明槽水面曲線

明渠水流自由水面的縱剖面線。由於明渠均勻流的水面曲線是平行於渠底的直線,比較簡單,因此明渠水面曲線主要研究的是非均勻流。分析與計算水面曲線是作好明渠設計與有關建築物設計的關鍵問題。

水面曲線分析的一般原則

(1)明渠底坡有正坡(i>0)、平坡(i=0)、負坡(i<0)三大類。根據流量、渠身形狀和糙率的不同,正坡明渠又分為緩坡、陡坡和臨界坡3種情況。

(2)在分析和計算水面線時,必須從控制斷面處的控制水深開始。急流狀態時由上游控制水深開始向上游分析計算,在分析水面線之前,應在明渠底坡線的上面繪製正常水深軌跡線N-N和臨界水深軌跡線C-C,這樣將渠底線以上空間分1、2、3三個區域,見圖(a)、圖(c),用以確定水深沿程變化的趨勢。對平坡和負坡明渠,只有臨界水深線C-C線重合,流動只分成1和3兩個區域,見圖(e)。

(3)由於明渠邊界條件與水流狀態不同,可以形成各種非均勻流水面曲線。其中稜柱形明渠漸變流水面線就有12種,主要是壅水與降水兩類曲線,如水深沿程增加,dh/ds>0,為壅水曲線;水深沿程減小,dh/ds<0,為降水曲線。所以分析水面曲線形式時,應主要分析dh/ds的正負。

正文-水面曲線分析的一般原則 正文-水面曲線分析的一般原則

(4)分析水面線時,還有一個dh/ds的極值問題。當水深(h)趨近正常水深時,dh/ds趨近於0,各種水面線均漸近正常水深線N-N。當h趨近臨界水深時,水流流態將接近臨界流態,dh/ds趨於無窮大,各種水面線的切線將與C-C線正交,此時,水深變化的連續性發生間斷而呈急變流動。沿著水流方向,從緩流過渡到急流,以水跌方式通過臨界水深;從急流過渡到緩流,以水躍的方式通過臨界水深。

稜柱形明渠中的非均勻漸變流水面曲線形式

槽首、槽尾、進流、出流邊界條件的不同或槽內建築物所形成的控制水深的不同,可以形式各式各樣的水面下。其中稜柱形槽漸變流的水面線分析最簡單。

在稜柱形明渠中發生漸變流時,根據明渠底坡、流量、斷面形式、上下游進出流邊界條件或明渠內建築物所形成控制水位的不同,可形成12種類型的明渠水面曲線。

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