1、第五章明渠恒定均匀流 5 5明渠均匀流的水力计算 对于梯形渠道 各水力要素间存在着下列函数关系 一 已知渠道的断面尺寸b m h及底坡i 粗糙系数n 求通过的流量 或流速 二 已知渠道的设计流量Q 底坡i 底宽b 边坡系数m和粗糙系数n 求水深h 三 已知渠道的设计流量Q 底坡i 水深h 边坡系数m及粗糙系数n 求渠道底宽b 四 已知渠道的设计流量Q 水深h 底宽b 粗糙系数n及边坡系数m 求底坡i 五 已知流量Q 流速v 底坡i 粗糙系数n和边坡系数m 要求设计渠道断面尺寸 主要有下列几种类型 例5 2某电站引水渠 在粘土中开凿 未加护面 渠线略有弯曲 在使用过程中 岸坡已滋生杂草 今测得下
2、列数据 断面为梯形 边坡系数m为1 5 底宽b为34m 底坡i为 渠底至堤顶高差为3 2m 见图 1 电站引用流量Q为67m3 s 今因工业发展需要 要求渠道供给工业用水 试计算渠道在保证超高为0 5m的条件下 除电站引用流量外 尚能供给工业用水若干 并校核此时渠中是否发生冲刷 2 与电站最小水头所相应的渠中水深h为1 5m 试计算此时渠中通过的流量为多少 在此条件下渠道是否发生淤积 已知不淤流速为0 5m s 3 为便于运行管理 要求绘制该渠道的水深 流量关系曲线 在第 1 项和第 2 项要求的流量间绘制 解 1 求保证超高0 5m时的流量 并校核冲刷 当超高为0 5m时 渠中水深h 3 2
3、 0 5 m 2 7m 此时的断面水力要素为 查表可知 对渠线弯曲并已滋生杂草的土n 0 03 由表查得 渠道土质为粘土时为不冲流速0 85m s 当R为2 35m时 在保证电站引用流量条件下 渠道能供给工业用水量为 故在此条件下 渠道不会发生冲刷 2 计算h为1 5m时 渠道通过的流量并校核淤积 计算h 1 5m时的断面水力要素 故渠道在h 1 5m时 不会发生淤积 3 绘制h 1 5 2 7 m间水深 流量曲线 根据上表可绘出h Q曲线 见图 例5 3某电站引水渠 通过沙壤土地段 决定采用梯形断面 并用浆砌块石衬砌 以减少渗漏损失和加强渠道耐冲能力 取边坡系数m为1 根据天然地形 为使挖
4、填方量最少 选用底坡i为1 800 底宽b为6m 设计流量Q为70m3 s 试计算渠堤高度 要求超高0 5m 2 已知渠道的Q i b m n 求水深h 解 1 试算 图解法可假设一系列h值 代入上式计算相应的Q值 并绘成h Q曲线 然后根据已知流量 在曲线上即可查出要求的h值 设h 2 5 3 0 3 5 4 0m 计算相应的A R C及Q值如下表 由上表绘出h Q曲线 从曲线查得 当Q 70m3 s时 h 3 3m 2 查图法 令代入上式 化简可得 为及m的函数 可绘出一组以m为参数的 曲线 见附图1 若将式等号两边除以 可得 根据上式就可绘出另一组曲线 见附图II 现应用附图II解本例
5、由附图II 当时 在m 1的曲线上查得 故 3 迭代计算法 化简成迭代形式 迭代计算 假定一个初始hi值 得到hi 1 当hi 1 hi满足精度时 h hi 1 例5 4某灌溉渠道上有一渡槽 拟采用混凝土 用括泥刀做平 预制构件拼接成矩形断面 图 根据渡槽两端渠道尺寸及渠底高程 初步拟定渡槽的底坡i为1 1000 水深h为3 5m 设计流量Q为31m3 s 试计算渠道底宽b 3 已知渠道的设计流量Q 底坡i 水深h 边坡系数m及粗糙系数n 求渠道底宽b 4 已知渠道的设计流量Q 底宽b 水深h 边坡系数m及粗糙系数n 求底坡i 5 已知渠道的设计流量Q 流速v 边坡系数m 粗糙系数n 底坡i
6、求断面尺寸 例5 5 例5 6 5 6粗糙度不同的明渠及复式断面明渠的水力计算 5 6 1断面周界上的粗糙度不同的明渠均匀流的水力计算 当渠道底部的粗糙系数小于侧壁的粗糙系数时 按照下式计算 在一般情况下 也可以按照加权平均方法估算 即 二复式断面明渠均匀流的水力计算 复式断面形状如图所示 22 通过复式断面渠道的流量 应为通过各部分流量的总和 复式断面明渠均匀流的流量计算方法 23 例5 7一复式断面如图 已知b 与b 为6m b 为10m h 与h 为1 8m m 与m 均为1 5 m 为2 0 n为0 02及i为0 0002 求Q及v 解 24 各部分的湿周分别为 各部分的流量模数分别为 于是 复式断面的流量
