10、明渠水流分析：均匀流与渐变流详解

明渠水流分析：均匀流与渐变流详解

1. 均匀流问题概述

均匀流是指水流深度沿程保持不变的流动，这种流动仅发生在长直棱柱形渠道中，即渠道的横断面和底坡沿程不发生变化。但在实际工程里，天然河道的横断面和底坡并非沿程恒定，而人工渠道为了适应地形条件、降低成本，也会对其进行调整。同时，还会设置水工建筑物来控制水流。这些渠道几何形状的改变会使水流在从一种均匀流状态转变为另一种均匀流状态时产生非均匀流。

下面是一些具体的均匀流问题：
- 矩形泄槽溢洪道问题 ：一个宽10米的长矩形泄槽溢洪道，堰顶高程为120米，溢洪道上游水位高程为123米，泄槽底坡为1/400，糙率系数（Manning n）为0.013。需要确定渠道中的流量和进口水流深度，以及计算泄槽下游端的水流深度。
- 梯形渠道流量与水深关系问题 ：
- 底宽5米、边坡为2H:1V的梯形渠道，流量为10立方米每秒时水深为4米，当流量增加到12立方米每秒时，需确定新的水流深度。
- 同样底宽5米、边坡为2H:1V的长梯形渠道，流量为5立方米每秒时水深为2米，若流量翻倍，要计算此时的水流深度。
- 底宽10米、边坡为1.5H:1V、底坡为0.0002的长梯形渠道，流量为160立方米每秒时水深为4米，当流量减至80立方米每秒时，需确定相应的水流深度。
- 马蹄形隧道问题 ：对于底坡为0.001、底部采用混凝土衬砌的无衬砌马蹄形隧道，设计流量和直径可根据特定表达式确定。设计流量 = 50x，当x ≤ 5时，直径D = 5x；当x > 5时，直径D = 2x。其中x = （社保号码最后一位