明槽均勻流明槽均勻流水力計算

為了明渠非均勻流的水深有所區(qū)別，稱均勻流水深為正常水深。明槽均勻流水力計算的基本公式為謝才公式。

明槽均勻流水力計算問題一般有兩類：一是校核已有明渠的輸水能力；另一種是設(shè)計新明渠的斷面尺寸或底坡等，需要試算法或查曲線圖求解，或用二分法電算程序求解。

明渠均勻流是沒有加速度的等速直線運動，作用在水體上的重力沿流向的分量與阻礙水流運動的摩阻力是平衡的。從能量觀點分析，沿程阻力所消耗的能量全部由重力勢能提供，而水體的動能保持不變。

如果長直明槽的過水?dāng)嗝嫘螤?、糙率在足夠長的流程內(nèi)保持不變，水流在這樣的明槽上將會達(dá)到穩(wěn)定，則會形成明槽均勻流。

形成明槽均勻流的條件是明槽中的水流必須是恒定的，流量保持不變，沿程沒有水流分出或匯入，渠槽必須是長而直的順坡棱柱形槽，粗糙情況沿程不變，沒有建筑物的局部干擾；而且，只有離渠槽進口一定距離，邊界層充分發(fā)展以后才能形成均勻流。

由于種種條件限制，明槽均勻流往往難以完全實現(xiàn)，但對于順直的正底坡棱柱形槽，只要有足夠的長度，總是有形成均勻流的趨勢。

天然河道一般屬于不規(guī)則的非棱柱形渠，因而在恒定流量下總是非均勻流；當(dāng)河身比較順直，斷面形狀比較一致的河段則可近似為棱柱形渠，在恒定流量下可按均勻流動來處理。因此，均勻流動規(guī)律是明渠水力設(shè)計的基本依據(jù)。對非均勻流動問題，均勻流動的一些概念也起著重要的作用。

非均勻流根據(jù)流線彎曲程度又分為漸變流與急變流。

當(dāng)流線的曲率或流線之間的夾角很小，流線可近似地看成平行的直線時，即為漸變流。漸變流過水?dāng)嗝嫔系膭铀畨簭姺撵o水壓強分布規(guī)律，這是水力學(xué)的一個重要概念。

反之，當(dāng)流線彎曲顯著而具有較大的曲率，因而過水?dāng)嗝嫔系膭铀畨簭姴环响o水壓強分布規(guī)律時，即為急變流，這時，在較短的渠段中的水流的水面和流速分布都有急劇的變化。水跌、泄水建筑物的過流及下泄水流、下游水流的銜接等，都屬于急變流。

在非均勻流中，摩阻力所做的功可能大于或小于所有其他作用力所做的功。非均勻流問題在實用上很重要，要求解的問題較多。對非均勻漸變流，可由能量方程推導(dǎo)出一般形式的微分方程和不同條件下的計算公式。

目前，對急變流的研究不如漸變流成熟，在理論上尚無系統(tǒng)的分析方法。對于邊界條件復(fù)雜的非均勻流動，可以利用計算機和數(shù)值計算方法對基本微分方程求解。

明槽中非均勻流有減速與加速運動，其相應(yīng)地水面下也分為兩類：減速流動水深沿程增加，稱雍水曲線；加速流動水深沿程減小，稱降水曲線。由于明槽底縱坡的不同，所以通過的流量變化，槽首、槽尾、進流、出流邊界條件的不同或槽內(nèi)建筑物所形成的控制水深的不同，可以形式各式各樣的水面下。其中棱柱形槽漸變流的水面線分析最簡單。

在棱柱形明渠中發(fā)生漸變流時，根據(jù)明渠底坡、流量、斷面形式、上下游進出流邊界條件或明渠內(nèi)建筑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。