第四节第四节 明渠运动状态明渠运动状态 明渠水流有两种截然不同的运动状态：明渠水流有两种截然不同的运动状态： 急流：急流：水流湍急，水面遇障碍物隆起后流过,上游水面 不发生壅高，障碍物干扰对上游来流无影响； 常见于陡槽、瀑布、险滩中 缓流：缓流：水流徐缓，常见于底坡平坦的灌溉渠道、枯水季 节的平原河道中,遇到障碍物（如河道中的孤石）阻水， 则障碍物前水面壅高，逆流上传到较远的地方 1 一、明渠非均匀流产生原因和特征一、明渠非均匀流产生原因和特征 1 1、产生原因、产生原因 v明渠均匀流 （等速流、等深流） 只发生在断面形状尺寸、i、n沿程不变的长直渠道中（ 渠道边界不发生变化） v明渠非均匀流（实际情况） 当在渠道中修建了任意形式的水工建筑物，就破坏了 明渠均匀流发生的条件，造成了流速、水深的沿程变化， 从而产生明渠非均匀流流动。 水工建筑物：桥、涵管、坝、闸、跌水 自然因素：河渠过流断面、河床底坡 非均匀流(壅水曲线） 原均匀流水面 h0 i0 随着e增加h增加缓流 下支de/dhhc 缓流 hhc 急流 10 六六、临界底坡、临界底坡 i i c c ( (Critical SlopeCritical Slope) ) 棱柱形渠道中的断面形状尺寸、流量一定时，在渠中 形成均匀流，若均匀流的正常水深h0恰好等于该流量时的 临界水深hc，则这个渠道的底坡就称为临界底坡。 v明渠均匀流： v临界水深： v临界底坡： 临界底坡是对应某一流量和某一给定形状尺寸渠道的 特定渠底坡度值，是为了计算或分析明渠流动的方便而引 入的一个假设坡度（特定坡度） 11 缓坡、陡坡、临界坡 缓坡iic：实际的明渠底坡大于某一流量下的临界坡度 ，此时的渠底坡度称为急坡（陡坡），流态为急流。 临界坡i=ic：实际的明渠底坡等于某一流量下的临界坡 度，此时的渠底坡度称为临界坡，流态为临界流。 12 流流态态判别判别方法汇总方法汇总 注： 1、2、3适用于均匀流或非均匀流普通标准 4只适用于均匀流专属标准。 缓流 急流 临界流 1 2 3 4 13 例7-1长直的矩形断面渠道底宽b=1m，粗糙系数n=0.014， 底坡i=0.0004，渠内均匀流正常水深h0=0.6m。试判别水流 的流动状态 解: 水力半径 谢才系数 断面平均流速为 1用弗劳德数判别 缓流 2用临界水深判别 缓流 14 3用临界底坡判别 用临界水深hc= 0.24m,计算相应量 此渠道为缓坡渠道，此均匀流是缓流 4. 用临界速度判别 缓流 15 第五节第五节 水跃和水跌水跃和水跌 vv水跃：水跃： 明渠水流从急流状态过渡到缓流状态时，水面骤然 跃起的局部水力现象 vv水跌：水跌： 明渠水流从缓流状态过渡到急流状态时，水面突然 降落的局部水力现象。 水流由一种状态过渡到另一种流动状态，理论上是水 面升、降变化经过临界水深的过程，研究水流衔接、运动 状态的过渡问题，均需由此入手。 16 一、水跃一、水跃 Hydraulic JumpHydraulic Jump 1 1、水跃水跃的定义的定义 急流缓流(h hc) 在溢洪道下、泄水闸下、 平坡渠道中闸下出流时均可 形成。 2 2、水跃水跃的结构（分区）的结构（分区） v旋滚区（表面水滚）： 水跃区域的上部呈饱掺空气的表面旋滚似的水涡。 v主流区： 水跃区域下部为在铅直平面内急剧扩张前进的水流。 C-C v1v2 h 急流区 水跃区域 缓流区 旋滚区 水跃长度 i=0 主流区 水跃高度 h“ 17 二、水跌二、水跌Hydraulic DropHydraulic Drop 水跌是明渠水流从缓流过渡到急流，水面急剧降落的 局部水力现象。 常见于渠道底坡由缓坡突然变为陡坡或下游渠道断 面形状突然改变处。 N-N C-C h0 hc h e emin 跌坎上水面的降落，应符合总机械能沿程减小，末 端断面最小，E=Emin的规律。所以跌坎处水深为临界水深 。 18