水利明渠均勻流施工設(shè)計(jì)的探索與研究.pdf

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1、２０１４年第９期（總第１３８期）江西建材水利工程水利明渠均勻流施工設(shè)計(jì)的探索與研究１２３■陳建東，王民中，宋立英■１．駐馬店市康恒建設(shè)工程有限公司，河南駐馬店４６３０００；２．駐馬店市板橋水庫(kù)管理局，河南駐馬店４６３０００；３．安陽(yáng)市水利局，河南安陽(yáng)４５５０００摘要：明渠中如果水流的運(yùn)動(dòng)要素隨著時(shí)間的變化而變化，那么就將這種水流稱之為明渠非恒定流，反之，如果明渠中的水流不因?yàn)闀r(shí)間的變化而產(chǎn)生變化時(shí)，這種水流就被稱作明渠恒定流。在明渠恒定流中，如果水流的流線呈現(xiàn)出的狀態(tài)時(shí)一簇平行的直線，而且水深和斷面平均流速

2、不因?yàn)榱鞒痰母淖兌l(fā)生變化，那么就將這種水流稱之為明渠恒定均勻流，如果水流的流線并非平行直線，那么就將這種水流稱之為明渠恒定非均勻流。文章對(duì)水利明渠均勻流的施工設(shè)計(jì)進(jìn)行了簡(jiǎn)單的探討。圖１－１關(guān)鍵詞：水利明渠均勻流施工設(shè)計(jì)中，必然會(huì)因?yàn)樗鞯募本彾霈F(xiàn)波浪等情況，而非恒定流的渠道也不是標(biāo)準(zhǔn)的棱柱體，因此流線不會(huì)呈現(xiàn)出平行直線的樣子。水流的流動(dòng)狀態(tài)主要是受到明渠的尺寸、斷面形狀和底坡等因素均勻流的流量應(yīng)該在流程的每一個(gè)部分都沒(méi)有變化，既沒(méi)有支流的影響，因此如果想研究明渠中水流的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，就必須先對(duì)明渠進(jìn)行分出也

3、沒(méi)有支流匯入。研究，了解它是哪一種類型，并分析這種類型對(duì)水流產(chǎn)生了怎樣的影均勻流一般只會(huì)出現(xiàn)在長(zhǎng)而直的棱柱體順坡明渠中，非棱柱體的響，只有對(duì)通過(guò)調(diào)查得到的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和研究，才能確保在進(jìn)行施工明渠或者非順流的明渠都不會(huì)產(chǎn)生均勻流。設(shè)計(jì)時(shí)不會(huì)出現(xiàn)問(wèn)題。文章將簡(jiǎn)單介紹明渠縱橫斷面的變化和底坡情均勻流的粗糙系數(shù)不會(huì)隨著流程的改變而發(fā)生變化。況，從而得出明渠均勻流的產(chǎn)生條件和相關(guān)特性，以及施工設(shè)計(jì)的相關(guān)均勻流所處的渠道的斷面形狀一般是固定不變的。探索。均勻流所處的渠道不會(huì)受到閘門、水壩、跌水等等構(gòu)筑物的局部干１明渠

4、的縱橫斷面變化擾。天然河道的橫斷面一般是呈現(xiàn)出不規(guī)則的圖形，而人工明渠的橫上述條件較為苛刻，所以在實(shí)際的施工中，也不可能有渠道能夠完斷面一般是圓形、矩形或者梯形，可以看到它們呈現(xiàn)出明顯的規(guī)則，一全的滿足以上產(chǎn)生均勻流的條件，而且在渠道中也不是空無(wú)一物的，經(jīng)般是對(duì)稱的幾何形狀。常會(huì)有一些構(gòu)筑物的出現(xiàn)，可以說(shuō)大部分的明渠是不存在均勻流的。在進(jìn)行排水的過(guò)程中，排水管一般不會(huì)出現(xiàn)滿流的情況，這主要是但是有一些特殊情況，例如順直棱柱體順坡明渠，如果它的水流的流量因?yàn)榉菨M流可以容納其他液體或者氣體，例如高峰流量超過(guò)了正

5、常流在全程沒(méi)有發(fā)生變化，只要渠道夠長(zhǎng)，在距進(jìn)出口、構(gòu)筑物一定距離后，量，那么在非滿流的情況下依舊可以排出，而一些污廢水中釋放的有毒就可將水流看成是均勻流，如圖１－２所示。至于天然的河道，因?yàn)樗鼩怏w和易燃易爆氣體也可以在這種情況下由排水管排出。而梯形或者們的斷面尺寸、坡度、粗糙系數(shù)很容易隨著流程而改變，因此一般不會(huì)矩形的明渠就被運(yùn)用在排洪溝和雨水溝之中。根據(jù)不同的地質(zhì)明渠會(huì)出現(xiàn)均勻流，而如果河段相對(duì)比較順直整齊，其余條件和均勻流產(chǎn)生的采取不同的橫斷面，如果是在土質(zhì)地基上，一般會(huì)首先考慮梯形橫斷面條件比較接近時(shí)

6、，我們?cè)谔幚頃r(shí)也可以看成是均勻流。的明渠，可以用坡度系數(shù)ｍ來(lái)表示兩邊與底的夾角，ｍ代表如果渠道的水深增加了１ｍ，那么相應(yīng)的梯形的寬就要增加ｍ。ｍ的大小應(yīng)該根據(jù)土壤的大小和護(hù)面的情況來(lái)確定。而巖石開(kāi)鑿或者兩側(cè)用條石砌筑成的渠道一般采用矩形斷面，還有混凝土渠和木渠也經(jīng)常采用矩形的斷面。在實(shí)際的施工過(guò)程中，由于受到不同地質(zhì)地形條件的限制，或者為了使渠道能夠發(fā)揮最大效用，在了解了不同段的水流運(yùn)動(dòng)規(guī)律后，針對(duì)圖１－２不同的情況選擇最合適的橫斷面尺寸、形狀或者坡底。如果在整個(gè)流４明渠均勻流的特征程中斷面形狀、尺寸、底坡

7、沒(méi)有發(fā)生任何變化，那么這種渠道成為棱柱明渠均勻流的流線呈現(xiàn)出的形狀是兩條相互平信的直線，根據(jù)這體渠道，反之則稱之為非棱柱體渠道。一特性，我們可以得出以下明渠均勻流的特點(diǎn)：而棱柱體的渠道，由于它的斷面形狀、尺寸和底坡在每一段都是相第一，過(guò)水?dāng)嗝婢哂形ㄒ恍?，它的尺寸、形狀和水深不?huì)因?yàn)榱鞒掏模瑳](méi)有明顯的變化，因此它的流線是平行直線，在這種渠道的水流的改變而發(fā)生變化。其次是過(guò)水?dāng)嗝娴牧魉俜植肌嗝嫫骄魉僖膊粯O有可能是均勻流。會(huì)隨著流程的改變而發(fā)生變化，因此，水流的動(dòng)能修正系數(shù)和流速水頭２明渠的底坡也會(huì)保持不變

8、。我們把明渠渠底的縱向傾斜角度稱為底坡，明渠的底坡一般會(huì)用ｉ根據(jù)以上特性可以知道，明渠均勻流的所有參數(shù)基本是固定不變這個(gè)符號(hào)來(lái)表示，同時(shí)根據(jù)正弦理論，可以將ｉ表示為ｓｉｎθ。的，因而在進(jìn)行施工設(shè)計(jì)時(shí)要充分考慮這一點(diǎn)，以確保水利施工的順利如果明渠底逐漸降低，這種明渠就稱為順坡明渠，如圖１－１（ａ）所進(jìn)行。明渠均勻流和非均勻流有著顯著的區(qū)別，因此施工前必須明確示，這個(gè)時(shí)候ｉ＞０，如果明渠底始終是水平狀態(tài)，那么這種明渠