水利明渠非恒定流課件

第十四章明渠非恒定流前進第十四章明渠非恒定流前進1

由于自然條件的變化（如洪水漲落），或者由于河渠上的水工建筑物（如閘門）不時地調節(jié)流量，使河道或人工渠道中水流流速、水深（或水位、流量）等隨時間而改變，從而形成了明渠中的非恒定流。

研究明渠非恒定流的目的：主要是確定在非恒定流過程中，明渠水流的流速、水深（或水位、流量）等隨時間和流程的變化規(guī)律。用于洪水預報、潰壩防洪、水電站上下游動力渠道設計等。主要介紹內容：明渠非恒定流的特性明渠非恒定流波的分類明渠非恒定連續(xù)性方程式明渠非恒定漸變流的能量方程式由于自然條件的變化（如洪水漲落），或者由于河2明渠非恒定流的特性特性之一：明渠非恒定流必定是非均勻流。或t（時）Q（m3/s）上、下游斷面的流量過程線t1t2t（時）z（m）上、下游斷面的水位過程線t1t2明渠非恒定流的特性特性之一：明渠非恒定流必定是非均勻流。或t3特性之二：明渠非恒定流也是一種波動現象。VwVwVVw波鋒波體特性之二：明渠非恒定流也是一種波動現象。VwVwVVw波鋒波4特性之三：波所及之區(qū)域內，各過水斷面水位流量關系成繩套形曲線關系zQ恒定流時水位~流量關系zQ非恒定流時水位~流量關系漲水落水QmaxzmaxQminzmin恒定流時，水面坡度是恒定的，所以水位與流量呈單值關系。非恒定流時，漲水時水面坡度比同一水位下恒定流的坡度大，因而流量亦大；在落水時，水面坡度比同一水位下恒定流的坡度小，因而流量亦小。特性之三：波所及之區(qū)域內，各過水斷面水位流量關系成繩套形曲線5明渠非恒定流波的分類按水力要素隨時間變化的急劇程度分連續(xù)波不連續(xù)波按波到達以后水位的變化分漲水波落水波按波的傳播方向與水流方向是否一致順波逆波VwVw明渠非恒定流波的分類按水力要素隨時間變化的急劇程度分連續(xù)波不6水利明渠非恒定流課件7明渠非恒定連續(xù)性方程式ds上上下下t1aaQbbt2A依水量平衡：化簡整理得：明渠非恒定流的連續(xù)性方程式過水斷面面積隨時間的變率流量隨位置的變率明渠非恒定連續(xù)性方程式ds上上下下t1aaQbbt2A依水量8若，則必然有說明在微分流段內如果流進的流量多，流出的流量少，區(qū)間內水位將隨時間而上漲，發(fā)生漲水波。若，則必然有說明在微分流段內如果流進的流量少，流出的流量多，區(qū)間內水位將隨時間而下降，發(fā)生落水波。若，則必然有說明水流量沿程不變，水流為恒定流。若，則必然有說明在微分流段內如果9因Q=AV，A=A（s，t），V=V（s，t），所以明渠非恒定流連續(xù)性方程的另一種表達式為：對于矩形斷面明渠，A=bh，所以有因Q=AV，A=A（s，t），V=V（s，t），所以明渠非10明渠非恒定漸變流的能量方程式（運動方程式）單位重量液體的勢能沿流程的變化率（作用于單位重量液體上）慣性力沿流程所作的功（作用于單位重量液體上）慣性力沿流程所作的功單位重量液體沿單位流程克服磨擦阻力所作的功明渠非恒定漸變流的能量方程式（運動方程式）單位重量液體的勢能11或或圣維南（Saint-Venant）方程組（1871年法國）明渠非恒定流的連續(xù)性方程式明渠非恒定漸變流的能量方程式或或圣維南（Saint-Venant）方程組（1871年法12解法1.特征線法2.直接差分法3.瞬時流態(tài)法4.微幅波理論法解法13

明渠非恒定急變流斷波了解什么是斷波斷波特征波峰陡、階梯式前緣哪些波是斷波：潰壩后向下游傳播的涌波、潮汐河口的涌潮等。

明渠非恒定急變流斷波了解什么是斷波14明渠均勻流的水力特征

1）過水斷面的形狀和尺寸、斷面平均流速、流量和水深沿程不變。通常將明渠均勻流的水深稱為正常水深，以h0表示。2）總水頭線、測壓管水頭線（水面坡度）和渠底線互相平行，即：水流因高程降低而引起的勢能減少正好等于克服阻力所損耗的能量，而水流的動能維持不變。明渠均勻流的水力特征15由數字高程模型提取的沿渡河流域水系圖由數字高程模型提取的沿渡河流域水系圖16肚松衯宸&愮鐝D)?$?d悡!餯怉扈鋹A嘬貑

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由于自然條件的變化（如洪水漲落），或者由于河渠上的水工建筑物（如閘門）不時地調節(jié)流量，使河道或人工渠道中水流流速、水深（或水位、流量）等隨時間而改變，從而形成了明渠中的非恒定流。

研究明渠非恒定流的目的：主要是確定在非恒定流過程中，明渠水流的流速、水深（或水位、流量）等隨時間和流程的變化規(guī)律。用于洪水預報、潰壩防洪、水電站上下游動力渠道設計等。主要介紹內容：明渠非恒定流的特性明渠非恒定流波的分類明渠非恒定連續(xù)性方程式明渠非恒定漸變流的能量方程式由于自然條件的變化（如洪水漲落），或者由于河20明渠非恒定流的特性特性之一：明渠非恒定流必定是非均勻流?；騮（時）Q（m3/s）上、下游斷面的流量過程線t1t2t（時）z（m）上、下游斷面的水位過程線t1t2明渠非恒定流的特性特性之一：明渠非恒定流必定是非均勻流?；騮21特性之二：明渠非恒定流也是一種波動現象。VwVwVVw波鋒波體特性之二：明渠非恒定流也是一種波動現象。VwVwVVw波鋒波22特性之三：波所及之區(qū)域內，各過水斷面水位流量關系成繩套形曲線關系zQ恒定流時水位~流量關系zQ非恒定流時水位~流量關系漲水落水QmaxzmaxQminzmin恒定流時，水面坡度是恒定的，所以水位與流量呈單值關系。非恒定流時，漲水時水面坡度比同一水位下恒定流的坡度大，因而流量亦大；在落水時，水面坡度比同一水位下恒定流的坡度小，因而流量亦小。特性之三：波所及之區(qū)域內，各過水斷面水位流量關系成繩套形曲線23明渠非恒定流波的分類按水力要素隨時間變化的急劇程度分連續(xù)波不連續(xù)波按波到達以后水位的變化分漲水波落水波按波的傳播方向與水流方向是否一致順波逆波VwVw明渠非恒定流波的分類按水力要素隨時間變化的急劇程度分連續(xù)波不24水利明渠非恒定流課件25明渠非恒定連續(xù)性方程式ds上上下下t1aaQbbt2A依水量平衡：化簡整理得：明渠非恒定流的連續(xù)性方程式過水斷面面積隨時間的變率流量隨位置的變率明渠非恒定連續(xù)性方程式ds上上下下t1aaQbbt2A依水量26若，則必然有說明在微分流段內如果流進的流量多，流出的流量少，區(qū)間內水位將隨時間而上漲，發(fā)生漲水波。若，則必然有說明在微分流段內如果流進的流量少，流出的流量多，區(qū)間內水位將隨時間而下降，發(fā)生落水波。若，則必然有說明水流量沿程不變，水流為恒定流。若，則必然有說明在微分流段內如果27因Q=AV，A=A（s，t），V=V（s，t），所以明渠非恒定流連續(xù)性方程的另一種表達式為：對于矩形斷面明渠，A=bh，所以有因Q=AV，A=A（s，t），V=V（s，t），所以明渠非28明渠非恒定漸變流的能量方程式（運動方程式）單位重量液體的勢能沿流程的變化率（作用于單位重量液體上）慣性力沿流程所作的功（作用于單位重量液體上）慣性力沿流程所作的功單位重量液體沿單位流程克服磨擦阻力所作的功明渠非恒定漸變流的能量方程式（運動方程式）單位重量液體的勢能29或或圣維南（Saint-Venant）方程組（1871年法國）明渠非恒定流的連續(xù)性方程式明渠非恒定漸變流的能量方程式或或圣維南（Saint-Venant）方程組（1871年法30解法1.特征線法2.直接差分法3.瞬時流態(tài)法4.微幅波理論法解法31

明渠非恒定急變流斷波了解什么是斷波斷波特征波峰陡、階梯式前緣哪些波是斷波：潰壩后向下游傳播的涌波、潮汐河口的涌潮等。

明渠非恒定急變流斷波了解什么是斷波32明渠均勻流的水力特征

1）過水斷面的形狀和尺寸、斷面平均流速、流量和水深沿程不變。通常將明渠均勻流的水深稱為正常水深，以h0表示。2）總水頭線、測壓管水頭線（水面坡度）和渠底線互相平行，即：水流因高程降低而引起的勢能減少正好等于克服阻力所損耗的能量，而水流的動能維持不變。明渠均勻流的水力特征33由數字高程模型提取的沿渡河流域水系圖由數字高程模型提取的沿渡河流域水系圖34肚松衯宸&愮鐝D)?$?d悡!餯怉扈鋹A嘬貑

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