水利明渠均勻流施工設計分析

楚雄欣源水利水電勘察設計有限責任公司

摘要：水利建設是關乎國家發展的重要方面。明渠均勻流的施工設計是在水利建設工作中經常被用到的一種設計方式。水利明渠均勻流施工設計的好壞關乎河道對水流的承載力，與整個河道的安全性也息息相關。本文首先簡要明確了明渠均勻流的概念。其次，筆者對明渠均勻流的特點進行了簡要分析。再次，筆者具體闡述了明渠均勻流的產生條件。最后，筆者提出了幾點明渠均勻流的施工設計策略。

關鍵詞：均勻流；產生條件；策略

隨著我國水利工程建設的快速發展，相關研究人員不斷深入研究水利建設的各個設計要點。其中，對于水利明渠均勻流的施工設計成為研究人員研究工作的重點。水利明渠均勻流的施工設計與水庫、城鄉供水、農田灌溉等工程息息相關。因此，對于水利明渠均勻流的施工設計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的，如果在明渠中流淌的水流的運動時間、運動速度、運動流量等各方面要素沒有隨時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行速度在整個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。

實際生活中，明渠均勻流的理想狀況很難發生。因為只有在河道形狀規則，河道坡面土質或者石質均勻的情況下，水流才有可能出現呈一條直線的現象。這其中還要參雜各種外界環境的各方面因素。在現實生活中，天然河道的形狀都是不規則的，因此，明渠均勻流的狀況很難實際發生。相關研究證明，順直的棱柱體明渠河道相對規則，其渠道的長度可以彌補渠道寬窄的不足，水流在剛離開明渠渠道進口，或者水流在即將離開渠道出口的時候，這兩個階段的水流相對流速平穩，流量穩定。因此，專業人士認為，在明渠均勻流理想狀況不存在的情況下，可以將這兩個階段的水流視為明渠均勻流。從這個角度來看，明渠均勻流是一個相對化的概念。

二、明渠均勻流的特點

明渠均勻流的主要表現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都是保持不變的。這一點如果科學合理的被應用到具體的施工建設工作當中，會給相關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量。從這個點出發，我們可以總結出明渠均勻流的兩個具體特點。主要表現在以下幾個方面。

（一）水流經過斷面的狀態具有恒定性

上文已經指出，明渠均勻流的發生對于渠道的形狀規則，渠道的深淺等各方面要素有著嚴格的要求。因此，在這種狀況下，水流經過與渠道的交接面的狀態具有恒定性。具體表現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，這些要素也不會隨著水流流程的增長而發生變化。

（二）水流經過斷面的速度具有恒定性

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

三、明渠均勻流的產生條件

上文我們已經對明渠均勻流的特點進行了相關闡述，因此，其特點也就相應的帶來了其產生條件的特殊性問題。明渠均勻流的產生條件主要表現在以下幾個方面。

（一）恒定水流是明渠均勻流產生的前提

水流的恒定與否是區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象。因此，要想實現明渠恒定流，首先要保證水流的恒定性，主要表現在其速度的恒定性與水質狀況的穩定性兩個方面。在實際的施工建設過程中，水質狀況是相關工作人員經常忽略的一個問題。實質上，水質狀況會無形中產生潛在的水力摩擦力，渾濁的水質會導致水流速度的減緩。更為復雜的是，在水流的整個流淌里程發生過程中，水質的狀況變化是一個慢慢凸顯的過程。

（二）保持水量穩定

在實際生活中，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，明渠均勻流的產生就需要保持渠道內流淌水量的穩定。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階段的各項指標不會發生改變。

（三）明渠形狀要規則

嚴格意義上說，明渠均勻流的概念是一個理想化的概念。根據相關數據研究，只有在順直棱形渠道中，明渠均勻流才可能近似發生。因此，明渠均勻流的實現對于明渠形狀與規則提出很高的要求。同樣是棱形渠道，非順直的明渠就很難出現均勻流現象。

（四）斷面形狀要穩定

水流在渠道內流淌過程中，與渠道壁發生交接，產生水流斷面。即使是在順直的棱形渠道中，如果某一個階段的渠道壁形狀發生改變，比如渠道內壁內凹或者外凸，都會對均勻流的產生造成嚴重影響。渠道壁的內凹與外凸直接改變了單位時間內渠道過水量。在這種情況下，更為明顯的癥狀就是水流不再呈現一條平直的直線。因此，要想渠道均勻流的產生，必須要保持斷面形狀的穩定性。

（五）渠道抗干擾性要強

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

四、明渠均勻流的施工設計策略

（一）有針對性的設計明渠橫斷面的形狀

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則，情況較為復雜。人工明渠橫斷面一般是對稱的幾何形狀，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，有效減緩特定時期過多的水量對泄洪溝渠道的渠道壁帶來的強大壓力。地下水排水渠道則因為其功能特殊性，在設計施工時需要對其空間面積做詳細規劃，因為地下水排水溝中不僅過水，污水所產生的各種氣體，也會慢慢對地下水排水溝渠的形狀等各方面要素產生影響。

（二）合理設定障礙物設施的開啟角度

上文已經論述過明渠均勻流形成過程中會遇到的破壞性因素，障礙物是其中常見的影響因素之一。在大多數明渠中，水壩或者泵站這些設施普遍存在，當水流經過這些設施的時候，自然會形成一個水流回旋，水流與物體之間所產生的摩擦力存在一定程度的摩擦力，這些摩擦力會很大程度上會降低流水的水流速度，而且單位時間內的單位面積內明渠的過水量也會受到影響。因此，相關研究人員經過嚴密的計算，確定一個合理的設施開啟角度，是明渠均勻流施工設計的重要策略之一。

結語

水利工程建設施工是一個嚴密的系統工程，每個細節都會對整體施工進度與工作質量帶來影響。水利明渠均勻流的施工設計是整個水流施工建設的重要組成部分。相關領域工作人員應該不斷深入對明渠均勻流設計施工的研究，理論結合實際，在實地施工作業中不斷總結工作過程中的經驗教訓，優化施工方案，升級施工技術，從而有力的推動我國水利工程的不斷發展。

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