1梯形明渠断面典型设计图(1)

水力学习题1一、单项选择题1.某流体的运动粘度v=3×10-6m2/s,密度ρ=800kg/m3,其动力粘度μ为( )A.3.75×10-9Pa·sB.2.4×10-3Pa·sC.2.4×105Pa·sD.2.4×109Pa·s2.图中相互之间可以列总流伯努利方程的断面是A.1-1断面和2-2断面B.2-2断面和3-3断面C.1-1断面和3-3断面D.3-3断面和4-4断面3.如图所示，孔板上各孔口的大小形状相同，则各孔口的出流量是( )A.Q A>Q BB.Q A=Q BC.Q A<Q BD.不能确定4.并联管道A、B，两管材料、直径相同，长度 B=2 A，两管的水头损失关系为( )A.hfB =hfAB.hfB =2hfAC.hfB =1.41hfAD.hfB =4hfA5.如图所示，水泵的扬程是( )A.z1B.z2C.z1+ z2D.z1+ z2+h w6.在已知通过流量Q、渠道底坡i、边坡系数m及粗糙系数n的条件下，计算梯形断面渠道尺寸的补充条件及设问不能是( )A.给定水深h，求底宽bB.给定宽深比β，求水深h与底宽bC.给定最大允许流速［v］max，求水底h与底宽bD.给定水力坡度J，求水深h与底宽b7.断面单位能量e随水深h的变化规律是( )A.e存在极大值B.e存在极小值C.e随h增加而单调增加D.e随h增加而单调减少8.下列各型水面曲线中，表现为上凸型的水面曲线是( )A.M3型B.C3型C.S3型D.H3型9.根据堰顶厚度与堰上水头的比值，堰可分为( )A.宽顶堰、实用堰和薄壁堰B.自由溢流堰、淹没溢流堰和侧收缩堰C.三角堰、梯形堰和矩形堰D.溢流堰、曲线型实用堰和折线型实用堰10.速度v、长度l、运动粘度v的无量纲组合是( )A.vlv2B.v lv2C.v lv22D.vlv二、填空题（不写解答过程，将正确的答案写在每小题的空格内。

– 最佳断面
• 满足A、B条件的横断面
• 渠道的纵横断面设计不是相互独立的，而是互相 联系的。
（一）梯形渠道设计参数确定
• 1、渠道比降i
–尽量使i与地面坡度一致 –满足渠床稳定要求
• 小于不冲流速 • 大于不淤流速：多泥沙河流不许考虑。
–随着渠道设计流量的减少，底坡逐渐增加
• 干渠、支渠较缓，斗渠、农渠陡
–
R=A0/X
–
Q0=A0*R**(2/3.0)*SQRT(I)/N
–
E＝ABS(Q0-Q)/Q0
–
IF(E.LE.0.001) GOTO 200
– 100 CONTINUE
–
WRITE(*,*) ‘H=’,H
– END
2、迭代公式（梯形渠道）
h2

(nQ)3 / 5 i 3 / 10

(b

2h1 1 m2 b mh1
– 1、地面高程线 – 2、建筑物位置和符号 – 3、设计水位线 – 4、渠底线（平行设计水位线减去设计水深） – 5、最小水位线（渠底＋最小水深） – 6、堤顶线（渠底线＋加大水深＋超高） – 7、桩号和高程
3、水位衔接
• （1）同级渠道不同渠段水位衔接
– A 上下段渠道流量差别不大时，调整渠道宽深比，使其 水深一致。
• B 以下级渠道最小水位为准，抬高上级渠道 最小水位；多余水头采用进水闸消除。
• 抬高渠首水位 • 减小渠道底坡
谢谢大家！
– B 建筑物较长（图中标注长度），在其进出口 和长度方向上扣除局部和沿程损失（图）
– C跌水可用垂线连接
（3）上下级渠道水位衔接
• A、以设计水位为准，上级渠道水位高于下 级渠道；

编号图名所属分类003梯形明渠断面典型设计图(1)004梯形明渠断面典型设计图(2)005梯形土渠道断面图006梯形混凝土衬砌渠道断面图(1)007梯形混凝土衬砌渠道断面图(2)008土渠挖方工程量查算表009土渠填方工程量查算表010预制安装U形衬砌渠道断面图011现浇U形衬砌渠道断面图012U形渠道断面与梯形、矩形断面连接形式013开敞式节制闸平面图014开敞式节制闸剖面图015开敞式节制闸钢筋图016预制混凝土圆形涵洞式水闸平面图017预制混凝土圆形涵洞式水闸剖面图018预制混凝土圆形涵洞式水闸钢筋图019预制混凝土矩形涵洞式水闸平面图020预制混凝土矩形涵洞式水闸剖面图021预制混凝土矩形涵洞式水闸钢筋图022铸铁闸门螺杆启闭机典型设计图023U形牛墩式小闸门设计图024田间进水闸设计图025钢筋混凝土管式斗门设计图026钢筋混凝土盖板式斗门设计图027砌石分水闸设计图028混凝土现浇分水闸设计图029梯形渠道引水口设计图(1)030梯形渠道引水口设计图(2)031U形渠道引水设计图032联合建筑物(倒虹吸、分水闸)设计图033梁式渡槽典型设计图(1)034梁式渡槽典型设计图(2)035拱式渡槽典型设计图(1)036拱式渡槽典型设计图(2)037钢管式渡槽典型设计图038渡槽细部结构图039管式渡槽设计图040U形渡槽设计图041矩形渡槽设计图042正交钢筋混凝土简支板梁式桥(1) 043正交钢筋混凝土简支板梁式桥(2) 044正交钢筋混凝土简支板梁式桥(3) 045斜交钢筋混凝土简支板梁式桥(1) 046斜交钢筋混凝土简支板梁式桥(2) 047斜交钢筋混凝土简支板梁式桥(3) 048桥梁细部结构图(1)049桥梁细部结构图(2)050桥梁细部结构图(3)051石拱桥典型设计图(1)1-渠道2-水闸3-渡槽155露地蔬菜微喷灌典型设计图(1)156露地蔬菜微喷灌典型设计图(2)157小管出流灌溉典型设计图(1)158小管出流灌溉典型设计图(2)159毛管和灌水器布置图160低压管道输水灌溉系统组成示意图161低压管道输水灌溉系统平面布置图162平原区低压管道输水灌溉典型设计图(1)163平原区低压管道输水灌溉典型设计图(2)164丘陵区低压管道输水灌溉典型设计图(1)165丘陵区低压管道输水灌溉典型设计图(2)166给水栓(出水口)安装图167出水栓(出水口)连接及保护装置安装图168梯田地埋低压输水管道布置图169管道系统保护装置安装图170PVC管道连接示意图171灌溉用混凝土管及管件172灌溉用铸铁管及管件173雨水利用生活用水系统示意图和滴灌系统示意图174雨水利用屋面集流和温室滴灌系统示意图175雨水利用公路山地复合集流和山坡集流系统示意图176雨水利用公路集流系统示意图和121雨水利用工程系统示意图177砂浆抹面水窖剖面图(1)178砂浆抹面水窖剖面图(2)179混凝土水窖剖面图(1)180混凝土水窖剖面图(2) 181混凝土水窖剖面图(3) 182红胶泥防渗水窖剖面图183浆砌石蓄水池剖面图184水泥砂浆抹面窑窑剖面图185塑料膜防渗水窖剖面图186山区蓄水池示意图187簸箕形蓄水池布置图188圆柱形混凝土水窖盖板钢筋图189雨水利用初雨排泄装置13-雨水积蓄利用11微灌12-低压管道输水灌溉。

α
b
梯形断面
26
梯形断面的边坡系数 m
• 梯形断面是最常见的一种人工渠道，一般不加衬砌， 边坡的稳定性及边坡系数m选择由土壤力学性质决定。
岩土种类 未风化的岩石 风化的岩石 半岩性耐水土壤 卵石和砂砾 粘土、硬或半硬粘壤土 松软粘壤土、砂壤
细砂 粉砂
边坡系数 m(水下部分)
1～0.25 0.25～0.5 0.5～1 1.25～1.5 1～1.5 1.25～2 1.5～2.5 3～3.5
情况不好，n=0.045-0.060; 杂草丛生，0.075-0.150）
精选完整ppt课件 20
（四）水力最佳断面及允许流速
精选完整ppt课件 21
1. 水力最佳断面
水力最优断面：指当渠道底坡、糙率及面积大小一定时，通 过最大流量时的断面形式。
51
Q ACRi
1Ai12R23 n
1A3i 2
n
vmax m s
1.6 2.0 3.0 4.0
• 最小流速要求：v>0.3-0.4m/s（避免水草滋生）
精选完整ppt课件 31
（五）明渠均匀流的水力计算
精选完整ppt课件 32
明渠均匀流的水力计算有3种类型：
（1）验算已设计好渠道的输水能力：
已知b、h、m、i、n，求Q。
由均匀流计算基本公式：
精选完整ppt课件 15
3. 思考题
思考题1：明渠均匀流可能发生在： A、平坡棱柱形渠道； B 、顺坡棱柱形渠道； C、逆坡棱柱形渠道； D、都有可能；
思考题2：非棱柱体渠道中，流线也会是平行直线，故水流也可能 形成均匀流。
A、正确；
B 、错误；
思考题3：各种渠道中：①平底坡渠道；②正底坡、长直渠道；③正 底坡、棱柱形，长直渠道；④正底坡、非棱柱形渠道；⑤逆坡底渠 道；能否产生均匀流？为什么？

弧形底梯形断面渠道施工顺序：定位放线—土方开挖—渠槽修整—土工膜铺设—混凝土浇筑—养护—渠肩平整（一）定位放线：根据所给定的轴线桩定位放线，采用经纬仪每25米设一渠中心桩，撒出开挖渠道和渠肩边线。

用水准仪加密BM桩，加设BM点控制桩距离根据现场地形地貌设置距离。

用以引水渠清理基槽及混凝土浇筑时控制高程。

（二）土方开挖：采用挖掘机开挖，首先根据施工放出的开挖线挖出渠道平台，渠道平台开挖时根据设计高程及原地面高程放坡，平台挖至渠肩高程后再进行渠槽放线，再根据图纸设计高程挖出渠槽。

（三）人工清理：渠槽开挖完成后即可进行人工清理渠槽，每12.5m放出中心桩，根据设计高程用水准仪测量出渠底高程，并在中心桩上标出渠底高程控制线，然后开始渠槽清理，渠槽清理时必须拉线，根据所测高程人工精修至设计高程和渠道形状。

（四）渠槽精修完毕后，进行土工膜铺设。

土工膜铺设前应先清理渠道中的石块及其他硬物，以免损伤土工膜，严禁将重物砸在土工膜上，铺膜过程中应随时检查膜的外观有无破损、麻点、孔眼等缺陷。

铺设前先根据渠道断面大小将膜料加工成幅，按先下游后上游的顺序铺设（膜朝下布朝上），上游幅压下游幅，搭缝方向垂直于水流方向，这样可使膜料在水流压力下，连接缝密合，提高防渗效果。

铺设时，先将膜料的一端与先铺好的膜料焊接（粘接）牢固，膜料铺设时留有小褶皱，这样可适应保护层填筑时造成的局部变形，膜下空气要完全排除，否则在填筑时会使膜产生局部压力，损坏膜料。

膜层顶端按设计要求铺设，每幅膜间的连接采用焊接（粘接），焊接长度不小于10cm，要求膜层平整、层间洁净，且应上游一幅压下游一幅，缝口咬合紧密。

土工膜铺设结合砼板的铺筑施工，以免膜料暴露时间过长，砼板铺筑前先检查土工膜是否有破孔，如有则需进行粘补，粘补膜要超出破孔每边10～20cm。

目的是更好地达到粘补作用，避免漏补。

当天铺膜当天填筑，以避免膜层裸露时间过长。

⒈土工膜铺设前应做下列准备工作（1）确认基槽已具备铺设土工膜的条件。

i
Q2 K2

Q2 A 2C 2 R
3、确定渠道的断面尺寸
在设计一条新渠道时，一般已知流量Q、渠道底坡i、边坡 系数m及粗糙系数n，要求设计渠道的断面尺寸，即确定渠 道的底宽b和水深h。 这时将有多组解，为得到确定解，需要另外补充条件。 1、水深h0已定，求相应的底宽b
K AC R f (b) b Q K0 i
第八章
明渠恒定均匀流
§8.1 概述
§8.2 明渠均匀流
§8.3 无压圆管均匀流
§8.1
概
述
明渠：是人工渠道、天然河道以及不满流管道 统称为明渠。
明渠流：具有露在大气中的自由液面的槽内液 体流动称为明渠流（明槽流）或无压流（Free Flow）。
一、明渠流动的特点
1. 具有自由液面，p0=0，无压流（满管流则是有压 流）。 2. 重力是流动的动力，明渠流是重力流，管流则是压 力流。 3. 渠道的坡度影响水流的流速、水深。坡度增大，则 流速 ，水深。 4. 边界的突然变化将影响明渠流动的状态。
说明：1）具有水力最优断面的明渠均匀流，当i，n，A0给定时， 水力半径R最大，即湿周χ0最小的断面能通过最大的流 量。 2） i，n，A0给定时，湿周χ0最小的断面是圆形断面，即圆 管为水力最优断面。
1. 梯形过水断面渠道的水力最优断面
A h(b mh )

B
mh h 1:m 1 m
A b 2h 1 m mh 2h 1 m 2 h d dA 对于水力最优断面有：
b
K0
K=f(b)
K K=f(h)
2、底宽b已定，求相应的水深h0
K AC R f ( h) h Q K0 i

批准 核定 审查 规划 制图 日期
郭永芳 黄秋利 杨帆 杨帆 薛伟
2019.06
项目名称 设计阶段
比例尺 图号ຫໍສະໝຸດ 固始县2019年石佛店镇5.1万亩高标准农田建设项目
施工图设计
梯形渠设计图
详见图示 16
田面
200
1900
200
1000
100 700
1 : 1
400
回填区域 2500
100
开挖区域
回填区域 2500
田面
500
(0.5*0.7)梯型单渠位:m横m 断面
T(0.5*0.7m)工程量统计表(1米）
项目名称 土方开挖 土方回填 C25砼护底 堵头模板 普通标准钢模板 闭孔低发泡沫塑料板
（m³） （m³）
（m³） （m²）
（m²）
（m²）
说明：
1.渠底与坡面铲平后进行砼浇筑。 2.砼标号为C25。
数量
0.7
1.4
0.28
0.06
0.60
0.06
3.每5米设置沉陷缝一道，缝宽1厘米，用聚乙烯闭孔泡沫板填充。 4.B、H分别为渠道的底宽和高度，依据设计确定。
河南省启沃土地咨询有限公司
农林行业：乙级
证书编号：

中 图分 类 号 ： Ｔ Ｖ ６ ７ ２ 文献标识码 ： Ｂ
１ 水 力 最 佳 断 面
按 照水力 学 理论 ， 从 均 匀 流 的公 式 可 以看 出 ， 明 渠 的输 水 能力 取决 于 过水 断面 积 形状 、 尺寸 、 底 坡 和 粗 糙 系数 的大小 ¨ Ｊ 。
式 中： 为 平均 流 速 （ 米／ 秒） ； Ｑ为 设 计 流 量 ， Ｉ ｎ ／ ｓ ； 为过水 断 面 面积 ， ｍ ； Ｒ为水力 半径 ， ｍ； ｉ 为水 面坡
Ａ 为实用 经济 断面 的 过水 断面的设 计 中 ， 根据 《 灌 排 与排 水 Ｔ 程设 计 规 济断 面湿周 ， ｍ； Ｒ为 实用 经济 断 面的水 力半 径 ， ｍ； ｂ
范》 （ Ｇ Ｂ ５ ０ ２ ８ ８ － － － ９ ９ ） ， 渠 道 水 力 最 佳 断 面 计 算 方 为实 用 经济 断 面 底 宽 ， ｉ ｎ ； ／ ３ 为 实 用 经济 断 面 底 宽 与 法（ 参 照附 录 Ｈ） 如下 ： １ ） 梯 形 渠 道 水 力 最 佳 断 面 水 力 要 素 计 算 公
Ｑ＝
ｔ Ｉ
ｉ ￣ ／ ２ Ｒ
２ ／ ３
＝
ｔ Ｉ
…
（ ３ ）
工， 不 能达 到经 济 的 目的 ， 在实 际 应用 中有 很 大 的局
限性。
［ 收 稿 日期 ］ ２ ０ １ ３—０ ３—１ ２ ［ 作 者 简介 】 周春 霞 （ １ ９ ６ ３一） ， 女， 黑龙 江 克 山人 ， 高级 工程 师 ， 主要从 事水利 工程 设计 工作 。
降； Ｃ为 谢 才系数 ； ｎ为糙 率 ； Ｘ为湿周 ， ｉ ｎ 。
２ 在 渠 道 设 计 中水 力最 佳 断 面 和 实 用 经 济

计算流量Q1与设计流量Q比较接近，此时的正常水深h就是所求的渠道水深。
具体计算过程如下:
渠道底部宽度b =β×h = 0.828×0.930 = 0.770m
断面面积：ห้องสมุดไป่ตู้
A = b×h+(m1+m2)/2.0×h×h
= 0.770×0.930+(1.00+1.00)/2.0×0.930×0.930 = 1.581m2
= 1.581×39.119×(0.465×0.00500)0.5= 2.983m3/s
三、计算结果：
所以，正常水深计算值h = 0.930m
渠道底部宽度b =β×h = 0.828×0.930 = 0.770m
平均流速：
渠道湿xx：
X = b+h×[(1+m1×m1)0.5+(1+m2×m2)0.5]
= 0.770+0.930×[(1+1.00×1.00)0.5+(1+1.00×1.00)0.5] = 3.401m
水力半径：
xx系数：
C = 1/n×R(xx公式)
代入上式：
×0.465= 39.119
计算流量：
Q1 = A×C×(R×i)0.5
渠底坡度：
i = 0.00500
二、计算过程：
水力最优断面的宽深比：
β= (1+m1×m1)0.5+(1+m2×m2)0.5-m1-m2 = 0.828程序采用试算法求解，正常水深h从0.1米开始以0.01米的步长递增取值。
通过程序试算，当h = 0.930m时，计算流量Q1 = 2.983m3/s
梯形
项目名称_______日期_______

长理城南⽔利计算题复习1、如图所⽰，⼀铰结于A 点的矩形平板闸门AB ，宽m b 3=，门重KN G 8.9=，060=α，m h m h 2,121==，试求：（1）下游⽆⽔时的启闭⼒T=？（2）下游⽔深223h h =时的启闭⼒T=？图1 图22、如图所⽰的⽔平放置弯管，弯管转⾓θ=45o，其出⼝⽔流流⼊⼤⽓，恒定流动，已知Q=0.05m 3/s ，d 1=150mm ，d 2=100mm ，不计摩擦阻⼒和⽔头损失，求限制弯管变形的混凝⼟镇墩所受作⽤⼒的⼤⼩和⽅向。

图43、有⼀运⾏良好的等腰梯形断⾯棱柱体明渠。

已知糙率0225.0=n ，边坡系数5.1=m ，流量s m Q 330=，由于航运要求取⽔深m h 2=，断⾯平均流速s m v /8.0=。

试设计该渠道的底宽b 及渠道底坡i 。

4、如图所⽰，某渠道⽤直径d=0.5m 的钢筋混凝⼟虹吸管从河道引⽔灌溉。

河道⽔位120.0m ，渠道⽔位119.0m ，虹吸管各段长m l m l m l 12,6,10321===。

进⼝装⽆底阀滤⽔⽹，滤⽔⽹的局部阻⼒系数5.21=?,顶部有两个600折弯，每个弯头55.02=?。

求（1）虹吸管的引⽔流量；（2）当虹吸管内最⼤允许真空值m h v 0.7=时，求虹吸管的最⼤安装⾼度s h 。

5、如图所⽰的圆柱形挡⽔曲⾯。

已知圆柱长度为m l 2=，上游⽔位与圆柱顶部齐平，⽔深m h 2=。

试求该圆柱上所受静⽔总压⼒。

300图5 图66、如图所⽰某⼀压⼒管道，已知D 1=1.5m ，D 2=1.0m ，1p =29.4N/cm 2，Q=2m 3/s ，渐变段⽔体重为4.97KN ，L=4m ，⽔流⾃管1（直径D1）流向管2（直径D2），管轴线与⽔平线的夹⾓为300，不计任何损失。

问：⽔流作⽤于管壁的轴向冲击⼒为多少。

7、已知某对称梯形断⾯棱柱体明渠的糙率022.0=n ，边坡系数m=1，渠中设计⽔深h=2m ，湿周m 66.7=χ，渠道底坡0001.0=i 。

Excel 水力计算展示之专题2. 明渠均匀流断面尺寸设计梯形渠道在工程中应用广泛，梯形断面的水力计算在实际工作中使用频繁。

图2-1 梯形断面图()A b mh h =+ (式2-1)221b h m χ=++ (式2-2)A R χ=(式2-3) 1/61C R n= (式2-4) 我们将以上公式其代入谢才公式，并整理得 []5/32/31/222/3()(21)b mh h A i Q CA Ri R i n n b h m +==++ (式2-5) 由式2-4可知，流量Q 可表示为其他参数的函数(,,,,)Q f b m h m i = (式2-6)由上式可以看出，流量Q 与断面尺寸b ，m ，h 具有一定的函数关系。

粗糙系数n 主要决定与渠道材料，边坡系数m 主要决定于土质，渠道流量Q 是根据其所承担的输水任务确定的。

因此，在已知流量和渠道底坡的情况下，可根据土实际情况，设计渠道的横断面尺寸。

梯形渠道断面尺寸设计的任务主要包括以下几个方面：（1）已知流量Q、渠道底坡i、边坡系数m、渠道糙率n、渠道底宽b的条件下，计算正常水深h0。

（2）已知流量Q、渠道底坡i、边坡系数m、渠道糙率n、正常水深h0的条件下，计算渠道底宽b。

（3）已知流量Q、渠道底坡i、边坡系数m、渠道糙率n和渠道宽深比β，计算渠道的底宽b和正常水深h0。

（4）已知流量Q、渠道底坡i、边坡系数m、渠道糙率n，设计水力最佳断面。

【工程任务】某土渠拟设计成梯形断面，采用浆砌块石衬砌，已知设计流量Q=17m3/s，底宽b=4m。

根据地形地质情况，底坡i取1/2500，边坡系数m取2.0，试按明渠均匀流设计渠道的正常水深h0。

【分析与计算】1. 试算法求解这是一个典型的计算梯形断面正常水深的问题。

由式子2-4可知，当Q、m、i、n、b已知时，由谢才公式整理得到一个关于最高次幂为8/3的h多项式，不易求解h的解，应用试算法求解。

即先假设一个h0，逐步计算各个参数并求出Q，直至Q与设计流量相等为止。

科学时代·２０１５年第０９期 84引言：渠道的横断面设计主要是为了在灌溉的时候更加方便、有效，所以说横断面设计的好坏，直接关系到灌溉的有效性。

渠道的横断面设计要保证经济、安全、实用三个基本原则，在这种原则之下，设计还要满足灌溉的用水需求；水位要求；保持畅通，不淤塞；不滑坡，不坍塌；经济实惠，施工方便等。

一、水力的最佳断面由水力学理论可以算出，明渠的输水能力能够得出水力的最佳断面，而过水断面的形状、尺寸、底坡以及粗糙系数又直接关系着明渠的输水能力。

底坡的地形条件是影响渠道设计的原因之一，粗糙系数和修建渠槽所用的材料有直接关系。

在开挖渠道的过程中，如果要节省建筑材料，就要在计算渠道水力的过程中，得到最小的过水断面面积就能达到节省材料的目的。

除此之外还有一种节省材料的办法：保持粗糙率、过水断面面积等条件不变，将渠道中的水调到最大即可。

下面的公式是明渠均匀流基本公式：上面公式中，＜Ｖ＞是水流的平均流速（ｍ／ｓ）；＜Ｒ＞是水力的半径（ｍ）；＜Ａ＞是过断面的面积（ｍ²）；＜Ｑ＞是设计的水流量（ｍ３／ｓ）；＜Ｘ＞是湿周（ｍ）；＜ｎ＞是粗糙率；＜Ｃ＞是谢才系数；＜ｉ＞是睡眠的坡降。

二、最佳水力断面和实用经济断面渠道纵横断面的设计在灌溉区设计中有着不可替代的作用，渠道本身工程量的多少以及投资的多少，都和它有直接的关系。

自然条件因素对渠道的纵断有比较大的影响，比如地形地质、土壤的疏松程度以及其他条件的规范程度等等，都是约束渠道纵断的因素。

而横断的选择也就更加重要了。

在设计横断面的过程中，水利工程中最常用的断面形式就是梯形断面。

梯形渠道的好处在于：它施工简单，并且非常安全，占地空间也小，运行非常稳定等诸多优点。

经过研究发现，在常用的梯形渠道中，水力最佳断面往往是窄深式的设计。

土渠如果用这种设计方法是非常危险的，而且在施工方面也存在着比较大的困难，经济方面也不理想，在实际的应用中还有很强的局限性。

所以，在设计的时候应该避免用这种窄深式的设计，相反，可以用宽浅式的梯形断面设计，这样可以增加渠道的水深，并且还能使得渠底形成一个比较大的选择范围，以便适应各种需求。

均匀流特征； • 在达到管道满流前流速、
流量达到最大值。
§ 8-6无压圆管均匀流的水力计算 • 3无压圆管均匀流的水力计算问题
充满度： h sin
d
4
周： d
2
水力半径： R d (1 sin ) 4
§ 8-7恒定非均匀流产生条件及其特征 • 1恒定非均匀流产生条件 • 天然河道、水利工程（闸、坝、堰、桥、涵） • 2恒定非均匀流水流特征 • ①过流断面面积、水深沿程改变； • ②底坡线、总水头线、水面线三线不平行、不
§ 8-1明渠的分类 • 2棱柱型渠道与非棱柱型渠道 • 棱柱型渠道：纵向几何条件沿程不变的长直渠道； • 非棱柱型渠道：纵向几何条件沿程变化的渠道。
棱柱型渠道
§ 8-1明渠的分类 • 3明渠的横断面
复式断面
§ 8-1明渠的分类 • 3明渠的横断面
B
边坡系数：梯形断面渠道两侧边坡的倾斜程度； m arctan 2
②确定渠道底宽：已知 h ，根据 Q 1 [(b mh)h]5 3 i1 2 求 b n (b 2h 1 m2 )2 3
§ 8-6无压圆管均匀流的水力计算 • 1无压圆管的水力要素 • 充满度：水深与管径的比值；
h
d • 充满角：湿周所对的圆心角；变化流量/充满流量
d
2
§ 8-6无压圆管均匀流的水力计算 • 2无压圆管均匀流水流特征 • 管道不满流具有明渠
2g
h Q2
2gA2
研究比能沿程变化 ES f (h, s) ，计有 dES / ds 0 ，dES / ds 0 ，dES / ds 0 情况。
§ 8-8 明渠非均匀流的若干概念
• 2断面比能
h 梯形断面水面宽度： B b B b 2mh 梯形断面过水面积： A 1 (B b)h (b mh)h

第九章明渠恒定流本章主要介绍流体流动的基本方程在无压流中的应用。

首先介绍了明渠均匀流的产生条件、水力特征、基本方程式及其水力计算问题。

接着介绍了明渠非均匀流的流动状态——缓流、急流、临界流，明渠非均匀流的基本概念：断面单位能量、临界水深、临界底坡等，并在棱柱形渠道非均匀流基本公式的基础上对水面曲线作了定性的分析与定量的计算。

本章最后介绍了水跃与水跌的基本概念。

概述明渠（channel）：是人工渠道、天然河道以及不满流管道统称为明渠。

明渠流（channel flow）：具有露在大气中的自由液面的槽内液体流动称为明渠流（明槽流）或无压流（free flow）。

一、明渠流动的特点（图9-1）1.具有自由液面，p0=0，为无压流（满管流为压力流）；2.湿周是过水断面固体壁面与液体接触部分的周长,不等于过水断面的周长；3.重力是流体流动的动力，为重力流（管流则是压力流）；4.渠道的坡度影响水流的流速、水深。

坡度增大，则流速增大，水深减小；5.边界突然变化时，影响范围大。

压力流无压流图9-1明渠流与满管流最大的区别在于前者是无压流，而后者是有压流。

二、明渠流的分类图9-2三、明渠的分类明渠断面形状（如图9-2）有：梯形：常用的断面形状矩形：用于小型灌溉渠道当中抛物线形：较少使用圆形：为水力最优断面，常用于城市的排水系统中复合式（如图9-3）：常用于丰、枯水量悬殊的渠道中图9-31.按明渠的断面形状和尺寸是否变化分：棱柱形渠道（prismatic channel）：断面形状和尺寸沿程不变的长直明渠称为棱柱形渠道，h=f(i)。

非棱柱形渠道（non-prismatic channel）：断面形状和尺寸沿程不断变化的明渠称为非棱柱形渠道，h=f(i,s)2.底坡底坡i——渠道底部沿程单位长度的降低值（图9-4）。

平坡（horizontal bed）：i=0，明槽槽底高程沿程不变者称为平坡。

正坡（downhill slope）：i>0，明槽槽底沿程降低者称为正坡或顺坡。

作业4 答案 (第7章、第8章、第9章、第10章) 第7章 一、选择题1. 对于管道无压流，当充满度α分别为（ B ）时，其流量和速度分别达到最大。

A. 0.5, 0.5 B. 0.95, 0.81 C. 0.81, 081 D. 1.0, 1.02. 对于a, b, c 三种水面线，下列哪些说法是错误（ A ）（ C ） A ．所有a 、c 型曲线都是壅水曲线，即0>dsdh，水深沿程增大。

B ．所有b 型曲线都是壅水曲线，即0>ds dh，水深沿程增大。

C ．所有a 、c 型曲线都是降水曲线，即0<ds dh，水深沿程减小。

D ．所有b 型曲线都是降水曲线，即0<dsdh，水深沿程减小。

3. 跌水的形成条件是（ D ）A.从急流过渡到急流B.从急流过渡到缓流C.从缓流过渡到急流D.从缓流过渡到缓流 4．水跃的形成条件是（ C ）A.从急流过渡到急流B.从急流过渡到缓流C.从缓流过渡到急流D.从缓流过渡到缓流 5．两段长直的棱柱形渠道，通过的流量相同,（ B ）A.粗糙系数不同（1n >2n ），其他参数相同（),,,Q m b n ，则0201h h >B.底坡不同（21i i >），其他参数相同（),,,Q m b i ，则0201h h >C.底宽不同（21b b >），其他参数相同（),,,Q m n i ，则0201h h >D.边坡系数不同（21m m >），其他参数相同（),,,Q b n i ，则0201h h >6. 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χ、水力半径R 分别为（ D ）A. 3.414, 0.366B. 3.5, 0.30C. 3.414, 0.30D. 3.5, 0.366 二、判断题1、缓流一定是均匀流，急流一定不是均匀流。

（ 错误 ）2、断面单位能量沿程可大、可小，或者不变。