实际底坡和粗糙系数无关。它只是我们研究明渠水流时一个参考水深，不一定真实存在，只可能在某些场合表现出来，但其本身对明渠水力学问题的研究却具有重要的意义。例如，在水文测验或野外踏勘时，为了估算河道或渠道的流量，总要设法寻找一个发生临界水深的断面，甚至人为地制造发生临界水深的条件。因为只要测得一个断面上的临界水深，并量取该断面的尺寸，其流量就能简便地用临界水深计算公式估算出来。另外，在明渠水面曲线推求时，如果知道了发生临界水深的位置，就相当于取得了一个已知条件，把该断面作为控制断面，就可以据此推求出上下游水面曲线。实际工程中，由于边界条件的变化，往往造成明渠前一段渠道水流流态与后一段渠道的水流流态不同，这就提出了不同流态的水流之间如何衔接过渡的问题。可以想像得到，在流态转换时，水流必须经过临界水深。例如水流从缓流过渡地急流时，中间必须经历临界流状态，临界流相应的水深即为临界水深。 6.8临界底坡i k 改变渠道的底坡，使渠道中出现的均匀流为临界流时，这时渠道的底坡称为临界底坡，即底坡为i k 。 临界底坡的计算公式为 （6—16） 临界底坡的计算见例题。 临界底坡只取决于流量及断面形状尺寸，并与粗糙系数有关，而与渠道的实际底坡无关。k B k C k g k B k R k C k gA k i 22αχα== 它并不是实际存在的渠道底坡，只是与某一流量、断面形状尺寸及粗糙系数相对应的某一特定坡度，是为便于分析非均匀流动而引入的一个概念。事实上，实际渠道的底坡只可能在某一流量下为临界底坡，而在其它流量下则不是。 引入临界底坡之后，可将正坡明渠再分为缓坡、陡坡、临界坡三种类型。如果渠道的实际底坡k i i <，我们称它为缓坡，k i i >称为陡坡，k i i =称为临界坡。 对明渠均匀流而言，当底坡k i i <时，k h h >0；k i i >时，k h h <0；k i i =时，k h h =0。这就是说可以利用临界底坡判断明渠均匀流的水流流态，即缓坡上的均匀流是缓流，陡坡上的均匀流是急流，临界坡上的均匀流是临界流。特别需要强调的是，如果由于边界条件的控制，在渠道中形成了非均匀流，此时渠道中的水深为某一非均匀流水深h ，而不是正常水深0h 时，则缓坡上可能出现急流，陡坡上也可能出现缓流。即临界底坡i k 只适用对均匀流流态的判别：即明渠的底坡i ＜i k 时，为缓坡，缓坡上只能出现均匀的缓流；当i ＞i k 时明渠为陡坡，陡坡上只能出现均匀的急流。 请注意：对于非均匀流，缓坡上可以出现缓流也可出现急流，同样陡坡上也可以出现非均匀的急流和非均匀的缓流。这就是后面我们在水面线分析中要讨论的，不同底坡明渠中流区的划分。 临界流动是不稳定的，在一般渠道设计时应尽量避免，通常设计的渠道底坡不能接近设计情况下的临界底坡。由于施工时难免有超挖或欠挖之处，实际渠道纵坡不可能严格符合设计纵坡，同时实际渠道的粗糙系数也难以完全符合设计所选数值，加上渠道流量的变化，因此，临界底坡也会与计算有出入。这样，如果设计纵坡过于接近临界底坡，实际运用时渠道中是难以保证形成设计流态的。为保证渠道中形成的是设计流态，一般常使渠道的设计纵坡i 与设计流量相应的临界底坡k i 相差两倍以上。 6.9水跃和水跌 一、水跃 （1）水流从急流跨过临界水深h k 变成缓流，形成急剧翻滚的旋涡，这种水力突变现象称为水跃，常发生在闸、坝的下游和由陡坡向缓坡的过渡。 （2）水跃存在急剧翻滚的表面旋涡要消耗大量的能量，是水利工程中经常采用的一种消耗水流多余能量的方式。 水跃消能效率的计算见水力学教材。 （3）在棱柱体水平明渠中，水跃共轭方程为 （6—17） 即 J （h 1）=J （h 2） （6—18） J (h )称为水跃函数，水跃方程表明跃前断面的水跃函数值等于跃后断面的水跃函数值。我们把满足水跃方程的跃前断面水深h 1和跃后断面水深h 2称为一对共轭水深，。 对任意断面形状的棱柱体明渠，在流量一定的条件下，可以计算绘制h h J ~)(关系曲线，如图所示。 从水跃函数的表达式可以看出：∞→?→)(0h J h ； ∞→?∞→)(h J h ，即水跃函数曲线的两端均向右方无 限延伸，那么，中间必有一极小值。由 0=dh dJ ，可得到相应于min )(h J 值的水深应满足的条件为B A g Q 32 =α，当取1=α时，该式所对应的水深就是临界水深。临界水深可以用来判别流态，从水跃函数曲线上不难看出，曲线上支水流为缓流，k h h >，代表跃后断面，水跃函数为增函数；曲线下支水流为急流，k h h <，代表跃前断面，水跃函数为减函数。此外，从水跃函数曲线可以看出，跃前水深越小，对应的跃后水深越大，借助水跃函数曲线可以计算共轭水深。 （4）水跃共轭水深的计算是这一部分的重点。对于一般形状断面的明渠可以采用试算法、图解法、电算解法等。 矩形断面明渠的共轭水深计算依据下列公式（要求掌握并记住）。 （6—19） 或 （6—20） 请注意：根据水跃函数曲线，跃前断面水深越小，，跃后断面的水深越大。 2 2 221211gA Q c h A gA Q c h A +=+]181[2 1222-+=Fr h h ]181[221 12-+=Fr h h （5）水跃长度的计算 由于水跃段中，主流靠近底部，并且紊动强烈，因此对渠底有较大的冲刷作用，工程实际中必须对水跃段进行加固设计。水跃长度与建筑物下游加固保护段长度（护坦）有密切关系，它是消能建筑物设计的主要依据之一，这就要求必须能够比较准确地确定水跃长度。但由于水跃现象复杂性，其理论分析还没有成熟的结果，水跃长度的确定只能依靠实验得到的经验公式。从矩形断面明渠实验研究资料总结出的水跃长度计算公式比较多，但对同一问题应用不同公式得出的结果往往差别较大，其原因之一是由于水跃位置前后摆动，不易测准；另一原因是由于研究者对跃后断面位置的选定有不同的标准，如有人将跃后断面取在表面水滚的末端，而有人则取在表面水滚下游水面最高处等。 矩形断面的水跃长度公式 （1）以跃后水深表示 21.6h L j = 适用范围：105.41< （2）以跃高表示 )(12h h C L j -= 式中，斯麦塔纳（Smetana ）取6=C ；厄里瓦托斯基（Elevatorski ）取9.6=C ；长江科学院取7.6~4.4=C 。 （3）以来流佛汝得数1Fr 表示 ①成都科技大学公式 93.011)1(8.10-=Fr h L j 该式是根据宽度为0.3～1.5m 的水槽上55.19~72.11=Fr 的实验资料总结出来的 二、水跌 水流从缓流向急流过渡，水面经过临界水深h k ，形成水跌现象。水跌经常发生在跌坎处、由缓坡向陡坡过渡及水流由水库进入陡坡渠道等地方。 水跌也是急变流，当水流从缓流向急流过渡时，水深是连续地逐渐减小的。因此必定在 某个位置水深正好等于临界水深h k ，通常这个位置在跌坎和从缓坡转向陡坡的变坡处略靠上游处，但距离很小。为方便分析起见，我们就认为跌坎和变坡处的水深为临界水深h k ，也就是认为当发生水跌现象时，跌坎或变坡处的水深就是已知水深h k 。 在后面将要讨论的明渠恒定非均匀流水面曲线的分析中，我们把已知水深的断面称为控制断面。水面线分析就是从已知水深的控制断面为起点，向上游或下游推进。所以在进行水面曲线分析中，首先需要确定控制断面。 6.10棱柱体明渠恒定非均匀渐变流水面曲线分析 （1）棱柱体明渠渐变流水面曲线分析的基本方程是 （6—21） （2）从上式可以看出，水面曲线的形状（ds dh ）一方面取决于渠道的底坡i ，另一方面与水深h 的相对大小有关（在流量和断面形状尺寸一定的条件下，22 K Q 、2Fr 都与水深有关）。所以，水面曲线的分类命名也将以这两个方面为依据。 大家知道，引入临界底坡概念之后，可将正坡明渠分为缓坡、陡坡、临界坡三类，另外再加上平坡和反坡，渠道可能出现的底坡类型共有五种。再对水深沿程变化的微分方程进行分析可以知道：该方程式中，分子反映水流的均匀程度，分母反映水流的缓急程度。如果从水深考虑，反映水流均匀程度的水深是正常水深0h ，反映水流缓急程度的水深是临界水深k h 。底坡类型不同，该底坡情况下正常水深0h 与临界水深k h 的大小关系不同，即参考线N ——N （正常水深线）和K ——K （临界水深线）的相对位置不同。对平坡和反坡渠道，由于不可能出现均匀流，故没有正常水深线N ——N ，可以理解为正常水深0h 无限大，即非均匀流水深h 不可能大于0h 。 这样一来，非均匀流水深可能出现的区间共有12个，即可能发生的非均匀流水面曲线共有12条。非均匀流水深h 所处位置不同，正好表示了不同的水面曲线。要区别这些水面曲线，其命名就应该采用两个符号，以一个符号说明水面曲线发生在那种类型的底坡上，以22Fr 12 --=K Q i ds dh 另一个符号反映水面曲线所处的空间位置，即非均匀流水深h 相对于正常水深0h 和临界水深k h 的位置。不难看到，非均匀流水深h 出现的位置共有三种可能情况：①h 大于0h 和k h ；②h 在0h 和k h 之间；③h 小于0h 和k h 。非均匀流水深所处的区间简称分区。 在现有的水力学教课书中，表示底坡类型和分区的符合不尽相同，一般有如下两种表示方法。 方法一（吴持恭教材）：以“1、2、3、0、＇”分别代表“缓坡、陡坡、临界坡、平坡、反坡”，以“a 、b 、c ”上述三种分区，水面曲线的名称将是分区符号加上底坡符号。例如，发生在缓坡上大于正常水深和临界水深区间的非均匀流水面曲线就是1a 型水面曲线。 方法二（其它教材）：以缓坡（Mild slope ）、陡坡（Steep slope ）、临界坡（Critical slope ）、平坡（Horizontal slope ）、反坡（Adverse slope ）英文名称的第一个字母代表该底坡，以“1、2、3”表示上述三种分区，水面曲线的名称将是底坡符号再加上分区符号。例如，发生在缓坡上大于正常水深和临界水深区间的非均匀流水面曲线求就是1M 型水面曲线。 ds dh 表示水深沿程变化率，其变化共有以下几种情况。 （1）0>ds dh ，表示水深沿程增大，流速沿程减小，这种水面曲线称为壅水曲线。 （2）0〈ds dh ，表示水深沿程减小，流速沿程增大，这种水面曲线称为降水曲线。 （3）0→ds dh ，表示水深沿程不变，水流趋近于均匀流，水面曲线趋于N ——N 线。 （4）i ds dh =，表示水面线是水平线。 （5）∞→ds dh ，相当于水深沿程变化微分方程中的分母趋于零，即水流趋于临界流，非均匀流水深趋于临界水深k h ，预示着水流的流态将要发生转变。此时，水面曲线很陡，与K ——K 线呈正交趋势，水流不再属于渐变流。 （3）根据（6—21）式分析，可以得到棱柱体明渠12条水面曲线，见图6—1所示。分析过程中主要抓住以下两点：①根据非均匀流水深h 与正常水深0h 和临界水深k h 的大小 关系，判定ds dh 的正负号，即确定水面曲线是壅水，还是降水。②根据水面曲线是壅水还是降水，讨论两端极限情况。 图6—1 这12条水面线存在如下规律： a ） 凡是a 、c 区的水面线必定是壅水曲线，凡是 b 区的水面线一定是降水曲线。 b ） 正坡长直渠道的上下游相当远的地方可以看作是均匀流，其水深等于正常水深。 c ） 水面线趋近于临界水深线K —K 时，趋向于与K —K 线正交，即会发生水跃或水跌。水面线趋近于正常水深线N —N 时，会向N —N 线渐近。 d ） a 型水面线的下游和b 0、b ＇型水面线的上游都渐近于水平线。 e ）因为外界干扰在急流中不能向上游传播，所以急流的控制断面在上游；而缓流正好相反，它的控制断面在下游。 f ）当两段底坡不同的渠道，它们的水面线相连接时，按下列情况去分析： i ）从缓流向急流过渡会形成水跌，由急流向缓流过渡必定会产生水跃。 ii ）由缓流向缓流过渡只影响上游，下游仍为均匀流；由急流向急流过渡只影响下游，上游仍为均匀流。 iii ）临界底坡中水流的流动形态，要根据相邻渠道的底坡来确定。如果上游渠道为缓坡，则可当作从缓流到缓流过度，只影响上游；若上游渠道为陡坡，则当作从急流过度到急流，只影响下游临界坡上的水流。 请注意：在实际工程设计中，要避免出现临界坡，因为这种底坡渠道内的水流极不稳定。 iv ）当渠道中有建筑物时，已知经过建筑物水流水深处的断面也是水面线分析中的控制断面，如堰、闸出流的收缩水深处的断面。 （4）定性分析水面曲线的步骤 a ）求出渠道正常水深h 0和临界水深h k ，然后将渠道的流动空间分区。需要注意：只有在正坡渠道中才存在h 0，而且随着底坡i 的增大，正常水深h 0将减小；而临界水深h k 是与底坡i 无关的。 b ）选择已知水深的断面作为控制断面。 c ）由控制断面处的已知水深确定所在流区的水面线形式，根据水面线变化规律，从控制断面分别向上游或下游确定水面线的变化趋势。 水面线分析过程可以参见教材中的实例。 6.11明渠恒定非均匀渐变流水面曲线的计算 （1）计算水面曲线的基本方程 （6—22） 采用分段求和法的差分方程形式为 （6—23） 式中E sd 和E su 分别表示流段下游和上游断面上的断面比能，J 为△S 流段的平均水力坡度。 （2）应用差分方程（6—23）式计算水面曲线的步骤如下： a ）定性分析棱柱体渠道的水面曲线，确定是壅水曲线还是降水曲线。非棱柱渠道不用分析。 b ）确定控制断面水深，缓流自下向上游计算，急流自上向下游计算。 c ）将渠道分成若干渠段，根据水面线分析，假设与已知水深断面相邻断面的水深h i ，且一般取两水深差值△h =0.1~0.3 m 。 d ）对某一个流段按下面过程计算△S 。 已知h d （或h u ）→E sd （E su ） 假设h u （或h d ）→E su （E sd ） 由 h d →C d 、 R d 、V d →J d 由 h u →C u 、R u 、V u →J u e ）将所计算流段的假设水深h u （或h d ）作为下一个流段的已知水深h d （或h u ）。重复d ）步骤计算，即可求出水面线各断面处的水深。 f ）按一定比例绘制出水面曲线h =f （S ）。 （3）水面曲线的计算还可以采用水力指数法和数值积分法，目前最常用的还是上述分段求和法。分段求和法可以采用通用程进行计算。 水面曲线计算的实例请阅读教材中的例6—13。 6.12弯道缓流的运动特性 J i R C i K Q i dS dE s -=-=-=22 22 υsu sd E E s E -=?J i E E J i E S su sd s ??--=-?=?)(21u J d J J +=J i E S s -?=? （1）弯道水流受到离心惯性力的作用，过水断面存在横向水面坡度或者称为横向超高Δh，即凹岸侧水面高，凸岸处水面低。在河流弯道整治规划设计中，要考虑横向超高对弯道两岸堤防高程的影响。 （2）水流在流经弯道时，由于重力和离心力的共同作用，断面内形成横向环流，也称为副流。横向环流与纵向主流运动的叠加，使弯道水流呈螺旋流运动状态。 弯道横向环流运动，加剧了泥沙在横断面上的输移，使得凹岸不断被冲刷、凸岸不断发生淤积，增加了河道的弯曲程度，危及堤岸的稳定与安全，同时会影响航道、引水工程的正常运行。因此，在河道管理中需对弯道水流特别加以关注。 此外，我们也利用弯道水流的水沙运动特性，把引水口门设在凹岸，这样在引水的同时可以尽量减少引沙，从而可以减少引水渠系的泥沙淤积。 【思考题】 6—1简述明渠均匀流的特性和形成条件，从能量观点分析明渠均匀流为什么只能发生在正坡长渠道中？ 6—2 什么是正常水深？它的大小与哪些因素有关？当其它条件相同时，糙率n、底宽b或底坡i分别发生变化时，试分析正常水深将如何变化？ 6—3 什么是水力最佳断面？矩形断面渠道水力最佳断面的底宽b和水深h是什么关系？ 6—4 什么是允许流速？为什么在明渠均匀流水力计算中要进行允许流速的校核？ 6—5 从明渠均匀流公式导出糙率的表达式，并说明如何测定渠道的糙率。 6—6 明渠水流的三种流态有什么特征？如何进行判别？ 6—7什么是断面比能E s？它与单位重量液体的总机械能E有什么区别？在明渠均匀流中，断面比能E s和单位重量液体的总机械能E沿流程是怎样变化的。 6—8叙述明渠水流佛汝德数Fr的表达式和物理意义。 6—9什么是临界水深？它与哪些因素有关？ 6—10 (1)在缓坡渠道上，下列哪些流动可能发生，哪些流动不可能发生？ 均匀缓流； 均匀急流； 非均匀缓流； 非均匀急流。 (2)在陡坡渠道上，下列哪些流动可能发生，哪些流动不可能发生？ 均匀缓流； 均匀急流； 非均匀缓流； 非均匀急流。 6—11 叙述缓流与急流、渐变流与急变流的概念有何区别。 6—12 试叙述水跃的特征和产生的条件。 6—13 如何计算矩形断面明渠水跃的共轭水深？在其它条件相同的情况下，当跃前水深发生变化时，跃后水深如何变化？ 6—14 在分析棱柱体渠道非均匀流水面曲线时，怎样分区？怎样确定控制水深？怎样判断水面线变化趋势？ 6—15 棱柱体渠道非均匀流水面曲线的分析和衔接的基本规律是什么？ 6—16 叙述弯道水流的运动特性和它的危害和有利的方面。 【解 题 指 导】 思6—2提示: 当其它条件相同时，糙率n 的增加，或底宽b 减少，或底坡i 的减小，都将分别导致正常水深h 0的增加。 思6—5提示: 从均匀流公式可以导得糙率n 的表达式为 在被测的渠道中找一段做均匀流运动的流段，确定上式右边各项值，即可计算糙率n 值。 思6—7提示： 断面比能E s 与单位重量液体的总机械能E 的基准不同。对不同过流断面，E 的基准面是同一个，而E s 是不同的基准面。所以E 沿流程总是减少的，因为存在水头损失；而E s 沿流程可能减少，也可能增加或不变。明渠均匀流中E s 沿流程不变。 Q AR i n 2 1 32 水力学教案 第六章明槽恒定流动 【教学基本要求】 1、了解明槽水流的分类和特征，了解棱柱体渠道的概念，掌握明槽底坡的概念和梯形断面明渠的几何特征和水力要素。 2、了解明槽均匀流的特点和形成条件，熟练掌握明槽均匀流公式，并能应用它来进行明渠均匀流水力计算。 3、理解水力最佳断面和允许流速的概念，掌握水力最佳断面的条件和允许流速的确定方法，学会正确选择明渠的糙率n值。 4、掌握明槽均匀流水力设计的类型和计算方法，能进行过流能力和正常水深的计算，能设计渠道的断面尺寸。 5、掌握明渠水流三种流态（急流、缓流、临界流）的运动特征和判别明渠水流流态的方法，理解佛汝德数Fr的物理意义。 6、理解断面比能、临界水深、临界底坡的概念和特性，掌握矩形断面明渠临界水深h k 的计算公式和其它形状断面临界水深的计算方法。 7、了解水跃和水跌现象，掌握共轭水深的计算，特别是矩形断明渠面共轭水深计算。 8、能进行水跃能量损失和水跃长度的计算。 9、掌握棱柱体渠道水面曲线的分类、分区和变化规律，能正确进行水面线定性分析，了解水面线衔接的控制条件。 10、能进行水面线定量计算。 11、了解缓流弯道水流的运动特征。 【内容提要和教学重点】 这一章是工程水力学部分内容最丰富也是实际应用最广泛的一章。 本章有4个重点：明渠均匀流水力计算；明渠水流三种流态的判别；明渠恒定非均匀渐变流水面曲线分析和计算，这部分也是本章的难点；水跃的特性和共轭水深计算。学习中应围绕这4个重点，掌握相关的基本概念和计算公式。 明渠水流的复杂性在于有一个不受边界约束的自由表面，自由表面能随上下游的水流条件和渠道断面周界形状的变化而上下变动，相应的水流运动要素也发生变化，形成了不同的水面形态。 第七章明渠非均匀流 目的要求：掌握非均匀流中比能、临界水深的基本概念；急流、缓流、临界流的判别； 水跃的基本概念及共轭水深的计算；12种水面曲线的基本型式及水面曲线 的联接；水面曲线的定量计算。 重点：三种流态的判别方法；正常水深、临界水深、共轭水深的计算方法及水跃的三种位置；各种情况下水面曲线的联接；分段求和法计算水面曲线。 难点：各种情况下水面曲线的联接。 §7-1概述 一、明渠非均匀流的产生 不满足明渠均匀流产生条件的水流为非均匀流。例如： 二、明渠非均匀流的特性 用一句话概括：总水头线、测压管水头线、底坡线互不平行，水面线为曲线。 三、主要研究的问题 上支0>dh de ，增函数，下支0 2、h k 的计算 011232 32 2 2 =-=-=+ =ω αωωαωαg B Q dh d g Q dh de g Q h e k k B g Q 3 2 ωα= ——临界水深普遍公式 （1）任意形状断面 解一元高次方程的问题，采用试算图解法 设→→B h 3 ω 曲线 （2）矩形断面 设底宽=b ，B k =b ，k k bh =ω b h b g Q k 332 =α ，g q gb Q h k 22 23αα==∴，q b Q =——单宽流量 s m 2 3 2 g q h k α= 三、临界坡度i k 1、定义：在棱柱形渠道中，断面形状、尺寸和流量一定时，若水流的正常水深恰好等于临界水深k h 时，对应的底坡叫临界底坡。 2、k i 的计算 由定义，k h 需满足k k k k k k k k k k B C g i B g Q i R C Q 232αχωαω=→? ?? ??== 3、缓坡、陡坡 由实际底坡i 和k i 的关系??? ? ???==<>><临界坡 陡坡缓坡) ()()(000k k k k k k h h i i h h i i h h i i §7-3 缓流、急流、临界流及其判别准则（明渠水流的三种流态） 明渠水流在临界水深时的流速为临界流速，以v k 表示，这样的水流状态称之为临界流。当流速小于临界流速时，称之为缓流。大于临界流速时，称之为急流。 第五章 明渠恒定均匀流 第一节 概 述 一．明渠水流 1、明渠定义：人工渠道、天然河道、未充满水流的管道统称为明渠。 2、明渠水流是指在明渠中流动，具有显露在大气中的自由表面，水面上各点的压强都等于大气压强。故明渠水流又称为无压流。 明渠水流的运动是在重力作用下形成的。在流动过程中，自由水面不受固体边界的约束（这一点与管流不同），因此，在明渠中如有干扰出现，例如底坡的改变、断面尺寸的改变、粗糙系数的变化等，都会引起自由水面的位置随之升降，即水面随时空变化，这就导致了运动要素发生变化，使得明渠水流呈现出比较多的变化。在一定流量下，由于上下游控制条件的不同，同一明渠中的水流可以形成各种不同形式的水面线。正因为明渠水流的上边界不固定，故解决明渠水流的流动问题远比解决有压流复杂得多。 明渠水流可以是恒定流或非恒定流，也可以是均匀流或非均匀流，非均匀流也有急变流和渐变流之分。本章首先学习恒定均匀流。明渠恒定均匀流是一种典型的水流，其有关的理论知识是分析和研究明渠水流各种现象的基础，也是渠道断面设计的重要依据。 对明渠水流而言，当然也有层流和紊流之分，但绝大多数水流（渗流除外）为紊流，并且接近或属于紊流阻力平方区。因此，本章及以后各章的讨论将只限于此种情况。 二、渠槽的断面形式 （一）按横断面的形状分类 渠道的横断面形状有很多种。 人工修建的明渠，为便于施工和管理，一般为规则断面，常见的有梯形断面、矩形断面、U 型断面等，具体的断面形式还与当地地形及筑渠材料有关。天然河道 一般为无规则，不对称，分为主槽与滩地。 在今后的分析计算中，常用的是渠道的过水断面的几何要素，主要包括：过水断面面积A 、湿周χ、水力半径R 、水面宽度B 。对梯形断面而言，其过水断面几何要素计算公式如下： 2)()h m h mh b A +=+=β（ h m m h b )12(1222++=++=βχ χA R = h m mh b B )2(2+=+=β 式中，b 为底宽；m 为边坡系数；h 为水深；β为宽深比，定义为h b =β 压力与流速的计算公式 没有“压力与流速的计算公式”。流体力学里倒是有一些类似的计算公式，那是附加了很多苛刻的条件的，而且适用的范围也很小。 1，压力与流速并不成比例关系，随着压力差、管径、断面形状、有无拐弯、管壁的粗糙度、是否等径/流体的粘度属性……，无法确定压力与流速的关系。2，如果你要确保流速，建议你安装流量计和调节阀。也可以考虑定容输送。要使流体流动，必须要有压力差（注意：不是压力！），但并不是压力差越大流速就一定越大。当你把调节阀关小后，你会发现阀前后的压力差更大，但流量却更小。 管道的水力计算包括长管水力计算和短管水力计算。区别是后者在计算时忽略了局部水头损失，只考虑沿程水头损失。（水头损失可以理解为固体相对运动的摩擦力） 以常用的长管自由出流为例，则计算公式为 H=(v^2*L)/(C^2*R), 其中H为水头，可以由压力换算， L是管的长度， v是管道出流的流速， R是水力半径R=管道断面面积/内壁周长=r/2， C是谢才系数C=R^(1/6)/n， n是糙率，其大小视管壁光洁程度，光滑管至污秽管在0.011至0.014之间取 列举五种判别明渠水流三种流态的方法 [ 标签：明渠,水流,方法 ] （1）明渠水流的分类 明渠恒定均匀流 明渠恒定非均匀流 明渠非恒定非均匀流 明渠非恒定均匀流在自然界是不可能出现的。 明渠非均匀流根据其流线不平行和弯曲的程度，又可以分为渐变流和急变流。（2）明渠梯形断面水力要素的计算公式： 水面宽度 B = b+2 mh （5—1） 过水断面面积 A =（b+ mh）h （5—2） 湿周（5—3） 水力半径（5—4）式中：b为梯形断面底宽，m为梯形断面边坡系数，h为梯形断面水深。 （3）当渠道的断面形状和尺寸沿流程不变的长直渠道我们称为棱柱体渠道。 第五章明渠水流水力计算（二） 一、是非题 1、陡坡上出现均匀流必为急流，缓坡上出现均匀流必为缓流。 2、陡坡上可以出现均匀的缓流。 3、当明渠均匀流水深大于临界水深，该水流一定是急流。 4、缓坡上只能出现非均匀流缓流。 5、平坡渠道中不可能发生均匀流。 6、当明渠均匀流水深大于临界水深，该水流一定是急流。 7、水跃只能发生于平底明渠中。 二、选择题 1、共轭水深是指 （1）水跃的跃前水深与跃后水深 （2）溢流坝下游水流收缩断面水深 （3）均匀流水深 （4）临界水深 2、平底棱柱形明渠发生水跃，其水跃函数J(1h)与J(2h)的关系是 （1）J(1h)= J(2h) （2）J(1h)>J(2h) （3）J(1h) 第16讲（2课时） 第六章 明渠恒定非均匀流 明渠非均匀流特点：明渠大的底坡线、水面线、总水头线彼此互不平行。 产生非均匀流的原因：断面几何形状或尺寸沿流程改变，粗糙度或底坡沿流程改变，或有局部干扰。 分为渐变流和急变流。 分析水深的变化规律，)(s f h =；为区别将均匀流的水深称为正常水深，并以0h 表示。 ★6-1 明渠水流的三种流态 微波波速（相对速度）w V ，断面平均流速V 。 w V V <时，水流为缓流，干扰波能向上游传播； w V V =时，水流为临界流，干扰波不能向上游传播； w V V >时，水流为急流，干扰波不能向上游传播。 由连续方程2)(V h h hV w ?+=及能量方程g V h h g V h w 222 222 1αα+ ?+=+ ， 可得：gh h h h h gh V w ≈?+?+=) 2/1()/1(2 ，若为任意断面时，h g V w =，B A h /=平均水 深。 定义佛汝德数（Froude ）, h g V Fr = 则：当Fr<1时，水流为缓流；当Fr=1时，水流为临界流；当Fr>1时，水流为急流。 佛汝德数的物理意义是，一单位动能与单位势能之比的两倍开方；二惯性力与重力的对比。 ★6-2 断面比能与临界水深 一、断面比能、比能曲线 断面比能：以渠底为基准面，所计算得到的单位总能量，以s E 表示。 2 2 2 2 222cos gA Q h g V h g V h E s αααθ+ =+ ≈+ = 当流量和过水断面的形状尺寸一定时，断面比能仅是水深的函数。即)(h f E s =。 比能曲线：断面比能随水深变化的关系曲线。以h 为纵坐标，以比能为横坐标。 比能曲线特征：当0→h 时，0→A ，则 ∞→2 2 2gA Q α，故∞→s E ； 当∞→h 时，∞→A ，则 022 2 →gA Q α，故∞→s E 。 比能曲线是一支二次抛物线，曲线的下端以水平线为渐进线，上端以过原点的45度直线为渐进线。有一最小值，将曲线分为两支。上支比能随水深增加而增加，下支比能随水深增加而减小。 2 23 232221111)2(Fr h g V gA B Q dh dA gA Q gA Q h dh d dh dE s -=-=-=-=+=αααα 断面比能随水深的变化规律取决于断面上的佛汝德数。 对于缓流，1 第六章 明渠恒定非均匀流 明渠中由于水工建筑物的修建、渠道底坡的改变、断面的扩大或缩小等都会引起非均匀流动。非均匀流动是断面水深和流速均沿程改变的流动。非均匀流的底坡线、水面线、总水头线三者互不平行。根据流线不平行的程度，同样可将水流分为渐变流和急变流。 明渠非均匀流的水面曲线有雍水和降水之分，即渠道的水深沿程可升可降。 解决明渠非均匀流问题的思路：建立微分方程，进行水面曲线的定性分析和定量计算。 第一节 明渠水流的两种流态及其判别 一、从运动学观点研究缓流和急流 1、静水投石，以分析干扰波在静水中的传播 干扰波在静水中的传播速度称为干扰波波速和微波波速，以w v 表示。如果投石子于流水之中，此时干扰所形成的波将随着水流向上、下游移动，干扰波传播的速度应该是干扰波波速 w v 与水流速度v 的矢量和。此时有如下三种情况。 （1） w v v <，此时，干扰波将以绝对速度 0<-='w v v v 上 向上游传播（以水流速度v 的方向为正方向讨论），同时也以绝对速度 0>+='w v v v 下 向下游传播，由于 下上 v v '<'，故 形成的干扰波将是一系列近似的同心圆。 （2） w v v =，此时，干扰波将向上游传播的绝对速度 0=-='w v v v 上 ，而向下游传播 的绝对速度0 2>=+='w w v v v v 下 ，此时，形成的干扰波是一系列以落入点为平角的扩散 波纹向下游传播。 （3） w v v >，此时，干扰波将不能向上游传播，而是以绝对速度 0>-='w v v v 上 向下 游传播，并与向下游传播的干扰波绝对速度0 >+='w v v v 下相叠加，由于 下上 v v '<'，此时 形成的干扰波是一系列以落入点为顶点的锐角形扩散波纹。 这样一来，我们就根据干扰波波速 w v 与水流流速v 的大小关系将明渠水流分为如下三 种流态——缓流、急流、临界流。具体来讲， w v v <的水流称为缓流； w v v =的水流称为 临界流； w v v >的水流称为急流。临界流是缓流和急流的分界点。 上述分析说明了外界对水流的扰动（如投石水中、闸门的启闭等）有时能传至上游，而有时则不能的原因。实际上，设置于水流中的各种建筑物可以看作是对水流连续不断的扰动，如闸门、水坝、桥墩等，上述分析结论仍然是适用的。 2、干扰波的波速 由连续方程和能量方程可推导出干扰波波速公式： h g v w ±= 式中，h 为平均水深。对矩形平面，平均水深就等于渠道水深h 。对静水而言，上式中的±只有数学上意义。对于运动水流，设其流速为v ，则干扰波波速的绝对速度可表示为 w w v v v ±='，顺流方向取“+”，逆流方向取“－”。 这样一来，流态的判别为 ωv 明渠恒定流(均匀流与非均匀流) 水力学教案 第六章明槽恒定流动 【教学基本要求】 1、了解明槽水流的分类和特征，了解棱柱体渠道的概念，掌握明槽底坡的概念和梯形断面明渠的几何特征和水力要素。 2、了解明槽均匀流的特点和形成条件，熟练掌握明槽均匀流公式，并能应用它来进行明渠均匀流水力计算。 3、理解水力最佳断面和允许流速的概念，掌握水力最佳断面的条件和允许流速的确定方法，学会正确选择明渠的糙率n值。 4、掌握明槽均匀流水力设计的类型和计算方法，能进行过流能力和正常水深的计算，能设计渠道的断面尺寸。 5、掌握明渠水流三种流态（急流、缓流、临界流）的运动特征和判别明渠水流流态的方法，理解佛汝德数Fr的物理意义。 6、理解断面比能、临界水深、临界底坡的概念和特性，掌握矩形断面明渠临界水深h k的计算公式和其它形状断面临界水深的计算方法。 7、了解水跃和水跌现象，掌握共轭水深的计 算，特别是矩形断明渠面共轭水深计算。 8、能进行水跃能量损失和水跃长度的计算。 9、掌握棱柱体渠道水面曲线的分类、分区和变化规律，能正确进行水面线定性分析，了解水面线衔接的控制条件。 10、能进行水面线定量计算。 11、了解缓流弯道水流的运动特征。 【内容提要和教学重点】 这一章是工程水力学部分内容最丰富也是实际应用最广泛的一章。 本章有4个重点：明渠均匀流水力计算；明渠水流三种流态的判别；明渠恒定非均匀渐变流水面曲线分析和计算，这部分也是本章的难点；水跃的特性和共轭水深计算。学习中应围绕这4个重点，掌握相关的基本概念和计算公式。 明渠水流的复杂性在于有一个不受边界约束的自由表面，自由表面能随上下游的水流条件和渠道断面周界形状的变化而上下变动，相应的水流运动要素也发生变化，形成了不同的水面形态。 1、明渠均匀流计算公式: Q=Aν=AC Ri C=n 1Ｒy （一般计算公式）Ｃ=n 1 R 61 （称曼宁公式） 2、渡槽进口尺寸（明渠均匀流） gZ 2bh Q ＝ z ：渡槽进口的水位降（进出口水位差） ε：渡槽进口侧向收缩系数，一般ε＝0。8～０。9 b:渡槽的宽度（米） h ：渡槽的过水深度(米) φ：流速系数φ=０。８~0．９5 3、倒虹吸计算公式： Q ＝mA z g 2（m 3/秒) 4、跌水计算公式： 跌水水力计算公式：Q ＝εmB 2 /30g 2H ， 式中：ε—侧收缩系数，矩形进口ε＝0.85～0.95；， B —进口宽度（米）；m —流量系数 5、流量计算公式: Ｑ=Aν 式中Q —-通过某一断面的流量，m ３/ｓ； ν——通过该断面的流速，ｍ/ｈ A —-过水断面的面积，ｍ2。 6、溢洪道计算 １)进口不设闸门的正流式开敞溢洪道 （1）淹没出流：Ｑ=εσＭBH 2 3 ＝侧向收缩系数×淹没系数×流量系数×溢洪道堰顶泄流长度×溢洪水深2 3 （２）实用堰出流：Q=εＭBH 2 3 =侧向收缩系数×流量系数×溢洪道堰顶泄流长度×溢洪水深2 3 2）进口装有闸门控制的溢洪道 (1）开敞式溢洪道。 Q ＝εσMＢH 2 3 ＝侧向收缩系数×淹没系数×流量系数×溢洪道堰顶泄流长度×溢洪水深2 3 （2)孔口自由出流计算公式为 Ｑ=ＭωH =堰顶闸门自由式孔流的流量系数×闸孔过水断面面积×H 其中：ω=be 7、放水涵管（洞)出流计算 １）、无压管流 Q ＝μＡ02gH =流量系数×放水孔口断面面积×02gH 2)、有压管流 Q ＝μA 02gH =流量系数×放水孔口断面面积×02gH 8、测流堰的流量计算—-薄壁堰测流的计算 １）三角形薄壁测流堰,其中θ＝90°，即 自由出流：Q ＝1。4H 2 5或Ｑ＝1.34３H 2.47（2—15) 淹没出流:Ｑ＝（1。4H 25)σ（2-16） 淹没系数:σ=2)13.0( 756.0--H h n +0.145(2-１7) 2）梯形薄壁测流堰,其中θ应满足t ａnθ= 4 1 ，以及b ＞３H,即 自由出流：Q ＝０．42b g 2H 2 3＝1.８6bH 2 3（２—１8） 第6章 明渠恒定均匀流 1.何为明渠?明渠水流有哪些特点? 2.何谓棱柱体渠道与非棱柱体渠道? 3.如何定义明渠的底坡?按照底坡的不同明渠通常分为几大类? 4.在明渠水力计算中，水深的定义是什么?关于水深及渠长有哪些近似考虑?在水力计算时如何使用这些条件? 5.明渠均匀流的特性是什么? 6.明渠均匀流形成条件有哪些? 7.试论证,在下列渠道中能否产生均匀流 (1)平底坡渠道 ,图(a) (2)正底坡长直棱柱体渠道,图(b) (3)逆坡渠道,图(c) (4)变断面正底坡渠道图(d) 8.明渠均匀流中流量模数K与哪些因素有关? 9.水力最佳断面的定义是 10.在生产实践中，水力最佳断面是如何应用的? 11.矩形和梯形断面渠道,水力最佳断面的条件各是什么?，其断面形式有何特点? 12.渠道均匀流流量不变,为了减少冲刷需要将渠道中流速降低,试问:有几种可能的方法可 以达到此目的。 13.棱柱体渠道形成均匀流,流量一定时底坡i与h 0两者变化规律如何? 14.有两条梯形断面的长直渠道,已知流量Q 1=Q ,边坡系数m 1=m ,但下列参数不同 22(1)糙率，其它条件相同。 21 n n >(2)底宽, 其它条件相同。 (3)底坡 , 其它条件相同。 21 b b >21i i >问这三种情况下,两条渠道中均匀流水深哪个大? 15.有一条矩形断面长直渠道,其过水断面A,糙率n,及底坡i均相同,但底宽b和均匀流水深h 0不同，已知①=4m,=1m, ②1b 01h 022,2h m b ==2m, ③033,2h m b ==1.41m没,问哪条渠道通过的流量最大? 16.有一长直矩形断面渠道,通过设计流量Q=10m 3/s,糙率n=0.03,底坡i=0.000428,试以水力最佳断面条件设计该渠道断面尺寸。 17.证明梯形断面对于任意边坡系数水力最佳断面的水力半径为水深的一半即 m m h R 2 1= 巧用Excel 解决梯形断面明渠均匀流的水力计算 【摘要】目前，计算明渠均匀流水力计算一般通过反复试算或图解解决，不便实际应用，本文巧用Excel 软件的“规划求解”功能，提出新颖又方便的统一解决方案。 【关键词】梯形断面 明渠均匀流 规划求解 水力计算 1 问题的提出 在对灌、涝区工程进行规划设计中，常常要对人工渠道以及天然河道的某些流段进行水力计算，在实际应用中，一般大致近似地将它们视为均匀流，采用公式为： Q=CA Ri (1) 式中 Q ??设计流量，m 3/s C ??谢才系数，m 1/2/s A ??过水断面面积，m 2 R ??水力半径，m i ??底坡 式（１）中包含流量Ｑ，底坡i ，糙率n ，断面要素Ａ和Ｒ。对于梯形渠道，Ａ、Ｒ是水深h ，渠底宽度b ，边坡系数m 的变量。 A=(b+mh)h (2) χ=b+2h 2 1m + (3) R=A/χ=(b+mh)h ／(b+2h 2 1m +) (4) 将式（2）、（4）代入式（1），整理得梯形断面渠道均匀流水力计算公式： Q= f (m ， b ， h ， i ， n) Q= 3 2 2 35 2 1] 12[] )[(m h b n h mh b i +++ (5) 这里共有6个变量，水力计算也就是给定这6个变量中的其中5个，解算另一个。利用式（5）计算主要存在以下问题： 1）计算过程繁复。例如求解h或b，式（5）为h、b的高次隐函数，无法直接求解，只能反复试算逐次逼近求解，费时费力。 2）如果采用图解法，需借助在关资料上已制好的图求解，计算过程受资料束缚，极不方便。 3）公式（5）不能同时求解2个以上变量。 鉴于以上问题，本文借助计算机中普遍存在的Excel软件的“规划求解”功能，介绍一种统一的解决方法。 2 “规划求解”功能介绍及建立模型 Excel中的“规划求解”，是对数学模型g = f (x1，x2，…x n) (其中f为目标函数，x1，x2，…x n为变量)，通过一定的算法，在一定的约束条件下，寻求（或调整）一个或几个变量的数值，使目标函数得到期望的结果。其中目标函数所在的单元格称为目标单元格，待求变量所在的单元格称为可变单元格。在此，我们将以流量Q为目标值，如附图所示建立“规划求解”模型。在目标单元格F2预先输入目标函数公式（即求目标值Q的公式：“=D2^(1/2)*((B2+A2*C2)*C2)^(5/3)/(E2*(B2+2*C2*(1+A2^2)^(1/2))^(2/3) )”，另外，为求过流面积A，也可在G2单元格中输入过流面积A的公式：“=(B2+A2*C2)*C2”。 附图在Excel工作表中建立“规划求解”模型 3 简单算例 明渠恒定非均匀流水面线的简化速算法 摘要：目前对于非均匀流的水面线计算，仅为数值模拟法，或逐段试算法，方法复杂。本文通过建立明渠非均匀流水深沿程变化微分方程[1]，对方程简化并无量纲化后并积分，求解出水面线方程，形式简单可行。 关键词：明渠；非均匀流；临界水深；无量纲化。 一基本方程 建立能量守恒方程，形式如下[1]： （1） 取底坡i，并忽略沿程水头损失dhj，经简化得：。流速换为形式，根据流量守恒定律，q可作为常数提到微分号外。代入上式，得到：（2），其中其中ids为渠底高差。 沿程水头损失dhf采用形式。简化计，采用朗道提出的抛物线型的明渠流速分布公式[2]，当z=时，。代入（2）式，化简得：（3） 对（3）式进行无量纲化，均除以临界水深，令为，则（3）式转化为：（4）。代入边界条件s=0，，积分得（5），特别的，当边界水位为临界水深时，h0=hk，方程将简化为（6）。 二、算例 1. 某矩形输水明渠，因上下游渠道底坡不同产生非均匀流，流量Q=4.7m3/s，B=1.5m，上游底坡0.003，对应的正常水深h0=1.236m；下游底坡0.03，对应的正常水深h0=0.518m；控制断面为里程500米处，水位Z=100m。采用上述方法，求得水面线如图（水流趋于均匀流后水深将为正常水深而不再变化）。 2.仍采用上述条件，调整上游底坡为0.03，下游底坡为0.003，求得水面线如图3（水流趋于均匀流后水深将为正常水深而不再变化），按壅水曲线特征，图3中拐点处实际将发生水跃。 三结语 （1）对能量守恒方程进行简化，得到明渠非均匀流水深沿程分布的无量纲简化式，形式工整、简单。 第7章 明渠恒定非均匀流 1.明渠非均匀流有哪些特征? 2.产生明渠非均匀流的原因有哪些? 3.下面三种微波传播的平面图形,各代表什么流态水流,写出其水流流速与波速的关系。． 4.缓流和急流各有什么特点?有哪些判别方法? 5.断面比能(断面单位能量)与单位重量液体的总能量E有何区别? s E 6.断面比能在一定和过水断面形状尺寸一定时, 曲线有何特点? Q ()s E f =h 7.明渠均匀流和沿程怎样变化?明渠非均匀流渐变流和沿程怎样变化? s E E s E E 8.临界水深是如何定义的?它的一般关系式为___________。 9.临界水深与哪些因素有关，在水流分析中有何作用? 10.明渠水流Fr数的物理意义是什么?如何用Fr数判别水流的流态。 11.,0 (3) 临界坡上 (4) 平坡上 ?????????????????急流（）缓流（）非均匀流急流（）临界流（）缓流（）均匀流?????????????急流（）缓流（）非均匀流急流（）缓流（）均匀流16.棱柱体渠道非均匀流渐变流的基本公式21r dh i j dl F ?=?中分子、分母的物理意义如 何? 17.棱柱体渠道非均匀流渐变流水深如何分区?a、b、c三区的水面曲线总的变化规律是什么? 18.矩形断面渠道,流量Q=6m 3/s,底宽b=3.2m,糙率n=0.025,均匀流水深h =1.6m,试用最简单的方法判别水流的流态。 019.证明:矩形断面渠道中最小断面单位能量E min =k h 2 3 ,h 为临界水深。 k 20.证明:当断面比能Es以及渠道断面形式尺寸一定时,最大流量相应的水深是临界水深。 21.临界流必为均匀流，这种说法对吗?说明理由。 22.临界水深与正常水深有何不同?何时临界水深才真实存在? 23.在一条断面形状、尺寸、底坡和糙率均固定的明渠中，当通过流量Q=10.00m 3/s时是陡 坡明渠，当通过大于或小于Q的流量时，是否一定仍为陡坡明渠? 24.何谓水跃函数?水跃函数曲线有何特点? 25.缓流和急流的概念与渐变流、急变流的概念之间有何区别，是否有渐变急流、渐变缓流，急变缓流、急变急流这些流动?举例说明。 明渠恒定均匀流 一、判断题 1.矩形断面水力最佳断面的宽深比β=2。（） 2.水力最佳断面是指渠道壁面光滑，水流顺畅的断面。（） 3.明渠中均匀流一定是恒定流。（） 4.棱柱体渠道内都可以形成均匀流。（） 5.由于明渠底坡i可以大于、等于、小于零，而明渠均匀流的水力坡度J=i， 所以明渠均匀流的水力坡度J也可以大于、等于、小于零。（） 6.明渠均匀流一定在恒定流中才能产生。（） 7.逆坡渠道也可以产生均匀流。（） 8.弯曲的正坡明渠中也可以产生均匀流。（） 9.明渠均匀流是重力沿流向的分力和阻力相平衡的流动。（） 10.水力最佳断面是指过水断面面积一定时通过流量最大的断面。（） 11.当矩形的水力半径等于水深时，该矩形断面即为水力最佳断面。（） 12.横断面形状及尺寸沿流向不变的明渠称为棱柱体明渠。（） 二、选择题 1.一梯形断面渠道，底宽b=2m，边坡系数m=1.0，明渠中的水深h=0.5m, 则湿 周 、水力半径R分别为（） A、3.414, 0.366 B、 3.5, 0.30 C、 3.414, 0.30 D、 3.5, 0.366 2.明渠均匀流是指（） A、速度方向不变，大小可以沿流向改变的流动 B、运动要素不随时间变化的流动 C、断面流速均匀分布的流动 D、流速大小方向沿流向不变的流动 3.在明渠中不可以发生的流动是（） A、恒定均匀流； B、恒定非均匀流； C、非恒定均匀流； D、非恒定非均匀流。 4.明渠水力最佳断面（在Q、i、n一定的条件下）是（） A、缓流过渡到急流是的断面 B、过水断面面积最小的断面 C、Fr=1的断面 D、湿周最大的断面 5.矩形断面明渠水力最佳断面的宽深比β等于（） A、1 B、2 C、3 D、4 6.水力最佳断面是（） 第六章 明渠恒定均匀流 明渠水流：当液体通过渠槽而流动时，形成与大气相接触的自由表面。为无压流。 分为恒定流与非恒定流，分为均匀流与非均匀流。 取一段明渠均匀流，则：f F G =θsin ，表明均匀流中阻力与重力分力相平衡。非均匀流中不平衡。 6-1 明渠的类型及其对水流运动的影响 一、 明渠的横断面 梯形、矩形、圆形等断面。 边坡系数：αctg m =,即水平长度与垂直长度的比值。m 与土的种类或护面情况而定。 梯形断面的水力要素：水面宽度mh b B 2+=；过水面积h mh b A )(+=；宽深比h b /=β；湿周212m h b ++=χ；水力半径212)(m h b h mh b R +++= ；平均水深B A h m /=。 矩形断面m=0，是梯形断面的特例。 棱柱体渠道：断面形状、尺寸及底坡沿程不变，同时又无弯曲的渠道。 非棱柱体渠道：断面形状、尺寸或底坡改变的渠道。 二、明渠的底坡 底坡：明渠渠底纵向倾斜程度。用i 表示，αsin =i 。 顺坡：i>0; 平坡：i=0；逆坡：i<0。 只有在顺坡渠道中，重力才可能与阻力相平衡，才能形成均匀流。 6-2 明渠均匀流的特性及其产生条件 一、 明渠均匀流的特性 由于明渠均匀流的流线是相互平行的直线，从而有下列特性： 1．过水断面的形状、尺寸及水深沿程不变；2.过水断面的流速分布、断面平均流速沿程不变，动能修正系数及流速水头也沿程不变；3.总水头线、水面线及底坡线相互平行，即i J J z ==。 注意：水深的量取应垂直于底坡。当底坡较小时，水深可用铅垂方向的值代替；渠道长度也 可用水平方向的投影长度代替。 二、明渠均匀流产生的条件 1．恒定流；2.流量沿程不变；3.长而直的棱柱体顺坡明渠；4.渠道中无局部干扰。 一般来说大多数渠道中的水流都是非均匀流。 6-3 明渠均匀流的计算公式及有关说明 一、明渠均匀流的计算公式 连续方程：AV Q =；谢才公式：Ri C RJ C V ==，则：i K Ri AC Q == 式中，R AC K =为流量模数，反映明渠断面形状、尺寸和粗糙程度对过水能力的影响。 正确选择粗糙系数是使用均匀流公式的关键。 二、水力最佳断面及允许流速 （一）水力最佳断面 水力最佳断面：流量一定时面积最小，或面积一定时流量最大。 根据均匀流公式：3/22 /13/53/22/111χ i A n R Ai n Q ==， 水力最佳断面对应于湿周最小或水力半径最大的断面。半圆形是水力最佳断面。 梯形断面：A=常数；χ=最小值。即： 0)()(=+++=m dh db h mh b dh dA ；0122=++=m dh db dh d χ 消去db/dh 后，得：)()1(2/2m f m m h b m =-+==β，仅与边坡系数m 有关。 从而：2/h R m =---即梯形水力最佳断面的水力半径是水深的一半。 矩形断面m=0,则：2/==h b m β，即：h b 2=，2/h R m =。 矩形或梯形水力最佳断面实际上是半圆的外切多边形断面。 注意：水力最佳断面不是最经济的断面。 （二）允许流速 1．渠道中流速应小于不冲允许流速V '；2. 渠道中流速应大于不淤允许流速V ''。 6-4 渠道水力计算类型 明渠恒定均匀流 第五章明渠恒定均匀流 第一节概述 一．明渠水流 1 、明渠定义：人工渠道、天然河道、未充满水流的管道统称为明渠。 2 、明渠水流是指在明渠中流动，具有显露在大气中的自由表面，水面上各点的压强都等于大气压强。故明渠水流又称为无压流。 明渠水流的运动是在重力作用下形成的。在流动过程中，自由水面不受固体边界的约束（这一点与管流不同），因此，在明渠中如有干扰出现，例如底坡的改变、断面尺寸的改变、粗糙系数的变化等，都会引起自由水面的位置随之升降，即水面随时空变化，这就导致了运动要素发生变化，使得明渠水流呈现出比较多的变化。在一定流量下，由于上下游控制条件的不同，同一明渠中的水流可以形成各种不同形式的水面线。正因为明渠水流的上边界不固定，故解决明渠水流的流动问题远比解决有压流复杂得多。 明渠水流可以是恒定流或非恒定流，也可以是均匀流或非均匀流，非均匀流也有急变流和渐变流之分。本章首先学习恒定均匀流。明渠恒定均匀流是一种典型的水流，其有关的理论知识是分析和研究明渠水流各种现象的基础，也是渠道断面设计的重要依据。 对明渠水流而言，当然也有层流和紊流之分，但绝大多数水流（渗流除外）为紊流，并且接近或属于紊流阻力平方区。因此，本章及以后各章的讨论将只限于此种情况。 二、渠槽的断面形式 （一）按横断面的形状分类 渠道的横断面形状有很多种。人工修建的明渠，为便于施工和管理，一般为规则断面，常见的有梯形断面、矩形断面、U 型断面等，具体的断面形式还与当地地形及筑渠材料有关。天然河道一般为无规则，不对称，分为主槽与滩地。 在今后的分析计算中，常用的是渠道的过水断面的几何要素，主要包括：过水断面面积A、湿周x、水力半径R、水面宽度B。对梯形断面而言，其过水断面几何要素计算公式如下： A = （b +mh ） h =（卩+m ） h 2 x =b +2h +m 2=（卩+2+m 2） h x B =b +2mh =（卩+2m ） h 卩=R =A 水力学教案 令狐采学 第六章明槽恒定流动 【教学基本要求】 1、了解明槽水流的分类和特征，了解棱柱体渠道的概念，掌握明槽底坡的概念和梯形断面明渠的几何特征和水力要素。 2、了解明槽均匀流的特点和形成条件，熟练掌握明槽均匀流公式，并能应用它来进行明渠均匀流水力计算。 3、理解水力最佳断面和允许流速的概念，掌握水力最佳断面的条件和允许流速的确定方法，学会正确选择明渠的糙率n 值。 4、掌握明槽均匀流水力设计的类型和计算方法，能进行过流能力和正常水深的计算，能设计渠道的断面尺寸。 5、掌握明渠水流三种流态（急流、缓流、临界流）的运动特征和判别明渠水流流态的方法，理解佛汝德数Fr的物理意义。 6、理解断面比能、临界水深、临界底坡的概念和特性，掌握矩形断面明渠临界水深hk的计算公式和其它形状断面临界水深的计算方法。 7、了解水跃和水跌现象，掌握共轭水深的计算，特别是矩形断明渠面共轭水深计算。 8、能进行水跃能量损失和水跃长度的计算。 9、掌握棱柱体渠道水面曲线的分类、分区和变化规律，能 正确进行水面线定性分析，了解水面线衔接的控制条件。 10、能进行水面线定量计算。 11、了解缓流弯道水流的运动特征。 【内容提要和教学重点】 这一章是工程水力学部分内容最丰富也是实际应用最广泛的一章。 本章有4个重点：明渠均匀流水力计算；明渠水流三种流态的判别；明渠恒定非均匀渐变流水面曲线分析和计算，这部分也是本章的难点；水跃的特性和共轭水深计算。学习中应围绕这4个重点，掌握相关的基本概念和计算公式。 明渠水流的复杂性在于有一个不受边界约束的自由表面，自由表面能随上下游的水流条件和渠道断面周界形状的变化而上下变动，相应的水流运动要素也发生变化，形成了不同的水面形态。 6.1 明槽和明槽水流的几何特征和分类 （1）明槽水流的分类 明槽恒定均匀流 明槽恒定非均匀流（包括渐变流和急变流） 明槽非恒定流 明槽非恒定流一定是非均匀流。 明槽非均匀流根据其流线不平行和弯曲的程度，又可以分为渐变流和急变流。 （2）明槽梯形断面水力要素的计算公式： 水面宽度 B = b+2 mh （6—1） 第一章明渠水力计算 明渠水力计算分为明渠均匀流计算及明渠非均匀流计算，这不仅是渠道工程设计的主要计算项目，也是灌区水工建筑物设计中最基本的水力计算项目。在渡槽、涵洞、陡坡等建筑物的设计中，常需推算水面线，水面线的推算属于明渠非均匀流计算。消能计算中的下游尾水深计算及渡槽槽身的水力计算都是明渠均匀流计算；水面线计算中的正常水深也是按明渠均匀流计算。因此本书将首先在此简要介绍明渠水力计算。 第一节单式断面明渠均匀流水力计算 一、计算公式 明渠均匀流的基本计算公式如式(1—1)一式(1—3)； 二、计算类型 根据设计条件及要求，单式断面明渠均匀流一般可分为以下(种计算情况： (1)已知设计流量、渠底比降及渠底宽，计算水深。 (2)已知设计流量，渠底比降及水深，计算渠底宽。 (3)已知设计流量及过水断面面积、计算渠底比降。 (4)已知过水断面面积及渠底比降，计算过水流量。 上述第(3)、(4)两种情况可由式(1—1)直接求得计算结果，但不是设计中的主要计算情况．第(1)、(2)两种情况，因式(1—1)中的w、R、C 等值均包含有渠底宽及 第1页 水深两个未知数，因此不可能由式(1—1)简单求解，而需要经过反复试算才能得到计算结果，这两种是设计中常见的情况，为了减少计算工作量，过去多是借助有关的计算图表进行计算，现在则可采用电算。 三、算例 现以算例介绍单式断面明渠均匀流不同计算情况的计算方法和步骤。 [例1—1，已知某梯形断面渠槽的渠底宽为b＝1．5m，水深为h--3．2m，边坡系数 [例1—2] 已知某梯形断面渠槽的设计流量为Q＝20．07m^3／s，渠底宽为b--1．Sm，边坡系数为m--2．5，渠底比降i=1／7000，糙率为n=0．025。试计算渠道水深。 解：本倒不可能由式(1—1)一次算出水深，需通过假定不同的水深反复试算才能求得所需值。计算步骤是首先假定一个水深值，计算相应的w、R、C等值，然后按式(1—1)计算过水流量，如流量计算值小于设计流量，表明假定的水深偏小，再加大水深值重新计算；反之，则表明假定的水深偏大，再减小水深值重新计算，如此反复多次，直至按假定的水深计算的过水流量渐进等于设计流量时，该水深即为所求水深。 现假设水深为h=3．2m． 按例1—1步骤算得：w＝30．4(m^2)；R＝1．623(m)；C＝43．36(m^0.5／s) 按式(1—1)计算过水流量为：Q＝20．o?(mVs) 因上述流量计算值等于设计流量，表明假定的水深3．2m即为所求水深。本例省略了试算过程。 本例如是已知设计流量、渠道水深及渠底比降，要求计算确定渠底宽，也同样按上述步骤进行试算。 [“明渠均匀流水力计算程序”计算示例] 按例1—1及例1—2的基本资料，“明渠均匀流水力计算程序”的计算显示输出如下。 明渠均匀流水力计算 程序编制说明 (1)本程序用于明均匀的渠道过水断面计算及临界水深计算： (2)程序可根据需要分别对以下5种情况进行计算 1)已知流量．渠废宣及比降，计算水深： 第2页 <<上一章下一章>> 工成网 第二章水闸过水能力(孔径)计算 第一节开敞式水闸过水能力(孔径)计算 平底开敞式水闸过闸水流的流态为宽顶堰流，根据SL265—2001《水闸设计规范》(以下简称《规范》)，其闸孔总净宽B。按式(2—1)一式(2—6)计算： xx恒定均匀流 一、判断题 1.矩形断面水力最佳断面的宽深比β=2。（） 2.水力最佳断面是指渠道壁面光滑，水流顺畅的断面。（） 3.xxxx均匀流一定是恒定流。（） 4.棱柱体渠道内都可以形成均匀流。（） 5.由于明渠底坡i可以大于、等于、小于零，而明渠均匀流的水力坡度J=i，所以明渠均匀流的水力坡度J也可以大于、等于、小于零。（） 6.明渠均匀流一定在恒定流中才能产生。（） 7.逆坡渠道也可以产生均匀流。（） 8.弯曲的正坡明渠中也可以产生均匀流。（） 9.明渠均匀流是重力沿流向的分力和阻力相平衡的流动。（） 10.水力最佳断面是指过水断面面积一定时通过流量最大的断面。（） 11.当矩形的水力半径等于水深时，该矩形断面即为水力最佳断面。（） 12.横断面形状及尺寸沿流向不变的明渠称为棱柱体明渠。（） 二、选择题 1.一梯形断面渠道，底宽b=2m，边坡系数m=1.0，明渠中的水深h=0.5m,则湿周、水力半径R分别为（） A、3.414,0.366 B、3.5,0.30 C、3.414,0.30 D、3.5,0.366 2.xx均匀流是指（） A、速度方向不变，大小可以沿流向改变的流动 B、运动要素不随时间变化的流动 C、断面流速均匀分布的流动 D、流速大小方向沿流向不变的流动 3.在xx中不可以发生的流动是（） A、恒定均匀流； B、恒定非均匀流； C、非恒定均匀流； D、非恒定非均匀流。 4.明渠水力最佳断面（在Q、i、n一定的条件下）是（） A、缓流过渡到急流是的断面 B、过水断面面积最小的断面 C、Fr=1的断面 D、湿xx最大的断面 5.矩形断面明渠水力最佳断面的宽深比β等于（） A、1 B、2明渠恒定流(均匀流与非均匀流)
第7章 明渠非均匀流.
明渠恒定均匀流
压力与流速的计算公式
明渠水流水力计算(二)
第六章明渠恒定非均匀流
第六章明渠恒定非均匀流
明渠恒定流(均匀流与非均匀流)
水力学常用计算公式
第6章明渠恒定均匀流
巧用Excel解决梯形断面明渠均匀流的水力计算
明渠恒定非均匀流水面线的简化速算法
第7章明渠恒定非均匀流
5.明渠恒定均匀流
明渠恒定均匀流定义
明渠恒定均匀流
明渠恒定流(均匀流与非均匀流)
第一章 明渠水力计算
5.明渠恒定均匀流
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