2
实际液体总流的总水头线和测压管水头线
3 3
总水头线坡度,总水头线沿流程的降低值与流程
长度之比。也称水力坡度，常用 J 来表示。
dL
dh
dL
dHJ w???
4
5
6
7
第六章 明渠流动
明渠：人工渠道、天然河道以及不满流管道统称为明渠。
明渠流：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
一、明渠流动的特点
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；
第一节 明渠流的概念与分类
二、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
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
1.按明渠的断面形状和尺寸是否变化分：
棱柱形渠道,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,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
xs
z
s
zi
?
?????
?
??? ?? t a ns i n
正坡,i>0，明槽槽底沿程降低者称为正坡或顺坡
平坡,i=0，明槽槽底高程沿程不变者称为平坡。
逆坡,i<0，明槽槽底沿程增高者称为反坡或逆坡。
一、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：
JJi p ??
3）重力沿流向的分力与阻力平衡
fFG ??s in
第二节 明渠均匀流
三、明渠流的分类
(1）明渠中的水流必须是恒定的
(2)渠道必须为长而直的棱柱形顺坡渠道 (i>0),且底坡和糙
率沿程不变；
(3)渠道中没有建筑物的局部干扰
(4)沿程无水流的汇入、汇出，即流量不变
二 明渠均匀流的产生条件
三 明渠均匀流的基本公式
fhg
Vpz
g
Vpz ??????
22
2
222
2
2
111
1
?
?
?
?
21
2
24
zz
g
V
R
lh
f ??? ?
RJCRJgV ??
?
8谢才公式
6
11 R
n
C ?
谢才系数的计算
粗糙系数 n
流量的计算 iKRiACRJACQ ???
流量模数 RACK ?
四 明渠的水力最佳断面
水力最优断面：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。
3
2
2
1
3
5
2
1
3
2 11
?
iA
n
iAR
n
RiACQ ???
湿周最大的断面为水力最优断面 -圆形 -半圆形。
梯形渠道的水力要素与最优断面
边坡系数
?ctgm ?
水面宽度 mhbB 2??
断面面积 hmhbA )( ??
湿周
212
)(
mhb
hmhbAR
??
???
?
212 mhb ????
水力半径
水力最优断面的条件
??
?
?
?
?
?
0
dh
d
A
?
常数
212 mhmh
h
A ?????
012 22 ?????? mmhAdhd ?
)12( 22 mmhA ???
)1(2 2 mm
h
b ???
2
hR ?此时
五 明渠的允许流速
m a xm i n VVV ??
第三节 明渠均匀流 的水力计算
明渠均匀流的基本公式为：
),,,,( nihbmfRiACQ ??
一、验算渠道的输水能力
二、确定渠道的底坡
RCA
Q
K
Qi
22
2
2
2
??
三、确定渠道的断面尺寸
(1)求水深
Q
h
h
i
QK
hfRACK
?
??
?
?
?
?
??
0
)(
b(2)求底宽
b
i
QK
bfRACK
?
??
?
?
?
?
??
0
)(
(3)由宽深比
h
b?? hb,
(4)由允许流速
hmhbVQA )( ???
2/3)(
i
nVR ? 212 mhb
R
A ?????
明渠 非均匀流,当在渠道中修建了任意形式的水工建筑物，就破
坏了 明渠均匀流发生的条件,造成了流速、水深的沿程变化，从
而产生了明渠非均匀流流动。
明渠非均匀流的产生,1,i≤0； 2、非棱柱形渠道； 3、棱柱
形渠道中边界突然变化。
JJi p ??
明渠非均匀流主要讨论的问题：计算各过水断面的水深 h的
沿程变化，即分析和计算渠道的水面曲线。
