棱柱形渠道复式断面临界水深线情况分析

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【摘要】在棱柱形渠道中，一般类型的渠道断面只有一条临界水深线，但对于复式断面，情况却有所不同。本文根据临界流的产生条件，推论得出复式断面临界水深线的分布情况。

【关键词】棱柱形渠道；复式断面；临界水深

临界水深线是判别水面曲线变化规律的必备条件之一，在一般棱形渠道中，临界水深线也是一条等深线，并用K-K线来表示；在棱柱形渠道中正常水深线也是一条等深线，并用N-N线来表示，根据以上两条等深线在各类渠道中的相对位置，把恒定渐变流水面线的变化规律分为五区十二线，水面曲线为哪一种类型是可以通过一定的已知条件作定性分析的，在此不再赘述。

一般类型的渠道断面指由一个简单几何图形组成的断面，如矩形、梯形、圆形、半圆形、三角形、抛物线形等，其中较常见的是矩形、梯形和圆形；在这类渠道中要满足临界流条件ω3 /B=αQ2/g（该式以下称为①式），ω3 /B可表示为ω2 h’ ，其中h’为水面宽度是B时的平均水深，即ω2 =αQ2/g；由于若ω增大，则h’也增大，而恒定流量Q不变，即αQ2/g=C，则当ω增大时，ω2 h’将不等于αQ2/g。所以满足①式的h’必是一个唯一的数值，由此说明一般渠道中某一断面临界水深h’为一定值，而棱柱形渠道断面形状沿程不变，所以临界水深浅是一条唯一的等深线，和渠道底坡无关。这条等深线作为明渠渐变流划分水面曲线的必备条件之一。

但在复式断面渠道中情况就有所不同。复式断面河渠包括复式断面渠道（人工开挖的）和复式断面河道（天然河道，又称为宽浅式河渠），这两种河渠的共同特点是都具有一个河槽和至少一个河滩。一般情况下，河槽深而窄而河滩宽而浅，在平滩水位（又称为中水位，即滩与槽分界处的水位）上，水面宽度有突变，即水面宽度由槽过渡到滩槽共有，水面宽度有突然性的增大，相应的平均水深会由大变到小，即此水位下会有两个平均水深 ，我们把槽处的平均水深暂设为 h’1 ，滩槽共有时的平均水深为h’2 。则h’1 必大于 h’2（因为水面宽度B2大于B1，而过水面积ω1=ω2），若临界水深hkh’1，则槽内无临界水深，而滩槽共有部分会有一个临界水深hk（只要河滩水深足够大）。用过水面积ω随水深h的关系曲线表示如图1-图4所示：

结论

棱柱形渠道复式断面可能出现两条临界水深线，其一在槽内，其二在滩槽共有部分；也可能只有一条临界水深线，这条线出现在槽内，也可能出现在滩槽共有部分。