水力学232.ppt

水力学232

a区的水流只能出现在顺坡的棱柱形渠道中，水流均为水深h大于正常水深h0和临界水深hk的缓流。所以，a区是缓流区。
c区的水流可以出现在各种底坡的棱柱形渠道中，水流均为水深h小于临界水深hk（在是分析水面曲线时第一个已知水深的断面，它一般位于水流条件突变处，即位于产生干扰微波的地方。例如，闸坝等挡水建筑物上、下游的特定断面（其断面水深可通过计算确定）；引起水跌现象的变底坡断面或跌坎断面（其断面水深可近似为临界水深hk）；水库或湖泊的进出口断面（其水位保持不变）等都可作为控制断面。因为急流中的干扰微波只能向下游传播，故急流水面曲线的控制断面应在非均匀流段的上游，而缓流中水面曲线的控制断面则一般在非均匀流段的下游。这一结论，在具体的水面曲线分析绘制过程中可以得到认识。
（4）根据渠道底坡类型和控制水深h与h0及hk的比较，确定水流所处的流区及水面曲线类型。
（5）按照水面曲线的变化规律，以控制断面处的控制水深为起点，定性或通过定量计算画出水面曲线并注意与渠道上、下游不同类型水面曲线的衔接。
四、棱柱形渠道恒定渐变流水面曲线的衔接
工程实际中，由于渠道中各种水工建筑物的存在或渠道底坡的变化，在同一渠道的不同渠段中，常会出现不同类型的水面曲线。棱柱形渠道恒定渐变流水面曲线的衔接方式可概括为：缓流与缓流、急流与急流、缓流与急流、急流与缓流四大类。每一大类又可根据底坡情况的不同分为几种。下面以变底坡渠道为例，讨论几种典型的定性衔接实例。
1．缓流与缓流的水面衔接
如图,
的两段长直缓坡棱柱形渠道相连接。由于
渠道均为缓坡,且
故上、下游渠道中的均匀流均为缓流,且
按照上述分析步骤，先在分析图中分别画出上、下游渠道的正常水深线N1-N1和N2-N2及临界水深线K-K。当渠道足够长时，起水面衔接作用的非均匀流段水深应从上游的h01逐渐降落到下游的
，下游渠道中的均匀流状态不可能发生变化(因为a区不能出现降水曲线),产生降水的非均匀流段只能出现在上游渠道的b区,并以bI 型降水曲线,自上游远端的均匀流水面开始向下游变化,并在变底坡断面A-A处与下游渠道的均匀流衔接(如图).变底坡断面A-A处的水深h02为bI ,水面曲线是否可以图中的虚线①或虚线②的方式进行衔接。
2．急流与急流的衔接
如图,

渠道均为陡坡,且
故上、下游渠道中的均匀流均为急流,且
.急流与急流的衔接,
与上述同样的方法,可分析得：变底坡断面A-A上游渠道中的均匀流状态维持不变,发生与上、下游均匀流水面衔接的非均匀流段,以cII 型壅水曲线出现在下游渠道中,变底坡断面处的水深h01为cII 型曲线的控制水深(如图).自行分析一下,水面曲线是否可沿着图中的虚线①或虚线②进行衔接。
3．缓流与急流的衔接
如图,当上游缓坡长直棱柱形渠道中的缓流与下游陡坡长直棱柱形渠道中的急流相连接时,将出现水跌现象,并在变底坡断面A- -A断面的临界水深为控制水深,,水面曲线是否可以图中的虚线①或虚线②的方式进行衔接.
4．急流与缓流的衔接
,正常水深
;下游缓坡渠段为缓流,正常水深
因此，这两种水流之间必发生水跃。水跃前后的一对水深是满足水跃方程的共扼水深。但实际上、下游渠道中急流与缓流的水深往往并非恰好满足共扼水深条件，所以水跃时，水面曲线究竟如何衔接，水跃在何处发生，应进一步具体分析。
以下图情况为例,求出与上游急流水深h01共扼的跃后水深h″,并将其与下游渠道中的水深h02比较,则可能出现以下三种情况：
（1）当h″=h02时，说明上、下游渠道中的急、缓流水深h01与h02恰好为一对共扼水深，水跃将在变底坡断面A-A处产生，A-A断面上游仍为均匀流（如图a），这种水跃称为临界式水跃。
（2）当h″>h02时,说明如果以上游的急流水深h01为跃前水深,则水跃后缓流的断面单位能量将大于下游缓流的断面单位能量(因为流量一定时,缓流的断面单位能量随水深增加而增加),所以水流必被推向下游。
急流进入下游缓坡渠道后位于c区,水面将按cI型壅水曲线变化,′时,才发生水跃(如图b),,这时起水面衔接作用的非均匀流段,出现在变底坡断面