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第第7 7章章 眀渠恒定流动眀渠恒定流动 本章的主要内容：本章的主要内容：     ★★  明渠均匀流的水力计算明渠均匀流的水力计算     ★★  明渠水流三种流态的特点及判别方法明渠水流三种流态的特点及判别方法     ★★  明渠渐变流水面曲线的定性分析明渠渐变流水面曲线的定性分析     ★★  水跃及水跌水跃及水跌：了解：了解明渠均匀流明渠均匀流的特性及其产生条件，掌握明渠均的特性及其产生条件，掌握明渠均           匀流的计算方法；掌握明渠水流流态的判别，了解匀流的计算方法；掌握明渠水流流态的判别，了解           水跃和水跌的产生条件水跃和水跌的产生条件本章重点本章重点：明渠均匀流的水力计算、水流流态的判别明渠均匀流的水力计算、水流流态的判别眀渠恒定流动 §7-1 明渠的分类明渠的分类明渠明渠(channel)：是人工渠道、天然河道以及不：是人工渠道、天然河道以及不满流管道统称为明渠满流管道统称为明渠   明渠流明渠流(channel flow)：具有自由液面的流动称：具有自由液面的流动称为明渠流或无压流为明渠流或无压流(free flow)SS眀渠恒定流动明渠流动的特点明渠流动的特点1.具有自由液面，为无压流具有自由液面，为无压流(满管流为有压流满管流为有压流)；；   2.湿周是过水断面固体壁面与液体接触部分的周长；湿周是过水断面固体壁面与液体接触部分的周长；   3.重力是流体流动的动力，为重力流重力是流体流动的动力，为重力流(管流则是压力管流则是压力)；；4.渠道的坡度影响水流的流速、水深。

坡度增大，则流渠道的坡度影响水流的流速、水深坡度增大，则流速增大速增大 ，水深减小；，水深减小；5.边界突然变化时，影响范围大边界突然变化时，影响范围大                      压力流压力流                            无压流无压流 眀渠恒定流动明渠流的分类明渠流的分类 明渠断面形状有：明渠断面形状有：     梯形：常用的断面形状梯形：常用的断面形状     矩形：用于小型灌溉渠道当中矩形：用于小型灌溉渠道当中     抛物线形：较少使用抛物线形：较少使用     圆形：为水力最优断面，常用于城市的排水系统中圆形：为水力最优断面，常用于城市的排水系统中     复合式：常用于丰、枯水量悬殊的渠道中复合式：常用于丰、枯水量悬殊的渠道中 眀渠恒定流动1. 按明渠的断面形状和尺寸是否变化分：按明渠的断面形状和尺寸是否变化分： Ø 棱柱形渠道棱柱形渠道(prismatic channel) ：断面形状和尺：断面形状和尺寸寸     沿程不变的长直明渠称为棱柱形渠道沿程不变的长直明渠称为棱柱形渠道Ø非棱柱形渠道非棱柱形渠道(non-prismatic channel) ：断面形状：断面形状    和尺寸沿程不断变化的明渠称为非棱柱形渠道。

和尺寸沿程不断变化的明渠称为非棱柱形渠道眀渠恒定流动2.按渠道底坡的不同按渠道底坡的不同    底坡底坡-渠道底部沿程单位长度的降低值渠道底部沿程单位长度的降低值   平坡：平坡：i=0，明渠渠底高程沿程不变者称为平坡明渠渠底高程沿程不变者称为平坡   顺坡：顺坡： i>0，明渠渠底沿程降低者称为正坡或顺坡明渠渠底沿程降低者称为正坡或顺坡   逆坡：逆坡： i<0，明渠渠底沿程增高者称为反坡或逆坡明渠渠底沿程增高者称为反坡或逆坡 眀渠恒定流动问题问题1. 明渠流与满管流最大的区别在于前者是明渠流与满管流最大的区别在于前者是(           )，而后者是，而后者是(           )2. 判断：非棱柱体渠道中，流线也会是平判断：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行直线，故水流也可能形成均匀流3.判断：水力坡度判断：水力坡度J一定为正值一定为正值  无压流无压流有压流有压流(错错)(对对)眀渠恒定流动§7-2 明渠均匀流明渠均匀流一、明渠均匀流的特性及发生条件一、明渠均匀流的特性及发生条件u定义：等深等速流，流线平行定义：等深等速流，流线平行u特性：特性：1)过水断面的形状和尺寸、断面平均流速、流过水断面的形状和尺寸、断面平均流速、流量和水深沿程不变。

通常将明渠均匀流的水深称为正量和水深沿程不变通常将明渠均匀流的水深称为正常水深，以常水深，以h0表示   2)总水头线、测压管水头线总水头线、测压管水头线(水面坡度水面坡度)和渠底坡度彼和渠底坡度彼此相等，即：此相等，即：J=JP=i 列能量方程得列能量方程得：： 眀渠恒定流动注：注：物理意义：水流因高程降低而引起的势能减少正好等物理意义：水流因高程降低而引起的势能减少正好等于克服阻力所损耗的能量，而水流的动能维持不变于克服阻力所损耗的能量，而水流的动能维持不变  眀渠恒定流动明渠均匀流的形成条件明渠均匀流的形成条件   1)底坡和糙率沿程不变的长而直的棱柱形渠道；底坡和糙率沿程不变的长而直的棱柱形渠道；   2)渠道必须为顺坡渠道必须为顺坡(i>0)；；   3)渠道中没有建筑物的局部干扰；渠道中没有建筑物的局部干扰；   4)明渠中的水流必须是恒定的，沿程无水流的汇入明渠中的水流必须是恒定的，沿程无水流的汇入      汇出，即流量不变汇出，即流量不变均匀流均匀流i＞＞0眀渠恒定流动二、明渠均匀流基本公式二、明渠均匀流基本公式1.明渠均匀流水力计算的基本公式明渠均匀流水力计算的基本公式   式中：式中：R——水力半径（水力半径（m），），R=A/χ；；             χ——过水断面湿周，（过水断面湿周，（m）；）；             J——水力坡度；水力坡度；             C——谢才系数（谢才系数（m1/2/s）。

             K——明渠均匀流的流量模数，明渠均匀流的流量模数，             A——明渠均匀流正常水深的过水断面面积明渠均匀流正常水深的过水断面面积  眀渠恒定流动 问题问题1.  从作用力的角度分析，在下列渠道中能产生均匀流从作用力的角度分析，在下列渠道中能产生均匀流的是：的是：   A.平坡渠道平坡渠道                       C.逆坡渠道逆坡渠道                  D.非棱柱形平坡渠道非棱柱形平坡渠道2.流量模数流量模数K的量纲为：的量纲为：   A.无量纲无量纲                           C.L2/T                          D.L3/2/T       B.正坡渠道正坡渠道B.L3/T眀渠恒定流动(一一)水力最优断面水力最优断面 水力最优断面：当渠道底坡、糙率及面积大小一定时水力最优断面：当渠道底坡、糙率及面积大小一定时通过最大流量的断面形式通过最大流量的断面形式   对于明渠均匀流，有对于明渠均匀流，有    1)具有水力最优断面的明渠均匀流，当具有水力最优断面的明渠均匀流，当i，，n，，A给定给定时，水力半径最大，即湿周最小的断面能通过最大流量时，水力半径最大，即湿周最小的断面能通过最大流量     2) i，，n，，A给定时，湿周给定时，湿周χ最小的断面是圆形断面，最小的断面是圆形断面，即圆和半圆为水力最优断面。

即圆和半圆为水力最优断面 三、水力最优断面和允许流速三、水力最优断面和允许流速 眀渠恒定流动1. 梯形过水断面渠道的水力最优断面梯形过水断面渠道的水力最优断面对于水力最优断面对于水力最优断面 有：有：水力最优断面的宽深比水力最优断面的宽深比βh值为值为结论结论：：1)梯形水力最优断面的梯形水力最优断面的βm仅是仅是m的函数           2) 水力最优梯形断面的水力最优梯形断面的R为为h的一半的一半,与与m无关无关.       A=(b+mh)h眀渠恒定流动2.矩形断面的水力最优断面矩形断面的水力最优断面      矩形断面，有矩形断面，有m=0，则，则   即矩形渠道水力最优断面的底宽是水深的两倍即矩形渠道水力最优断面的底宽是水深的两倍注意注意：：   1）水力最优断面是一种窄深式渠道）水力最优断面是一种窄深式渠道(当当m≥1时时,βh  <1),     只是水力条件最优只是水力条件最优,并不一定是工程上的最优并不一定是工程上的最优   例如：对于梯形渠道，当例如：对于梯形渠道，当m=2时，时，βh=0.472，即，即b=0.472h，底宽不到水深的一半底宽不到水深的一半。

2）一般水力最优断面应用于一些小型的排水渠一般水力最优断面应用于一些小型的排水渠   眀渠恒定流动问题问题1. 水力最优断面是：水力最优断面是：    A、造价最低的渠道断面；、造价最低的渠道断面；    B、壁面粗糙系数最小的断面；、壁面粗糙系数最小的断面；    C、对一定流量具有最大断面面积的断面；、对一定流量具有最大断面面积的断面；   2. 顺坡明渠的底坡顺坡明渠的底坡i：：                        B、、i<0         C、、i=0         D、不一定、不一定3. 水力最优矩形断面，宽深比是：水力最优矩形断面，宽深比是：    A. 0.5                               C.1.0               D. 4        D、对一定的面积具有最小湿周的断面对一定的面积具有最小湿周的断面A、、i>0B. 2眀渠恒定流动1.各断面的长直渠道，具有相同的粗糙系数各断面的长直渠道，具有相同的粗糙系数n，断面积，断面积  A，底坡，底坡i，其通过流量最大的断面形状为：，其通过流量最大的断面形状为：    A、正三角形、正三角形                     B、半正方形、半正方形    C、半正六边形、半正六边形            2. 有一矩形断面渠道，坡底、糙率和过水断面面积给有一矩形断面渠道，坡底、糙率和过水断面面积给定的条件下，下列哪个断面尺寸的过流能力最大：定的条件下，下列哪个断面尺寸的过流能力最大：    A、、b=4.5m，，h=1.0m   B、、b=2.25m，，h=2.0m                                          D、、b=1.0m，，h=4.5m        D、半圆形、半圆形C、、b=3m，，h=1.5m眀渠恒定流动(二二)允许流速允许流速    V太大则冲刷，太小则淤积或长草，所以太大则冲刷，太小则淤积或长草，所以V必须限制必须限制在一定范围内。

在一定范围内    在设计中，要求渠道流速在设计中，要求渠道流速v在不冲、不淤的允许流速在不冲、不淤的允许流速范围内，即：范围内，即： Vmax＞＞V＞＞Vmin，， Vmin=0.4-0.6m/s, Vmax 和和Vmin可查有关表格可查有关表格式中：式中：       Vmax—不冲允许流速不冲允许流速(m/s)，根据壁面材料而定根据壁面材料而定       Vmin—不淤允许流速不淤允许流速(m/s)眀渠恒定流动[ [例例] ]有一梯形断面中壤土渠道，已知：渠中通过的流量有一梯形断面中壤土渠道，已知：渠中通过的流量qv=5m3/s，边坡系数，边坡系数m=1.0，粗糙系数，粗糙系数n=0.020，底坡，底坡i=0.0002试求：(1)按水力最优条件设计断面；按水力最优条件设计断面；(2)若若宽宽深比深比=2来设计断面，检查渠中流速是否满足不冲条件来设计断面，检查渠中流速是否满足不冲条件 解解：： (1)水力最优水力最优        A=(b+mh)h=(0.83h+h)h=1.83h2             又水力最优又水力最优R=h/2                                                     即即h=1.98m；；b=1.98×0.83=1.64m   眀渠恒定流动(2)∴∴    h=1.55m此时此时  中壤土渠道不冲流速为中壤土渠道不冲流速为0.65~0.85m/s  所以渠道满足不冲条件。

所以渠道满足不冲条件  眀渠恒定流动四、明渠均匀流水力计算的基本问题和方法四、明渠均匀流水力计算的基本问题和方法 (一一)验算渠道的输水能力验算渠道的输水能力对已成渠道进行校核性的水力计算，特别是验算渠道对已成渠道进行校核性的水力计算，特别是验算渠道的输水能力即已知：的输水能力即已知：n,i,m,b,h 确定确定qv：直接用公式：直接用公式(二二)确定渠道底坡确定渠道底坡     已知渠道的土壤或护面材料、设计流量以及断面的已知渠道的土壤或护面材料、设计流量以及断面的几何尺寸，即已知几何尺寸，即已知n，，qv和和b，，m，，h 各量，确定渠道各量，确定渠道底坡底坡i:   眀渠恒定流动(三三)确定渠道的断面尺寸确定渠道的断面尺寸     设计渠道设计渠道,已知已知qv,I,m,及及n,设计断面尺寸设计断面尺寸,即确定即确定b和和h将有多组解将有多组解,为得到确定解为得到确定解,需要另外补充条件需要另外补充条件1.水深水深h已定，求相应的底宽已定，求相应的底宽b2.底宽底宽b已定，求相应的水深已定，求相应的水深h  hkk0h0bkk0b眀渠恒定流动3.宽深比宽深比β已定，求相应的已定，求相应的b和和h  小型渠道，按水力最优设计；小型渠道，按水力最优设计；  大型土渠，考虑经济条件；大型土渠，考虑经济条件；  通航渠道，则按特殊要求设计。

通航渠道，则按特殊要求设计4.从不冲允许流速从不冲允许流速Vmax出发，求相应的出发，求相应的b和和h        眀渠恒定流动[例例]：有一条大型输水土渠：有一条大型输水土渠(n=0.025)，梯形断面，，梯形断面，边坡系数边坡系数m为为1.5，问在底坡，问在底坡i=0.0003及正常水深及正常水深h0为为2.65m时，其时，其b为多少时才能通过为多少时才能通过40m3/s的流量眀渠恒定流动       为什么只有在正坡渠道上才能产生均匀流，而平坡为什么只有在正坡渠道上才能产生均匀流，而平坡和逆坡则没有可能？和逆坡则没有可能？       水流由于粘性在流动过程中产生了阻力，阻力作水流由于粘性在流动过程中产生了阻力，阻力作负功消耗能量，而在正坡渠道中，因高程降低，重力负功消耗能量，而在正坡渠道中，因高程降低，重力势能降低可用来克服阻力所损耗的能量在平坡和逆势能降低可用来克服阻力所损耗的能量在平坡和逆坡中，重力是不做功或做负功的，无法提供阻力所损坡中，重力是不做功或做负功的，无法提供阻力所损耗的能量，所以不可能产生均匀流耗的能量，所以不可能产生均匀流  眀渠恒定流动§7-3 无压圆管均匀流无压圆管均匀流圆形无压管：是指管中不满流的管道。

圆形无压管：是指管中不满流的管道长直的无压管流，当长直的无压管流，当i，，n，，d均保持沿程不变时，管中均保持沿程不变时，管中水流可认为是明渠均匀流水流可认为是明渠均匀流一、无压圆管均匀流的特征及水力要素一、无压圆管均匀流的特征及水力要素  1）圆形无压管流的水力坡度）圆形无压管流的水力坡度J、测压管水力坡度、测压管水力坡度Jp、、        底坡底坡i彼此相等，彼此相等， 即即J=Jp=i  2）流速和流量分别在水流为满流之前，达到其最大）流速和流量分别在水流为满流之前，达到其最大        值，即其水力最优情况发生在满流前值，即其水力最优情况发生在满流前眀渠恒定流动    特征特征2）说明：）说明：   (1)当当h>d/2，水深的增加引起水，水深的增加引起水面宽度的减少，过水断面面积增加面宽度的减少，过水断面面积增加缓慢，在接近满管流时，增加最慢缓慢，在接近满管流时，增加最慢而近满管流时而近满管流时,湿周湿周χ却增加得最快却增加得最快   (2)当水深当水深h增大到一定程度时，过增大到一定程度时，过水断面面积的增长率比相应的湿周的增长率小，相应水断面面积的增长率比相应的湿周的增长率小，相应的无压圆管的通过流量的无压圆管的通过流量qv反而会相对减小，即无压圆反而会相对减小，即无压圆管通过的流量管通过的流量qv在满管之前在满管之前(即即h

便达到最大值 眀渠恒定流动无压圆管均匀流各水力要素间的关系如下：无压圆管均匀流各水力要素间的关系如下：过水面积：过水面积：湿湿       周：周：        水力半径：水力半径：流流       量：量：流流       速：速：充充  满满  度：度：水面宽度：水面宽度：眀渠恒定流动二、计算类型及方法二、计算类型及方法 1.验算输水能力验算输水能力: 已知已知d、、α、、n及及i，求圆管所通过的流，求圆管所通过的流量量qv直接应用公式直接应用公式           2.确定底坡确定底坡i: 已知已知qv、、d、、n及及α，确定圆管底坡，确定圆管底坡i直接应用公式应用公式       3.设计圆管的过水断面尺寸设计圆管的过水断面尺寸(求管径求管径d)：已知：已知qv、、n、、 α 、、i，求圆管直径，求圆管直径d 4. 求水深求水深h：已知：已知qv、、d、、n及及i，确定圆管水深，确定圆管水深h眀渠恒定流动§7-4  明渠恒定非均匀流动的若干基本概念明渠恒定非均匀流动的若干基本概念       明渠非均匀流：在渠道中修建了水工建筑物，就破明渠非均匀流：在渠道中修建了水工建筑物，就破坏了明渠均匀流的条件，造成流速的沿程变化，从而产坏了明渠均匀流的条件，造成流速的沿程变化，从而产生了明渠非均匀流流动。

生了明渠非均匀流流动       水力特点：渠道底坡水力特点：渠道底坡i，水面坡度，水面坡度Jp和水力坡度和水力坡度J不不相等，即：相等，即：     明渠非均匀流的产生：明渠非均匀流的产生：1、、i≤0；；                                         2、非棱柱形渠道；、非棱柱形渠道；                                         3、边界突然变化边界突然变化    眀渠恒定流动一、断面单位能量一、断面单位能量   1.    断面单位能量断面单位能量(cross-sectional unit energy)：：是指当基准面是指当基准面0-0取在渠底最低高程时，单位重量流取在渠底最低高程时，单位重量流体所具有的机械能体所具有的机械能或或眀渠恒定流动水流的断面单位能量水流的断面单位能量e与单位重量流体机械能与单位重量流体机械能E的区别的区别     1）断面单位能量）断面单位能量e与单位机械能与单位机械能E的基准面选择不的基准面选择不同，两者相差一个渠底位置高度同，两者相差一个渠底位置高度z，即位能；且，即位能；且E沿程沿程是同一个基准面，而是同一个基准面，而e是通过各自断面最低点为基准是通过各自断面最低点为基准面，沿程基准面不相同。

面，沿程基准面不相同     2））E沿程减少，沿程减少，e沿水流方向可以增大、不变或沿水流方向可以增大、不变或减小眀渠恒定流动2. 断面单位能量曲线断面单位能量曲线 说明：说明：当明渠断面形状、尺当明渠断面形状、尺寸和流量一定时，断面单位寸和流量一定时，断面单位流量流量e是水深是水深h的连续函数的连续函数断面单位流量曲线的基本特征：断面单位流量曲线的基本特征：   (1)当水深很小，即当水深很小，即h→0，则，则e→∞，断面单位能量曲线，断面单位能量曲线以横坐标为渐近线以横坐标为渐近线   (2)当水深很大，即当水深很大，即h→∞，则，则e→h，断面单位能量曲线，断面单位能量曲线以以45°线为渐近线线为渐近线   (3)在在e=f(h)的连续区间内，必有一极小值存在的连续区间内，必有一极小值存在   (4)曲线分上、下两支：上支曲线分上、下两支：上支           ；下支；下支         ，除极值，除极值外，相应于任一外，相应于任一e有两个水深有两个水深  眀渠恒定流动临界水深临界水深(critical depth)：是指在断面形式和流量给：是指在断面形式和流量给定定的条件下，相应断面单位能量最小时的水深，则有的条件下，相应断面单位能量最小时的水深，则有(注意：注意：                       式中的式中的B为水为水面宽度。

面宽度)临界水深的计算式临界水深的计算式(采用试算或图解法求解采用试算或图解法求解)：：二、临界水深二、临界水深眀渠恒定流动三、临界坡度三、临界坡度   1.  临界坡度临界坡度(critical slope)：在棱柱形渠道中，：在棱柱形渠道中，断面形状尺寸、流量一定时，在渠中形成均匀流，断面形状尺寸、流量一定时，在渠中形成均匀流，若均匀流的正常水深恰好等于该流量的临界水深，若均匀流的正常水深恰好等于该流量的临界水深，则这个渠道的坡度就称为临界坡度则这个渠道的坡度就称为临界坡度    明渠均匀流有：明渠均匀流有：         临界水深有：临界水深有：         则临界底坡可由下式计算：则临界底坡可由下式计算：  眀渠恒定流动    说明：临界坡度是对应某一流量和某一给定形状尺寸说明：临界坡度是对应某一流量和某一给定形状尺寸渠道的特定渠底坡度值，是为了计算或分析的方便而渠道的特定渠底坡度值，是为了计算或分析的方便而引入的一个假设坡度引入的一个假设坡度2.底坡的分类底坡的分类——  缓坡、陡坡、临界坡缓坡、陡坡、临界坡     缓坡缓坡(i

界坡度，此时的渠底坡度称为缓坡     陡坡陡坡(i>ic)：：即实际的明渠坡度大于某一流量下的即实际的明渠坡度大于某一流量下的临临界坡度，此时的渠底坡度称为陡坡界坡度，此时的渠底坡度称为陡坡     临界坡临界坡(i=ic)：：即实际的明渠坡度等于某一流量下即实际的明渠坡度等于某一流量下的的临界坡度，此时的渠底坡度称为临界坡临界坡度，此时的渠底坡度称为临界坡 眀渠恒定流动四、缓流、急流、临界流及判别四、缓流、急流、临界流及判别     1. 定义定义              急流：急流：干扰微波只能顺水流朝下游传播，不能朝上传干扰微波只能顺水流朝下游传播，不能朝上传    播，水流只在障碍物处壅起的水流此时播，水流只在障碍物处壅起的水流此时v>c    缓流：缓流：干扰微波既能顺水流朝下游传播干扰微波既能顺水流朝下游传播,又能朝上传又能朝上传播，障碍物前长距离的水流壅起的水流此时播，障碍物前长距离的水流壅起的水流此时v

此时有v=c眀渠恒定流动 2. 缓流、急流、临界流的判别准则缓流、急流、临界流的判别准则    缓流：缓流：         即：即：  当当Fr<1 时，为缓流时，为缓流    缓流、急流、临界流三种流态的判别式为：缓流、急流、临界流三种流态的判别式为：                       (1)       (2)       (3)        (4)      (5)    缓流：缓流：    急流：急流：      临界流：临界流：(1)-(3),(5)适用于均匀流或非均匀流，适用于均匀流或非均匀流，(4)适用于均匀适用于均匀流流眀渠恒定流动问题问题1. 判断：随着水深的增加判断：随着水深的增加,断面单位能量必然增加断面单位能量必然增加2. 矩形断面明渠中，临界流时的流速水头是临界水深的：矩形断面明渠中，临界流时的流速水头是临界水深的：    A、、1倍倍         B、、1/3                          D、、2/33. 矩形断面明渠中，临界水深是最小断面比能的：矩形断面明渠中，临界水深是最小断面比能的：    A、、1倍倍        B、、1/3        C、、1/2        4. 在流量一定，渠道断面的形状、尺寸和壁面粗糙度一在流量一定，渠道断面的形状、尺寸和壁面粗糙度一定时，随底坡的增大，临界水深将：定时，随底坡的增大，临界水深将：   A、增大、增大      B、减小、减小                         D、以上都可能、以上都可能 (错错)C、、1/2D、、2/3C、不变、不变眀渠恒定流动5. 判断：明渠的临界坡度与断面的形状、流量、渠道的判断：明渠的临界坡度与断面的形状、流量、渠道的粗糙率及渠道的实际底坡有关。

粗糙率及渠道的实际底坡有关6. 判断：在急坡渠道中可以产生均匀缓流判断：在急坡渠道中可以产生均匀缓流7. 判断：在临界坡渠道中，均匀流动的正常水深等于临判断：在临界坡渠道中，均匀流动的正常水深等于临界水深8. 判断：在明渠流中，用底坡的类型就可以判别水流的判断：在明渠流中，用底坡的类型就可以判别水流的流态，即在缓坡上水流为缓流，在陡坡上水流为急流，流态，即在缓坡上水流为缓流，在陡坡上水流为急流，在临界坡上水流为临界流在临界坡上水流为临界流错错)(错错)(对对)(错错)眀渠恒定流动[ [例例] ]  一梯形断面明渠均匀流一梯形断面明渠均匀流,已知宽度已知宽度b=3m,水深水深h=0.8m,m=1.5,n=0.03 ,i=0.0005,ν=0.0101cm2/s ，，判断此水流为紊流或层流判断此水流为紊流或层流,急流或缓流？急流或缓流？解解：：A=(b+mh)h=(3+1.5×0.8)×0.8=3.36m2                                                                                                   所以水流为紊流所以水流为紊流           又水面宽又水面宽B=b+2mh=3+ 2×1.5×0.8=5.4m                                                              所以水流为缓流。

所以水流为缓流眀渠恒定流动思思  考考  题题1. 按最大流量设计无压管流，工程中是否合理？按最大流量设计无压管流，工程中是否合理？              2.底坡一定的渠道，是否就能肯定它是陡坡或缓坡？为什么？底坡一定的渠道，是否就能肯定它是陡坡或缓坡？为什么？          3.如果正坡棱柱形明渠水流的如果正坡棱柱形明渠水流的e沿程不变，那么水流是否为均匀流沿程不变，那么水流是否为均匀流？如果？如果e沿程增加，那么水力坡度和底坡是否相同？沿程增加，那么水力坡度和底坡是否相同？       4.流量、渠道断面形状尺寸一定时，随底坡的增大，正常水深和流量、渠道断面形状尺寸一定时，随底坡的增大，正常水深和临界水深分别如何变化？临界水深分别如何变化？       不合理，会造成有压无压交替的不稳定流不合理，会造成有压无压交替的不稳定流  不能，临界底坡的大小与流量、断面形状、尺寸有关对一给不能，临界底坡的大小与流量、断面形状、尺寸有关对一给定渠道，当流量发生变化时，它可以由陡坡变成缓坡，也可以由定渠道，当流量发生变化时，它可以由陡坡变成缓坡，也可以由缓坡变成陡坡缓坡变成陡坡均匀流；不相同，非均匀流均匀流；不相同，非均匀流减小；不变减小；不变眀渠恒定流动§7-5 水跃和水跌水跃和水跌 一、水跃一、水跃 1. 水跃现象水跃现象 水水流流由由急急流流过过渡渡到到缓缓流流，，会会产产生生一一种种水水面面突突然然跃跃起起的的特特殊的局部水力现象，称为殊的局部水力现象，称为水跃水跃(hydraulic jump )。

眀渠恒定流动     表表面面旋旋滚滚起起点点过过水水断断面面1-1称称为为跃跃前前断断面面，，该该断断面面处处水水深深称称为为跃跃前前水水深深表表面面旋旋滚滚末末端端的的过过水水断断面面2-2称称为为跃跃后后断断面面，，该该断断面面处处的的水水深深称称为为跃跃后后水水深深跃前、后水深之差称为跃高，之间的距离称为跃长跃前、后水深之差称为跃高，之间的距离称为跃长 水水跃跃段段内内，，水水流流运运动动要要素素变变化化急急剧剧，，水水流流紊紊动动、、混混掺掺强强烈烈，，旋旋滚滚与与主主流流间间质质量量不不断断交交换换，，致致使使水水跃跃段内有较大的能量损失常利用水跃来消能段内有较大的能量损失常利用水跃来消能眀渠恒定流动二、水跌二、水跌水跌是明渠水流从水跌是明渠水流从缓流过渡到急流缓流过渡到急流，水面急剧降落的局，水面急剧降落的局部水力现象常见于渠道底坡由缓坡突然变为陡坡或下部水力现象常见于渠道底坡由缓坡突然变为陡坡或下游渠道断面形状突然改变处游渠道断面形状突然改变处跌坎上水面的降落，应符合总机械能沿程减小，末端断跌坎上水面的降落，应符合总机械能沿程减小，末端断面最小的规律所以跌坎处水深为临界水深。

面最小的规律所以跌坎处水深为临界水深选择：明渠水流由急流过渡到缓流时发生：选择：明渠水流由急流过渡到缓流时发生：                       B.水跌水跌     C.连续过渡连续过渡     D.都有可能都有可能         ccchcVc缓流缓流急流急流A.水跃水跃眀渠恒定流动本章小结本章小结 一、明渠均匀流是具有自由液面，重力流一、明渠均匀流是具有自由液面，重力流  1.明渠均匀流有两个重要水力特征：明渠均匀流有两个重要水力特征：    1）等速等深流，流线是相互平行的直线等速等深流，流线是相互平行的直线    2））J=Jp=i，总水头线、水面线、渠底彼此平行总水头线、水面线、渠底彼此平行  2.明渠均匀流的产生条件：明渠均匀流的产生条件：    1）底坡和糙率沿程不变的长而直的棱柱形渠道；）底坡和糙率沿程不变的长而直的棱柱形渠道；    2）渠道必须为顺坡）渠道必须为顺坡(i>0)；；    3）渠道中没有建筑物的局部干扰；）渠道中没有建筑物的局部干扰；    4）明渠中水流必恒定，沿程流量不变明渠中水流必恒定，沿程流量不变  3.明渠均匀流的基本公式是谢才公式：明渠均匀流的基本公式是谢才公式：眀渠恒定流动4.水力最优断面是指当渠道的粗糙系数水力最优断面是指当渠道的粗糙系数n，底坡，底坡i一定一定时，对于一定的过水面积，能通过最大流量的断面时，对于一定的过水面积，能通过最大流量的断面形状。

它只是水力最优，从使用、施工及造价等方形状它只是水力最优，从使用、施工及造价等方面来说，未必面来说，未必“最优最优”     对于梯形断面：对于梯形断面：         对于矩形断面：对于矩形断面：          对于圆形断面：在未满管时，其流速和流量均达到对于圆形断面：在未满管时，其流速和流量均达到     最大值   眀渠恒定流动二、明渠非均匀流的各断面水深，流速沿程变化，流线二、明渠非均匀流的各断面水深，流速沿程变化，流线       互不平行，互不平行， J≠JP ≠ i    1.断面单位能量断面单位能量                 是指所讨论的断面上水流是指所讨论的断面上水流    对于渠底的平均单位能量对于渠底的平均单位能量e沿程可增大、减小，也沿程可增大、减小，也可不变而总机械能可不变而总机械能E沿程总是减小当明渠断面形沿程总是减小当明渠断面形状、尺寸和流量一定时，断面比能状、尺寸和流量一定时，断面比能e=f(h)   2.临界水深临界水深hc ：最小断面比能：最小断面比能emin所对应的水深所对应的水深 hc只与渠道的断面形状尺寸、流量有关，而粗糙系数只与渠道的断面形状尺寸、流量有关，而粗糙系数n和底坡变化不影响和底坡变化不影响hc。

对于矩形断面：对于矩形断面：  眀渠恒定流动  3.临界底坡临界底坡ic ：当通过某一流量时，渠内的临界水深：当通过某一流量时，渠内的临界水深正好等于形成均匀流时的水深这时渠道坡度就为临正好等于形成均匀流时的水深这时渠道坡度就为临界底坡临界底坡是一种假设坡度，在一定的渠道上界底坡临界底坡是一种假设坡度，在一定的渠道上通过某一流量通过某一流量qv时便对应一个时便对应一个ic ic与与qv有关，随有关，随qv增大而减小，所以对于增大而减小，所以对于i固定的渠道，随通过固定的渠道，随通过qv的变的变化，渠道坡别可能改变化，渠道坡别可能改变眀渠恒定流动4.明渠水流有缓、急流、临界流三种流态明渠水流有缓、急流、临界流三种流态,其判别方法其判别方法眀渠恒定流动。