明槽均勻流實(shí)際應(yīng)用

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(dòng)來(lái)處理。因此，均勻流動(dòng)規(guī)律是明渠水力設(shè)計(jì)的基本依據(jù)。對(duì)非均勻流動(dòng)問(wèn)題，均勻流動(dòng)的一些概念也起著重要的作用。

如果長(zhǎng)直明槽的過(guò)水?dāng)嗝嫘螤?、糙率在足夠長(zhǎng)的流程內(nèi)保持不變，水流在這樣的明槽上將會(huì)達(dá)到穩(wěn)定，則會(huì)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(méi)有水流分出或匯入，渠槽必須是長(zhǎng)而直的順坡棱柱形槽，粗糙情況沿程不變，沒(méi)有建筑物的局部干擾；而且，只有離渠槽進(jìn)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(shí)現(xiàn)，但對(duì)于順直的正底坡棱柱形槽，只要有足夠的長(zhǎng)度，總是有形成均勻流的趨勢(shì)。

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(jì)算的基本公式為謝才公式。

明槽均勻流水力計(jì)算問(wèn)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(jì)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(méi)有加速度的等速直線運(yùn)動(dòng)，作用在水體上的重力沿流向的分量與阻礙水流運(yùn)動(dòng)的摩阻力是平衡的。從能量觀點(diǎn)分析，沿程阻力所消耗的能量全部由重力勢(shì)能提供，而水體的動(dòng)能保持不變。

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(shí)，即為漸變流。漸變流過(guò)水?dāng)嗝嫔系膭?dòng)水壓強(qiáng)服從靜水壓強(qiáng)分布規(guī)律，這是水力學(xué)的一個(gè)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(guò)水?dāng)嗝嫔系膭?dòng)水壓強(qiáng)不符合靜水壓強(qiáng)分布規(guī)律時(shí)，即為急變流，這時(shí)，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(guò)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(wèn)題在實(shí)用上很重要，要求解的問(wèn)題較多。對(duì)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(jì)算公式。

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

明槽中非均勻流有減速與加速運(yùn)動(dòng)，其相應(yīng)地水面下也分為兩類：減速流動(dòng)水深沿程增加，稱雍水曲線；加速流動(dòng)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(guò)的流量變化，槽首、槽尾、進(jìn)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(jiǎn)單。

在棱柱形明渠中發(fā)生漸變流時(shí)，根據(jù)明渠底坡、流量、斷面形式、上下游進(jìn)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。