明槽水力學(xué)

明渠包括棱柱形斷面的人工渠道和非棱柱形的天然河道。明渠的渠底高程沿程降低為正底坡；渠底沿程抬高為反底坡或逆坡；沿程不變?yōu)槠降灼?。根?jù)明渠中水流根據(jù)某空間點上運動要素是否隨時間變化可將明渠水流分為兩大類:水力因素(水深、流速、比降等)不隨時間而變化的為明渠恒定流(亦稱定常流)；水力因素隨時間而變化的為明渠非恒定流(亦稱非定常流)。

1） 明渠恒定流：

分為兩類:水力因素沿程不變的為恒定均勻流;水力因素沿程變化的為恒定非均勻流。

恒定均勻流：水力因素不隨時間和沿程而改變。常用謝才(A.Chezy)公式表達。

恒定非均勻流：水力因素不隨時間變化,但隨沿程變化,又分為漸變流和急變流兩種。對于恒定急變流，常見的明渠過渡流態(tài)有：從緩流到急流的過渡(如跌水、堰流等)；從急流到緩流的過渡(如水躍)；變寬度河渠中的流動;彎道水流(急流時可見沖擊波)等。明渠急變流常是三維流動，伴有明顯的能量損失，宜用動量原理或通過模型試驗解決。

2） 明渠非恒定流

天然河渠中的水流幾乎都是時間上不恒定和空間上非均勻的流動，如:暴雨形成的徑流；河渠中洪水波運動(伴有河床沖淤變化的洪水演進問題)；堤壩失事后的潰壩波；庫岸或江岸滑坡激起的涌浪；海濱的潮汐、海嘯；水電站或水泵站啟閉過程中，上下游引水渠中水位、流量的變化；通航建筑物及灌溉系統(tǒng)充泄水時變水頭出流等都屬明渠非恒定流。

河道、渠道、水工無壓隧洞及非滿流管道中的水流等都屬于明渠水流。由于水面上僅作用著大氣壓強，所以又叫無壓流動。渠道的設(shè)計、河道筑壩壅水長度及淹沒損失的計算、洪水演進推算等，都必須運用明渠水力學(xué)的知識。

明渠水流流動中，重力作用占據(jù)主導(dǎo)地位。隨著邊界條件的不同，在一定的流量條件下，水面位置可以發(fā)生變化，因而引起過水斷面大小及其流動形態(tài)的不同，這是區(qū)別于優(yōu)雅流動的一個重要特點。

明槽，礦建名詞術(shù)語，一般是指礦井的斜硐開拓中才會有。斜井的硐身前期為砌碹巷道，而硐口部分施工過程中，不可能一開始就能夠成巷，要開挖的大一些，而大的那部分砌碹后成型的巷道就是所謂的明槽了。

當需要開挖的深度不是很深時，一般采用明槽開挖；就是從上到下開挖，槽是露天的，所以是明槽。2100433B

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。

明槽沖擊波現(xiàn)象的研究始于20世紀30年代。普朗特、卡曼(T. Von. Karman)、伯蘭斯維克(E. Preiswerk)等人首先應(yīng)用氣體超聲流速的研究成果來研究明槽沖擊波,后經(jīng)納普(R. T. Knapp)、伊彭(A.T.Ippen)、勞斯(H. Rouse)等人的研究,在20世紀50年代,明槽沖擊波的試驗和計算均有較大進展。20世紀70年代中后期中國在研究利用沖擊波使水流在豎向和縱向擴散，增加水流摻氣，促進消能方面有一定進展 。