1 明渠水流运动
du dz
（1.14）
式中： 为流体的分子动力黏性系数，
， 为分子运动黏滞系数；z 为竖向坐标。
在紊流状态下， 除了分子黏性引起的切应力外， 还增加了由于紊动旋涡运动引起动量交 换传递的切应力。根据雷诺平均，由紊动旋涡运动引起的切应力可表示为：
t u w
l 2
du du dz dz
（1.17）
式中：l 为 Prandtl 混合长度，Prandtl 假设其在壁面附近与到固壁距离成正比，即
l z
其中 为 Karman 常数。
（1.18）
若在总切应力公式（1.16）中忽略分子黏性切应力，再将式（1.17）代入其中与式（1.2） 联立，并进一步引入无量纲量垂向坐标 z h 和 z zu*
u z k u u 5.75lg 9.05 , s * 5 u
z 1 0 h
t 0
z h 0.2
1
图 1.3 二元均匀流切应力沿水深分布图
0
4
1.2.2 边界层分区
水流流过河床时， 受边壁的约束作用在贴近河床边壁处流速较小。 随着与边壁距离的加 大，边壁影响逐渐减弱。对于光滑紊流，根据水流黏滞性作用的强弱，可将整个水深划分为 三个子区（图 1.4） ：近壁区、中间区及自由水面区。近壁区范围为 z h 0.15 ~ 0.2 ，在经典 边界层理论分析中称为内层（inner layer） 。在该层内流体黏性发挥重要作用，速度和长度特 征可分别用 u* 和 u* 来表征，紊动能量产生率（单位时间内产生的紊动能量）大于耗散率 （单位时间内耗散的紊动能量） 。近壁区之外为中间区，大致位于 0.15 ~ 0.2 z h 0.6 。该 区内自由水面和固壁影响都不大， 紊动能量产生率与耗散率大致平衡。 最外层为自由水面区， 范围为 0.6 z h 1.0 。该区域内水流黏性作用较弱，紊动结构用水深 h 和最大流速 umax 来 表征，紊动能量耗散率大于产生率，因此紊动能量必须通过紊动扩散从近壁区域获得补充。 中间区与自由水面区域一起称为“外区” 。 z
（1.15）
式中横线表示雷诺时间平均。 由于这种切应力是在黏性切应力之外增加的力， 故也称为紊流 附加切应力，也因为该项是通过对流体原始控制方程（N-S 方程）进行雷诺时均化而得，故 也称为雷诺应力。紊流中总切应力为
l t
u uw z
（1.16）
紊流中因分子黏性产生的切应力与因紊动交换产生的切应力相比很小， 在主流区可忽略 不计。但在固壁附近，流速梯度增大，紊动减弱，而分子黏性起控制作用（图 1.3） 。 z
2
（1.8）
4 0 1 U 2
（1.9）
2
式中， 为流体的密度。 在明渠均匀流中，若用 Rs 代替式中 0 ，则式（1.9）变为
U 8 u
1 2
（1.10）
摩阻系数 为无量纲系数，在理论上较严谨，适用于各种流态。但 不是常数，除了 受床面粗糙度影响之外，还与水流条件有关。在阻力平方区， 与 Manning 系数及 Chezy 系数之间的关系为
式中： R u*h
为剪切雷诺数。式（1.21）为黏性底层内速度公式，式（1.22）为对数律
速度公式，适用于黏性底层以外且 0.2 。在缓冲区 5<z B 内，式（1.19）不能得到解 析式，只能直接积分。 对于 >0.2 的外区，掺混长度资料比较缺乏。Keulegan（1938）根据一些明渠实测资 料提出将明渠水流对数率延伸到全部水深，并直接沿用 Nikuradse 园管流动所得常数 =0.4 和 A=5.5。一些实测资料表明，外区流速与对数流速率有所偏离，仅靠调整 和 A 不足以消 除对数率公式与实测资料间的误差， 而必须在式 （1.22） 中增加一个尾流函数 （wake function）
自由水面区：
0.6 z h 1.0
h
中间区：
0.15 ~ 0.2 z h 0.6
近壁区： z h 0.15 ~ 0.2
o
x
图 1.4 紊流分区示意图
1.2.3 流速垂向分布
在解决河道水流、泥沙问题时，不但需要河道断面平均流速，有时还需要流速的垂向分 布。要解决紊流条件下流速垂向分布问题，关键是给出紊流附加切应力的表达式。直接按式 （1.15）通过紊动速度建立雷诺切应力计算式尚有困难，目前一般可建立雷诺切应力与时均 速度场之间的半经验关系解决。这方面公式有涡黏性模型、掺混长度理论、涡量传递理论、 卡门相似理论等，其中以 Prandtl（1925）的掺混长度理论应用最广泛，公式为
B
z
A
dx
Wx
D
C
h-z z h
Ws dx 0
式中：s 为水面坡降。
（1.1）
0
W
将 W ( h z ) dx 代入上式即可得到
图 1.1 隔离体示意图
(h z ) s sh(1 )
z h
（1.2）
1
式中， 为液体的重率。 式（1.2）说明均匀流条件下流体内部切应力垂向分布为直线。在河底 z=0 处，有
、无量纲流速 u u u* 、无
5
量纲掺混长度 l lu*
，可导出
（1.19）
2 1 du dz 1 1 4l 2 1
大量水槽实验资料证明，在近壁区的大部分区域掺混长度的分布是符合上述线性假设 的，但在贴近壁面、黏滞效应起决定性作用的微小区域有所偏离，这一区域称为黏性底层 （Sublayer） 。在近壁区内掺混长度可综合表示为
1.1 明渠均匀流
1.1.1 水流剪切力
水体在流动过程中，由于黏性和紊动交换作用其内部存在切应力，常用符号 表示。这 种切应力最终传递到固壁上，形成水流对固壁的作用力，用符号 0 表示。水流对固壁的切 应力实际上也是固壁对水流的阻力，称为边壁阻力。在均匀流条件下，边壁阻力可以从静力 平衡分析得到解析解。 考虑如图 1.1 所示的二元均匀流。水体 ABCD 受重力 W、上下游水压力以及底部 BC 上的切应力 作用。考虑到均匀流上、 下游两侧水压力相互抵消， 沿水流运动方向 上力的平衡方程可表示为
C 1 R6 8 U u g n g
表 1.1 材 Manning 糙率系数 n 值（选自张海燕，1989） 料 n 值 0.010 0.011 0.014 0.011 0.012 0.014 0.015~0.017 0.014 0.017 0.020 0.025 0.025~0.030 0.033~0.040 0.075~0.150 0.0378 d 1 6 （ d
1.2 明渠紊流的水流结构
1.2.1 紊流的描述方法
紊流的实质是无数大小不等的漩涡作随机或拟序运动。 在边壁上， 不断有紊动漩涡间歇 性产生，并不断向主流区扩散。在紊流条件下，若将瞬时流速 u 分解成时均速度 u 与脉动速 ，即有 度 u 之和（图 1.2）
u u u
3
（1.12）
瞬时流速
0 hs
由边壁阻力还可以定义另一个重要阻力参数
（1.3）
u
0 ghs
（1.4）
式中， u 因具有流速量纲，故称为摩阻流速。
1.1.2 均匀流平均流速公式
天然河道水流一般都是阻力平方区的紊流。 均匀流条件下， 水流断面平均流速大小主要 与水深、水面坡降及边壁粗糙度有关，可用 Chezy 公式和 Manning 公式等经验公式近似计 算，也可以通过定义阻力系数，采用 Darcy-Weisbach 公式计算。 （1）Chezy 公式
1 3
T 。所以式（1.6）
（1.7）
U
1 23 12 R s n
为方便使用，表 1.1 列出若干典型边壁的糙率值。对于沙质河床，与沙粒产生的阻力相 关的 Manning 糙率系数 n 可根据河床上泥沙粒径大小用下面的 Strickler 公式计算。
n d 1 6 21.1
式中，d 为泥沙的代表粒径，单位用 m。 （3）Darcy-Weisbach 公式 定义边壁切力与水流惯性力之比为摩阻系数 ，即
1 明渠水流运动
明渠水流包括天然河道和规划性河渠， 其运动规律既不同于有压流， 亦有别于海洋中的 往复流。 研究明渠水流运动规律的直接意义是计算在一定来水及河道形态下， 河道的过流能 力以及水位、流度和水面坡降的空间分布等问题；同时，水流运动规律还是进一步研究河道 泥沙运动规律、污染物输移规律以及河床演变预报的动力学基础。 由于种种原因， 天然河道的水力要素在空间和时间上都呈现一定变化。 当水力要素沿流 向不发生变化时为均匀流；否则，为非均匀流。当水力要素随时间发生改变时为非恒定流， 否则，为恒定流。天然河道的纵剖面、横断面及平面外形一般都是不规则的，所以水流要素 在空间上的分布一般也是不均匀的。 同时， 上游来水量的变化也将导致河道水力要素随时间 做相应变化。因此，一般来说天然河道都是非恒定、非均匀流。水流运动规律可以用流体运 动的基本方程——N-S 方程描述。规划性河渠往往具有较规则的几何形状，水力要素沿流向 分布也比较均匀，问题可以得到很大简化。河道的大部分区段及大部分时间里，水力要素的 变化都是缓慢的，称为缓变流。缓变流的运动规律可以用圣维南方程描述，也称为非恒定流 运动方程。有关非恒定流运动方程的求解问题将在第 8 章中讲述。
l kz 1 ex p z B
（1.20）
式中：B=26 为根据实验确定的系数。 利用式（1.20） ，对式（1.19）积分可得
u z
u
1
z 5 ~ 10
ln z B
（1.21） （1.22）
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流体力学明渠流动PPT课件
的大为小将此堰划分，为三种将基本两类型。类问题从计算方法角度加以统一研究。
只要掌握这些方法，就能顺利进行明槽均匀流的
各项水力计算。
直接求解法
• 如果已知其它五个数值，要求流量Q，或要求糙率n，或 要求底坡i，只要应用基本公式，进行简单的代数运算，就 可直接求得解答。
例：有一预制的混凝土陡槽，断面为矩形， 底宽b=1.0m，底坡i=0.005，均匀流水深 h=0.5m，糙率n=0.014，求通过的流量及流 速。
• 明渠流的自由表面会随着不同的水流条件和渠身 条件而变动，形成各种流动状态和水面形态，在 实际问题中，很难形成明渠均匀流。但是，在实 际应用中，如在铁路、公路、给排水和水利工程 的沟渠中，其排水或输水能力的计算，常按明渠 均匀流处理。
明渠的分类
• 由于过水断面形状、尺寸与底坡的变化对明渠水 流运动有重要影响，因此在水力学中把明渠分为 以下类型。
v C RJ
对于明渠恒定均匀流，由于J=i，所以上式可写为
v C Ri
Q=Av=AC RiK i 式中K为流量模数
• 上式中谢才系数C可以用曼宁公式计算。将 曼宁公式代入谢才公式中便可得到
v
1
2
R3
i
n
Q
A
1
2
R3
i
n
谢才系数C是反映断面形状尺寸和粗糙程度的
一个综合系数，它与水力半径R和粗糙系数n
采用试算法。
• 试算法作法如下：假设若干个h值，代入基本公式， 计算相应的Q值；若所得的Q值与已知的相等，相 应的h值即为所求。实际上，试算第一、二次常不 能得结果。为了减少试算工作，可假设3至5个h 值，即h1，h2，h3…h5，求出相应的Q1，Q2， Q3…Q5，画成Q=f(h)曲线。然后从曲线上由已知 的Q定出h。若要求的是b，则和求h的试算法一样。 此时画的曲线是Q=f(b)。
第七章 明渠流动
有压管流 明渠流
A---A A---A
有压管流：①具有封闭的湿周； ②压力是流动的主要动力。
明渠流： ①具有自由水面（即水面压强为大气压）； ②重力是流动的主要动力； ③明渠水面线即测压管水头线
明渠流又称无压流
7.1.1 明渠流动的特点
①重力作用； ②底坡影响； ③水深可变。
7.1.2 明渠的分类
1）按明渠几何特征 ①棱柱体渠道：断面形状、尺寸沿程不变的长直渠道
A=f(h), 多为人工渠道
②非棱柱体渠道：断面形状、尺寸沿程有变化的渠道 A=f(h,s)
过水断面面积既随水深改变，又随位置改变。
2)按明渠断面形式
渠道工程
引水工程
二滩泄洪洞
输水涵洞施工
小河沟渡槽
土耳其渡槽
3）按底坡分
底坡i ：明渠纵断面上渠底线的坡度
第七章 明渠流动
7-1 概述 7-2 明渠均匀流
7-1 概述
明渠:人工渠道、天然河道、水流未充满全断面的管道的统称
明渠水流：具有自由液面的水流，水流的表面压强为大气压强
明渠水流在自然界中是常见的，例如：水电站引水渠、灌溉渠、 排水渠、运河、无压隧洞和下水道等人工渠道中的水流以及天然河 道中的水流。
m 2.0 1.236 0.828 0.606 0.472 0.385
• 水力最优断面往往为“窄深形”，达不到经济的目的。
2）实用经济断面
• 认为水力最优断面不是唯一的一个，而是有一个
范围，可从中选择一个既便于施工、应用，又很经济 的断面，同时也基本符合最优断面的要求。
3）渠道的允许流速
① 不冲不淤流速要求：[v]min＜v＜[v]max [v]max--不冲流速:由土壤的种类、粒径、密实度等决定 [v]min --不淤流速：由水流挟沙量决定。
水力学-第5章 明渠恒定均匀流1113
工程中采用最多的是梯形断面， 工程中采用最多的是梯形断面，其边坡系数 m 由 边坡稳定要求确定。 边坡稳定要求确定。在 m 已定的情况下，同样的过水 要求确定 已定的情况下， 面积 A ，湿周的大小因底宽与水深的比值 b / h 而异 。根据水力最佳断面的条件： 根据水力最佳断面的条件： 即
χ = 最小值 A = 常数
解：将已知条件代入基本公式，并用曼宁公 将已知条件代入基本公式， 式计算谢才系数， 式计算谢才系数，整理后可得
nQ( β + 2 1 + m 2 ) 2 / 3 h= 5 / 3 1/ 2 ( β + m) i
3/8
当为水力最佳断面时: 当为水力最佳断面时
β = 2( 1 + m 2 − m) = 2( 1 + 1.252 − 1.25) = 0.702
2
15
用 β m 代替上式中的 β 值，整理后得 即梯形水力最佳断面的水力半径等于水深的一半。 即梯形水力最佳断面的水力半径等于水深的一半。
hm Rm = 2 的梯形断面。 矩形断面可以看成为 m = 0 的梯形断面。以 m = 0
代入以上各式可求得矩形水力最佳断面的 β m 及 Rm .
bm βm = = 2 即 bm = 2hm hm
χ = b + 2 h 1 + m 2 = 34 m + 2 × ( 2 . 7 m ) 1 + 1 . 5 2 = 43 . 74 m
102 . 74 m 2 R= = = 2 . 35 m χ 43 . 74 m A
查表可知， 查表可知，对渠线弯曲并已滋生杂草的土 n =0.03
1 1/ 6 1 C= R = (2.35)1/ 6 = 38.4m1/ 2 / s n 0.03
水力学_第7章 明渠流动
2
2
例如，人工开凿的大部分渠道
3
3
A f (h)
非棱柱体渠道 •断面形状
1 棱 柱 体 非 棱 柱 非棱柱体（纽面） 体 棱 柱 体 1
•尺寸
沿程改变
•底坡
•糙率
渠道弯曲
2
2
例如，天然河道
人工渠道连接段（扭面）
3
3
A f (h, l )
1
棱 柱 体
非 棱 柱 非棱柱体（纽面） 体 棱 柱 体
一种人工修建、或自然形成的渠
明渠流
有自由面（液面处为大气压强）。明 渠流又称无压流。
当液体通过明渠流动时，形成与大气相接触的自由水面，
表面各点压强均为大气压强，故明渠流为无压流。 明渠流特点： ①具有自由水面（水面压强为大气压），重力是流动的 主要动力；
②底坡的改变对断面流速和水深有直接影响；
③局部边界的变化引起水深在很长的流程上发生变化；
7.2.4 水力计算
校核渠道的过流能力 求水深 求底宽 求底坡
设计断面尺寸
校核渠道的过流能力
已知断面形状、b、h、m、底坡 i、糙率n
校核流量 Q
一电站已建引水渠
超高
为梯形断面， m =1.5，
底宽b=35m，n = 0.03， i =1/6500，渠底到堤顶 高程差为3.2m，电站引水流量 Q = 67m3/s。因工业发
77.4－67.0 =10.4 m3/s
3.2
m =1.5 b
求底坡
已知Q、n，m，n，h、b、求i
Q2 i 2 2 C A R
方法：直接计算
求底坡
例 一矩形断面渡槽，b = 2.0m，槽长l =120.m 进口处槽底高程 z1= 50.0m，槽身为预制混凝土 n = 0.013，设计流量 Q =10.0m3/s，槽中水深为
明渠弯道水流运动规律研究分析
明渠弯道水流运动规律研究分析【摘要】在自然界的河道或者人工开挖的水渠当中，由于地势的原因，都会有弯道的存在，在水流经过这些弯道的时候，其运动规律会根据弯道的程度和水流的具体情况发生相应的变化，这些变化的规律是非常难以琢磨的，在这种情况下，人们通过对弯道和水流的具体数据进行研究，来得出其运动规律。
本文结合具体公式和案例，来对明渠弯道水流运动规律进行研究分析。
【关键词】明渠弯道水流运动规律前言在人们对明渠弯道中水流运动规律的研究中，包含了在各种地形情况下的弯道水流运动特性，根据这种特性，人们对其中影响水流运动规律的因素进行了各个方面的分析探讨。
这样的研究在人们的生活中起到了重要的作用，对河流的治理和港口的建立有着关键的意义。
一、在明渠弯道水流运动中的各个参数影响水流运动规律的因素包括很多方面，其中主要包括了水面横比降、横向环流流速沿垂向分布和环流流速的沿程分布等因素，通过对这些因素的具体研究分析，可以得出具体的弯道水流的运动规律。
1、首先是弯道水面横比降。
在水流经过弯道的时候，由于弯道的不同，其中所产生的离心力也有着不同，由于其中离心力的存在，会使水流的的水面逐渐升高，并且偏向凹面，这个凹面根据渠道的具体情况，会形成一定的倾斜角度，这个倾斜角度就被称为横比将JR，在水流经过弯道的时候，其中在水面逐渐偏向凹面的过程中，水灵经过弯道最中间的时候，是其中横比将值最大的时候，随着水流渐渐过去弯道，横比降的数值也会渐渐的减少；在水流经过弯道进口凸面的时候，水面处于最低的位置，在水流经过弯顶以下的凹面的时候，水面处于最高点。
在对弯道水面的横比将进行描述的时候，有着这样几个公式：首先是罗索夫斯基公式在这个公式里面Jr代表着水面的横比降：Vcp为在水流进入弯道的时候，垂线的平均流速；α0为流速垂线的分布不平均系数；τ0为来自河底的横向阻力；r为弯道的半径；p为水的密度；g为重力加速度。
在这个公式中我们可以看出，要想对水面的横比降进行计算，其中需要多个方面数据的共同支持，但是这个公式在实际的运用中仍旧是不精准的，其中的河底横向阻力和系数都不能进行有效的确定。
水力学基础课件——第五章 明渠恒定均匀流
A
(b mh)h
R
x b 2h 1 m2
第五章 明渠恒定均匀流
二、明渠的底坡 底坡：明渠渠底倾斜的程度称为底坡。以符号i表
示，i等于渠底线与水平线夹角口的正弦即i＝Sinθ。 明渠有三种底坡：顺坡、平坡和逆坡
第五章 明渠恒定均匀流
➢顺坡： i>0，明槽槽底沿程降低者称为正坡或顺坡。 ➢平坡： i=0，明槽槽底高程沿程不变者称为平坡。 ➢逆坡： i<0，明槽槽底沿程增高者称为反坡或逆坡。
第五章 明渠恒定均匀流
5.1 明渠的类型及其对水流运动的影响
明渠的渠身及其沿流动方向的倾斜程度( 称作底坡 )， 是水流边界的几何条件。一定形式的边界几何条件，给 予水流运动一定的影响。所以为了了解水流运动的特征， 必须先对影响明渠水流运动的边界几何条件进行分析。
第五章 明渠恒定均匀流
一、明渠的横断面 人工明渠的横断面，通常作成对称的几何形状。例如
二、允许流速
允许流速是为了保持渠道安全稳定运行在流速上的限 制，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。
第五章 明渠恒定均匀流
➢在设计中，要求渠道流速v在不冲、不淤的允许
流速范围内，即：
式中：
——不冲允许流速（m/s），根据壁面材料定。
➢ 如果您有任何问题， 请毫不犹豫地提出 !
In case of you have any question, DO NOT hesitate to ask me !
第五章 明渠恒定均匀流
5.2 明渠均匀流特性及其产生条件
一、明渠均匀流的特性： 1、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。 2、过水断面上的流速分布和断面平均流速沿流程不
第六章明渠恒定流解读
【解】 梯形断面最佳宽深比
m
b h
2(
1 m2 m) 0.61
根据已知的Q, i, n, m和 b = 0.61h, 得:
K Q 49.6m3 / s
i
水力最佳断面
1 Rm 2 hm
A (0.61h 1.5h)h 2.11h2
C
1
1
R6
1
1
(0.5h) 6
n 0.025
一、明渠横断面
1.天然河道的横断面 呈不规则形状，分主槽和滩地
枯水期：水流过主槽 丰水期：水流过主槽和滩地
主槽
滩地
一、明渠横断面
2.人工明渠的横断面 据渠道的断面形状分:
梯形、矩形、圆形、抛物线形等
断面确定：根据地质条件
岩石中开凿或条石砌筑或混
凝土渠或木渠
— 矩形
排水管道或无压隧道 — 圆形
土质地基
明渠水流分类：
明渠恒定流 明渠非恒定流
明渠均匀流 明渠非均匀流 无 明渠非均匀流
人工渠道、天然河道以及未被液流所充满的管道都是明渠流.
明渠流与有压流区别
有压管流： ① 具有封闭的湿周； ② 压力是流动的主要动力。
明渠流： ① 具有自由水面（即水面压强为大气压）； ② 重力是流动的主要动力； ③ 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； ③ 边界突然变化时，影响范围大。
2. 必须是长而直的棱柱形渠道。
（避免象弯管、阀门、滚水坝、桥孔等局部阻力对水流产生影响，而导 致非均匀流）
3. 渠道表面的粗糙系数应沿程不变。
（因为粗糙系数决定了阻力的大小，变化，阻力变化，有可能成为非均 匀流。）
《明渠流动》课件
河流的渠化
1 渠化的目的
河流的渠化是为了改善河道的水流状况，提 高水流的稳定性和可控性，以满足人们的需 求。
2 渠化的方法
渠化的方法包括疏浚、筑堤和修建防洪设施 等，以改变河道的形态和流动特性。
明渠流动的计算
1
曼宁公式
曼宁公式是用于计算明渠流量的常用公
罗斯公式
2
式，通过考虑渠道的形态和粗糙程度来 预测水流的流量。
2 动水压力
动水压力是指水在流动中由于速度和变化形态而产生的压力，需要考虑水流的速度和渠 道的几何形状。
3 损失
明渠流动存在各种损失，包括摩擦阻力、进出口损失和弯曲损失等，需要在水力计算中 进行考虑。
明渠流量计
浮子流量计
浮子流量计是一种常见的明渠流 量计，通过观察浮子在水流中的 位置来测量流量。
水位法流量计
《明渠流动》PPT课件
明渠流动是一种重要的水力学现象，应用广泛。本课件将介绍明渠流动的基 本概念、明渠和管流的特点、河流的渠化以及明渠的计算和应用。
简介
什么是明渠流动
明渠流动是指水流在明渠中自由流动的现象。 明渠中没有遮蔽物，水流的信息可以直接观察 到。
明渠流动的应用场景
明渠流动广泛应用于农田灌溉、武装巡逻以及 防汛救灾等领域，发挥着重要的作用。
天然明渠是自然形成的河道，而人工明 渠是人工开挖的水道。
明渠具有流域面积广、水流形态稳定以
及流量计算简便等特点。
管流
管流的优缺点
管流适用于小范围内的水流控制，但管道的使用成 本较高，且易受管道堵塞等问题影响。
管流的应用场景
管流广泛应用于城市供水、工业生产以及排污系统 等领域，提供了便捷的水流控制方式。
防汛救灾
6 明渠流动
6.2 明渠均匀流
6.2.1.2明渠均匀流的产生条件
根据明渠均匀流的上述特征，可以推定它的形成必须具 备下列条件：
(1) 水流必须为恒定流。否则沿流程各断面的水深、流速 随时间变化，任一时刻各断面水深、流速等各不相等，是 非均匀流。 (2) 流量沿程保持不变，没有水流的汇入或分出。否则明 渠上、下游各过水断面的水深和流速将不相同，为非均匀 流。
例1：某梯形断面土渠中发生均匀流动，已知：底宽b=2m，边 坡系数m=1.5，水深h=1.5m，底坡i=0.0004，粗糙系数n=0.0225， 试求渠中流速v，流量Q。
6.3 明渠非均匀流基本概念
6.3.1 明渠非均匀流的定义、形成及特征
明渠水流的流速、水深等水力要素沿程变化的流动，称为 明渠非均匀流。人工渠道和天然河道中的水流多为明渠非 均匀流。 人工渠道或天然河道中的均匀流，由于渠道底坡的变化、 过水断面的几何形状或尺寸的变化、壁面粗糙程度的变化， 或在渠道中修建人工构筑物，都将会形成明渠非均匀流动。
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6.2 明渠均匀流
6.2.3.2明渠均匀流水力计算
明渠均匀流的基本公式中 Q AC Ri K i f (m, b, h, n, i) ， K 、 i 中，己知任意两 其中K决定于渠道断面特征。在 Q 、 个量，即可求出另一个量，因此渠道水力计算问题可分为 三类。 （1）验算渠道的输水能力 已知渠道断面形状及大小、渠壁的粗糙系数、渠道的底坡， 求渠道的输水能力，即己知 K ， i 求 Q 。求解中需要先计 R、 算出A 、 C 值。
第6章 明渠流动
6 明渠流动
1
6.1 明渠流动概述 6.2 明渠均匀流
6.3 明渠非均匀流基本概念
2 3
水力学第7章明渠流动
明渠渠底与纵剖面的交线称为底线。底线沿流程单位长度
的降低值称为渠道的纵坡或底坡（slope），以符号 i 表示。
1
l
2
θ
zb1
zb2
i zb1 zb2 sin
l
通常渠道底线与水平线夹角θ很小 ，为便于量测与计算，以
水平距离 lx 代流程长度 l ，以铅垂断面代替过流断面，即
1
2
θ
zb1
lx
zb2
断面形状与尺寸沿程不变的渠道称为棱柱形渠道；否则为 非棱柱形渠道。
棱柱形渠道的过水断面面积只随水深而变化，即A = f ( h )；
而非棱柱形渠道的过水断面面积既随水深而变化，又随断面位
置而变，即 A = f ( h，s )。
7.2 明渠均匀流
明渠均匀流是指流线为平行直线的明渠水流。
7.2.1 明渠均匀流形成的条件及特征 设一明渠均匀流，列1-2 断面伯努利方程
7.6 棱柱形渠道非均匀渐变流水面曲线的分析
水面曲线指明渠非均匀流水面与纵剖面的交线。
7.6.1 棱柱形渠道非均匀渐变流微分方程 设明渠恒定非均匀渐变流微元段1-2，列伯努利方程
z
h v2
2g
z dz
h dh v dv2
2g
dhl
略去高阶小量，得
dz
dh
d
v2
2g
dhf
0
1
2
h v
E z p v2 g 2g
若将基准面提高 z1，使其通
过该断面的最低点，于是单位重
0
量流体相对于新基准面01-01的机
械能就为
e
E
z1
h
v2
2g
01 0