9 明渠恒定流Word文件下载.docx
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A、b=4.5m，h=1.0m；
B、b=2.25m，h=2.0m；
C、b=3m，h=1.5m；
D、b=1.0m，h=4.5m。
在流量一定，渠道断面的形状、尺寸和壁面粗糙一定时，随底坡的增大，正常水深将：
A、增大；
B、减小；
C、不变。
在流量一定，渠道断面的形状、尺寸和壁面粗糙一定时，随底坡的增大，临界水深将：
C、不变；
矩形断面明渠中，临界流时的流速水头是临界水深的：
A、1倍；
B、1/3；
C、1/2。
D、2/3。
矩形断面明渠中，临界水深是最小断面比能的：
C、1/2；
问题3：
在流量一定，矩形断面的形状尺寸和壁面粗糙一定时，随底坡的增大，临界水深将：
D、以上都可能。
问题：
明渠流动为急流时：
A、Fr>
1
B、h>
hc
C、v<
vc
D、
明渠流动为缓流时：
A、Fr<
1；
B、h<
hc；
C、v>
vc；
D、
判断：
水力坡度J一定为正值。
你的回答：
对错
选择：
水力最优矩形断面，宽深比是：
A.0.5；
B.2；
C.1.0；
D.4。
给水管网中的管流为无压流。
对错
随着水深的增加，断面单位能量必然增加。
明渠的临界底坡与断面的形状、流量、渠道的粗糙率及渠道的实际底坡有关。
临界底坡ic：
你的回答：
A.ic>
B.ic<
C.ic=0；
D.都有可能
在缓坡渠道中可以产生均匀急流。
在急坡渠道中可以产生均匀缓流。
在临界坡渠道中，均匀流动的正常水深等于临界水深。
在明渠流中，用底坡的类型就可以判别水流的流态，即在缓坡上水流为缓流，在陡坡上水流为急流，在临界坡上水流为临界流。
在同一渠底坡度上，只可能出现一种流态。
当明渠流量及断面的形状和尺寸一定时，跃前水深越小则跃后水深越大；
反之，跃前水深越大则跃后水深越小。
明渠水流由急流过渡到缓流时发生：
A.水跃；
B.水跌；
C.连续过渡；
二、例题
例题1：
有一梯形断面中壤土渠道，已知：
渠中通过的流量Q=5m3/s，边坡系数m=1.0，粗糙系数n=0.020，底坡i=0.0002。
试求：
（1）按水力最优条件设计断面；
（2）若宽深比b=2来设计断面，检查渠中流速是否满足不冲条件。
解：
（1）水力最优
A=（b+mh）h=（0.83h+h）h=1.83h2
又水力最优R=h/2
即hm=1.98m；
bm=1.98×
0.83m=1.64m
（2）
∴
h=1.55m
此时
又中壤土渠道不冲流速为0.64~0.84m/s
所以渠道满足不冲条件。
例2：
有一梯形渠道，在土层中开挖，边坡系数m=1.5，粗糙系数n=0.025，底坡i=0.0005，设计流量Q=1.5m3/s。
按水力最优条件设计渠道断面尺寸。
水力最优宽深比由式（9-5）
则
b=0.606h
A=（b+mh）h=（0.606h+1.5h）h=2.106h2
又水力最优断面的水力半径
R=0.5h
将A、R代入基本公式（9-4）：
b=0.606×
1.092=0.66m
例1：
有一梯形断面顺直小河，每公里落差0.5m，渠底宽3m，水深0.8m，边坡系数1.5，河床糙率n=0.032，求K、Q。
i=0.5/1000=0.0005
A=（b+mh）h=（3+1.5×
0.8）×
0.8=3.36m2
例题2：
某梯形断面土渠中发生均匀流动，已知：
底宽b=2m，，水深h=1.5m，底坡i=0.0004，粗糙系数n=0.0225，试求渠中流速υ，流量Q。
一般渠道中流动均为紊流，总是应用谢才公式：
∵
Q=υA=0.80×
6.38=5.10m3
/s
例3：
如图9-13所示的复式断面，已知渠底坡，求：
通过该复式断面的流量。
将此渠道分成三部分，其面积分别为A1、A2、A3
。
可得：
图9-13
=763.83m3/s
例题1：
一矩形水槽底宽50cm，Q=500cm3/s，n=0.01。
求
（1）临界水深hc；
（2）临界底坡ic
；
（3）若h=10cm，求i0
，Fr
解
（1）
（2）
（3）若h=10cm，求i0
，Fr
一梯形断面明渠均匀流，已知宽度b=3m，水深h=0.8m，m=1.5，n=0.03，i=0.0005，水温20°
C（=0.0101cm2/s），判断此水流为紊流或层流，急流或缓流？
A=（b+mh）h=（3+1.5×
所以水流为紊流。
又水面宽B=b+2mh=3+2×
1.5×
0.8=5.4m
所以水流为缓流。
一等坡直线收缩矩形断面陡槽，如图9-38所示，边墙收缩角，i=0.15，n=0.014所通过的流量Q=825m3/s，其始断面h1=2.7m，底宽b1=35m。
试求距起始断面为10m处的水深h2。
图9-38
以收缩开始断面为控制断面，其收缩水深h1=2.7m，水流进陡槽后，由于陡墙收缩角很小，水深h可能沿程减小，为降水曲线。
距起始断面为10m处的陡槽底宽：
对矩形过水断面有：
控制断面：
设：
有
计算：
由
重新计算，设：
有：
由
有：
计算符合要求得：
有一宽矩形渠道，单宽流量q=2.9m3/s，在渠中设置一溢流堰（见图9-39），堰前水深h2=3.0m，粗糙系数n=0.0214，且不随水深变化。
渠道底坡i=0.001。
试求水深h1=1.8m断面处距溢流堰的距离l。
求得正常水深h0=1.5m，临界水深
hc=0.95m。
已知h0
>
hc
，水流为缓流。
当h>
h0
，水面线为M1型壅水曲线。
堰前水深h2=3.0m为控制水深，因此水深h是向上游逐渐减小。
从控制水深h2开始，每段水深差值取，分六段计算。
由：
图9-39
在第一段渠道计算中以h2=3.0m，h1=1.8m，得：
三、问答
想一想：
明渠流与满管流最大的区别在于前者是无压流，而后者是有压流。
明渠均匀流的产生条件是什么？
有何水力特征？
参考答案：
明渠均匀流的产生条件是：
1）底坡和糙率沿程不变的长而直的棱柱形渠道；
2）渠道必须为顺坡（i>
0）；
3）渠道中没有建筑物的局部干扰；
4）明渠中的水流必须是恒定的，沿程无水流的汇入、汇出，即流量不变。
水力特征有：
1）过水断面的形状和尺寸、断面平均流速、流量和水深沿程不变。
2）总水头线、测压管水头线（水面坡度）和渠底线互相平行。
为什么只有在正坡渠道上才能产生均匀流，而平坡和逆坡则没有可能？
水流由于粘性在流动过程中产生了阻力，阻力作负功消耗能量，而在正坡渠道中，因高程降低，重力势能降低可用来克服阻力所损耗的能量。
在平坡和逆坡中,重力是不做功或做负功的，无法提供阻力所损耗的能量，所以不可能产生均匀流。
水力最优断面有何特点？
它是否一定是渠道设计中的最佳
断面？
为什么？
水力最优断面的水力半径是水深的一半，即R=h/2，而对于梯形断面有：
，矩形断面有b=2h。
由于在实际中一般，这时即b<
h是一种窄深式断面，施工开挖、维修管理都不经济，所以它只是水力最优，不一定是设计中的最佳断面。
问题:
明渠均匀流与明渠非均匀流的水力特点有何不同?
（1）明渠均匀流的,而明渠非均匀流的。
（2）明渠均匀流的断面平均流速、流量和水深沿程不变，而明渠非均匀流的断面平均流速、流量和水深沿程变化。
1.圆形无压管道中，为什么其流量在满管流之前即已达到最大值？
这是由于水深h增大到一定程度后，过水断面面积的增长率小于湿周的增长率，从而使无压圆管流中通过的流量相对减小。
2.按最大流量设计无压管流，工程中是否合理？
不合理，会造成有压无压交替的不稳定流
3.明渠非均匀流的水力特征是什么？
J≠Jp≠I;
4.断面单位能量和单位重量水体总机械能有何相同？
0，断面单位能量的基准面选在过水断面最低点，且dEs/ds可>
0，<
0，=0。
单位重量水体机械能基准面可任取，且dEs/ds<
0。
5.什么是缓流、急流、临界流？
如何判别？
答案：
急流：
当明渠中水流受到干扰后，若干扰微波只能顺水流方向朝下游传播，不能逆水流方向朝上游传播，水流只在障碍物处壅起，这种明渠水流称为急流。
此时水流流速大于干扰微波的流速，即
。
缓流：
当明渠中水流受到干扰后，若干扰微波既能顺水流方向朝下游传播，又能逆水流方向朝上游传播，造成在障碍物前长距离的水流壅起，这时渠中水流就称为缓流。
此时水流流速小于干扰微波的流速，即。
临界流：
当明渠中水流受到干扰微波后，若干扰微波向上游传播的速度为零，这正是急流与缓流这两种流动状态的分界，称为临界流。
即
缓流、急流、临界流三种流态的的判别式为：
（1）
（2）
（3）
（4）
（5）
注：
（1）-（3），（5）适用于均匀流或非均匀流，（4）只适用于均匀流。
6.底坡一定的渠道，是否就能肯定它是陡坡或缓坡？
不能，临界底坡的大小与流量断面形状尺寸有关。
对一给定渠道，当流量发生变化时，它可以由陡坡变成缓坡，也可以由缓坡变成陡坡。
7.如果正坡棱柱形明渠水流的ES沿程不变，那么水流是否为均匀流？
如果ES沿程增加，那么水力坡度和底坡是否相同？
均匀流；
不相同，非均匀流；
8.流量、渠道断面形状尺寸一定时，随底坡的增大，正常水深和临界水深分别如何变化？
减小；
不变
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