水力学专题—水面曲线

底坡和水流区域划分

5种底坡:

1类:缓坡 M (mild),0 < i < ik

2类:陡坡 S (steep),i > ik

3类:临界坡 C (critical),i = ik

0类:平坡 H (horizontal),i = 0

'类:逆坡 A (adverse),i < 0

3种区域水流:

①a区:h > hk 且 h > h0

②b区:只在缓坡和陡坡中存在

(缓坡h0 > h > hk,陡坡hk > h > h0)

③c区:h < hk 且 h < h0

12种棱柱形渠道恒定渐变流水面曲线

缓、陡坡三种;临界、平、逆坡两种

不存在C2型曲线(b3区曲线):

正常水深h0和临界水深hk相等,两线重合

不存在H1和A1型曲线(a0和a'区曲线):

只有正坡渠道才能产生均匀流,才有正常水深,所以在平底及逆坡棱柱明渠中,只存在K-K线

正常水深线N-N(normal),临界水深线K-K

画水面曲线的步骤

1、按一定比例绘出底坡线,然后分段

2、确定h0及hk ,绘出N-N和K-K线

①i > 0时,h0随着i增大而减小。

②hk与i无关,随着Q增大而增大。

3、确定控制水深

①跌坎处,缓坡向陡坡转折处的水深为hk。

②闸、坝上游壅水的水深,闸、坝下游收缩 断面水深,一般由已知条件求出。
③i>0充分长,渠道上下游为均匀流水深

4、由控制水深所处的区确定线型,由水面线变化规律确定曲线的变化趋势,描绘水面线。

5、检验

①a、c区不可能是降曲线

②b区不可能是升曲线

③不通过K-K线不可能水跃、水跌

④陡坡上不可能发生缓坡上的线型

水面曲线分析的准则

1、每区只有一条型式确定的水面线。即a,c区壅水,b区降水,接近N-N时相切,接近K-K时垂直

2、长渠道中远离干扰的一端为均匀流,正直渠道很长时,中部也会产生临界流,尤其是临界坡

3、最上一区,总有一端趋向水平,也就是水深较大时,水面曲线与水平线渐近相切。

4、在两段底坡不同的渠道中,水面曲线接近时,有下列情况:①缓流→急流,产生水跌
②急流→缓流,产生水跃
③缓流→缓流,只影响上游,下游仍为均匀流
④急流→急流,只影响下游,上游仍为均匀流

5、临界坡上的型态,视其相邻底坡陡缓而定其急缓流。如上游相邻底坡为缓坡,则可视为缓流过渡到缓流,只影响上游

6、平底坡及逆坡可视为缓坡

7、根据明渠中干扰波传播特点,分析和绘制水面曲线时,缓流应从下游的控制断面向上游推算,而急流则应从上游往下游推算

分析水面曲线时,如何寻找急流和缓流的控制断面?

急流的控制断面在上游,因为外界对急流的干扰不能向上游传播缓流的控制断面在下游,因为外界对缓流的干扰传播到下游

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