水利明渠非恒定流课件

前进 由于自然条件的变化（如洪水涨落），或者由于河渠由于自然条件的变化（如洪水涨落），或者由于河渠上的水工建筑物（如闸门）不时地调节流量，使河道或人上的水工建筑物（如闸门）不时地调节流量，使河道或人工渠道中水流流速、水深（或水位、流量）等随时间而改工渠道中水流流速、水深（或水位、流量）等随时间而改变，从而形成了明渠中的非恒定流。变，从而形成了明渠中的非恒定流。研究明渠非恒定流的目的：主要是确定在非恒定流研究明渠非恒定流的目的：主要是确定在非恒定流过程中，明渠水流的流速、水深（或水位、流量）等随过程中，明渠水流的流速、水深（或水位、流量）等随时间和流程的变化规律。用于时间和流程的变化规律。用于洪水预报洪水预报、溃坝防洪、水、溃坝防洪、水电站上下游动力渠道设计等。电站上下游动力渠道设计等。主要介绍内容：主要介绍内容：明渠非恒定流的特性明渠非恒定流的特性明渠非恒定流波的分类明渠非恒定流波的分类明渠非恒定连续性方程式明渠非恒定连续性方程式明渠非恒定渐变流的能量方程式明渠非恒定渐变流的能量方程式明渠非恒定流的特性明渠非恒定流的特性特性之一：明渠非恒定流必定是非均匀流。特性之一：明渠非恒定流必定是非均匀流。或t（时）Q（m3/s）上、下游断面的流量过程线上、下游断面的流量过程线t1t2t（时）z（m）上、下游断面的水位过程线上、下游断面的水位过程线t1t2特性之二：明渠非恒定流也是一种波动现象。特性之二：明渠非恒定流也是一种波动现象。VwVwVVw波锋波锋波体波体特性之三：波所及之区域内，各过水断面水位流特性之三：波所及之区域内，各过水断面水位流量关系成绳套形曲线关系量关系成绳套形曲线关系zQ恒定流时水位流量关系zQ非恒定流时水位流量关系涨水落水QmaxzmaxQminzmin恒定流时，水面坡度是恒定流时，水面坡度是恒定的，所以水位与流恒定的，所以水位与流量呈单值关系。量呈单值关系。非恒定流时，涨水时水面坡度非恒定流时，涨水时水面坡度比同一水位下恒定流的坡度大，比同一水位下恒定流的坡度大，因而流量亦大；在落水时，水因而流量亦大；在落水时，水面坡度比同一水位下恒定流的面坡度比同一水位下恒定流的坡度小，因而流量亦小。坡度小，因而流量亦小。明渠非恒定流波的分类明渠非恒定流波的分类按水力要素随时间变化的急剧程度分连续波不连续波按波到达以后水位的变化分涨水波落水波按波的传播方向与水流方向是否一致顺波逆波VwVw明渠非恒定连续性方程式明渠非恒定连续性方程式ds上上下下t1aaQbbt2A依水量平衡：化简整理得：明渠非恒定流的连续性方程式过水断面面积随时间的变率流量随位置的变率若 ，则必然有说明在微分流段内如果流进的流量多，流出的流量少，区间内水位将随时间而上涨，发生涨水波。若 ，则必然有说明在微分流段内如果流进的流量少，流出的流量多，区间内水位将随时间而下降，发生落水波。若 ，则必然有说明水流量沿程不变，水流为恒定流。因 Q=AV，A=A（s，t），V=V（s，t），所以明渠非恒定流连续性方程的另一种表达式为：对于矩形断面明渠，A=bh，所以有明渠非恒定渐变流的能量方程式（运动方程式）明渠非恒定渐变流的能量方程式（运动方程式）单单位位重重量量液液体体的的势势能能沿沿流流程程的的变变化化率率（作作用用于于单单位位重重量量液液体体上上）惯惯性性力力沿沿流流程程所所作作的的功功（作作用用于于单单位位重重量量液液体体上上）惯惯性性力力沿沿流流程程所所作作的的功功单单位位重重量量液液体体沿沿单单位位流流程程克克服服磨磨擦擦阻阻力力所所作作的的功功或或圣维南（Saint-Venant）方程组（1871年 法国）明渠非恒定流的连续性方程式明渠非恒定渐变流的能量方程式解法1.特征线法2.直接差分法3.瞬时流态法4.微幅波理论法 明渠非恒定急变流 断波了解什么是断波断波特征 波峰陡、阶梯式前缘哪些波是断波：溃坝后向下游传播的涌波、潮汐河口的涌潮等。明渠均匀流的水力特征明渠均匀流的水力特征 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。通常将明渠均匀流的水深称为正常水深，以h0表示。2）总水头线、测压管水头线（水面坡度）和渠底线互相平行，即：水流因高程降低而引起的势能减少正好等于克服阻力所损耗的能量，而水流的动能维持不变。由数字高程模型提取的沿渡河流域水系图由数字高程模型提取的沿渡河流域水系图肚松衯宸&愮鐝D)?$?d悡!餯怉扈鋹A嘬貑d?啃?d怉?4癮?0?2l豀/D既 脝?窗?兡蓟癟鑳D?兗?t穃$0嬅7D胒d恆溓?様?鸙捐賰 u:hDj o?3葏蓇3繼伞銨?3覌耺缻D?B凓du鞁?V悏鳆鸖卯嬺嬝擛吚憢塒鼢媀?塧XB?6?镞P?塓=?輧 棵廤UQ嬹?$嬭媇-$?痁墢?頢S;聈%谶蚩魅婥?F?;u?i7,嬤;雞嶂嬇槣郬杽gZ_摞?跌u孄?餽p嬑Jk萘秣?k贤wb#u媜7w兀?)鱱H秒?Y?麐z蟏?=?傉哙?w+鶋|渹?饓s詐?瘙=氙;鹵?Y%惢_?&嬟嬸侢?S?V鄟?佹饟j oh?V孁?3黷#嬘胳幥I鳻聋茓P$?荱嬞稠-J纉焗豒m?u馫VI)H纞潈;矸?揿塋!魄舩?屗塗$9鑺锂?艍)?婋Q浣=鼖s顆F嬈?2w聟F+W?:脄汄y賰亥I?p礪?wa飞;Z厬圪?呂Z?拶?騚咡譪4#涨?鞗籽?菮=PM櫶k?卌蠑?q駜6项縠餗q鹰|U鬨滗歒?淬盭睟覙6u姮?M+/l!ol諉:?5?磐嵸?錺潗 T?鈪醞3h袳牒唣?罐CB?捓铹k挭鑈p衈聮嗌 蜞敏?l孰PB潉?潕肚松衯?雎挥=?牓2d?h糖=M痞?(瘣滸?(h?棧哐锒$*?z3蓚W傯=%u旄冏?塧?腦?U ZYYh?w鹁?镁+x脲燴哠K?q梽桃羀徬?w?錭X?C?e?gei鎃+,nit噈鲃c?u锳9硄轻儍L8踇縎;W岐?urH?Wx鵛8吷y兞恋W 六堲?-猴w兂.+嬼?墎娮?嗠鸊GiJ倭rJ?侜!?u?唻蕛?凓|?縖鸹嬔r責|A伾鼐*?%磣嬓冴苻高Hv霼?m|兪T?4撠?聝?飌Z0?t 蕞筍讧?3髀続c?p?t 壉 鄪Mr+?p;8齚 p蕞驱_嬝3?%?佝較#?u嬻芺婩*?莀X_?萄阯K詴qM?x拱曃?鳡?+腰+?艃?U?葭?橗?岶%媗祆?呿祴?峙%Ms?叫篂?X?$?F笂斚汶 弸邏s?苾铏p荫渌?呉坡Y询生蓯籀塡塠=?鬋昆?SZ?|_)5隠瑾.觠0峗E?王?謷呻u?蓌X0?艣专?u?V=Zt望?v;3蒛h8#?d?z痣W兠兯凔?黄T?彄貖?ty?嗥肻BuSU?x 墊侓?嬎茆=D彎塎偗aN?婻鞽咢0v箅_溹?J)橆1e?c?r?萤G;烹2C?c?炩?婾U蔙T宆Q?啪)u铿竗?莙0釆U$_饎囕雒u?w?鍳x?)StE媭E 鄫P鲉S现性?5?E/?H鬢砺啊l鴭?=鄒,?6 蜢?X?逫秼雎G7?tC?7?嬊儀鴣b_G?雨?X?8 y隵蘆挺?k吜W娫QY簮?嫋g&樱匵补?銋i罕凂*pl蘘孠嚈鱺獭礻訋?桇挵tzS?N藫弆籽D啶?2禚艳?g!凲瘬