第六章明渠恒定均匀流 人工渠道、天然河道以及未充满水流的管道等统称为明渠。明渠流(Open Channel flow)是一种具有自由表面的流动,自由表面上各点受当地大气压的作 用,其相对压强为零,所以又称为无压流动。与有压管流不同,重力是明渠流的 主要动力,而压力是有压管流的主要动力 明渠水流根据其水力要素是否随时间变化分为恒定流和非恒定流动。明渠恒 定流动又根据流线是否为平行直线分为均匀流和非均匀流 明渠流动与有压管流的一个很大区别是:明渠流的自由表面会随着不同的水 流条件和渠身条件而变动,形成各种流动状态和水面形态,在实际问题中,很难 形成明渠均匀流。但是,在实际应用中,如在铁路、公路、给排水和水利工程的 沟渠中,其排水或输水能力的计算,常按明渠均匀流处理。此外,明渠均匀流理 论对于进一步研究明渠非均匀流也具有重要意义。 §6-1概述 1.明渠的分类 由于过水断面形状、尺寸与底坡的变化对明渠水流运动有重要影响,因此在 水力学中把明渠分为以下类型。 (1)棱柱形渠道和非棱柱形渠道 凡是断面形状及尺寸沿程不变的长直渠道,称为棱柱形渠道,否则为非棱柱 形渠道。前者的过水断面面积A仅随水深h变化,即Af(b);后者的过水断面面 积不仅随水深变化,而且还随着各断面的沿程位置而变化,即/f(b,s),s为过 水断面距其起始断面的距离。 (2)顺坡(正坡)、平坡和逆坡(负坡)渠道 明渠渠底线(即渠底与纵剖面的交线)上单位长度的渠底高程差,称为明渠的 底坡( Bottom slope),用i表示,如图6-1a,1-1和2-2两断面间,渠底线长度 为△s,该两断面间渠底高程差为(a-a)=△a,渠底线与水平线的夹角为O,则底 坡i为。第六章 明渠恒定均匀流 人工渠道、天然河道以及未充满水流的管道等统称为明渠。明渠流(Open Channel Flow)是一种具有自由表面的流动，自由表面上各点受当地大气压的作 用，其相对压强为零，所以又称为无压流动。与有压管流不同，重力是明渠流的 主要动力，而压力是有压管流的主要动力。 明渠水流根据其水力要素是否随时间变化分为恒定流和非恒定流动。明渠恒 定流动又根据流线是否为平行直线分为均匀流和非均匀流。 明渠流动与有压管流的一个很大区别是：明渠流的自由表面会随着不同的水 流条件和渠身条件而变动，形成各种流动状态和水面形态，在实际问题中，很难 形成明渠均匀流。但是，在实际应用中，如在铁路、公路、给排水和水利工程的 沟渠中，其排水或输水能力的计算，常按明渠均匀流处理。此外，明渠均匀流理 论对于进一步研究明渠非均匀流也具有重要意义。 §6-1 概 述 1．明渠的分类 由于过水断面形状、尺寸与底坡的变化对明渠水流运动有重要影响，因此在 水力学中把明渠分为以下类型。 (1)棱柱形渠道和非棱柱形渠道 凡是断面形状及尺寸沿程不变的长直渠道，称为棱柱形渠道，否则为非棱柱 形渠道。前者的过水断面面积 A 仅随水深 h 变化，即 A=f(h)；后者的过水断面面 积不仅随水深变化，而且还随着各断面的沿程位置而变化，即 A=f(h,s)，s 为过 水断面距其起始断面的距离。 (2)顺坡(正坡)、平坡和逆坡(负坡)渠道 明渠渠底线(即渠底与纵剖面的交线)上单位长度的渠底高程差，称为明渠的 底坡(Bottom slope)，用 i 表示，如图 6-1a，1-1 和 2-2 两断面间，渠底线长度 为Δs，该两断面间渠底高程差为(a1-a2)=Δa，渠底线与水平线的夹角为θ，则底 坡 i 为