第七章明渠恒定非均匀流 由于产生明渠均匀流的条件非常严格,自然界中的水流条件很难满足,故实 际中的人工渠道或天然河道中的水流绝大多数是非均匀流。明渠非均匀流的特点 是底坡线、水面线、总水头线彼此互不平行(如图7-1所示)。产生明渠非均匀流的 原因很多,例如明渠横断面的几何形状或尺寸的沿流程改变,粗糙度或底坡沿流 程改变,在明渠中修建水工建筑物(闸、桥梁、涵洞等),都能使明渠水流发生非 均匀流。明渠非均匀流中也存在渐变流和急变流,若流线是接近于相互平行的直 线,或流线间夹角很小、流线的曲率半径很大,这种水流称为明渠非均匀渐变流。 反之,则为明渠非均匀急变流。 总水头线 水面线 hr 本章首先分析和讨论明渠非均匀流的一些基本概念和明渠急变流(水跃和水 跌),然后讨论明渠非均匀渐变流水深(或水位沿程变化的基本方程,最后着重研 究水面曲线变化规律,并进行水面线计算。而本章的重点是明渠非均匀流中水面 曲线变化的规律及其计算方法。在实际工程中,例如,在桥渡勘测设计时,为了 预计建桥后墩台对河流的影响,便需算出桥址附近的水位标髙;在河渠上修建水 电站,为了确定由于水位抬高所造成的水库淹没范围,亦要进行水面曲线的计算 因明渠非均匀流的水深沿程变化,即h=(s,为了不致引起混乱,将明渠均 匀流的水深称为正常水深,以h表示 §7-1明渠水流的三种流态 明渠水流有的比较平缓,象灌溉渠道中的水流和平原地区江河中的流动。如 果在明渠水流中有一障碍物,便可观察到障碍物上水深降低,障碍物前水位壅髙 能逆流上传到较远的地方(见图7-2a);而明渠水流有的则非常湍急,像山区河道 中的水流,过坝下溢的水流,跌水、瀑布和险滩地的水流。如遇障碍物仅在石块 附近隆起,障碍物上水深增加,障碍物干扰的影响不能问上游传播(见图7-2b)。第七章 明渠恒定非均匀流 由于产生明渠均匀流的条件非常严格，自然界中的水流条件很难满足，故实 际中的人工渠道或天然河道中的水流绝大多数是非均匀流。明渠非均匀流的特点 是底坡线、水面线、总水头线彼此互不平行(如图 7-1 所示)。产生明渠非均匀流的 原因很多，例如明渠横断面的几何形状或尺寸的沿流程改变，粗糙度或底坡沿流 程改变，在明渠中修建水工建筑物(闸、桥梁、涵洞等)，都能使明渠水流发生非 均匀流。明渠非均匀流中也存在渐变流和急变流，若流线是接近于相互平行的直 线，或流线间夹角很小、流线的曲率半径很大，这种水流称为明渠非均匀渐变流。 反之，则为明渠非均匀急变流。 图 7-1 本章首先分析和讨论明渠非均匀流的一些基本概念和明渠急变流(水跃和水 跌)，然后讨论明渠非均匀渐变流水深(或水位)沿程变化的基本方程，最后着重研 究水面曲线变化规律，并进行水面线计算。而本章的重点是明渠非均匀流中水面 曲线变化的规律及其计算方法。在实际工程中，例如，在桥渡勘测设计时，为了 预计建桥后墩台对河流的影响，便需算出桥址附近的水位标高；在河渠上修建水 电站，为了确定由于水位抬高所造成的水库淹没范围，亦要进行水面曲线的计算。 因明渠非均匀流的水深沿程变化，即 h=f(s)，为了不致引起混乱，将明渠均 匀流的水深称为正常水深，以 h0 表示。 §7-1 明渠水流的三种流态 明渠水流有的比较平缓，象灌溉渠道中的水流和平原地区江河中的流动。如 果在明渠水流中有一障碍物，便可观察到障碍物上水深降低，障碍物前水位壅高 能逆流上传到较远的地方(见图 7-2a)；而明渠水流有的则非常湍急，像山区河道 中的水流，过坝下溢的水流，跌水、瀑布和险滩地的水流。如遇障碍物仅在石块 附近隆起，障碍物上水深增加，障碍物干扰的影响不能问上游传播(见图 7-2b)