流体力学第九章-明渠恒定流

第九章明渠恒定流    本章主要介绍流体流动的基本方程在无压流中的应用。首先介绍了明渠均匀流的产生条件、水力特征、基本方程式及其水力计算问题。接着介绍了明渠非均匀流的流动状态——缓流、急流、临界流，明渠非均匀流的基本概念：断面单位能量、临界水深、临界底坡等，并在棱柱形渠道非均匀流基本公式的基础上对水面曲线作了定性的分析与定量的计算。本章最后介绍了水跃与水跌的基本概念。概      述 明渠（channel）：是人工渠道、天然河道以及不满流管道统称为明渠。 明渠流（channelflow）：具有露在大气中的自由液面的槽内液体 流动称为明渠流（明槽流）或无压流（freeflow）。一、明渠流动的特点（图9-1） 1.具有自由液面，p0=0，为无压流（满管流为压力流）； 2.湿周是过水断面固体壁面与液体接触部分的周长,不等于过水断面的周长； 3.重力是流体流动的动力，为重力流（管流则是压力流）； 4.渠道的坡度影响水流的流速、水深。坡度增大，则流速增大，水深减小； 5.边界突然变化时，影响范围大。压力流无压流图9-1明渠流与满管流最大的区别在于前者是HYPERLINK"://jpkc.zju.edu/kj/k/405/d09z/gn/"\l"plob"无压流，而后者是HYPERLINK"://jpkc.zju.edu/kj/k/405/d09z/gn/"\l"plob"有压流。二、明渠流的分类图9-2三、明渠的分类 明渠断面形状（如图9-2）有：   梯形：常用的断面形状   矩形：用于小型灌溉渠道当中   抛物线形：较少使用   圆形：为水力最优断面，常用于城市的排水系统中     复合式（如图9-3）：常用于丰、枯水量悬殊的渠道中图9-31.按明渠的断面形状和尺寸是否变化分：棱柱形渠道（prismaticchannel）：断面形状和尺寸沿程不变的长直明渠称为棱柱形渠道，h=f(i)。非棱柱形渠道（non-prismaticchannel）：断面形状和尺寸沿程不断变化的明渠称为非棱柱形渠道，h=f(i,s)2.底坡 底坡i——渠道底部沿程单位长度的降低值（图9-4）。               平坡（horizontalbed）：i=0，明槽槽底高程沿程不变者称为平坡。 正坡（downhillslope）：i>0，明槽槽底沿程降低者称为正坡或顺坡。 逆坡（adverseslope）：i<0，明槽槽底沿程增高者称为反坡或逆坡。图9-4 判断：水力坡度J一定为正值。你的回答：对错四、明渠均匀流的发生条件（图9-5） 1）底坡和糙率沿程不变的长而直的棱柱形渠道； 2）渠道必须为顺坡(i>0)； 3）渠道中没有建筑物的局部干扰； 4）明渠中的水流必须是恒定的，沿程无水流的汇入、汇出，即流量不变。图9-5五、明渠均匀流的水力特征 1）过水断面的形状和尺寸、断面平均流速、流量和水深沿程不变。通常将明渠均匀流的水深称为正常水深，以h0表示。 2）总水头线、测压管水头线（水面坡度）和渠底线互相平行，即：     （9-1）图9-6  图9-6中，列（1）-（2）能量方程得：      注：      物理意义：水流因高程降低而引起的势能减少正好等于克服阻力所损耗的能量，而水流的动能维持不变。 选择：从作用力的角度分析，在下列渠道中能产生均匀流的是： 你的回答：A.平坡渠道B.正坡渠道 C.逆坡渠道D.非棱柱形平坡渠道 第一节 明渠均匀流的基本公式一、明渠均匀流水力计算的基本公式 1.明渠均匀流水力计算的基本公式   连续性方程HYPERLINK"://jpkc.zju.edu/kj/k/405/d04z/02j/040201.htm"\l"（4-7）"\t"_blank"（4-7）：       谢才公式HYPERLINK"://jpkc.zju.edu/kj/k/405/d06z/04j/d060401b.htm"\l"谢才公式"\t"_blank"（6-29)及式（9-1），明渠均匀流的基本公式为：             （9-2）      (9-3) 式中：  R——水力半径（m），R=A/P；                 P——过水断面湿周，是过水断面固体壁面与液体接触部分的周长（m）；   J——水力坡度；   C——谢才系数（m1/2/s）。   ——明渠均匀流的流量模数，   ——相应于明渠均匀流正常水深时的过水断面面积。 选择：流量模数K0的量纲为： 你的回答：A.无量纲B.L3/T C.L2/TD.L3/2/T  2. 谢才系数的计算（1）曼宁公式：   HYPERLINK"://jpkc.zju.edu/kj/k/405/d06z/04j/d060401b.htm"\l"曼宁公式"\t"_blank"（6-31）（2）巴甫洛夫斯基公式：   HYPERLINK"://jpkc.zju.edu/kj/k/405/d06z/04j/d060401b.htm"\l"曼宁公式"\t"_blank"（6-32）   式中：二、梯形断面的几何计算（图9-7） 1.基本量     b——底宽；h——水深；     m——边坡系数m=ctan。m越大，边坡越缓；m越小，边坡越陡；m=0时是矩形断面。m根据边坡岩土性质及设计范围来选定。  2.导出量     B——水面宽，B=b+2mh     A——过水断面面积，A=(b+mh)h     P——过水断面湿周，     R——水力半径，第二节 水力最优断面和允许流速 一、水力最优断面   水力最优断面（thebesthydraulicsection）：是指当渠道底坡、糙率及面积大小一定时，通过最大流量时的断面形式。   对于明渠均匀流，有     （9-4）   说明：1）具有水力最优断面的明渠均匀流，当i，n，A给定时，水力半径R最大，即湿周P最小的断面能通过最大的流量。         2）i，n，A给定时，湿周P最小的断面是圆形断面，即圆管为水力最优断面。   问题1：水力最优断面是：窗体顶部A、造价最低的渠道断面；B、壁面粗糙系数最小的断面；C、对一定流量具有最大断面面积的断面；   D、对一定的面积具有最小湿周的断面。    窗体底部    问题2：顺坡明渠的底坡i：窗体顶部A、i>0；   B、i<0；C、i=0；   D、不一定。窗体底部   1.梯形过水断面渠道的水力最优断面（图9-8）      图9-8          对于水力最优断面有：   梯形水力最优断面的宽深比值为     （9-5）此时     （9-6）结论：1）梯形水力最优断面的宽深比仅是边坡系数m的函数。 2）在任何边坡系数的情况下，水力最优梯形断面的水力半径R为水深h的一半。 2.矩形断面的水力最优断面       矩形断面，有m=0，则      即矩形渠道水力最优断面的底宽是水深的两倍。  选择：水力最优矩形断面，宽深比是：你的回答：A.0.5；B.2；C.1.0；D.4。       注意： 1）水力最优断面是一种窄深式渠道（当m≥1时，），只是水力条件最优。 例如：对于梯形渠道，当m=2时，=0.472，即b=0.472h，底宽不到水深的一半。  2）一般地，水力最优断面应用于一些小型的排水渠或小型的灌溉渠道中。二、渠道的允许流速       在设计中，要求渠道流速v在不冲、不淤的允许流速范围内，即：     （9-7）       式中：    ——不冲允许流速（m/s），根据壁面材料而定。    ——不淤允许流速（m/s）。（同时考虑避免渠中滋生杂草，一般流速应大于0.5m/s。）问题1：各断面的长直渠道，具有相同的粗糙系数n，断面积A，底坡i，其通过流量最大的断面形状为：窗体顶部A、正三角形；              B、半正方形；C、半正六边形；            D、半圆形。    窗体底部    问题2：有一矩形断面渠道，坡底、糙率和过水断面面积给定的条件下，下列哪个端面尺寸的过流能力最大：窗体顶部A、b=4.5m，h=1.0m； B、b=2.25m，h=2.0m；C、b=3m，h=1.5m；   D、b=1.0m，h=4.5m。    窗体底部例题1：有一梯形断面中壤土渠道，已知：渠中通过的流量Q=5m3/s，边坡系数m=1.0，粗糙系数n=0.020，底坡i=0.0002。试求：（1）按水力最优条件设计断面；（2）若宽深比b=2来设计断面，检查渠中流速是否满足不冲条件。   解：（1）水力最优      A=(b+mh)h=（0.83h+h）h=1.83h2     又水力最优R=h/2           即hm=1.98m；bm=1.98×0.83m=1.64m    （2）            ∴   h=1.55m   此时   又中壤土渠道不冲流速为0.64~0.84m/s   所以渠道满足不冲条件。例2：有一梯形渠道，在土层中开挖，边坡系数m=1.5，粗糙系数n=0.025，底坡i=0.0005，设计流量Q=1.5m3/s。按水力最优条件设计渠道断面尺寸。   解：水力最优宽深比由式（9-5）           则   b=0.606h        A=(b+mh)h=(0.606h+1.5h)h=2.106h2    又水力最优断面的水力半径 R=0.5h    将A、R代入基本公式（9-4）：                        b=0.606×1.092=0.66m第三节 明渠均匀流水力计算的基本问题   明渠均匀流的基本公式为：         （9-8） 判断：两条棱柱形渠道的断面形状和尺寸、流量均相同，在糙率n相同，底坡i1>i2条件下，肯定有两渠道的正常水深h010)；   3）渠道中没有建筑物的局部干扰；   4）明渠中的水流必须是恒定的，沿程无水流的汇入、汇出，即流量不变。   水力特征有：   1）过水断面的形状和尺寸、断面平均流速、流量和水深沿程不变。   2）总水头线、测压管水头线（水面坡度）和渠底线互相平行。问题：为什么只有在正坡渠道上才能产生均匀流，而平坡和逆坡则没有可能？参考答案：  水流由于粘性在流动过程中产生了阻力，阻力作负功消耗能量，而在正坡渠道中，因高程降低，重力势能降低可用来克服阻力所损耗的能量。在平坡和逆坡中,重力是不做功或做负功的，无法提供阻力所损耗的能量，所以不可能产生均匀流。问题：水力最优断面有何特点？它是否一定是渠道设计中的最佳 断面？为什么？参考答案：   水力最优断面的水力半径是水深的一半，即R=h/2，而对于梯形断面有：，矩形断面有b=2h。由于在实际中一般，这时即b 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开挖、维修管理都不经济，所以它只是水力最优，不一定是设计中的最佳断面。第四节 圆形无压管道均匀流的水力计算     圆形无压管：是指管中不满流的管道。     长直的无压管流，当i，n，d均保持沿程不变时，管中水流可认为是明渠均匀流。一、圆形无压管流的水力特征 1）圆形无压管流的水力坡度J、测压管水力坡度Jp 、底坡i彼此相等，即J=Jp=i。 2）流速和流量分别在水流为满流之前，达到其最大值，即其水力最优情况发生在满流前。   特征2）说明（图9-14）： （1）当h>d/2，水深的增加引起水面宽度的减少，过水断面面积增加缓慢，在接近满管流时，增加最慢。而近满流时，湿周P却增加得最快。 （3）当水深h增大到一定程度时，过水断面面积的增长率比相应的湿周的增长率小，相应地无压圆管的通过流量Q反而会相对减小，即无压圆管的通过流量Q在满管之前（即h0；B.ic<0； C.ic=0； D.都有可能   明渠均匀流有（9-3）式：   临界水深有（9-23）式：   则临界底坡可由下式计算：   （9-25）   说明：临界底坡是对应某一流量和某一给定形状尺寸渠道的特定渠底坡度值，是为了计算或分析的方便而引入的一个假设坡度。  2.底坡的分类—— 缓坡、陡坡、临界坡      缓坡（iic）：即实际的明渠底坡大于某一流量下的临界坡度，此时的渠底坡度称为陡坡。      临界坡（i=ic）：即实际的明渠底坡等于某一流量下的临界坡度，此时的渠底坡度称为临界坡。    观看录像1四、缓流、急流、临界流及其判别准则   1.缓流、急流、临界流——明渠水流的三种状态  急流：当明渠中水流受到干扰后，若干扰微波只能顺水流方向朝下游传播，不能逆水流方向朝上游传播，水流只在障碍物处壅起，这种明渠水流称为急流，如图9-21、9-22。此时水流流速大于干扰微波的流速，即 。                                        图9-21图9-22  判断：在缓坡渠道中可以产生均匀急流。你的回答：对错  缓流：当明渠中水流受到干扰微波后，若干扰微波既能顺水流方向朝下游传播，又能逆水流方向朝上游传播，造成在障碍物前长距离的水流壅起，这时渠中水流就称为缓流，如图9-23。此时水流流速小于干扰微波的流速，即.图9-23  判断：在急坡渠道中可以产生均匀缓流。你的回答：对错   临界流：当明渠中水流受到干扰微波后，若干扰微波向上游传播的速度为零，这正是急流与缓流这两种流动状态的分界，称为临界流。此时有 。                  判断：在临界坡渠道中，均匀流动的正常水深等于临界水深。你的回答：对错  2.缓流、急流、临界流的判别准则  缓流：       即： 当Fr<1时，为缓流。  观看动画>>  缓流、急流、临界流三种流态的判别式为：              （1）  （2） （3）  （4）  （5）         缓流： （9-26）         急流： （9-27）         临界流：（9-28）   注：（1）-（3）,（5）适用于均匀流或非均匀流，（4）只适用于均匀流。  判断：在明渠流中，用底坡的类型就可以判别水流的流态，即在缓坡上水流为缓流，在陡坡上水流为急流，在临界坡上水流为临界流。你的回答：对错 判断：在同一渠底坡度上，只可能出现一种流态。你的回答：对错问题：明渠流动为急流时：窗体顶部 A、Fr>1 B、h>hc C、vvc；D、窗体底部例题1：一矩形水槽底宽50cm，Q=500cm3/s，n=0.01。求（1）临界水深hc；（2）临界底坡ic ；（3）若h=10cm，求i0 ，Fr 。   解（1）                   （2）                                            （3）若h=10cm，求i0 ，Fr                                      例题2：一梯形断面明渠均匀流，已知宽度b=3m，水深h=0.8m，m=1.5，n=0.03，i=0.0005，水温20°C（=0.0101cm2/s），判断此水流为紊流或层流，急流或缓流？    解：A=(b+mh)h=(3+1.5×0.8)×0.8=3.36m2                                       所以水流为紊流。      又水面宽B=b+2mh=3+2×1.5×0.8=5.4m                    所以水流为缓流。思 考 题 1.圆形无压管道中，为什么其流量在满管流之前即已达到最大值？      HYPERLINK"://jpkc.zju.edu/kj/k/405/d09z/05j/"\l"plob"这是由于水深h增大到一定程度后，过水断面面积的增长率小于湿周的增长率，从而使无压圆管流中通过的流量相对减小。 2.按最大流量设计无压管流， 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中是否合理？          HYPERLINK"://jpkc.zju.edu/kj/k/405/d09z/05j/"\l"plob"不合理，会造成有压无压交替的不稳定流 3.明渠非均匀流的水力特征是什么？           HYPERLINK"://jpkc.zju.edu/kj/k/405/d09z/05j/"\l"plob"J≠Jp≠i4.断面单位能量和单位重量水体总机械能有何相同？           .edu/kj/k/405/d09z/05j/"\l"plob"断面单位能量的基准面选在过水断面最低点，且dEs/ds可>0，<0，=0。单位重量水体机械能基准面可任取，且dEs/ds<0。 5.什么是缓流、急流、临界流？如何判别？   答案：   急流：当明渠中水流受到干扰后，若干扰微波只能顺水流方向朝下游传播，不能逆水流方向朝上游传播，水流只在障碍物处壅起，这种明渠水流称为急流。此时水流流速大于干扰微波的流速，即 。    缓流：当明渠中水流受到干扰后，若干扰微波既能顺水流方向朝下游传播，又能逆水流方向朝上游传播，造成在障碍物前长距离的水流壅起，这时渠中水流就称为缓流。此时水流流速小于干扰微波的流速，即。   临界流：当明渠中水流受到干扰微波后，若干扰微波向上游传播的速度为零，这正是急流与缓流这两种流动状态的分界，称为临界流。即   。   缓流、急流、临界流三种流态的的判别式为：              （1）    （2）   （3）    （4）    （5）        缓流：        急流：        临界流：   注：（1）-（3），（5）适用于均匀流或非均匀流，（4）只适用于均匀流。 6.底坡一定的渠道，是否就能肯定它是陡坡或缓坡？为什么？        HYPERLINK"://jpkc.zju.edu/kj/k/405/d09z/05j/"\l"plob"不能，临界底坡的大小与流量断面形状尺寸有关。对一给定渠道，当流量发生变化时，它可以由陡坡变成缓坡，也可以由缓坡变成陡坡。 7.如果正坡棱柱形明渠水流的ES沿程不变，那么水流是否为均匀流？如果ES沿程增加，那么水力坡度和底坡是否相同？       HYPERLINK"://jpkc.zju.edu/kj/k/405/d09z/05j/"\l"plob"均匀流；不相同，非均匀流； 8.流量、渠道断面形状尺寸一定时，随底坡的增大，正常水深和临界水深分别如何变化？           k/405/d09z/05j/"\l"plob"减小；不变第六节 明渠恒定非均匀渐变流基本方程图9-24   图9-24以0-0为基准面，列断面1-1和2-2的能量方程：  展开并略去高阶项有：    忽略局部水头损失：   棱柱形明渠：   底坡：   则得棱柱形渠道中水深沿程变化规律的基本微分方程：（9-29）   式中：——渠中水深为渐变流时的流量模数。第七节 棱柱形明渠渐变流水面曲线的形状   正坡渠道引入一个辅助的均匀流，则式（9-29）可改写为：       （9-30）   通过  、h、h0、hc及i的不同组合，便可形成明渠非均匀流水面曲线的各种变化：          明渠流的分区   均匀流的正常水深线N-N线，距渠底hc的临界水深线C-C线，可把渠道划分成三个不同的区域，如图9-25：   a区（1区）：且   b区（2区）：或   c区（3区）：且图9-25一、正坡渠道 1、HYPERLINK"://jpkc.zju.edu/kj/k/405/d09z/05J/090504.htm"\l"缓坡"\t"_blank"缓坡渠道（ic>i>0），如图9-26图9-26   a.在1区内的水面曲线，为M1型壅水曲线。    曲线趋势，如图9-27             又i>0，则由（9-30）式            即，说明1区内的水面曲线的水深沿程增加，为增深曲线，即壅水曲线。   极限情况：   上游：   即曲线上端以正常水深线N-N为渐近线；   下游：   即曲线下端以水平线为渐近线。   b.在2区内的水面曲线，为M2型降水曲线。   c.在3区内的水面曲线，为M3型壅水曲线。图9-272.陡坡渠道（i>ic>0），如图9-28、9-29   a.在1区内的水面曲线，为S1型壅水曲线。   b.在2区内的水面曲线，为S2型降水曲线。   c.在3区内的水面曲线，为S3型壅水曲线。图9-28图9-29  判断：由缓坡向陡坡过渡时，控制断面的衔接水深必是临界水深。你的回答：对错 3.临界渠道（i=ic），如图9-30、9-31     流动只有在1区和3区，只存在C1型壅水曲线和C3型壅水曲线。图9-31　图9-30二、平坡渠道（i=0），如图9-32、9-33       临界水深线C-C，将流动分为2区和3区，分别为：H2型降水曲线和H3型壅水曲线。　图9-32图9-33三、逆坡渠道（i<0），如图9-34、9-35       临界水深线C-C，将流动分为2区和3区，水面线分为：A2型降水曲线和A3型壅水曲线。图9-34图9-35四、水面曲线的特点   1.所有位于1区和3区的水面线都是水深沿程增加的壅水曲线，所有位于2区的水面曲线都是水深沿程减少的降水曲线。       2.除了临界坡渠道中的两种水面曲线C1及C2外的其它水面曲线，当水深h趋近于h0时，水面曲线以N-N为渐近线；当水深h趋近于hc时，水面曲线趋向于与C-C线正交。                    五、水面曲线的定性绘制步骤（图9-36）   1.绘出N-N线和C-C线，将流动空间分成1、2、3三区，每个区域只相应一种水面曲线。                2.选择控制断面。控制断面应选在水深为已知，且位置确定的断面上，然后以控制断面为起点进行分析计算，确定水面曲线的类型，并参照其增深、减深的形状和边界情况，进行描绘。                          3.如果水面曲线中断，出现了不连续而产生跌水或水跃时，要作具体分析，一般情况下，水流至跌坎处便形成跌水现象，水流从急流到缓流，便发生水跃现象。                     图9-36第八节 明渠渐变流水面曲线计算一、数值积分法  由明渠非均匀流的基本微分方程HYPERLINK"://jpkc.zju.edu/kj/k/405/d09z/06J/090601.htm"\l"基本微分方程"\t"_blank"(9-29)得，如图9-37：图9-37     对于粗糙系数n、渠道底坡i及断面形状不变的棱柱形渠道，上式被积项仅为水深h的函数，即有    按梯形法积分得：   （9-31） 适用范围：只适用于棱柱形渠道。二、分段求和法   分段求和法计算步骤：首先将整个 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l分成若干流段（）考虑，然后用有限差分式来代替原来的微分方程式，最后根据有限差分式求得所需的水力要素。             明渠非均匀流基本微分方程HYPERLINK"://jpkc.zju.edu/kj/k/405/d09z/06J/090601.htm"\l"（9-29）"\t"_blank"（9-29）：   断面单位能量定义（9-20)：   则有：(9-32)  写成差分形式：        (9-33)   则流程总长度为：   适用范围：分段求和法对棱柱形、非棱柱形明渠都适用。                例1：一等坡直线收缩矩形断面陡槽，如图9-38所示，边墙收缩角，i=0.15，n=0.014所通过的流量Q=825m3/s，其始断面h1=2.7m，底宽b1=35m。试求距起始断面为10m处的水深h2。图9-38 解：以收缩开始断面为控制断面，其收缩水深h1=2.7m，水流进陡槽后，由于陡墙收缩角很小，水深h可能沿程减小，为降水曲线。距起始断面为10m处的陡槽底宽：对矩形过水断面有：   控制断面：         设：  有          计算： 由 重新计算，设：有：     计算： 由   重新计算，设：有：        计算： 由 计算符合要求得：三、非棱柱形渠道的水力计算 对于非棱柱形渠道，水面曲线只能用分段求和法计算。 1.确定控制断面，按已知条件计算等值。 2.对断面形状与尺寸变化规律为已知的非棱柱形渠道，可先给定分段长度   。 3.给定计算 4.代入式求。 5.将求得的值，与所给定的比较，如相符则所给定的为正确，否则重新调整值，重复步骤3~5，直到达到精度为止。               例2：有一宽矩形渠道，单宽流量q=2.9m3/s，在渠中设置一溢流堰（见图9-39），堰前水深h2=3.0m，粗糙系数n=0.0214，且不随水深变化。渠道底坡i=0.001。试求水深h1=1.8m断面处距溢流堰的距离l。   解：求得正常水深h0=1.5m，临界水深 hc=0.95m。已知h0 >hc ，水流为缓流。当h>h0 >hc ，水面线为M1型壅水曲线。   堰前水深h2=3.0m为控制水深，因此水深h是向上游逐渐减小。从控制水深h2开始，每段水深差值取，分六段计算。由：     图9-39   在第一段渠道计算中以h2=3.0m，h1=1.8m，得：            第九节   水跃和水跌一、水跃的概念  水跃（hydraulicjump）：是明槽水流从急流状态过渡到缓流状态时水面突然跃起的局部水力现象。            观看录像》            例如：在溢洪道下、泄水闸下、平坡渠道中闸下出流时均可形成，如图9-40。图9-40  水跃的分区：  旋滚区：水跃区域的上部呈饱搀空气的表面旋滚似的水涡。  主流区：水跃区域下部为在铅直平面内急剧扩张前进的水流。  水跃区的几个要素：  跃前水深——跃前断面（表面旋滚起点所在过水断面）的水深；  跃后水深——跃后断面（表面旋滚终点所在过水断面）的水深；水跃高度  水跃长度——跃前断面与跃后断面之间的距离。二、水跃的基本方程   1.水跃函数        (9-35)   是水深h的函数。   2.水跃的基本方程   平坡棱柱形明渠的水跃基本方程为：     (9-26)   式中、分别为跃前水深、跃后水深，称为共轭水深，即对于某一流量Q，具有相同的水跃函数的那两个水深，即为共轭水深，如图9-41。 判断：当明渠流量及断面的形状和尺寸一定时，跃前水深越小则跃后水深越大；反之，跃前水深越大则跃后水深越小。你的回答：对错图9-41三、水跃的形式（图9-42）  临界水跃：当时，水跃的跃首刚好发生在收缩断面上，跃后水深等于下游水深，称为临界水跃。   观看录像3  远离式水跃：当时，水跃发生在收缩断面之后，跃后水深大于下游水深，称为远离式水跃。   观看录像4  淹没水跃：当时，当下游水深大于临界水跃的跃后水深时，水跃淹没收缩断面，称为淹没水跃。图9-42四、水跌（图9-43）   水跌是明渠水流从缓流过渡到急流，水面急剧降落的局部水力现象。常见于渠道底坡由缓坡突然变为陡坡或下游渠道断面形状突然改变处。图9-43   跌坎上水面的降落，应符合总机械能沿程减小，末端断面最小，的规律。所以跌坎处水深为临界水深。  选择：明渠水流由急流过渡到缓流时发生：你的回答：A.水跃；B.水跌； C.连续过渡； D.都有可能本章小结一、明渠均匀流是具有自由液面的无压流，又是在重力作用下产生流动的重力流。 1.明渠均匀流有两个重要水力特征：   1）等速等深流，流线是相互平行的直线。   2），在水流纵剖面图上，总水头线、水面线、渠底彼此平行。 2.明渠均匀流的产生条件：   1）底坡和糙率沿程不变的长而直的棱柱形渠道；   2）渠道必须为顺坡(i>0)；   3）渠道中没有建筑物的局部干扰；   4）明渠中的水流必须是恒定的，沿程无水流的汇入、汇出，即流量不变。 3.明渠均匀流的基本公式是谢才公式：               4.水力最优断面是指当渠道的粗糙系数n，底坡i一定时，对于一定的过水面积，能通过最大流量的断面形状。它只是水力最优，从使用、施工及造价等方面来说，未必“最优”。   对于梯形断面：                   对于矩形断面：                   对于圆形断面：在未满管时，其流速和流量均达到最大值。                二、明渠非均匀流的各断面水深，流速沿程变化，流线互不平行，JJPi。 1.断面单位能量   是指所讨论的断面上水流对于渠底的平均单位能量。沿程可增大、减小，也可不变。而总机械能E沿程总是减小。当明渠断面形状、尺寸和流量一定时，断面比能Es=f(h)。 2.临界水深hc：最小断面比能Esmin所对应的水深。hc只与渠道的断面形状尺寸、流量有关，而粗糙系数n和底坡变化不影响hc。对于矩形断面： 3.临界底坡ic ：当通过某一流量时，渠内的临界水深正好等于形成均匀流时的水深。这时渠道坡度就为临界底坡。临界底坡是一种假设坡度，在一定的渠道上通过某一流量Q时便对应一个ic 。ic与Q有关，随Q增大而减小，所以对于i固定的渠道，随通过Q的变化，渠道坡别可能改变。 4.明渠水流有缓流、急流、临界流三种流态，其判别方法见下表 5.明渠恒定非均匀流的基本方程           6.两种不同流态的水流连接将发生急变流。水跃是由急流向缓流过渡时水面突出跃起的局部水力现象；水跌则是由缓流向急流过渡时水面突然降落的局部水力现象。