學(xué)習(xí)情境4橋梁的河流環(huán)境任務(wù)2水力學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)

《工程地質(zhì)與橋涵水文》主要內(nèi)容一、水力因素二、水流分類(lèi)三、恒定流的三大方程四、謝才公式和曼寧公式五、水流阻力和水頭損失六、明渠均勻流與非均勻流《工程地質(zhì)與橋涵水文》一、水力因素

任務(wù)2水力學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)1.過(guò)水?dāng)嗝鍭:是指水流的橫斷面，該斷面上任意一點(diǎn)的流速方向都與該斷面相垂直。單位為m2。

3.水面寬B

:過(guò)水?dāng)嗝嫔纤娴膶挾?，單位為m。

一、水力因素

任務(wù)2水力學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)4.水深h

:水面離河底的距離。

7.粗糙系數(shù)n

:又稱糙率，邊界的粗糙程度。一、水力因素

任務(wù)2水力學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)9.流速v:指液體在單位時(shí)間內(nèi)所通過(guò)的距離，單位為m/s。8.流量Q:單位時(shí)間內(nèi)流經(jīng)過(guò)水?dāng)嗝娴囊后w體積稱為流量，單位為m3/s。10.斷面平均流速:過(guò)水?dāng)嗝嫔细鼽c(diǎn)流速的加權(quán)平均值，由定義可知：Q=Av。11.河床比降i:河床單位流程的落差稱為河床比降。二、水流分類(lèi)根據(jù)水流水力因素隨時(shí)間、空間變化的性質(zhì)，水流可分為：任務(wù)2水力學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)1.恒定流與非恒定流:若各空間點(diǎn)上的流動(dòng)參數(shù)（速度、壓強(qiáng)、密度等）皆不隨時(shí)間變化，這樣的流動(dòng)是恒定流，相反為非恒定流。

3.緩流和急流:根據(jù)水流變化的緩慢或者急劇程度，非均勻流分為漸變流急變流。弗汝德數(shù)Fr<1時(shí)，為緩流；當(dāng)Fr>1時(shí)，為急流；Fr=1時(shí)，為臨界流。

2.均勻流與非均勻流:水力因素不隨空間位置的變化為均勻流，相反為非均勻流。三、恒定流的三大方程任務(wù)2水力學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)

意義：在連續(xù)不可壓縮恒定總流中，任意兩個(gè)過(guò)水?dāng)嗝嫠ㄟ^(guò)的流量相等。三、恒定流的三大方程任務(wù)2水力學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)2.恒定流的能量方程為：

水力坡度J：?jiǎn)挝婚L(zhǎng)度上總水頭的下降值或總水頭線的斜率。3.恒定流的動(dòng)量方程任務(wù)2水力學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)四、謝才公式和曼寧公式

任務(wù)2水力學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)1.謝才公式：適于明渠恒定均勻流和漸變流。四、謝才公式和曼寧公式

任務(wù)2水力學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)2.曼寧公式

是計(jì)算明渠道水流速度的經(jīng)驗(yàn)公式。

五、水流阻力和水頭損失任務(wù)2水力學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)1.粗糙系數(shù)粗糙系數(shù)值綜合地反映各種因素對(duì)水流阻力的影響，這些因素包括床面粗糙（粒徑大小和級(jí)配）、床面形態(tài)（沙汶、沙壟、沙波及床面地形）、斷面形狀、底坡的變化、植物及障礙物的存在等。五、水流阻力和水頭損失任務(wù)2水力學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)2.床面切應(yīng)力均勻流的重力沿床面方向的分力等于床面邊界阻力。公式為：

或

上式中：—水流密度，—重力加速度，—平均流速。表明平均流速與床面切應(yīng)力之間的關(guān)系。五、水流阻力和水頭損失任務(wù)2水力學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)3.水頭損失

水頭損失是指單位重力的液體從過(guò)水?dāng)嗝姊窳鞯綌嗝姊?，因克服邊界阻力和液體內(nèi)部的紊動(dòng)、旋渦、重力作功使水流的機(jī)械能轉(zhuǎn)換為熱能而使機(jī)械能減少的數(shù)量。包括沿程水頭損失和局部水頭損失。

沿程水頭損失是水流克服邊界阻力作功而引起的水頭損失。

局部水頭損失是指由局部邊界急劇改變導(dǎo)致水流結(jié)構(gòu)改變、流速分布改變并產(chǎn)生旋渦區(qū)而引起的水頭損失。六、明渠均勻流與非均勻流任務(wù)2水力學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)1.明渠均勻流的特征和基本公式六、明渠均勻流與非均勻流任務(wù)2水力學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)2.明渠非均勻流的三種流態(tài)：急流、緩流、臨界流

渠道中斷面變化，底坡折變及橋、涵、堰、壩等建筑物破壞渠中的均勻流條件導(dǎo)致非均勻流，引起波幅不大的微波波浪，其波峰在靜水中的傳播速度，稱為微波波速，用c表示。

三種流態(tài)的判別：

佛汝德數(shù)Fr>1,為急流，F(xiàn)r=1,為臨界流，F(xiàn)r<1為緩流。六、明渠均勻流與非均勻流任務(wù)2水力學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)2)臨界水深和臨界底坡(1)臨界水深

當(dāng)為臨界流時(shí)相應(yīng)的水深稱為臨界水深。計(jì)算公式如下：六、明渠均勻流與非均勻流任務(wù)2水力學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)2)臨界水深和臨界底坡(2）臨界底坡臨界底坡是指全渠以臨界水深作均勻流動(dòng)時(shí)相應(yīng)的底坡。

六、明渠均勻流與非均勻流任務(wù)2水力學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)3.非均勻流的水面曲線

明渠中水深沿程變化所構(gòu)成的水面線稱為水面曲線。河渠非均勻的水面曲線形狀及變化可有四種類(lèi)型：1）雍水曲線:明渠中水深沿程增大的水面線，稱為雍水曲線。六、明渠均勻流與非均勻流任務(wù)2水力學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)3.非均勻流的水面曲線2）降水曲線:渠中水深沿程減小的水面線稱為降水曲線。六、明渠均勻流與非均勻流任務(wù)2水力學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)3.非均勻流的水面曲線3）水跌:上游緩坡渠道和下游陡坡渠道相接處或在渠道