明渠恒定均勻流形成條件

在一般情況下，明渠流常常以非均勻流的形式出現(xiàn)，只有在特殊的情況下，才會出現(xiàn)均勻流，形成均勻流的條件有：

1.長而直的棱柱形渠道；

2.底坡 i >0，且沿程保持不變；

3.渠道的粗糙情況沿程沒有變化；

4.渠中水流為恒定流，且沿程流量保持不變。

明渠均勻流流線為平行直線，過水?dāng)嗝娴男螤?、水深、斷面平均流速等均沿程不發(fā)生變化，所以總水頭線、水面線和渠底線三線平行，也就是說，明渠均勻流的水力坡度J、測壓管坡度J_p和渠道底坡i彼此相等，即：

J=Jp=i

明渠均勻流是重力和阻力相平衡時(shí)的流動(dòng)，其動(dòng)能保持不變，而水頭損失取自勢能的減少。其特性是總水頭線、水面線與渠道底坡線為互相平行的直線，故水力坡度和渠道底坡相等。明渠均勻流的規(guī)律可用謝才公式（

因?yàn)槊髑鶆蛄髦校?i>J=i，所以有：

則流量

明渠恒定漸變流 　問題可以歸結(jié)為求解某一流量時(shí)水位 z或水深h與距離s的關(guān)系。表示這一關(guān)系的曲線稱為水面曲線。對于幾何特性不同的明渠，分析水面曲線的方法及所得結(jié)論的詳盡程度差別甚大。水面曲線的研究內(nèi)容概括起來包括曲線形狀分析和坐標(biāo)計(jì)算兩部分。對于最簡單情況即底坡、糙率、斷面形狀和尺寸均沿程不變的棱柱形渠道，水面曲線研究成果最為成熟。利用水流能量方程可以導(dǎo)出水深對距離的導(dǎo)數(shù)為：

式中i為渠道底坡；J為某斷面的水力坡度，可近似地按謝才公式計(jì)算；Fr為某斷面的弗勞德數(shù)(見緩流和急流)。在流量、渠道斷面尺寸及糙率已知的條件下,J和Fr均為水深h的函數(shù)。利用上式可以對正坡（i0。又按實(shí)際底坡i與臨界底坡ic的相對大小分為緩坡iic、陡坡iic及臨界坡i=ic三種）、平坡(i=0)及負(fù)坡(i0)上不同水深區(qū)域(以均勻流水深線N－N和臨界水深線C－C為劃分界限)內(nèi)發(fā)生的水面曲線進(jìn)行分析,共得12條曲線（圖1）。至于形成這些水面曲線的具體原因可有多種，例如在緩坡渠道上建閘，如閘上游水位超過N－N線便發(fā)生M1型曲線，而下游閘孔泄流后接著發(fā)生M3型曲線（圖2）。

水面曲線的計(jì)算方法最基本的是分段法。該法將整個(gè)流動(dòng)分為若干流段,對每一流段直接應(yīng)用能量方程。對于天然河道，分段法的公式為：

式中z為水位；v為斷面平均流速；z及v的下標(biāo)u和d分別代表上、下游斷面；Q為流量;噖為流段平均流量模數(shù),即噖=(Ku Kd)/2,這里,C為謝才系數(shù)（見謝才公式），A為過水面積，R為水力半徑（見明渠恒定均勻流）；Δs為流段長度；α為動(dòng)能校正系數(shù)；ζ為流段局部水頭損失系數(shù)；g為重力加速度。

恒定流動(dòng)根據(jù)其運(yùn)動(dòng)要素是否沿流程變化而分成明渠均勻流與明渠非均勾流，非均勻流又有漸變流與急變流之分 。

研究明渠流動(dòng)都要應(yīng)用水流連續(xù)方程。對恒定均勻流與非均勻新變流，常結(jié)合能量方程進(jìn)行分析;對非均勻急變流，常結(jié)合動(dòng)量方程進(jìn)行分析 。