第8章-明渠恒定流教学课件

明渠水流根据其运动要素是否随时间和流程变化可分为：明渠水流根据其运动要素是否随时间和流程变化可分为：明渠明渠:人工渠道、天然河道以及不满流管道统称为明渠。人工渠道、天然河道以及不满流管道统称为明渠。特征：明渠流具有自由表面，又称无压流。特征：明渠流具有自由表面，又称无压流。研究内容研究内容:明渠水流特征、明渠水流特征、明渠输水能力的计算、明渠设计明渠输水能力的计算、明渠设计 应用：排水渠道、排水管道。应用：排水渠道、排水管道。恒定均匀流恒定均匀流 恒定非均匀流恒定非均匀流 非恒定均匀流非恒定均匀流 非恒定非均匀流非恒定非均匀流(专题）专题）棱柱型渠道棱柱型渠道:断面形状、尺寸、底坡沿程不变的渠道。断面形状、尺寸、底坡沿程不变的渠道。非棱柱型渠道非棱柱型渠道:断面形状沿程改变，断面尺寸改变，或底坡沿程改变的断面形状沿程改变，断面尺寸改变，或底坡沿程改变的 渠道。渠道。8.1 8.1 明渠的类型明渠的类型1.按纵向几何条件划分按纵向几何条件划分:判断：非棱柱体渠道中，流线也会是平行直线，故水流也可能形成均匀流。判断：非棱柱体渠道中，流线也会是平行直线，故水流也可能形成均匀流。(错误错误)A=f(h)A=f(h，s)（1 1）顺坡渠道：）顺坡渠道：（2 2）平坡渠道：）平坡渠道：（3 3）逆坡渠道：）逆坡渠道：2.按底坡的变化划分按底坡的变化划分在纵剖面上，渠底是一条斜直线，该线的坡度即为渠道底坡在纵剖面上，渠底是一条斜直线，该线的坡度即为渠道底坡水流的过流断面？水流的过流断面？可以取铅垂面，水深可以取铅垂面，水深h h在铅垂线上量测在铅垂线上量测。3.按横断面几何形状分类按横断面几何形状分类 梯形断面渠道、梯形断面渠道、矩形断面渠道、圆形矩形断面渠道、圆形、半圆形、复式断面渠道半圆形、复式断面渠道 梯形渠道过水断面的水力要素梯形渠道过水断面的水力要素 水面宽度水面宽度:过流断面面积过流断面面积:湿周湿周:水力半径水力半径:底宽底宽:水深水深:边坡系数：边坡系数：边坡系数表（边坡系数表（m）土的种类土的种类边坡系数边坡系数土的种类土的种类边坡系数边坡系数粉沙粉沙砾石、砂砾石、砂砾石砾石沙壤土沙壤土风化岩风化岩密实沙壤土、密实沙壤土、黄土、粘壤黄土、粘壤土土未风化岩未风化岩(1)(1)过流断面面积过流断面面积 ,水深水深 沿程不变。沿程不变。(2)(2)过流断面平均流速过流断面平均流速 及断面流速分布沿程不变。及断面流速分布沿程不变。（3 3）底坡线、水面线、总水头线三线平行。）底坡线、水面线、总水头线三线平行。即即：8.2 8.2 明渠均匀流的特征及形成条件明渠均匀流的特征及形成条件8.2.1 8.2.1 明渠均匀流的特征明渠均匀流的特征（4 4）水体重力沿水流方向分力等于固体边壁对水流的摩阻力。）水体重力沿水流方向分力等于固体边壁对水流的摩阻力。8.2.2 8.2.2 明渠均匀流产生的条件明渠均匀流产生的条件 (1)(1)恒定流，无支流流出或汇入恒定流，无支流流出或汇入 (2)(2)长直棱柱形渠道长直棱柱形渠道,且糙率且糙率 不变不变 (3)(3)顺坡渠道顺坡渠道,即即 (4)(4)无建筑物的局部干扰无建筑物的局部干扰选择：从作用力的角度分析，在下列渠道中能：从作用力的角度分析，在下列渠道中能产生均匀流的是：生均匀流的是：你的回答：你的回答：A.平坡渠道平坡渠道B.顺坡渠道坡渠道C.逆坡渠道逆坡渠道D.非棱柱形平坡渠道非棱柱形平坡渠道 明渠均匀流中，明渠均匀流中，8.3 8.3 明渠均匀流基本公式明渠均匀流基本公式明渠水流一般属于紊流阻力平方区。明渠水流一般属于紊流阻力平方区。式中：式中：C C 为谢齐系数为谢齐系数,R R 为水力半径，为水力半径，J J 为水力坡度为水力坡度 谢齐公式谢齐公式K-流量模数，单位与流量相同流量模数，单位与流量相同（1）曼宁公式）曼宁公式:（2）巴甫洛夫斯基公式）巴甫洛夫斯基公式:谢齐系数谢齐系数C 1.1.明渠的分类：明渠的分类：u 棱柱形渠道的概念棱柱形渠道的概念u 矩形渠道、梯形渠道的水力要素。矩形渠道、梯形渠道的水力要素。2.2.明渠均匀流明渠均匀流u 特征和形成条件特征和形成条件u 均匀流计算公式均匀流计算公式u 水力最优断面、允许流速的概念水力最优断面、允许流速的概念 上讲重点：上讲重点：定义定义:在底坡在底坡 、糙率、糙率 、过流断面、过流断面 一定的前提一定的前提 下，明渠输水能力最大的那种断面（形状、尺寸）。下，明渠输水能力最大的那种断面（形状、尺寸）。8.4 8.4 水力最优断面与允许流速水力最优断面与允许流速8.4.1 水力最优断面水力最优断面 湿周最小的几何形状：圆形湿周最小的几何形状：圆形对于梯形断面渠道：对于梯形断面渠道：二阶导数二阶导数即即 ，为湿周最小的断面为湿周最小的断面化简，需满足化简，需满足水力最优水力最优 宽深比宽深比（1 1）在边坡系数）在边坡系数 m m 确定后，宽深比满足上式条件的渠道，确定后，宽深比满足上式条件的渠道，为水力最优。为水力最优。（2 2）矩形渠道水力最优断面的底宽应是水深的）矩形渠道水力最优断面的底宽应是水深的2 2倍。倍。（3 3）按水力最优断面设计的渠道属）按水力最优断面设计的渠道属窄深型渠道窄深型渠道，施工、维护，施工、维护困难。困难。水力最优断面是根据流体力学原理建立的，工程上水力最优断面是根据流体力学原理建立的，工程上不一定最优。不一定最优。（4 4）只适合小型渠道。大、中型渠道不宜采用。有）只适合小型渠道。大、中型渠道不宜采用。有 通航要通航要求的渠道，还要考虑通航对水深的要求。求的渠道，还要考虑通航对水深的要求。说明说明不冲流速不冲流速:渠道免遭冲刷的最大流速。渠道免遭冲刷的最大流速。不淤流速不淤流速:渠道免遭淤积的最小流速。渠道免遭淤积的最小流速。8.4.2 允许流速允许流速设计渠道，还应使渠道的设计流速不应大于使渠床遭受设计渠道，还应使渠道的设计流速不应大于使渠床遭受冲刷，也不可小到使水中悬浮的泥沙发生淤积。冲刷，也不可小到使水中悬浮的泥沙发生淤积。应用时，查表（应用时，查表（8-3）（）（8-4）（）（8-5）和相关手册。）和相关手册。上式有上式有6 6个变量个变量,知道知道5 5个可以求另外一个。个可以求另外一个。8.5 8.5 明渠均匀流水力计算明渠均匀流水力计算一般是对已成工程进行校核性计算。一般是对已成工程进行校核性计算。已知条件已知条件:b b、h h、m m、n n、，求流量，求流量 8.5.1 校核渠道输水能力校核渠道输水能力8.5.2 确定渠道的底坡确定渠道的底坡 此类问题为设计渠道的底坡，此类问题为设计渠道的底坡，已知条件已知条件:Q、b、h、m、n，求解底坡。求解底坡。此类问题为设计渠道的断面此类问题为设计渠道的断面已知条件已知条件:Q、n、m、该方程有该方程有6 6个变量，个变量，4 4个已知量，个已知量，2 2个未知量，方程有多组解。个未知量，方程有多组解。方法：根据工程条件，先确定底宽方法：根据工程条件，先确定底宽b b（h h），求水深），求水深 h h（b b）。）。此类问题无解析法（高次），只能用此类问题无解析法（高次），只能用试算图解法或图解法试算图解法或图解法。8.5.3 确定渠道的断面尺寸确定渠道的断面尺寸A-a B-b C-c 求渠道的正常水深求渠道的正常水深h（底宽）的方法（底宽）的方法(a)试算图解法试算图解法:依工程条件确定底宽依工程条件确定底宽b b，试算水深试算水深h h。画画 曲线，求水深曲线，求水深 h（Q已知）解：用试算解：用试算图解法，设一系列水深，列表计算图解法，设一系列水深，列表计算 0.3 0.7893.4500.231 29.01 0.385 0.4 1.1523.9340.29330.180.6520.5 1.5504.4170.31531.110.990例：例：某输水渠道，梯形断面，土质为沙壤土，底宽某输水渠道，梯形断面，土质为沙壤土，底宽b=2m，通过流量通过流量0.8m3/s，岸边有杂草，粗糙系数岸边有杂草，粗糙系数n=0.027，底坡为底坡为0.0012，边坡系数，边坡系数m=2.2，求正常水深？求正常水深？由上表数据绘制由上表数据绘制 的关系曲线，的关系曲线，根根据据已已知知流流量量在在图图中中求求出出正正常常水水深深 。(b)图解法图解法 管道无压流也属明渠水流，对于长直的排水管道，亦为均匀管道无压流也属明渠水流，对于长直的排水管道，亦为均匀流，流，具有均匀流的水力特征具有均匀流的水力特征。此外还具有另一特征，即在此外还具有另一特征，即在达到满管流之前，流速达到最达到满管流之前，流速达到最大值，流量也达到最大值大值，流量也达到最大值。8.6 8.6 管道无压流的水力计算管道无压流的水力计算 -充满角充满角 -充满度充满度n过流断面积过流断面积:n湿周：湿周：n水力半径：水力半径：n充满度充满度n流速：流速：n流量：流量：管道无压流水力计算管道无压流水力计算u已知已知 、，求输水能力，求输水能力Q Q u已知已知 、，求管道底坡求管道底坡 u已知已知 、，求，求 水力计算类型水力计算类型:（1）污水管应按不满流计算，设计）污水管应按不满流计算，设计最大充满度最大充满度查表。查表。（2）雨水管和合流管按满管流雨水管和合流管按满管流计算。计算。（3）排水管）排水管最小设计流速最小设计流速：管径管径，。管径管径，。对对最小管径最小管径和和最小设计坡度最小设计坡度也有规定。也有规定。有关规定有关规定室外排水设计规范室外排水设计规范(GBJ15-88GBJ15-88)作业作业8-18-1、8-28-2、8-38-3明渠均匀流，只能发生在明渠均匀流，只能发生在断面形状、尺寸、糙率、底坡断面形状、尺寸、糙率、底坡均沿程均沿程不变的长直渠道中，而且要求渠道上没有修建任何水工建筑物对水不变的长直渠道中，而且要求渠道上没有修建任何水工建筑物对水流干扰。流干扰。在实际工程中，常常需要在河渠上架桥、设涵、筑坝、建在实际工程中，常常需要在河渠上架桥、设涵、筑坝、建闸或设立跌水建筑物等，破坏了河渠均匀流发生的条件。闸或设立跌水建筑物等，破坏了河渠均匀流发生的条件。8.7 8.7 明渠恒定非均匀流明渠恒定非均匀流明渠非均匀流：明渠非均匀流：渐变流渐变流、急变流、急变流非均匀流（壅水曲线）非均匀流（壅水曲线）路基路基闸门闸门大坝大坝均匀流水面线均匀流水面线明渠恒定非均匀流研究内容n水深沿程变化的规律；水深沿程变化的规律；n水面线的变化规律（定性分析）及其计算；水面线的变化规律（定性分析）及其计算；(1)(1)过流断面面积、水深、过流断面平均流速及流速分布沿程过流断面面积、水深、过流断面平均流速及流速分布沿程改变，对于棱柱型渠道，即改变，对于棱柱型渠道，即 (2)(2)底坡线、总水头线、水面线三线不平行。底坡线、总水头线、水面线三线不平行。(3)(3)重力功重力功 阻力功。阻力功。8.7.1 8.7.1 明渠非均匀流水力特征明渠非均匀流水力特征 (1)(1)临界流临界流:干扰波不向上游传播干扰波不向上游传播.(2)(2)缓流缓流:干扰波向上游传播干扰波向上游传播.(3)(3)急流急流:干扰波只向下游传播干扰波只向下游传播.干扰波波速为判断流态的标准干扰波波速为判断流态的标准.8.7.2.8.7.2.明渠水流流态明渠水流流态(1)(1)临界流临界流 (2)(2)缓流缓流(3)(3)急流急流 弗劳德数：弗劳德数：水流速与干扰波波速的比值。水流速与干扰波波速的比值。干扰波波速干扰波波速弗劳德数（判断流态的标准）弗劳德数（判断流态的标准）式中式中 -平均水深平均水深 意义意义1.1.物理意义：物理意义：2.2.力学意义：力学意义：表示过水断面单位重量液表示过水断面单位重量液体平均动能与平均势能之体平均动能与平均势能之比的二倍开平方。比的二倍开平方。表示水流的惯性表示水流的惯性力和重力两种力力和重力两种力的对比关系。的对比关系。惯性力作用与重力作用相等，水流为惯性力作用与重力作用相等，水流为临界流临界流。惯性力作用大于重力作用，水流为惯性力作用大于重力作用，水流为急流急流。单位重量流体总的机械能单位重量流体总的机械能:基准面移至基准面移至0 0_ _ 0 0，单位重量流体总的机械能，单位重量流体总的机械能为断面单位能量为断面单位能量 （断面比能）。（断面比能）。8.8 8.8 断面单位能量与临界水深断面单位能量与临界水深8.8.1 8.8.1 断面单位能量断面单位能量(断面比能断面比能)恒小于恒小于0 0，而，而 可大于可大于0 0；亦可小于；亦可小于0 0；等于；等于0 0。当断面形状，尺寸，流量一定时，当断面形状，尺寸，流量一定时，E ES S 仅为水深的函数。仅为水深的函数。因此它沿流程的变化可判断明渠水深（水面，水位）的变化。因此它沿流程的变化可判断明渠水深（水面，水位）的变化。引入断面单位能量的必要性：引入断面单位能量的必要性：Esh曲线有极小值，曲线有极小值，K K点把曲线点把曲线分为上下两支。分为上下两支。K K点对应临界流，水深为点对应临界流，水深为h hK K。上支为缓流，下支为急流上支为缓流，下支为急流。8.8.2 8.8.2 断面比能函数图示（断面比能函数图示（比能曲线比能曲线）分析：当分析：当 h0,A0，则则 Es 当当 h,A，则则 Es，Es h 判断：判断：随着水深的增加，断面单位能量必然增加。随着水深的增加，断面单位能量必然增加。（1 1）缓流：）缓流：（2 2）临界流：）临界流：（3 3）急流：）急流：在渠道断面形状尺寸、流量一定的前提下，在渠道断面形状尺寸、流量一定的前提下，断面单位能量最小的水流。断面单位能量最小的水流。临界流临界流临界水深临界水深hk判别急流缓流判别急流缓流 的又一标准的又一标准 8.8.3 8.8.3 临界水深临界水深 在流量与渠道断面形状尺寸一定的前提下，发生临界流在流量与渠道断面形状尺寸一定的前提下，发生临界流时所对应的水深（时所对应的水深（EsEsminmin所对应的水深）。所对应的水深）。临界流方程临界流方程对于临界流，断面比能最小对于临界流，断面比能最小 矩形断面渠道临界水深的计算矩形断面渠道临界水深的计算对于矩形断面对于矩形断面代入临界流方程得代入临界流方程得:此式为临界流方程的普通形式此式为临界流方程的普通形式：单宽流量：单宽流量 是水深的隐函数，因此直接求解临界水深很是水深的隐函数，因此直接求解临界水深很困难困难,故通常用图解法。故通常用图解法。(例题例题8-4)8-4)梯形断面渠道临界水深的计算梯形断面渠道临界水深的计算 在棱柱形渠道中，在棱柱形渠道中，断面形状、尺寸和流量断面形状、尺寸和流量一定时，若水流的一定时，若水流的 正常水深正常水深h h0 0恰等于临界水深恰等于临界水深h hk k时，则其渠底坡度称为临界坡度。时，则其渠底坡度称为临界坡度。简言之，临界坡度简言之，临界坡度 是指均匀流时正常水深恰等于临界水深时是指均匀流时正常水深恰等于临界水深时 的渠道坡度。的渠道坡度。若若断面形状断面形状 、尺寸尺寸和和流量流量一定时（一定时（Q，m，b，n），底坡可大可小，），底坡可大可小，发生急流，发生急流，发生缓流。发生缓流。临界流（对应临界水深临界流（对应临界水深h hk k）所以，临界底坡又是一个判断急流与缓流的标准。所以，临界底坡又是一个判断急流与缓流的标准。8.9 8.9 临界底坡、缓坡、陡坡临界底坡、缓坡、陡坡1.临界底坡临界底坡从上式可知，临界底坡是在流量、断面形状、尺寸、糙率从上式可知，临界底坡是在流量、断面形状、尺寸、糙率（Q，m，b，n）一定情况下的一个计算值，即一个标准。）一定情况下的一个计算值，即一个标准。2.2.临界底坡的计算（临界底坡的计算（假定临界流为均匀流假定临界流为均匀流）满足均匀流基本方程满足均匀流基本方程满足临界流方程满足临界流方程两式联立消去两式联立消去Q Q，得，得例例8-48-4：长直的梯形断面渠道，流量：长直的梯形断面渠道，流量：，底宽：底宽：，边坡系数：，边坡系数：，糙率：，糙率：，底坡：底坡：，求临界底坡？判断是急流？缓流？，求临界底坡？判断是急流？缓流？解：解：用试算图解法用试算图解法计算计算0.41.043.20.3380.61.743.81.3980.88.384.43.813根据表中数据绘图根据表中数据绘图查曲线得查曲线得计算：计算：所以，为缓流。所以，为缓流。急流、缓流、临界流的判别标准急流、缓流、临界流的判别标准干扰波速干扰波速佛劳德数佛劳德数临界水深临界水深临界底坡临界底坡断面比能断面比能急流临界流缓流上讲重点上讲重点n明渠非均匀流水力特征明渠非均匀流水力特征n明渠水流流态明渠水流流态及其判别标准及其判别标准 （急流、缓流、临界流）（急流、缓流、临界流）n断面单位比能断面单位比能n临界水深（梯形，矩形）临界水深（梯形，矩形）n临界底坡临界底坡 定义定义:从从缓流过渡到急流缓流过渡到急流,水面跌落的局部水力现象。水面跌落的局部水力现象。8.10 8.10 水跃与跌水水跃与跌水8.10.1 8.10.1 跌水跌水 定义：从定义：从急流过渡到缓流急流过渡到缓流，水流的自由表面会突然跃起，水流的自由表面会突然跃起，并形成表面旋滚，这种局部的水力现象，被称为水跃。溢洪并形成表面旋滚，这种局部的水力现象，被称为水跃。溢洪道，泄水闸等地方发生。道，泄水闸等地方发生。水跃是明渠非均匀水跃是明渠非均匀急变流急变流的重要现象，它的发生不仅能增的重要现象，它的发生不仅能增加上下游水流衔接的复杂性，还引起了能量的大量损失。加上下游水流衔接的复杂性，还引起了能量的大量损失。8.10.2 8.10.2 水跃水跃水跃有水跃有3 3种形式：种形式：（1 1）波状水跃波状水跃：跃前跃后水深相差很小的水跃。：跃前跃后水深相差很小的水跃。（2 2）弱水跃弱水跃：跃前跃后水深相差不大的水跃。：跃前跃后水深相差不大的水跃。（3 3）稳定水跃稳定水跃（完整水跃）：跃前跃后水深相差明显（完整水跃）：跃前跃后水深相差明显的水跃。的水跃。水跃的形式水跃的形式工程上，利用水跃消除泄水建筑物下游高速水流中工程上，利用水跃消除泄水建筑物下游高速水流中的巨大动能，保护下游河床免受冲刷。的巨大动能，保护下游河床免受冲刷。l水跃在工程中的作用水跃在工程中的作用假设假设:(1)(1)水跃区渠壁与底的摩阻力不大水跃区渠壁与底的摩阻力不大,略去不计略去不计.(2)(2)水跃区前后过流断面为渐变流水跃区前后过流断面为渐变流.(3 3)取取ABCDABCD为控制面，全面分析外力。为控制面，全面分析外力。8.10.3 8.10.3 水跃基本方程水跃基本方程 列动量方程列动量方程 将将 代入上式代入上式 得得 水跃基本方程的普遍形式水跃基本方程的普遍形式u棱柱形渠道，当流量、渠道断面形状、尺寸一定时棱柱形渠道，当流量、渠道断面形状、尺寸一定时（Q，m，b，n），），令令，该式可化简为，该式可化简为 水跃形成时，跃前过流断面水深和跃后过流断面水深的函数值水跃形成时，跃前过流断面水深和跃后过流断面水深的函数值 相等。相等。所以称所以称 和和 为共轭水深。为共轭水深。当当当当8.10.4 8.10.4 水跃函数图示水跃函数图示(1)(1)跃前水深函数值等于跃后水深函数值。跃前水深函数值等于跃后水深函数值。（2 2）水跃有明显的消能效果）水跃有明显的消能效果 跃高：跃高：矩形明渠水跃能量损失：矩形明渠水跃能量损失：（3 3）水跃常常用于水工建筑物消能。）水跃常常用于水工建筑物消能。水跃特征水跃特征:已知跃前水深，求跃后水深。或反之已知跃前水深，求跃后水深。或反之 计算出计算出 值，设值，设 ，计算一系列，计算一系列 值。值。绘图求解绘图求解AaaBaaCaaDaaEaaFaaAbbBbbCbbDbbEbbFbb accbxxcccdcceccfcc8.10.5 8.10.5 共轭水深的计算共轭水深的计算1.1.对于梯形渠道（试算法）对于梯形渠道（试算法）2.2.矩形棱柱形渠道矩形棱柱形渠道（1 1）水跃的能量损失）水跃的能量损失(矩形渠道）矩形渠道）（2 2）水跃长度：水跃长度：水跃段：水跃段：或或 跃后段：跃后段：8.10.6 8.10.6 水跃的能量损失与水跃长度水跃的能量损失与水跃长度 （1 1）临界式水跃：）临界式水跃：（2 2）远驱式水跃：）远驱式水跃：（3 3）淹没式水跃）淹没式水跃8.10.7 8.10.7 水跃发生的位置水跃发生的位置录像录像 列能量方程列能量方程 8.11明渠恒定非均匀渐变流基本方程明渠恒定非均匀渐变流基本方程整理得整理得 为底坡较小的棱柱形渠道中，为底坡较小的棱柱形渠道中，水深沿水深沿流程变化规律的基本微分方程流程变化规律的基本微分方程。借助非均匀渐变流基本方程分析借助非均匀渐变流基本方程分析 对于均匀流对于均匀流8.12 棱柱形渠道非均匀流水面曲线棱柱形渠道非均匀流水面曲线 变化规律及定性分析变化规律及定性分析把把 引入渐变流基本方程引入渐变流基本方程 对于分母对于分母 于是上式写为于是上式写为:(8-66)8-66)N-NK-K以上以上a区区N-NK-K之间之间b区区N-NK-K以下以下c区区8.12.1水面曲线变化分区水面曲线变化分区现在借助现在借助8-668-66式式,分析水面曲线变化规律分析水面曲线变化规律:8.12.2 水面曲线类型与工程实例水面曲线类型与工程实例 底坡底坡水面曲线类型水面曲线类型工程实例工程实例缓坡缓坡1.1.缓坡渠道缓坡渠道2.2.陡坡渠道陡坡渠道底坡底坡水面曲线类型水面曲线类型工程实例工程实例陡坡陡坡 3.临界底坡渠道临界底坡渠道 底坡底坡水面曲线类型水面曲线类型工程实例工程实例临界底坡临界底坡 4 4 平坡平坡 、逆坡渠道、逆坡渠道底坡底坡水面曲线类型水面曲线类型工程实例工程实例 平坡平坡 逆坡逆坡（1 1）所有）所有a a型、型、c c型曲线都是壅水曲线。型曲线都是壅水曲线。（2 2）所有）所有b b型曲线都是降水曲线。型曲线都是降水曲线。（3 3）水面曲线具有不同的凹凸性）水面曲线具有不同的凹凸性。8.12.3水面曲线变化基本规律水面曲线变化基本规律（1 1）根据已知底坡或水深，按均匀流条件，判断急流、缓）根据已知底坡或水深，按均匀流条件，判断急流、缓流，确定流，确定N-NN-N线与线与K-KK-K线。线。（2 2）视底坡改变或水工建筑物的影响，分析水流加速，还）视底坡改变或水工建筑物的影响，分析水流加速，还是减速，判断水面曲线是壅水曲线还是降水曲线。是减速，判断水面曲线是壅水曲线还是降水曲线。水流受水流受阻，水流做减速运动，水深变大，为壅水曲线。阻，水流做减速运动，水深变大，为壅水曲线。反之为降反之为降水曲线。水曲线。（3 3）把底坡改变或水工建筑物的影响视为干扰，确定对上）把底坡改变或水工建筑物的影响视为干扰，确定对上游的影响。游的影响。若上游急流，这个干扰形成的波不向上游传播，若上游急流，这个干扰形成的波不向上游传播，上游水面为均匀流，水面线不变；上游水面为均匀流，水面线不变；若为缓流，干扰波向上若为缓流，干扰波向上游传播，上游水面曲线变化。游传播，上游水面曲线变化。（4 4）从急流到缓流出现水跃，从缓流到急流发生跌水）从急流到缓流出现水跃，从缓流到急流发生跌水.定性绘制水面曲线的方法与原则定性绘制水面曲线的方法与原则8.12.4 渠道底坡变化时水面曲线的衔接（变坡渠道）渠道底坡变化时水面曲线的衔接（变坡渠道）（1 1）缓流）缓流 缓流缓流 （2 2）急流）急流 急流急流 （3 3）缓流）缓流 急流急流 （水跌）（水跌）（4 4）急流）急流 缓流缓流 （水跃）（水跃）发生发生 远驱式水跃远驱式水跃 发生发生 临界式水跃临界式水跃 发生发生 淹没式水跃淹没式水跃n作业：8-12,8-13 列能量方程列能量方程:8.13 8.13 明渠恒定渐变流水面曲线的计算明渠恒定渐变流水面曲线的计算8.13.1 8.13.1 计算公式计算公式(分段求和法分段求和法)上式写为上式写为 整理得：整理得：式中：式中：8.13.2 8.13.2 分段求和法计算步骤分段求和法计算步骤 （1 1）由已知条件）由已知条件(水深水深)确定起始断面。确定起始断面。（2 2）设第）设第2 2断面（水深）。断面（水深）。（3 3）用式（）用式（8-708-70）计算）计算 。（4 4）把第）把第2 2断面看作已知，设第断面看作已知，设第3 3断面，重复断面，重复 （2 23 3）步，反复计算，求）步，反复计算，求 。要特别注意：要特别注意：永远是永远是 E E下游下游-E E上上游游本章重点：本章重点：1.1.明渠的分类。棱柱形渠道的概念。明渠的分类。棱柱形渠道的概念。2.2.矩形渠道、梯形渠道的水力要素。矩形渠道、梯形渠道的水力要素。3.3.明渠均匀流的特征和形成条件。明渠均匀流的特征和形成条件。4.4.掌握均匀流计算公式。掌握均匀流计算公式。5.5.糙率糙率n n、允许流速、水力最优断面的概念。允许流速、水力最优断面的概念。6.6.明渠均匀流水力计算。明渠均匀流水力计算。7.7.急流、缓流、临界流的概念及其判别标准。急流、缓流、临界流的概念及其判别标准。8.8.断面比能的概念，断面比能函数曲线的特征。断面比能的概念，断面比能函数曲线的特征。9.9.临界水深的定义及临界水深计算。临界水深的定义及临界水深计算。(矩形）矩形）10.10.水跃和跌水现象的流动特征。水跃和跌水现象的流动特征。11.11.水跃和跌水产生的条件。水跃和跌水产生的条件。12.12.水跃发生的位置水跃发生的位置(三种情况三种情况)。13.13.明渠恒定非均匀渐变流微分方程。明渠恒定非均匀渐变流微分方程。14.14.棱柱形明渠水面曲线的分类、分区和变化规律，棱柱形明渠水面曲线的分类、分区和变化规律，正确进行水面线定性分析。（顺坡渠道）正确进行水面线定性分析。（顺坡渠道）