渠道水力计算 项目 建筑物壁面静水荷 单元1：明渠均匀流特点、计算公式 载分析与计算 单元2： 明渠非均匀流的三种流态及判别 有压管道水力分析 单元3：急流缓流转换现象一 水跌与水跃 与计算 单元4： 渠道过流能力计算及断面尺寸设计 渠道水力分析 单元5：渡槽水力计算 与计算 单元6：水面线分析基础 堰、闸泄流能力 单元7： 棱柱体渠道水面线分析 计算 单元8： 棱柱体渠道水面线计算 建筑物下游水流衔接 及消能水力计算 单元9： 非棱柱体渠道水面线计算
项目 建筑物壁面静水荷 载分析与计算 有压管道水力分析 与计算 渠道水力分析 与计算 堰、闸泄流能力 计算 建筑物下游水流衔接 及消能水力计算 渠道水力计算 单元1：明渠均匀流特点、计算公式 单元3：急流缓流转换现象——水跌与水跃 单元4： 渠道过流能力计算及断面尺寸设计 单元5：渡槽水力计算 单元6：水面线分析基础 单元7：棱柱体渠道水面线分析 单元8： 棱柱体渠道水面线计算 单元9：非棱柱体渠道水面线计算 单元2： 明渠非均匀流的三种流态及判别
渠道过流能力计算及断面尺寸设计 一明渠均匀流的计算 1.校核渠道的过水能力已知渠道形状、尺寸、粗糙 系数、底坡、正常水深，由Q=Ac(RJ)^1/2计算出 流量，与已知流量校核；由已知b、h、m得 B=b+2mh,A=(b+mh)h x=b+2hv1+m2, R= Sy X 代入9=4R22(链接例题1) 2.确定底坡已知渠道形状、尺寸、粗糙系数、流量、 正常水深，由已知b、h、m得B=b+2mh,A=(b+mh)h x=b+2hv1+m2 R=104R导出1-O X AR (链接例题2)
一.明渠均匀流的计算 1．校核渠道的过水能力 已知渠道形状、尺寸、粗糙 系数、底坡、正常水深，由Q=A c(RJ)^1/2计算出 流量，与已知流量校核；由已知b、h、m得 B = b + 2mh ， A = (b + mh)h 2 ， = b + 2h 1+ m A ， R = 代入 2 / 3 1 / 2 R i n A Q = （链接例题1） 已知渠道形状、尺寸、粗糙系数、流量、 正常水深，由已知b、h、m得 B = b + 2mh ， A = (b + mh)h 2 = b + 2h 1+ m A R = 2 / 3 1 / 2 R i n A Q = A R Q n i 2 2 2 导出 = （链接例题2） 2．确定底坡 渠道过流能力计算及断面尺寸设计
渠道过流能力计算及断面尺寸设计 3。求糙率已知渠道形状、尺寸、流量、底坡、正常水深， 由已知b、h、m得B=b+2mh A=(b+mhh x=b+2hv1+m2 R=4由Q=4R2:导出n=。ACR X (链接例题3) 4.设计渠道尺寸已知渠道形状、粗糙系数、底坡、流量) ；分有三种情况 (己知b,m,Q,n,及i,求h-=-试算方法 已知h,m,Q,n,及i,求b---试算方法 已知宽深比m,Q,n,及i,试算求解b、h) (链接例题4、5)
已知渠道形状、尺寸、流量、底坡、正常水深， 由已知b、h、m得 3．求糙率 B = b + 2mh A = (b + mh)h 2 = b + 2h 1+ m A R = 由 2 / 3 1 / 2 R i n A Q = 导出 AC Ri Q n 1 = （链接例题3） 已知渠道形状、粗糙系数、底坡、流量) ；分有三种情况 4．设计渠道尺寸 （已知b,m,Q,n,及i，求h------试算方法 已知h,m,Q,n,及i，求b------试算方法 已知宽深比m,Q,n,及i，试算求解b、h） （链接例题4、5） 渠道过流能力计算及断面尺寸设计
渠道过流能力计算及断面尺寸设计 四、渠道水力计算中的几个问题 1.最佳宽深比 2.允许流速 3.综合糙率 4.复式断面
四、渠道水力计算中的几个问题 1.最佳宽深比 2.允许流速 3．综合糙率 4.复式断面 渠道过流能力计算及断面尺寸设计
渠道过流能力计算及断面尺寸设计 1.最佳宽深比的概念：已知渠道底坡和粗糙系数的条件下， 过水断面面积一定，通过的流量最大，或者通过的流量 定，所需的过水断面面积最小的断面。 2.最佳宽深比的计算公式：由于A=b+mhh,x=b+2hW1+m 根据求极值的方法，梯形断面满足水力最佳断面的条件为 =+n+费=0 dx=db+21+m=0 dh dh 由以上两式解得梯形水力最佳断面的宽深比B佳值为 =(2V+m-m=fm) 3宽深比存在的问题：般土质渠道的边坡系数m>1,则β 佳。显然这样的梯形水力最佳断面都是窄深式的，虽然工 程量小，但需深挖高填，提高了单位土方的造价，这特别 对于大型渠道，既不经济，技术上也不合理，又不便于施 工和养护
已知渠道底坡和粗糙系数的条件下， 过水断面面积一定，通过的流量最大，或者通过的流量一 定，所需的过水断面面积最小的断面。 1.最佳宽深比的概念： 2.最佳宽深比的计算公式：由于 A = (b + mh)h 2 ， = b + 2h 1+ m ， 根据求极值的方法，梯形断面满足水力最佳断面的条件为 = ( + ) + ( + m) = 0 dh db b mh h dh dA 2 1 0 2 = + + m = dh db dh d 由以上两式解得梯形水力最佳断面的宽深比β佳值为 (2 1 ) ( ) 2 m m f m h b 佳 = = + − = 般土质渠道的边坡系数m＞1，则β 佳。显然这样的梯形水力最佳断面都是窄深式的，虽然工 程量小，但需深挖高填，提高了单位土方的造价，这特别 对于大型渠道，既不经济，技术上也不合理，又不便于施 工和养护。 3宽深比存在的问题： 渠道过流能力计算及断面尺寸设计
渠道过流能力计算及断面尺寸设计 1.允许流速的概念根据渠道担负的任务（灌溉、 水电站供水、航运等)、渠槽表面的建筑材料、 水流的含沙量及运行管理等技术方面的要求， 对渠道中的流速进行限制，保证渠道不冲不淤 及其它技术要求的流速 2.不淤流速：渠道免遭冲刷破坏的最大限制流速。 3.不冲流速：保证渠中水流所挟的泥沙不淤积的 最小流速
根据渠道担负的任务(灌溉、 水电站供水、航运等)、渠槽表面的建筑材料、 水流的含沙量及运行管理等技术方面的要求， 对渠道中的流速进行限制，保证渠道不冲不淤 及其它技术要求的流速。 1.允许流速的概念： 2.不淤流速：渠道免遭冲刷破坏的最大限制流速。 保证渠中水流所挟的泥沙不淤积的 最小流速。 3.不冲流速: 渠道过流能力计算及断面尺寸设计
渠道过流能力计算及断面尺寸设计 1.综合糙率存在的条件：明渠的过水断面上的粗糙系数沿湿 周发生变化时，这种渠道称为非均质渠道 Xi X 2.综合糙率的计算采用综合粗糙系数等效代替沿 湿周不同的粗糙系数， ∑n
明渠的过水断面上的粗糙系数沿湿 周发生变化时，这种渠道称为非均质渠道 1.综合糙率存在的条件： n1 x1 n2 x2 ▽ 采用综合粗糙系数等效代替沿 湿周不同的粗糙系数， = i ni i n 2 综 2.综合糙率的计算： 渠道过流能力计算及断面尺寸设计
渠道过流能力计算及断面尺寸设计 1.复式断面的存在条件：平原地区的天然河道常为不规则的 复式断面。流量变幅较大的大型人工明渠也常采用复式断 面. 2.复式断面解决的方法将断面划分为水深不等的几个部 分，计算出各自的流量Q,再进行叠加得渠道的总流量 Q,即Q=∑g=∑Ki
平原地区的天然河道常为不规则的 复式断面。流量变幅较大的大型人工明渠也常采用复式断 面. 1.复式断面的存在条件： x3 x2 a a b b x1 ▽ 将断面划分为水深不等的几个部 分，计算出各自的流量Qi，再进行叠加得渠道的总流量 Q，即 2.复式断面解决的方法： Q Q K i = i = i 渠道过流能力计算及断面尺寸设计
渠道过流能力计算及断面尺寸设计 【例5-1】一矩形断面的棱柱体渠道，底宽b=6m,底 坡i=1.25×104,粗糙系数n=0.025。当正常水深h0=3m时， 问能否通过设计流量Q段=20m3/s。 解用式(5-6)进行计算。当正常水深h0=3m。时相应过水断面 过水断面面积A=bh,=6×3=18(m2) 湿周 x=b+2h=6+2×3=12(m) A 18 水力半径 R= =1.5(m) 12 X 流量 Q=4R=18×15×000125=10545m1s 0.025 计算渠道通过的流量Q=10.55m3/s小于设计流量。所以该渠道 不能满足设计要求
计算渠道通过的流量 小于设计流量。所以该渠道 不能满足设计要求。 【例5-1】 一矩形断面的棱柱体渠道，底宽 b = 6 m ,底 4 1.25 10− i = ,粗糙系数n=0.025。当正常水深h0=3m时， 问能否通过设计流量 Q设 = 20 m3/s。 解 用式(5-6)进行计算。当正常水深h0=3m。时相应过水断面 过水断面面积 6 3 18( ) 2 A = bh0 = = m 坡 2 6 2 3 12( ) = b + h0 = + = m 1.5( ) 12 18 m A R = = = 1.5 0.000125 10.545( / ) 0.025 2 3 1 2 18 2 / 3 1/ 2 3 R i m s n A Q = = = 湿周 水力半径 流量 Q m s 3 =10.55 渠道过流能力计算及断面尺寸设计
渠道过流能力计算及断面尺寸设计 【例5-2】某梯形断面渠道，土质为粘土，其底宽 b=0.4m,边坡系数m=1.5,渠道底坡=0.001，糙率 n=0.025,渠道的设计流量QP=0.55m3/s, 渠底至 渠顶高差为0.86m,渠顶的安全超高为0.2m,试校核 渠道的输水能力和流速 解：渠是的安全超高为0.2m,则渠中水深为h=0.66m 渠道水面宽度 B=b+2mh=0.4+2×1.5×0.66=2.38(m) 过水断面面积 A=(b+mh)h=(0.4+1.5×0.66)×0.66=0.917(m) 湿周 x=b+2hW1+m2=0.4+2×0.66V1+1.52=2.78(m) 水力半径 R= A_0.917 =0.33(m) X 2.78 流量 Q=4R9, 0.917 ×0.3323×0.0012=0.554(m2s) 0.025
【 例5-2 】 某梯形断面渠道，土质为粘土，其底宽 b=0.4m ，边坡系数m=1.5 , 渠道底坡i=0.001 ，糙率 n =0.025 ，渠道的设计流量QP =0.55m3 / s ，渠底至 渠顶高差为0.86m ，渠顶的安全超高为0.2m ，试校核 渠道的输水能力和流速。 解：渠堤的安全超高为0.2m，则渠中水深为h=0.66m 渠道水面宽度 B=b+2mh=0.4+2×1.5×0.66=2.38 (m) 过水断面面积 ( ) (0.4 1.5 0.66) 0.66 0.917 (m) A = b + mh0 h0 = + = 2 1 0.4 2 0.66 1 1.5 2.78( ) 2 2 = b + h + m = + + = m 0.33( ) 2.78 0.917 m A R = = = 水力半径 流量 湿周 0.33 0.001 0.554(m /s) 0.025 2 3 1 2 0.917 2/3 1/ 2 2 = R i = = n A Q 渠道过流能力计算及断面尺寸设计