水力學(xué)系統(tǒng)講義第七章明渠恒定流

第七章明渠恒定流

§7-1明渠均勻流§7-2明渠恒定流的流動類型及其判別§7-3水跌與水躍§7-1明渠均勻流明渠流：水面與大氣接觸的渠槽中的水流運動稱為明渠水流。特點：具有自由表面。自由表面上受大氣壓作用，相對壓強為零，又稱為無壓流。水在渠道、無壓管道以及江河中的流動都是明渠流動。7.1.1基本概念均勻流與非均勻流過水斷面形狀、尺寸以及過水斷面上的流速分布沿程不變且流線為平行直線的流動稱為明渠均勻流動，否則為非均勻流動。在明渠非均勻流中，根據(jù)水流過水斷面的面積和流速沿程變化的程度，分為漸變流動和急變流動。底坡渠底與水平面夾角的正弦，或者沿渠底單位距離上渠底高程的降低或升高值稱為底坡，記為i。明渠鴨的分功類（1唉）順憑底坡仍、平哨底坡森與反持底坡順皂底箏坡犧：歉渠徹底距沿營程饅降娘低框的始底爽坡掩，妹i躲＞核0盟；平扮底絡(luò)坡至：業(yè)渠扣底俯水霸平伙的掀底貪坡登，尿i屈＝列0按;反底覽坡：固渠底險沿程僑上升網(wǎng)的底愉坡，不i<鳥0.規(guī)蠻則倚斷蜓面智有剝矩褲形辯、襪梯怕形成、均U泳形剛和獸圓肌形直斷鋤面植等座，論其刺斷遷面盞形夏狀妻及援幾辣何序要爪素愚見絲式表男。勞非且規(guī)抱則塊斷劫面懷如筒天沿然祥河采道繁的炮斷著面蒜。（毀2蚊）郵規(guī)犧則籍斷脈面門和紛非籃規(guī)誰則慈斷命面（3賤）棱擴柱形師渠道傷與非常棱柱粥形渠嗚道斷疊面京形布狀套、適尺姜寸陷和暈底闊坡膠沿債程忽不絮變蛙的臣渠額道注稱喪為怎棱朗柱抗形時渠喜道布，講上昏述府三及者織之拉一到沿通程熱變堵化雨的運渠餅道好稱毀為餅非謠棱糠柱著形穴渠候道最。明渠色均勻窮流的背特點1僅.番總捉能周線作、輛測玻壓棕管析水寨頭怕線袍及破底疼坡泥線刮三謠者裁平怕行鑒；2滲.奶作攪用致在州水百流簽上寧的儲重促力頓在楊流居動桿方眼向蹄上艙的熄分蘿量俘與怕明謎槽怖壁具面頁上匠的隔摩扎擦日力繳相姻等殲；3嗽．吵渠姿底僵高貴程總的生降箏低捉值柴等擁于割沿乒程俊水踩頭智損筋失儲。均瓣勻廚流擺運剩動福的罷能物源么來常自漠渠挎底塘高救程千的峽降允低鍋,攻平符底明坡飾和協(xié)反肉底勒坡戚渠奏道惑中桌不跪能尚產(chǎn)伯生煮均掃勻平流稿。明君渠禍均斑勻攤流爪產(chǎn)森生旱的聯(lián)條批件1泉.剃沿參程稠流渠量逐不嫂變篩的符恒火定摧流斥；2嬌.率棱串柱森形善、虜正器底曬坡宣、勝渠斧中農(nóng)無菠建們筑正物傲的曲長同渠歷道滲中兔；3.賀沿程績粗糙燒系數(shù)返n不紡變。明壯渠泄均功勻艱流亡的糠基景本襯公謙式謝才儀公式曼寧公截式水力考最佳紙斷面指在凡流量螺、底頁坡、義粗糙岸系數(shù)紋已知權(quán)時，駝要求返設(shè)計嗽的過虛水斷海面具鍛有最滑小的槍面積掩；或者畝說，擺在過肥水斷兼面面銳積、繼底坡陡和粗種糙系端數(shù)等市已知粗時，闊能使起渠道腫通過廣的流變量為犧最大反，這喊種斷求面就介是水京力最紅佳斷咳面。當渠譽床的迷粗糙歐系數(shù)歉n、燃底坡茫i及帝過水滋斷面編積A昂一定功時，攤濕周雷χ愈江小流痕量Q錫愈大聚。梯夜形娃斷寨面朋的第水裳力排最就佳繁斷擇面水價力紡最晚佳臺斷敲面默的良條土件管：居過游水衛(wèi)斷拖面雄面育積文A且為閉常盡數(shù)揀和櫻濕跟周裝χ街最霜小吃。梯形申斷面島水力磁最佳根斷面尾的寬刻深比取邊刪坡系盞數(shù)m懸＝0夸，得轉(zhuǎn)最佳碗矩形裕斷面誤的寬測深比一丑般嚇只說適覆用含于廳流有量鋤或野水赤深故較橡小洪的債渠房誠道編。實者際尸設(shè)罷計魂除陷了異考綱慮泳水啄力道最縫佳托條燈件漲以傅外脾，暮還船要壓綜宅合僚考甩慮死經(jīng)比濟巨等植其張它善方尸面酬的優(yōu)多崖種扯因討素窄。均悉勻晶流臉的蓄解毒法1打.歸直劑接障解恥法（墨1兇）蜓當?shù)浒坷@已呆知遵，決求陜流畢量乘或庸底顆坡枝或繡粗茂糙躲系則數(shù)炭時毅，槐可做直昂接段由押均詞勻碗流拘渠藍道犧中錘的終流城量考表皂達傍式貿(mào)求融解馬。（決2榜）擴寬昂矩禍形婚斷填面經(jīng)渠暮道宅求望正暑常怪水舊深悶h0。（3塵）當動已知澡渠道急的寬蠅深比碰時，兄求渠僚中的紛正常糊水深捐。對梯亭形斷個面渠蠶道：2.芬試算顯法或耕圖解鍬法（松1丸）丑當冬已舒知絲式Q搶、忽i鉤、扎n院、質(zhì)m苦、雹b成（懸或崇h0）素求叫h0（或屋b）筑時，摔由于攏此時棟需要珍求解孕關(guān)于屯h0和b挪的非恥線性潮方程乓，不尤能直晚接求斤解，丘只能游采用辱試算趙法，比或者申應(yīng)用孔附圖軟Ⅰ的洋圖解柿曲線吧求解盡。（挺2窄）靈當巾已潔知攀寬撞深呢比合β前=澡b桑/獨h0或炸者甲最很佳毫寬您深籮比循βm，摔可維以限用的附舟圖吉Ⅰ燦圖悠解耍曲料線毫求弱解方。3踩.俊聯(lián)挖解（耳1勿）艱當循限貨制叫渠壺中半流擁速漆v祥和透水蒙深毒h0（數(shù)或廊b命）券求耳底謹坡啟i廉和蒙底肯寬盤b緞（南或陸h0）絹時火；（真2蛾）忘當討限浸制梅渠席中渠流輝速奴v煩和感底惠坡傲i刊求鳥水央深該h0和鐘底遣寬氏b侮時南。7.隆1.藝3雄渠酬道設(shè)序計中爹的若傅干問設(shè)題1.漏渠道反設(shè)計很中的恰典型斧問題（1態(tài)）已遠知底簽坡、怪過水圾斷面漲參數(shù)膠（包棍括形免狀、芝尺寸緣瑞）及臥渠底橋材料武等，涂求該欲渠道綢可能嚷通過愚的流責(zé)量大爹?。唬ê?陳）駐已撓知痛底居坡貫、較渠織床橫材林料候及慶要身求尸通團過鐵的舌流勢量村，獄求哥應(yīng)畜有自的繡過矮水扮斷究面狐參沫數(shù)采；（右3循）憐已肌知攝要鈴求知通歐過非的艱流縫量吐、讓過斜水找斷牽面克參等數(shù)謠及跨渠重底握材肥料晨，榨要南求櫻確略定馳底裂坡蝦。2.神邊坡閑系數(shù)殲與底桐坡的載確定渠摘道頁的終邊而坡槽系席數(shù)椒由擺渠珠床秋土叛壤韻的興性貸質(zhì)前確斑定。水厘力塌學(xué)爛角犁度練認膠為倉底夢坡迫應(yīng)些該道盡饑量付小熊，茂這聾樣聯(lián)沿舞程垮水幼頭啦損乳失誦小手。施種工擊角梅度遇要器求份底撒坡令盡按量份與追地刻形跳坡蟲度怕一第致已，謊這批樣醉易聰于徑使席挖陵方選與藥填巷方盛平跪衡縫，宴降湖低鴉施吃工未造局價餃。一般貢而言某山區(qū)至渠道證和排雨水渠確道的增底坡睛陡些適，而拖平原感渠道徒和灌否溉渠快道的陪底坡暢緩些腥。一么般土夕渠的幕底坡級變化要范圍平大約竹為i請＝0浴.0嘉00趣1～益0.縫00隱1。3.亮不沖肅不淤節(jié)流速臉—允箭許流淡速渠道淘中的譽設(shè)計撲流速協(xié)為v已，不壓淤允狹許流指速為港v`幕`，碌不沖嫁允許練流速眼v`幼為，槳則要酸求設(shè)拋計流個速應(yīng)使該滿析足不砍淤連允態(tài)許片流逆速由表膠中查抵得的免流速飾需乘跪以系權(quán)數(shù)k不允沖叉允精許爸流拘速符v鉛`4.景綜合勢粗糙漏系數(shù)渠架道澤斷中面規(guī)由色三促種勞護酬面彩組競成蔑：氣混瞞凝隊土誼，忠光撤滑軟巖擋面邁和以粗爸糙累巖雹面查。止設(shè)翼它隨們昌的棋粗腸糙及系墓數(shù)游和墻濕鬼周緣瑞分秘別津為甲n1，χ1；n2，χ2；n3，χ3，槳則烤整長個恒斷猜面擋的逝綜枯合抄粗蚊糙道系棟數(shù)構(gòu)按袍下休面違計偏算5字.座復(fù)歡式結(jié)斷教面由糠折仁線搬邊徑坡傷組額成器的兇過減水區(qū)斷墳面代稱搭為章復(fù)掌式聞斷施面怎，姨由抵主下河灣槽愈與詢?yōu)└〉仄そM悄成憶。特乒點斃：刑主喚河膠槽軍的佛水甚力艘半秤徑丙大演、逢粗紋糙騾系梢數(shù)探小壞，蛋而否灘秋地虧的金水孔力辨半子徑痰小派，顫粗床糙確系幻玉數(shù)隨大號。7.蛾1.津4款圓形俘斷面越內(nèi)的謀無壓部均勻消流圓提管撞中踢的努流銀動晉具婚有立自告由構(gòu)表閣面攤，糾表總面器壓智強見為淹大勸氣幸壓乓強繪時鮮，偉當逝管鬧路哨為期坡再度秒沿她程支不癢變濟的籍直鏈線培管輪路釣時刮，鳥管識路襖內(nèi)耕的做流毀動哈就炎是狗無拳壓依均瘦勻茫流晚。過水卸斷面羞面積濕津周水筑力說半葛徑水分面匠寬遍度管珍中迷最赤大血流奶量屋和舊最蟲大旱流偏速儉并陵不械發(fā)桌生輔在令滿股管磁時體。例7喜.1唱.1碗有一抵漿砌桿石護獻面的油梯形伴斷面矛渠道屢,邊卷坡系捷數(shù)m寇=1委.5略,粗勉糙系銹數(shù)n具=0從.0廢25恨,底哀坡i備=0創(chuàng).0顫00庸4,此底寬寸b=纖5m符,渠考中通救過的穩(wěn)流量柴Q=泳8m3/s阻,該備渠道粒的不假沖允需許流截速v艙`=提3m僑/s偉,試臥求:（1備）渠為道中僅的正許常水直深h0;（2釀）該上渠道邁是否遇滿足繭不沖撞不淤已條件粗。（1償）正觀常水蒼深h0的計色算a.瓦試算酸法b諒.當圖幫解互法利用塵附圖叔I進脆行圖議解。然后礎(chǔ)由橫壯坐標厘軸7豆.3該5處縣向上不作垂攀線交訴m=亮1.高5直并線上雕于一住點,栗再由嫁此點鵝向左烤引水堵平線諸與坐虛標軸捕的交累點即孟為所逢求。(攤2鄭)背不翼沖換不戴淤援檢勒查該將渠納道放滿杰足均不夢沖鏈不垃淤饑條榆件晚。例換7狂.匙1勸.能2貨欲具修個一登混狡凝劫土及護幻玉面感的鍛梯皆形測斷墓面拼渠傻道測,賢已朱知扣底該坡及i膽=呆0狂.春0匠0枝1摧,赴邊百坡概系詢數(shù)肌m估=勞1多.觸5息,染粗翠糙生系否數(shù)不n眾=罵0臉.等0語1層7腥,把要吉求桃渠站道袖中碗通遼過商的定流征量遙Q鳥=倦5痕m3/票s融,歷試扶按俘水市力橡最敘佳冠斷殘面悲設(shè)拋計灑此婦渠覽道疑的堤斷嘴面仍尺溝寸德。(撓1纖)至正禿常僵求斯解(飄2域)母用共附老圖I求浴解例7澤.1悲.3少有鋼一圓聞形混云凝土壓污水窗管，附已知功底坡名i＝恐0.對00展5，救粗糙疫系數(shù)叮n=塌0.敬01盈4，染充滿星度α涼=0慨.7巧5時啞流量你Q=杰0.飲25跑m3/阻s轎，脈試丟求披：區(qū)該誰管幣的呼管慣徑徑d帥?！?瞞-2五明籍渠恒他定流蔥的流門動類耍型及肚其判遼別明仗渠牧均世勻表流昌產(chǎn)脅生茄的窮條顆件1.嗓沿程種流量地不變質(zhì)的恒溜定流反；2橋.訊棱虧柱喜形羅、罪正慎底眉坡凝、減渠末中次無斷建雷筑灑物興的理長揚渠兵道懇中旦；3爆.雜沿詢程予粗連糙忘系牧數(shù)丟n掙不餡變穴。非均售勻流姓產(chǎn)生午的原賤因（裹1嚷）腐渠頓道豪的切斷裁面性形帥狀幟、淘尺陣寸業(yè)、穩(wěn)粗認糙愚系懼數(shù)貪及蚊底書坡越i胸沿沒程光有亮變爪化納；（學(xué)2傲）傘渠咐道步較詳短暴或來者釣渠斃中麥有喊水梢工卡建怕筑倒物浮存已在螞。明蘇渠即非色均孟勻照流呀的膀特悅點（芹1本）敬水悶深袍h辭和彎斷妻面苗平贈均他流諒速錦v無沿參程決變缸化略；（鴿2沖）桑流討線勉間允互芽相救不槳平現(xiàn)行城；（孕3瞞）閘水概力只坡優(yōu)度牢線剛、尿測左壓足管況水蹤蝶頭擾線忌和吵底掀坡明線耍彼乎此槳間盛不驕平取行熟。研跡究魂非垮均諒勻腎流硬的蘿主雙要價任稠務(wù)（1模）定摧性分叛析水經(jīng)面曲魄線；（2議）定末量計椒算水脹面曲掙線。明渠穩(wěn)恒定坑流的灑三種鄙流動杜類型緩流急銅流臨汗界溉流緩流已的特陰點：緩蠶流中倒水深膊較大阿，流喊速較設(shè)小，疾干擾蓮波既屬能向綠上游昆傳播后也能開向下貸游傳拳播。急流擺的特眼點：急的流中淘水深犧較淺皺，流戰(zhàn)速較福大，少急流略渠道掉中干銜擾波本只能畏向下稀游傳削播。波忘速歲c逢的辯計耕算福公漲式假晨設(shè)降一茫平績底堆坡央棱因柱夸形桑渠鍵道迷，振渠唇內(nèi)顫靜區(qū)水宵深年為陡h獄，蜘水茶面熟寬奏為氣B隆，特過知流雨斷歡面昨面端積肚為何A壯，管如架用加直團立醒薄細板惱向縫左綁撥宋動菠一較下慨，航使稻水筋面兆產(chǎn)穗生北一包個差波商高臂為寶△才h軋的符微鑄波裹，纖以撐速估度紡c定傳去播眨。流廁動憑類在型宵的排判真別波砌速槐法弗要勞派德悼（W.禿Fr桐ou陶de）數(shù)法斷面進比能迎法水深扶法底歌坡彎法1除.波楊速暗法波膽速笛法燒是榆通染過始渠籮中功的叮斷爪面叉平搬均布速固度鑄v坊與周干晃擾反波禾在挨靜熊水坐中送的蠻傳冊播兄速克度位c違對羊比困來古確習(xí)定犁流盾動相類概型副。一縮慧般喉斷先面火渠茄道痛靜伯水寧中蛛波宴速每c河為2惑.窗弗帳勞選德吼（終W夢.旁F適r棚o茶u繪d頓e僅）中數(shù)基法通坦過莊渠悼中酒的湯斷鼓面教平鴉均肺速雖度棗v俊與連干米擾豎波經(jīng)在眉靜叨水兼中猾的知傳柳播君速每度蹲c商之猛比啞來偵確徹定暮流堆動辰類羞型仇。弗勞化德數(shù)流佛動似類狗型喜的般判蛇別3.君斷參面比倚能法單加位樂重迎量陽水廊體贊相練對洽于賢過伙水怨斷晃面菜最鄉(xiāng)豐低顆點斧處蓬的落水贊平熟面鹿的擱總畏能險量雹定奧義聰為業(yè)斷踩面刃比蒜能恐，蛇也遍稱伯為省斷參面舉單撕位嚴能碰量痰，余記夸為給Es。斷面比能斷日面善比應(yīng)能豬函械數(shù)虜?shù)拇_特終點當流弟量、乓斷面汽形狀殼及尺差寸一做定時蹈，斷昌面比租能Es只探是宗水狹深財h塔的敗函沸數(shù)當h胳→旨0時A嫁→睛0，于是Es→∞，最即傅斷風(fēng)面黑比巴能喘函突數(shù)域曲刑線弟與瘦水幟平度軸杰漸暮近遭相熱切棉；當h→消∞時A→象∞，于是Es→浮h，即志斷砌面無比坦能喚曲付線騙與狂過寄坐末標吊原怨點紹的45賀°線漸扒近相旺切。斷面間比能頌函數(shù)經(jīng)曲線臨界佩水深4鉛.唯水搖深托法臨擾界疊水雕深離時稠對慘應(yīng)競的撞斷洲面繞比冊能方最護小臨界盆方程臨界肆方程胞的求培解（顛1猛）占對煌于執(zhí)一察般牲斷降面怨形寧狀師的貌渠尾道僑可拴以芬通包過核試繳算葵法偉求繳得把臨恭界沃水省深芳。（果2咸）叫矩查形細、而梯才形敵及洲圓遷形聚斷建面布明智渠茅中游的慨臨佛界做水蓋深皺可縫以兔用廟附與圖膏Ⅱ釘?shù)暮缊D動解鞋曲落線具求愁解呼。（憂3煩）瞞對丙于東矩蛋形柿斷劉面5.安底島坡法在鏈流紙量見、瀉斷糕面麥形肢狀拼及秘尺宮寸拒一現(xiàn)定運的謙棱徹柱拒形節(jié)渠絡(luò)道耐中撓，酸均稠勻骨流邀水秀深香恰襲巧罩等尚于機臨蓮界管水什深攝時黃的解渠魄底悠坡液度磨定壓義睜為撿臨館界龜坡鐵度萄，鵝記萬為睜icr。將啊正饅常初水勺深朋h0滿幼足醋的作均楊勻尺流延方籍程施和辦hc電r滿足芽的臨貪界方肢程聯(lián)坊立求弦解就遞可以陶得到幻玉臨界飄坡度蘆。臨界坡度（委1博）撇當腿渠碑道態(tài)實冒際稱的趣坡共度亭小斧于籃某貨一仍流屯量揚下拖的蓬臨蜘界金坡吹度梨，肚即箱i聚<仙icr，裁從慰而籌h0>hcr時炊，滲稱扒此殿渠周道翁坡饅度孩為欺緩直坡鬧；（閱2衡）苦當闖i愈=刊ic國r，從獄而h0=hcr時化，贊此歉渠起道法的