水力学基础课件：7第七章 明渠非恒定流.ppt

'YangzhouUniv水力学全国水文水资源专业进修班熊亚南扬州大学水利与能源动力工程学院 第七章明渠非恒定流《水力学》YangzhouUniv§3明渠非恒定渐变流的圣维南方程组§1概述§2明渠非恒定流的特性 《水力学》YangzhouUniv1概述第七章明渠恒定流§1概述由于自然条件的变化（如洪水涨落），或者由于河渠上的水工建筑物（如闸门）不时地调节流量，使河道或人工渠道中水流流速、水深（或水位、流量）等随时间而改变，从而形成了明渠中的非恒定流。研究明渠非恒定流的目的：主要是确定在非恒定流过程中，明渠水流的流速、水深（或水位、流量）等随时间和流程的变化规律。 《水力学》YangzhouUniv2明渠非恒定流的特性第七章明渠恒定流§2明渠非恒定流的特性特性之一：明渠非恒定流必定是非均匀流t（时）Q（m3/s）上、下游断面的流量过程线t1t2t（时）z（m）上、下游断面的水位过程线t1t2 《水力学》YangzhouUniv2明渠非恒定流的特性第七章明渠恒定流§2明渠非恒定流的特性特性之一：明渠非恒定流必定是非均匀流t（时）Q（m3/s）上、下游断面的流量过程线t1t2流量相对于时间的变化率若表示流量随时间不断增大若表示流量随时间不断减小流量相对于流程的变化率若表示流量沿流程增大若表示流量沿流程减小 《水力学》YangzhouUniv2明渠非恒定流的特性第七章明渠恒定流§2明渠非恒定流的特性特性之二：明渠非恒定流也是一种波动现象CC涨水顺波落水逆波 《水力学》YangzhouUniv2明渠非恒定流的特性第七章明渠恒定流§2明渠非恒定流的特性特性之二：明渠非恒定流也是一种波动现象VC波峰波体波高波前波后波长棱柱体明渠中的洪水波运动分析运动要素随时间缓慢地改变非恒定的渐变流瞬时流线可近似为平行直线近似为恒定流近似为均匀流 《水力学》YangzhouUniv2明渠非恒定流的特性第七章明渠恒定流§2明渠非恒定流的特性特性之二：明渠非恒定流也是一种波动现象VC棱柱体明渠中的洪水波运动分析波前到达，断面涨水；波后到达，断面退水；波峰通过，则断面上出现最大流量值 《水力学》YangzhouUniv2明渠非恒定流的特性第七章明渠恒定流§2明渠非恒定流的特性特性之二：明渠非恒定流也是一种波动现象VC棱柱体明渠中的洪水波运动分析洪水波在运动过程中会不断地坦化或衰减沿程各断面实测流量（水位）过程线上的最大值沿程减小 《水力学》YangzhouUniv2明渠非恒定流的特性第七章明渠恒定流§2明渠非恒定流的特性特性之三：明渠非恒定流中各断面的水位与流量形成绳套形关系曲线OzQ退水涨水非恒定流时，涨水时水面坡度比同一水位下恒定流的坡度大，因而流量亦大；在退水时，水面坡度比同一水位下恒定流的坡度小，因而流量亦小。 《水力学》YangzhouUniv2明渠非恒定流的特性第七章明渠恒定流§2明渠非恒定流的特性特性之三：明渠非恒定流中各断面的水位与流量形成绳套形关系曲线OzQQ最大z最大tOQzz最大Q最大t1t1+△t YangzhouUniv3明渠非恒定流的圣维南方程组《水力学》第七章明渠恒定流§3明渠非恒定渐变流的圣维南方程组或方程组包括:反映质量守恒的连续性方程式反映能量守恒与转换定律的运动方程式 YangzhouUniv《水力学》第七章明渠恒定流§3明渠非恒定渐变流的圣维南方程组3.1明渠非恒定流的连续性方程式dL上上下下t1aaQbbt2A依水量平衡： YangzhouUniv《水力学》第七章明渠恒定流§3明渠非恒定渐变流的圣维南方程组3.1明渠非恒定流的连续性方程式过水断面面积随时间的变化率流量随位置的变化率在非恒定流中，流量相对于流程变化的增加量，与过水断面面积相对于时间变化的减少量是相等的。又称为水量平衡方程式 YangzhouUniv《水力学》第七章明渠恒定流§3明渠非恒定渐变流的圣维南方程组3.1明渠非恒定流的连续性方程式表明在微小流段里流进的流量多，流出的流量少，这时在微小流段里水位随时间不断上升，或者说渠蓄水体体积随时间不断增加，此时为明渠的涨水过程。若 YangzhouUniv《水力学》第七章明渠恒定流§3明渠非恒定渐变流的圣维南方程组3.1明渠非恒定流的连续性方程式表明在微小流段里流进的流量少，流出的流量多，这时微小流段里水位随时间不断下降，或者说渠蓄水体体积随时间不断减少，此时为明渠的退水过程。若 YangzhouUniv《水力学》第七章明渠恒定流§3明渠非恒定渐变流的圣维南方程组3.1明渠非恒定流的连续性方程式表明在微小流段里流进的流量和流出的流量相等，这时在微小流段里水位随时间不变化，或者说渠蓄水体体积随时间不增不减，这种情况属于明渠的恒定流动。若 YangzhouUniv《水力学》第七章明渠恒定流§3明渠非恒定渐变流的圣维南方程组3.2明渠非恒定渐变流的运动方程式(能量方程)单位重量液体的势能沿流程的变化率（作用于单位重量液体上）惯性力沿流程所作的功单位重量液体沿单位流程克服摩擦阻力所作的功（作用于单位重量液体上）惯性力沿流程所作的功 YangzhouUniv《水力学》第七章明渠恒定流§3明渠非恒定渐变流的圣维南方程组明渠非恒定流的圣维南方程组:或 YangzhouUniv思考题1.明渠非恒定流有几个基本特性?2.为什么明渠恒定流时水位与流量呈单一关系，而非恒定流时水位与流量呈绳套关系？每次洪水的绳套关系是否都一样?为什么?3.根据明渠非恒定渐变流断面上水位与流量的绳套关系，分析洪水过程中最大流速、最大流量、最高水位、最小流量、最小水位出现的次序。《水力学》第七章明渠恒定流课外练习题'