第七七章章明明渠渠恒恒定定流流§7-5棱柱柱形形渠渠道道中中漸漸變變流流水水面面曲曲線線的的定性性分分析析§7-6明渠渠漸漸變變流流水水面面曲曲線線的的定定量量計計算算§7-5棱柱柱形形渠渠道道中中漸漸變變流流水水面面曲曲線線的的定定性性分分析析水面面曲曲線線定定性性分分析析的的理理論論基基礎(chǔ)礎(chǔ):明渠渠恒恒定定漸漸變變流流的的基基本本微微分分方方程程對于于正正底底坡坡渠渠道道i>0對于于平平底底坡坡渠渠道道i=0對于于反反底底坡坡渠渠道道i<0dh/ds取不不同同值值時時的的幾幾何何意意義義dh/ds>0時，，水水深深沿沿程程增增加加，，產(chǎn)產(chǎn)生生雍雍水水曲曲線線;dh/ds<0時，，水水深深沿沿程程減減少少，產(chǎn)生生降降水水曲曲線線;dh/ds→→0時，，水水深深趨趨于于正正常常水水深深，，即即水水面面線線與與均均勻勻流流水水面面線線漸漸近近相相切切;dh/ds→+∞∞時，，水水深深突突然然增增大大，，即即渠渠中中產(chǎn)產(chǎn)生生水水躍躍;dh/ds→-∞∞時，，水水深深突突然然減減小小，即渠渠中中產(chǎn)產(chǎn)生生水水跌跌;dh/ds→→i時，，水水面面線線與與水水平平線線漸漸近近相相切切。。正底底坡坡棱棱柱柱形形渠渠道道,水深深沿沿程程變變化化的的影影響響因因素素對于于一一定定底底坡坡的的棱棱柱柱形形渠渠道道，，水水深深沿沿程程的的變變化化規(guī)規(guī)律律與與h0與h之比比，，臨臨界界水水深深hcr與h之比比有有關(guān)關(guān)。。①N-N線：：以以正正常常水水深深h0繪出出的的均均勻勻流流水水面面線線。。②K-K線：：以以臨臨界界水水深深hk繪出出的的水水面面線線。。N-N線與與K-K線以以上上的的區(qū)區(qū)域域為為a區(qū)；；水面面曲曲線線的的分分區(qū)區(qū)N-N線與與K-K線之之間間的的區(qū)區(qū)域域為為b區(qū)；；N-N線與與K-K線以以下下的的區(qū)區(qū)域域為為c區(qū)。。不同同底底坡坡渠渠道道的的分分區(qū)區(qū)正底底坡坡i>0平底底坡坡i=0反底底坡坡i<0緩坡坡、、陡陡坡坡和和臨臨界界坡坡能發(fā)發(fā)生生均均勻勻流流不能能發(fā)發(fā)生生均均勻勻流流不能能發(fā)發(fā)生生均均勻勻流流既有有N-N線也也有有K-K線，，除除臨臨界界坡坡外外均均有有三三個個分分區(qū)區(qū)沒有有N-N線有有K-K線，，有有兩兩個個分分區(qū)區(qū)不同同水水面面曲曲線線依依次次加加腳腳標(biāo)標(biāo)1、2、3、0、`以示示區(qū)區(qū)別別。。定性性分分析析水水面面曲曲線線根據(jù)據(jù)已已知知水水深深h在具具體體渠渠道道中中所所處處的的區(qū)區(qū)，，確確定定水水面面曲曲線線的的類類型型；；指出出dh/ds的極極限限情情況況，，即即水水面面曲曲線線兩兩端端的的變變化化趨趨勢勢。。壅水水曲曲線線還還是是降降水水曲曲線線，，是是哪哪種種類類型型的的壅壅水水曲曲線線和和哪哪種種類類型型的的降降水水曲曲線線；；緩坡坡(i<icr)上a區(qū)的的水水面面曲曲線線a1型壅壅水水曲曲線線在上游游水面面線線與與N-N線漸漸近近相相切切在下游游水面面線線與與水水平平線線漸漸近近相相切切緩坡坡(i<icr)上a區(qū)的的水水面面曲曲線線兩兩端端變變化化趨趨勢勢b1型降水水曲曲線線緩坡坡(i<icr)上b區(qū)的的水水面面曲曲線線在上游游水面面線線與與N-N線漸漸近近相相切切在下游游水面面線線產(chǎn)產(chǎn)生生水水跌跌緩坡坡(i<icr)上b區(qū)的的水水面面曲曲線線兩兩端端變變化化趨趨勢勢c1型壅水水曲曲線線緩坡坡(i<icr)上c區(qū)的的水水面面曲曲線線在上游游，，始始于于某某一一控控制制水水深深。。在下游游水面面線線產(chǎn)產(chǎn)生生水水躍躍緩坡坡(i<icr)上c區(qū)的的水水面面曲曲線線兩兩端端變變化化趨趨勢勢a2型壅壅水水曲曲線線陡坡坡(i>icr)上a區(qū)的的水水面面曲曲線線在上游游產(chǎn)生生水水躍躍在下游游水面面線線與與水水平平線線漸漸近近相相切切陡坡坡(i>icr)上a區(qū)的的水水面面曲曲線線兩兩端端的的變變化化趨趨勢勢b2型降降水水曲曲線線陡坡坡(i>icr)上b區(qū)的的水水面面曲曲線線在上游游產(chǎn)生生水水跌跌在下游游與N-N線漸漸近近相相切切陡坡坡(i>icr)上b區(qū)的的水水面面曲曲線線兩兩端端的的變變化化趨趨勢勢c2型壅壅水水曲曲線線陡坡坡(i>icr)上c區(qū)的的水水面面曲曲線線在上游游，，始始于于某某一一控控制制水水深深。。在下游游與N-N線漸漸近近相相切切陡坡坡(i>icr)上c區(qū)的的水水面面曲曲線線兩兩端端的的變變化化趨趨勢勢臨界界底底坡坡(i=icr)上的的水水面面曲曲線線N-N線與與K-K線重重合合，，即即沒沒有有b區(qū)，，只只有有a區(qū)和和c區(qū)，，也也即即只只有有a3型和和c3型水水面面曲曲線線。。a3型曲曲線線的的變變化化規(guī)規(guī)律律介介于于a1和a2之間間，，c3型曲曲線線的的變變化化規(guī)規(guī)律律介介于于c1和c2之間間，，即即a3和c3曲線線只只能能是是兩兩條條水水平平線線。。平底底坡坡(i=0)上的的水水面面曲曲線線不存存在在正正常常水水深深h0，即沒沒有有N-N線，，不不存存在在a區(qū)，，只只存存在在b區(qū)和和c區(qū)，，故故只能能產(chǎn)產(chǎn)生生b0和c0水面面曲曲線線。水深深在在b區(qū)b0型降降水水曲曲線線在上游游在下游游產(chǎn)生生水水跌跌平底底坡坡(i=0)上的的水水面面曲曲線線水深深在在c區(qū)c0型壅壅水水曲曲線線在下游游產(chǎn)生生水水躍躍在上游游，，始始于于某某一一控控制制水水深深。。反底底坡坡(i<0)上的的水水面面曲曲線線水深深在在b區(qū)b`型降降水水曲曲線線在上游游在下游游產(chǎn)生生水水跌跌反底底坡坡(i<0)上的的水水面面曲曲線線水深深在在c區(qū)c`型壅壅水水曲曲線線在下游游產(chǎn)生生水水躍躍在上游游，，始始于于某某一一控控制制水水深深。。水面面曲曲線線的的基基本本變變化化規(guī)規(guī)律律a、c區(qū)的的水水面面曲曲線線恒恒為為壅壅水水曲曲線線;a區(qū)一定定是是緩緩流流，，c區(qū)一一定定是是急急流流;b區(qū)的的水水面面曲曲線線恒恒為為降降水水曲曲線線;只有有陡陡坡坡（（i>icr）上的的b區(qū)是是急急流流，，其其余余底底坡坡的的b區(qū)是是緩緩流流;與N-N相鄰鄰的的水水面面線線，，都都與與N-N線漸漸近近;與K-K相鄰鄰的的水水面面線線，，都都趨趨向向與與K-K線正正交交;在i>0的三三種種底底坡坡上上，，可可發(fā)發(fā)生生均均勻勻流流，，也也可可發(fā)發(fā)生生非非均均勻勻流流;①發(fā)生生在緩坡坡上的均均勻流，，必為緩緩流均勻勻流；②發(fā)生生在陡坡坡上的均均勻流，，必為急急流均勻勻流；③發(fā)生生在臨界界坡上的的均勻流流，必為為臨界均均勻流。。在i≤0的底坡上上，不能能發(fā)生均均勻流，，但可發(fā)發(fā)生緩流流，也能能發(fā)生急急流。由斷面比比能解釋釋水面曲曲線的變變化規(guī)律律以橫斷面面最低點點的水平平面為基基準(zhǔn)面時時，壓能能與動能能之和就就是斷面面比能；；均勻流特特點：斷斷面比能能沿程不不變。均勻流時時，渠底底高程的的降低值值等于沿沿程水頭頭損失a區(qū)的水面面曲線恒恒為壅水水曲線a區(qū)的水深深大于均均勻流水水深，流流速小于于均勻流流流速，，所以流流動中的的沿程水水頭損失失小于均均勻流時時的沿程程水頭損損失斷面比能能沿程增增加a區(qū)的流動動是緩流流，斷面面比能增增加對應(yīng)應(yīng)著水深深增加，，于是形形成壅水水曲線。。c區(qū)的水面面曲線恒恒為壅水水曲線c區(qū)的水深深小于均均勻流水水深，流流速大于于均勻流流流速，，所以流流動中的的沿程水水頭損失失大于均均勻流時時的沿程程水頭損損失斷面比能能沿程減減小c區(qū)的流動動是急流流，：斷斷面比能能減小對對應(yīng)著水水深增加加，于是是形成壅壅水曲線線。水面曲線線的銜接接由緩流向向急流過過渡時產(chǎn)產(chǎn)生水跌跌由上渠的的均勻流流水深h01過渡到下下渠的均均勻流水水深h02水面曲線線總的變變化趨勢勢是降水水。關(guān)鍵是確確定連接接斷面M-M處的水深深。由急流向向緩流過過渡時產(chǎn)產(chǎn)生水躍躍由上渠的的均勻流流水深h01過渡到下下渠的均均勻流水水深h02水面曲線線總的變變化趨勢勢是壅水水，由急急流向緩緩流過渡渡還要產(chǎn)產(chǎn)生水躍躍。關(guān)鍵問題是在在上渠中中壅水還還是在下下渠中壅壅水。取取決于水水躍發(fā)生生的位置置，水躍躍發(fā)生的的位置取取決于的的共共扼水深深與與之之間的對對比關(guān)系系。在下渠的的c區(qū)將產(chǎn)生生遠(yuǎn)驅(qū)式式水躍，，水躍前前有一c1壅水曲線線，躍后后斷面的的水深為為h02，其后為均均勻流，，整個上上渠為均均勻流。。在上渠中中產(chǎn)生水水躍，躍躍前水深深為h01，水躍前為為均勻流流，水躍躍后有一一a2壅水曲線線，整個個下渠為為均勻流流。水躍就發(fā)發(fā)生在M-M斷面處。。由緩流向向緩流過過渡時只只影響上上游，下下游為均均勻流。。壅水曲線線，關(guān)鍵鍵是在上上渠壅水水還是在在下渠壅壅水，還還是兩渠渠中均壅壅水，取取決于M-M斷面處的的水深。。上渠中產(chǎn)產(chǎn)生a1壅水曲線線，下渠渠中為均均勻流。。由急流向向急流過過渡時只只影響下下游，上上游為均均勻流。。由水深h01過渡到h02時總的趨趨勢是降降水。上渠中為為均勻流流，下渠渠中產(chǎn)生生b2降水曲線線。臨界底坡坡渠道中中的流動動型態(tài)將將取決于于相鄰渠渠道底坡坡的陡緩緩。如果上（（或下））游相鄰鄰渠道的的底坡是是緩坡，，則為由由緩流過過渡到緩緩流，如如果上（（或下））游相鄰鄰渠道的的底坡是是陡坡，，則為由由急流過過渡到急急流。平底坡和和反底坡坡渠道可可視為緩緩坡渠道道，水庫庫中的流流動可視視為緩流流。一平底坡坡與緩坡坡連接的的渠道。。當(dāng)上渠渠中的水水深大于于臨界水水深時，，上渠中中只能發(fā)發(fā)生b0降水曲線線，且在在M-M斷面的銜銜接水深深只能是是h02，下渠中為為均勻流流。定性分