1、明 渠 均 勻 流概述明渠均勻流形成條件和水力特征明渠均勻流計算公式明渠水力最優(yōu)斷面和允許流速明渠均勻流水力計算無壓圓管均勻流復式斷面渠道水力計算概 述明渠流-具有自由表面,直接依靠重力作用而 產生的流動(又稱無壓流).明渠流的特點:具有自由液面,重力對流動起主導作用;底坡的變化對斷面的流速、水深有直接影響;水深在流程中會發(fā)生變化.不可能產生非恒定的均勻流.渠道分類棱柱形渠道-渠道形狀、尺寸沿流程不變的長直渠道;非棱柱形渠道-渠道形狀或尺寸沿流程變化的渠道.渠道分類底坡-渠道底面的坡度,以i表示;式中 z渠底的高差； L對應z的相應渠長； 渠底與水平線的夾角， 底坡分為三類: i0,正坡或順坡

2、(沿流程降低); i=0,平坡(渠底水平); i0,且不變;壁面粗糙系數n沿程不變;棱柱形渠道;恒定流;特征:總水頭線與水面線與渠底線相互平行. 即 均勻流的基本公式謝才公式:由于J=I,流量謝才系數粗糙系數n粗糙系數n，它的大小綜合反映了河、渠壁面對水流阻力的大小，是明渠水力計算中的主要因素之一。粗糙系數n的選擇與渠道表面材料、施工質量以及渠道修成后的運行管理情況等因素有關，粗糙系數n的確定要慎重進行。n值如選得偏大，設計阻力偏大，設計流速就偏小。將增加不必要的渠道斷面積而增加渠道造價。而且，由于實際流速大于設計流速，還可能會引起渠道沖刷。反過來，如n選得偏小，則過水能力就達不到設計要求，而

3、且因實際流速小于設計流速，還會造成渠道淤積。水力最優(yōu)斷面 明渠的輸水能力取決于底坡i、渠壁的粗糙系數n及過水斷面A的大小及形狀。通常，i的大小隨當地的地形而定，n則取決于所選的渠壁材料。因此，渠道的Q僅取決于A的大小及形狀R。而在底坡i、粗糙系數n和過流面積A一定的條件下，能使渠道的輸水能力最大的斷面形狀稱為水力最優(yōu)斷面。在i、n、A已給的條件下，要使Q最大，則要求R最大，即濕周最小。所謂水力最優(yōu)斷面，就是濕周最小的斷面形狀。優(yōu)點：輸水能力最大，渠道護壁材料最省，渠道滲水量損失也最少,能量損失最小。 梯形過水斷面的幾何要素邊坡系數:水面寬:過水斷面積:濕周:水力半徑: Bhb1m水力最優(yōu)斷面梯

4、形斷面的寬深比h：當m=0時，即為矩形斷面，寬深比h=2。水力最優(yōu)斷面時，任意形狀斷面的水力半徑為水深的二分之一。允許流速允許流速-對渠身不會產生沖刷，也不會使水中懸浮的泥紗在渠道中發(fā)生淤積的斷面平均流速。 在設計中，要求渠道的流速在不沖、不淤的允許流速范圍內，即 明渠均勻流的水力計算渠道的水力計算，可分成三類問題：1.驗算渠道的輸水能力已知渠道斷面形狀及大小、粗糙系數及渠道的底坡，求渠道的輸水能力。即已知K、i，求Q。2確定渠道底坡已知渠道斷面尺寸、粗糙系數、流量或流速，求渠道的底坡。即已知b、h、m、n、Q或各量，求i。這類的計算主要用于：下水道為避免沉積淤塞，要求有一定的“自清”速度，這

5、就必須要求有一定的坡度。3.確定渠道的斷面尺寸已知渠道輸水量Q、渠道底坡、粗糙系數n及邊坡系數m，求渠道斷面尺寸b和h。這是設計新渠道斷面的問題，但從基本公式中可知，一個方程要解兩個未知數（b和h），則有無數組解，因此要得到唯一的解，就必須附加條件。 補充條件一般分為四種：水深h已定，求相應的底寬b。 計算時，給出不同的b值，即可計算出相對應的K，并根據這些b和K值，作出曲線，再從給定的Q和i，計算出K=Q/i0.5。找出對應于這K值的b值，即為所求。底寬b已定，求相應的水深h。 仿照上述解法，先作出曲線，同樣找出對應于K=Q/i0.5的h值，即為所求。按水力最優(yōu)斷面的條件=b/h，設計斷面尺

6、寸b和h。 按當地土質條件確定邊坡系數m值，在水力最優(yōu)斷面時，計算出=b/h ，這樣就建立了附加條件，然后再仿照或中的方法，求出b或h。用最大允許不沖流速作為渠道中的實際流速，求相應的b和h。無壓圓管均勻流無壓圓管-非滿管流的圓形管道。 無壓圓管均勻流的特征及基本公式： 與明渠均勻流完全一樣。 水力計算（分三類）1.驗算輸水能力；2.決定管道坡度；3.計算管道直徑。定義稱為充滿度，所對應的圓心角稱為充滿角。由幾何關系可得各水力要素之間的關系為： 設以Q0、C0、R0分別表示滿流時的流量、流速、謝才系數、水力半徑；C、R表示。則令 不同充滿度的相應值用Q、輸水性能最優(yōu)充滿度：當h/d=0.95時，Q/Q0=1.087，則此時通過的流量最大，為恰好滿管流時流量的1.087倍；當h/d=0.81時，v/v0=1.16，則此時管中的流速最大，為恰好滿管流時流速的1.16倍。最大充滿度、設計流速：1污水管道應按不滿