水利明渠均勻流施工設(shè)計(jì)分析

楚雄欣源水利水電勘察設(shè)計(jì)有限責(zé)任公司

摘要：水利建設(shè)是關(guān)乎國家發(fā)展的重要方面。明渠均勻流的施工設(shè)計(jì)是在水利建設(shè)工作中經(jīng)常被用到的一種設(shè)計(jì)方式。水利明渠均勻流施工設(shè)計(jì)的好壞關(guān)乎河道對(duì)水流的承載力，與整個(gè)河道的安全性也息息相關(guān)。本文首先簡要明確了明渠均勻流的概念。其次，筆者對(duì)明渠均勻流的特點(diǎn)進(jìn)行了簡要分析。再次，筆者具體闡述了明渠均勻流的產(chǎn)生條件。最后，筆者提出了幾點(diǎn)明渠均勻流的施工設(shè)計(jì)策略。

關(guān)鍵詞：均勻流；產(chǎn)生條件；策略

隨著我國水利工程建設(shè)的快速發(fā)展，相關(guān)研究人員不斷深入研究水利建設(shè)的各個(gè)設(shè)計(jì)要點(diǎn)。其中，對(duì)于水利明渠均勻流的施工設(shè)計(jì)成為研究人員研究工作的重點(diǎn)。水利明渠均勻流的施工設(shè)計(jì)與水庫、城鄉(xiāng)供水、農(nóng)田灌溉等工程息息相關(guān)。因此，對(duì)于水利明渠均勻流的施工設(shè)計(jì)工作的研究工作需要不斷深入。

一、明渠均勻流的概念

明渠恒定流與明渠非恒定流是相對(duì)的，如果在明渠中流淌的水流的運(yùn)動(dòng)時(shí)間、運(yùn)動(dòng)速度、運(yùn)動(dòng)流量等各方面要素沒有隨時(shí)間的變化而變化的話，我們把這樣的水流稱作為明渠恒定流，否則，則是明渠非恒定流。明渠均勻流是明渠恒定流的類型之一。如果在河道中水流近似呈一條直線，并且流水的深度以及流水的運(yùn)行速度在整個(gè)流淌的過程中基本保持不變，這種情況下的水流我們稱作明渠均勻流。

實(shí)際生活中，明渠均勻流的理想狀況很難發(fā)生。因?yàn)橹挥性诤拥佬螤钜?guī)則，河道坡面土質(zhì)或者石質(zhì)均勻的情況下，水流才有可能出現(xiàn)呈一條直線的現(xiàn)象。這其中還要參雜各種外界環(huán)境的各方面因素。在現(xiàn)實(shí)生活中，天然河道的形狀都是不規(guī)則的，因此，明渠均勻流的狀況很難實(shí)際發(fā)生。相關(guān)研究證明，順直的棱柱體明渠河道相對(duì)規(guī)則，其渠道的長度可以彌補(bǔ)渠道寬窄的不足，水流在剛離開明渠渠道進(jìn)口，或者水流在即將離開渠道出口的時(shí)候，這兩個(gè)階段的水流相對(duì)流速平穩(wěn)，流量穩(wěn)定。因此，專業(yè)人士認(rèn)為，在明渠均勻流理想狀況不存在的情況下，可以將這兩個(gè)階段的水流視為明渠均勻流。從這個(gè)角度來看，明渠均勻流是一個(gè)相對(duì)化的概念。

二、明渠均勻流的特點(diǎn)

明渠均勻流的主要表現(xiàn)是水流呈一條平直的直線。這就意味著明渠均勻流所涉及到的所有參數(shù)都是保持不變的。這一點(diǎn)如果科學(xué)合理的被應(yīng)用到具體的施工建設(shè)工作當(dāng)中，會(huì)給相關(guān)工作人員的工作帶來很大的便利，也能夠有效提高具體施工工作的質(zhì)量。從這個(gè)點(diǎn)出發(fā)，我們可以總結(jié)出明渠均勻流的兩個(gè)具體特點(diǎn)。主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面。

（一）水流經(jīng)過斷面的狀態(tài)具有恒定性

上文已經(jīng)指出，明渠均勻流的發(fā)生對(duì)于渠道的形狀規(guī)則，渠道的深淺等各方面要素有著嚴(yán)格的要求。因此，在這種狀況下，水流經(jīng)過與渠道的交接面的狀態(tài)具有恒定性。具體表現(xiàn)在水流與渠道交接面的交接面積、交接形狀等方面要素的恒定性，而且，這些要素也不會(huì)隨著水流流程的增長而發(fā)生變化。

（二）水流經(jīng)過斷面的速度具有恒定性

不僅水流經(jīng)過渠道斷面的狀態(tài)表現(xiàn)具有恒定性的特征，而且，從速度的角度來看，水流經(jīng)過渠道斷面的流速在渠道總里程中各個(gè)部分也是不發(fā)生變化的，換句話說，即水流在明渠中的流速分布具有穩(wěn)定性。

三、明渠均勻流的產(chǎn)生條件

上文我們已經(jīng)對(duì)明渠均勻流的特點(diǎn)進(jìn)行了相關(guān)闡述，因此，其特點(diǎn)也就相應(yīng)的帶來了其產(chǎn)生條件的特殊性問題。明渠均勻流的產(chǎn)生條件主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面。

（一）恒定水流是明渠均勻流產(chǎn)生的前提

水流的恒定與否是區(qū)分明渠恒定流與明渠非恒定流的重要方面。在明渠非恒定流中，水流的運(yùn)行速度是無法保證恒定的，水流的急緩變化在明渠非恒定流中是常見的現(xiàn)象。因此，要想實(shí)現(xiàn)明渠恒定流，首先要保證水流的恒定性，主要表現(xiàn)在其速度的恒定性與水質(zhì)狀況的穩(wěn)定性兩個(gè)方面。在實(shí)際的施工建設(shè)過程中，水質(zhì)狀況是相關(guān)工作人員經(jīng)常忽略的一個(gè)問題。實(shí)質(zhì)上，水質(zhì)狀況會(huì)無形中產(chǎn)生潛在的水力摩擦力，渾濁的水質(zhì)會(huì)導(dǎo)致水流速度的減緩。更為復(fù)雜的是，在水流的整個(gè)流淌里程發(fā)生過程中，水質(zhì)的狀況變化是一個(gè)慢慢凸顯的過程。

（二）保持水量穩(wěn)定

在實(shí)際生活中，明渠的水量來源不是單一的，很多河道都有眾多的支流。但是，明渠均勻流的產(chǎn)生就需要保持渠道內(nèi)流淌水量的穩(wěn)定。這樣一來，總水量是一定的，那么也就有效保障了均勻流在渠道每一個(gè)階段的各項(xiàng)指標(biāo)不會(huì)發(fā)生改變。

（三）明渠形狀要規(guī)則

嚴(yán)格意義上說，明渠均勻流的概念是一個(gè)理想化的概念。根據(jù)相關(guān)數(shù)據(jù)研究，只有在順直棱形渠道中，明渠均勻流才可能近似發(fā)生。因此，明渠均勻流的實(shí)現(xiàn)對(duì)于明渠形狀與規(guī)則提出很高的要求。同樣是棱形渠道，非順直的明渠就很難出現(xiàn)均勻流現(xiàn)象。

（四）斷面形狀要穩(wěn)定

水流在渠道內(nèi)流淌過程中，與渠道壁發(fā)生交接，產(chǎn)生水流斷面。即使是在順直的棱形渠道中，如果某一個(gè)階段的渠道壁形狀發(fā)生改變，比如渠道內(nèi)壁內(nèi)凹或者外凸，都會(huì)對(duì)均勻流的產(chǎn)生造成嚴(yán)重影響。渠道壁的內(nèi)凹與外凸直接改變了單位時(shí)間內(nèi)渠道過水量。在這種情況下，更為明顯的癥狀就是水流不再呈現(xiàn)一條平直的直線。因此，要想渠道均勻流的產(chǎn)生，必須要保持?jǐn)嗝嫘螤畹姆€(wěn)定性。

（五）渠道抗干擾性要強(qiáng)

現(xiàn)實(shí)情況中，渠道往往不是一個(gè)簡單的順直的河道，即使沒有沿途眾多支流，很多渠道中也存在水閘等設(shè)施。這些設(shè)施當(dāng)然成為水流流淌過程中的障礙物。從本質(zhì)上來講，如同斷面形狀對(duì)于均勻流形成的影響，這些障礙物也會(huì)通過影響單位時(shí)間內(nèi)過水量，以及水流速度等因素對(duì)明渠均勻流的形成帶來不利。因此，提高渠道對(duì)障礙物的抗干擾能力，也是明渠均勻流產(chǎn)生的重要條件之一。

四、明渠均勻流的施工設(shè)計(jì)策略

（一）有針對(duì)性的設(shè)計(jì)明渠橫斷面的形狀

明渠種類的不同直接影響明渠橫斷面的形狀。一般來講，天然明渠的橫斷面多不規(guī)則，情況較為復(fù)雜。人工明渠橫斷面一般是對(duì)稱的幾何形狀，例如可以有圓形的形狀，矩形的形狀等等。除了天然明渠與人工明渠以外，排水管道是明渠的又一種種類。泄洪溝與地下水排水管道是為人們所熟知的明渠。泄洪溝一般呈倒立的梯形形狀，這樣可以更好的提高泄洪溝泄洪能力，有效減緩特定時(shí)期過多的水量對(duì)泄洪溝渠道的渠道壁帶來的強(qiáng)大壓力。地下水排水渠道則因?yàn)槠涔δ芴厥庑裕谠O(shè)計(jì)施工時(shí)需要對(duì)其空間面積做詳細(xì)規(guī)劃，因?yàn)榈叵滤潘疁现胁粌H過水，污水所產(chǎn)生的各種氣體，也會(huì)慢慢對(duì)地下水排水溝渠的形狀等各方面要素產(chǎn)生影響。

（二）合理設(shè)定障礙物設(shè)施的開啟角度

上文已經(jīng)論述過明渠均勻流形成過程中會(huì)遇到的破壞性因素，障礙物是其中常見的影響因素之一。在大多數(shù)明渠中，水壩或者泵站這些設(shè)施普遍存在，當(dāng)水流經(jīng)過這些設(shè)施的時(shí)候，自然會(huì)形成一個(gè)水流回旋，水流與物體之間所產(chǎn)生的摩擦力存在一定程度的摩擦力，這些摩擦力會(huì)很大程度上會(huì)降低流水的水流速度，而且單位時(shí)間內(nèi)的單位面積內(nèi)明渠的過水量也會(huì)受到影響。因此，相關(guān)研究人員經(jīng)過嚴(yán)密的計(jì)算，確定一個(gè)合理的設(shè)施開啟角度，是明渠均勻流施工設(shè)計(jì)的重要策略之一。

結(jié)語

水利工程建設(shè)施工是一個(gè)嚴(yán)密的系統(tǒng)工程，每個(gè)細(xì)節(jié)都會(huì)對(duì)整體施工進(jìn)度與工作質(zhì)量帶來影響。水利明渠均勻流的施工設(shè)計(jì)是整個(gè)水流施工建設(shè)的重要組成部分。相關(guān)領(lǐng)域工作人員應(yīng)該不斷深入對(duì)明渠均勻流設(shè)計(jì)施工的研究，理論結(jié)合實(shí)際，在實(shí)地施工作業(yè)中不斷總結(jié)工作過程中的經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)，優(yōu)化施工方案，升級(jí)施工技術(shù)，從而有力的推動(dòng)我國水利工程的不斷發(fā)展。

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