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1、二人工渠槽水面曲线计算 Still waters run deep.流静水深流静水深,人静心深人静心深 Where there is life,there is hope。有生命必有希望。有生命必有希望内容提要内容提要 vv 人工渠槽水面线计算人工渠槽水面线计算v 天然河道水面线计算天然河道水面线计算(不讲不讲)vv 水面线实例分析与讨论水面线实例分析与讨论vv 第一章第一章 总结、习题讨论总结、习题讨论 vv 均匀流流速分布规律均匀流流速分布规律(不讲)(不讲)第六节 明槽水面曲线计算二二 人工渠槽水面曲线计算人工渠槽水面曲线计算 1.基本方程:不计 dhj 人人 工工 槽槽天然河道天然河道
2、漫滩河谷漫滩河谷 二二.人工渠槽水面曲线计算人工渠槽水面曲线计算1 1 基本方程的差分形式基本方程的差分形式2.2.分段的原则:分段的原则:水面变化比较大时(如降水面变化比较大时(如降水曲线),分段可短些;水面水曲线),分段可短些;水面变化比较缓时(如壅水曲线),变化比较缓时(如壅水曲线),分段可长些。分段可长些。在在变变断断面面处处,在在i i、n n变变化化处处都都应应作作为为分分段段点点。在在所所分分的的流流段段内内断断面面形形状状尺尺寸寸n n、i i值值大大小都应变化不大;小都应变化不大;根根据据工工程程对对精精度度的的需需要要,决决定定分分段段的的疏疏密密,要要求求高高者者,分段短
3、些,反之可长些。分段短些,反之可长些。基本方程基本方程比能差分比能差分差分方程:差分方程:若两端比能若两端比能已知,可以已知,可以得出距离得出距离 已已知知两两断断面面水水深深h hu 和和h hd ,求求其其间间距距离离SS 。3.3.人工渠槽水面曲线计算问题的类型人工渠槽水面曲线计算问题的类型 已知已知 h hu u或或 h hd d 和和SS,求水深(,求水深(h hu u 或或 h hd d)直接用公式直接用公式列表计算列表计算总距离总距离列表计算列表计算流量和断面形状已知流量和断面形状已知h huudh hd 未知未知h hu 已知已知假定假定h hd1假定假定h hd2假定假定h
4、hdi 如果如果棱柱型明槽其棱柱型明槽其 与与S无关,在无关,在i、n不变条件不变条件下,不必试算;下,不必试算;剩下最后一段剩下最后一段ss时用方法时用方法,计算水深计算水深 或或 ;二二.人工渠槽水面曲线计算人工渠槽水面曲线计算棱柱型明槽中水面曲线计算技巧棱柱型明槽中水面曲线计算技巧首先假定另一端的水深首先假定另一端的水深 (或(或 )用)用 直接求出所设水深的位置直接求出所设水深的位置 S S不能,因为不能,因为讨论讨论:计算非棱柱:计算非棱柱型明槽中的水面线型明槽中的水面线时能否用上法时能否用上法4.4.人工渠槽水面线计算的步骤人工渠槽水面线计算的步骤 定性分析水面线的变化:定性分析水
5、面线的变化:二二 人工渠槽水面曲线计算人工渠槽水面曲线计算v 根据底坡性质,判断水面线的型式根据底坡性质,判断水面线的型式 v 画出画出N NN,CN,CC C线,分成三个区,线,分成三个区,判断为壅水曲线还是降水曲线判断为壅水曲线还是降水曲线 v 确定控制断面与控制水深确定控制断面与控制水深 根据急流或缓流,定性分析水面线起点的控制水深根据急流或缓流,定性分析水面线起点的控制水深 v 分析水面线趋势及两端极限情况。分析水面线趋势及两端极限情况。4.4.人工渠槽水面线计算的步骤人工渠槽水面线计算的步骤 选择控制断面选择控制断面,作为分段计算水面线的起始断面作为分段计算水面线的起始断面急流:控制
6、断面急流:控制断面B B在上游,在上游,由由上游上游 下游下游计算。计算。缓流:控制断面缓流:控制断面B B在下游,在下游,由由下游下游 上游上游计算。计算。分清人工渠槽水流的流态;分清人工渠槽水流的流态;在上述基础上,按照分段原则进行分段试算。在上述基础上,按照分段原则进行分段试算。例例 13 135 5 c cc cc cb bh hm=0.5m=0.5缓流缓流急流急流4 41 13 3N NN N30m30m125m125m4 45 55 56 66 61 13 32 22 2h hc chc=3.17mh2=3.17m小结小结人工渠槽人工渠槽水面线计算水面线计算 已知两断面水深已知两断
7、面水深h hu u 和和h hd d,求其间距离求其间距离SS。问题的类型问题的类型 已知已知 h hu u 或或 h hd d 和和SS,求,求h hu u 或或 h hd d,需列表计算,需列表计算直接用公式直接用公式:计算的步骤计算的步骤 定性分析水面线的变化:定性分析水面线的变化:v 根据底坡性质,判断水面线的形式根据底坡性质,判断水面线的形式 v 画出画出N N N,C N,C C C线,分成三个区,分析线,分成三个区,分析可能出现的水面线形式;可能出现的水面线形式;v 确定控制断面与控制水深;确定控制断面与控制水深;v 根据急流或缓流,定性分析水面线起点的控根据急流或缓流,定性分析
8、水面线起点的控制断面;制断面;v 分析水面线趋势及两端极限情况。分析水面线趋势及两端极限情况。小结小结人工渠槽人工渠槽水面线计算水面线计算计算的步骤计算的步骤小结人工渠槽人工渠槽水面线计算 选择控制断面选择控制断面,作为分段计算水面线的起始断面作为分段计算水面线的起始断面;急流:控制断面急流:控制断面B B在上游,在上游,由由上游上游 下游下游计算。计算。缓流:控制断面缓流:控制断面B B在下游,在下游,由由下游下游 上游上游计算。计算。分清人工渠槽水流的流态;分清人工渠槽水流的流态;在上述基础上,按照分段原则进行分段试算。在上述基础上,按照分段原则进行分段试算。GOTO 19GOTO 191
9、.1.天然河道水面线计算基本方程天然河道水面线计算基本方程改写为改写为差分方程差分方程天然河道水面线计算(不讲)天然河道水面线计算(不讲)其中其中将上游断面量和将上游断面量和下游断面量分离下游断面量分离天然河道水面线计算天然河道水面线计算公式中公式中J Jf f、K K 为该段的上下游断面的平均值为该段的上下游断面的平均值。水深、断面面积线性变化,微分方程化成差水深、断面面积线性变化,微分方程化成差分方程;分方程;分段时每段均视为均匀流,分段时每段均视为均匀流,沿程损失项(沿程损失项(hhf f )用均匀流公式计算;)用均匀流公式计算;2 2 应用分段计算法近似计算水面线应用分段计算法近似计算
10、水面线 渐扩段渐扩段 突扩段突扩段天然河道水面线计算天然河道水面线计算 计算天然河道水面线时,计算天然河道水面线时,局部损失局部损失 不能忽略不能忽略 渐缩段渐缩段局部损失系数局部损失系数3 3 分段的原则分段的原则:天然河道水面线计算v 河道顺直,河道顺直,宽窄宽窄b b 差别不大;差别不大;v 断面、断面、n n、i i 变化不大变化不大;v 所分流段所分流段 Q Q 不变;不变;v 在断面、在断面、n n 、i i 有有支流支流q q 汇入汇入 或分出或分出q q 之处之处,要作为分界点;要作为分界点;汇入、分出的支流量置于分段汇入、分出的支流量置于分段 外外,保证段内保证段内Q Q不变
11、;不变;v 山区河段山区河段,坡陡,坡陡,分段短些分段短些;v 平原河段平原河段,坡缓,坡缓,分段长些分段长些;v 需保护的企业需保护的企业,工矿等对高程有工矿等对高程有 特殊要求的目标特殊要求的目标要要作为分段点作为分段点。4 4、天然河道水面线计算的步骤天然河道水面线计算的步骤:天然河道水面线计算天然河道水面线计算Excel P51v 收集地形收集地形,地质地质,水文资料;水文资料;v 绘制分段的河道剖面图及绘制分段的河道剖面图及 A-h,R-h A-h,R-h 图备用;图备用;v 定性分析定性分析,控制断面;控制断面;R Rh hh hA A断面断面1 1断面断面2 2断面断面3 3断面
12、断面1 1断面断面2 2断面断面3 3h hA Ah hR R 三峡库区河道示意图天然河道水面曲线计算天然河道水面曲线计算天然河道水面曲线计算天然河道水面曲线计算工程实例工程实例工程实例工程实例坝址河道坝址河道高程约高程约 65m 三峡坝址三峡坝址 万县万县 涪陵涪陵 重庆重庆天然水位天然水位蓄水后的水面线蓄水后的水面线坝址水坝址水位位135m135m第一章第一章 总结总结v 流态判断流态判断v 恒定非均匀渐变流的基本方程恒定非均匀渐变流的基本方程v 水面线变化分析水面线变化分析v 水面曲线计算水面曲线计算 弗劳德数、微波波速弗劳德数、微波波速 急流、缓流、临界流急流、缓流、临界流 谢才公式谢
13、才公式 断面比能断面比能(E)临界水深(临界水深(E最小)最小)1 1 流态判断流态判断v 棱柱形渠槽棱柱形渠槽水深水深沿程变化方程沿程变化方程第一章第一章 总结总结2.2.恒定非均匀渐变流的基本方程恒定非均匀渐变流的基本方程v人工渠槽人工渠槽断面单位能量断面单位能量沿程变化方程沿程变化方程v天然河道天然河道水位水位沿程变化方程沿程变化方程第一章第一章 总结总结3.3.水面线变化分析水面线变化分析v 由由底坡底坡判断水面曲线的形式判断水面曲线的形式 v 由由N-N,C-CN-N,C-C线线将空间分成将空间分成3 3个区个区:(1 1)()(3 3)壅水,()壅水,(2 2)区降水)区降水v 水
14、面线水面线与与N-NN-N线渐近,与线渐近,与C-CC-C线垂直线垂直v 急流控制水深在上游,缓流控制水深急流控制水深在上游,缓流控制水深在在下游下游v 急流急流到到缓流缓流过渡过渡水跃水跃 临界、远驱、淹没水跃临界、远驱、淹没水跃v 缓流缓流到到急流急流,通过临界水深,通过临界水深第一章 总结 4 4 水面曲线计算水面曲线计算v 定性分析定性分析水面线变化;水面线变化;v 确定确定控制断面控制断面与与控制水深控制水深;v 根据分段原则根据分段原则分段试算分段试算水面曲线水面曲线v 棱柱形明槽棱柱形明槽:1 1 两端水深已知,直接求两端水深已知,直接求 距离距离 2 2 一一 一端水深未知,迭
15、代求解一端水深未知,迭代求解v 天然河道水位:天然河道水位:用试算法用试算法,使方程两端相等,使方程两端相等习题讨论习题讨论CCCiicNNNN3 3区无降水区无降水1 1区无降水区无降水S2M219-(1)缓流急流缓流急流 缓流到急流过渡缓流到急流过渡 必过必过临界水深临界水深19-(2)急流急流急流急流急流急流 控制水深控制水深 在上游在上游NCCCNNiiciic区无降水区无降水NS219-(2)急流急流急流急流急流急流 控制水深在上游控制水深在上游 iicNCCCNNiic区无壅水区无壅水NS319-(3)缓流缓流缓流缓流 缓流缓流 控制水深在下游控制水深在下游iicNCCCNNiic
16、区无壅水区无壅水NM119-(3)缓流缓流iicNCCCNNiiciicNNNN临界临界 水跃水跃M3S1远驱远驱 水跃水跃淹没淹没 水跃水跃19-(5)临界流缓流临界流缓流CCCi=iciicNNC3S2C3S3S2H2H319-(6)19-(6)平坡急流平坡急流CCCi=0iicNNH3H3S319-(7)急流平坡急流平坡 CCiici=0NNH3H2S1H2H H2 219-(8)反坡缓流反坡缓流CCCi0iicA3A2A3A3M3A2NN13-21CCCNNNN区无壅水区无壅水iiciiciich0S3S1S3S3S125-1CCCCCiiciici=0NNNNNNM1S2M2H3M3
17、平坡段较短平坡段较短NN由于建筑物的存在,由于建筑物的存在,使得该处使得该处正常水位正常水位提高提高25-2CCCCiiciici=0H3NNNNNNM1S2M2H2平坡段较长平坡段较长NN由于建筑物的存在,由于建筑物的存在,使得该处使得该处正常水位正常水位提高提高25-3CCCCCiiciici=0NNNNNNS2M2H2M1S3平坡段更长平坡段更长在陡坡上发生水跃在陡坡上发生水跃NN由于建筑物的存在,由于建筑物的存在,使得该处使得该处正常水位正常水位提高提高明槽均匀流断面流速分布明槽均匀流断面流速分布v 断面平均流速:断面平均流速:v v 层流:二次分布层流:二次分布(抛物线型)抛物线型)湍流:对数分布湍流:对数分布(粘性底层为线性(粘性底层为线性)0YX自由水面自由水面槽底槽底0YX自由水面自由水面槽底槽底明槽均匀流断面流速分布明槽均匀流断面流速分布(层流层流)H连续连续方程方程运动运动方程方程边界边界条件条件
限制150内