渠道水力计算类型.docx

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1、渠道水力计算类型在水利工程中，梯形渠道应用最为广泛，因而后面以梯形断面为代表，讨论渠道的水力计算方法。因明渠流量计算公式Q = - ny/1 A5/3Th将梯形的面积A = S + 湿周% = b + 2hyl 1 + m2代入上式得(6-17)z)六个(6-17)z)六个4i S + m/z)/z5 3Q n b + 2/zTl + m72 3那么。=于,这说明，梯形断面水力计算存在着(。、b、h、m、n、 变量。通常渠道的边坡系数机和糙率系数外可由渠的地质情况、施工条件、护面材料等实 测确定，或由经验查表确定。那么渠道的水力计算主要是流量计算、正常水深计算、渠宽度计 算及渠底坡度计算。明渠

2、均匀流的水力计算问题，可分为两大类：一类是对已建成的渠道进行计算，如校核 流速、流量、糙率和底坡；另一类是按要求设计新渠道，如确定底宽、水深、底坡、边坡系 数或超高等。一、已成渠道的水力计算已成渠道的水力计算任务是校核过水能力及流速，或由实测过水断面的流量反推粗糙系 数和底坡。下面以例题形式来说明。1 .流量和流速的校核【例6-3】某灌溉工程粘土渠道，总干渠全长70km,糙率 =0.028,断面为梯形，底宽为8m,边坡 系数加=1.5,底坡i= 1/8000,设计流量。为40m3/s。试校核当水深为4m时，能否满足通过设计流量的要 求。解：(1)流量校核由于渠道较长，断面规那么，底坡和糙率固定

3、，故可按明渠均匀流计算。因：A = (/? + mlt)h = (8 4-1.5 x 4) x 4= 56 (m2)x = b + 2/zVl + m7 = 8 + 2x4xVl + 1.52 = 22.42 (m)a 56水力半径：R =2.498 mx 22.42谢才系数：c = J_r%=1 x2.498% =41.6 m1/2/sn 0.028流 量 。=AcKi = 56x4L6x,2.498x(1 /8000) =41.17 m3 /s(2)流速较核：v = = 41,17 = 0.74(m/s) 不淤=0.5m/sA 56查表6-4粘土渠道，不冲流速允许值为(0.750.85)

4、m/s,水力半径为2.498m, 那么实际允许流速为u不冲=u H =(0.75 0.85)x(2.498)% =0.9421.07m/s因计算流量大于设计流量，那么满足能过设计流量的要求；实际流速满足不冲、不淤允许流速要求。2 .确定糙率值计算对于已成渠道，为了检验采用的糙率系数是否符合实际，或当渠道运行一段时间后，为 了检验糙率是否发生变化，选择一段长度适中的明渠均匀流段，实测出。、工反推糙率n值。【例6-4】某矩形有机玻璃水槽，底宽b= 15 cm , 7K深 = 6.5 cm ,底坡i = 0.02,槽内水流系均匀 流动，实测该槽通过的流量。=17.3 L/s,求糙率为多少？解：根据明

5、渠均匀流公式：Q二AC病推导得：n = RiQ因A = bh = OA5 x 0.065 = 0.00975 m2z = /7 + 2/z = 0.15 + 2x0.065 = 0.28 m0.009750.28=0.0348 m那么:得滔%=x0.0348%0.02%=0.0085答:该有机玻璃槽的糙率为0.0085。3 .计算底坡【例6-5根据某渡槽中部水流为明渠均匀流， =0.017， = 200m,矩形断面，底宽 = 2m,当水深 = 1.0m时，通过的流量Q = 3.3011?/s。问该渡槽底坡为多少？两断面的水面落差为多少?分析：根据明渠均匀流特性可知，底坡i =?/,那么水面落差

6、等于渠底高差。解：根据明渠均匀流公式：。=ACJ后推得如下公式：a2c2rA = bh = 2xl = 2 m27 = Z? + 2/z = 2 + 2xl.0=4ma 2R = = = 0.5mZ 4C=-R=n：Q2-x 0.5% = 52.4 m,/2 /s0.0173.32A2C2R 22x52.42 x0.5Az = = 0.002 x 200 = 0.4 米。=0.002答：该渡槽底坡为0.002,水面落差为0.4米。二、新渠道的水力计算新设计渠道水力计算的任务主要是根据具体土质、地形、渠道设计流量和使用要求等选 择断面形式，设计过水断面尺寸，或确定渠道的底坡对梯形和矩形断面主要计

7、算渠底宽仄 正常水深力o,也就是说：。、m、几、i求法 和山 工程中一般是根据具体要求确定一个值，求出另一个值，或确定宽深比夕求b和加。 过水断面的大小确定方法很多，选用哪一种从组合，工程上常用经济技术比拟来确定。 下面介绍各种计算方法。1 . 一般断面试算法求对于梯形断面即为己知。、八小八力求加的根据 q = ac = k&,(因k = acJ)令 4=K(),那么明渠水流应满足K=Ko。4i因Ko，设人 求出K。当假设后求出的K与Ko相等时，那么说明假设成立，假高 的即为所求，试算结束。如果K。时，那么要继续假设，求出K值，直到K=Ko为止。2 .梯形断面的迭代试算法(1)。、掰、n、i、

8、b,求o整理得M八4 (0 + 加2% 3，多(6-18): Q - t /12万n b + 2/il + m2 h+mh.(6-18)迭代水深时可取初值为4o)=(孚)6将式中的边坡系数m取为零，可得矩形断面正常水深的迭代计算公式:。 彷+ 2勺产(6-19)(6-19)%)=学(2)当加、n、i、h,求b 由面积公式直接导出迭代公式：)0.6彷 I + 2Wl + m2)0-4Jmh(6-20)以上各式中/代表迭代次数。具体的迭代过程为：先计算出式中的常数项，然后设一初 值()或(仇。)，代入迭代式的右边，解出力；将华)代回到公式右边的未知项中，解 出(2)，即完成了一个迭代过程。如此重复

9、迭代，直到代入的值与计算出的值十分接近， 差值小于0.01即可，那么最后计算得到的水深即为正常水深。3 .图解法求由于传统的计算方法比拟麻烦，计算工作量大，为简化计算，可利用图解法。当b 求可利用附录I的正常水深求解图；当心求6时，那么用附录n的均匀流底宽求解图。 图解法的步骤以b求为例，方法步骤如下(1)计算设计流量所对应的流量模数K0：x = b + 2/za/Tn A 0.84A =Z 2,5=0.336 m 设水深/l =0.6 m,求出相应的K值，看与K0值是否相等。 A = (Z? + mh)h = (0.8 + l.()x 0.6) x 0.6 = 0.84 m4-m2 =0.8

10、 + 2 x 0.671 + 1.02 = 2.5 mCR% =!x0.336% = 33.352ml/2/ s n 0.025K = AC4R = 0.84 x 37 x Vo.336 = 16.25 25.3 m3/s那么重新假设水深，进行试算，列表(6.9),并绘制K曲线，查曲线得0=0.75m表6-9正常水深试算表假设水深 H(m)面积 A(m2)湿周Z(m)水力半径 R(m)谢才系数 C(m1/2/s)流量模数 K(m3/s)0.40.481.9310.24931.7177.6020.50.652.2140.29432.61011.4850.60.842.4970.33633.358

11、16.250.71.052.7900.37834.00821.9470.81.283.0620.41834.58728.62(2)迭代试算法将数代入试算公式=(华)%包2匹适I,整理得:Ji b+mhh = 0.759h = 0.759(0.8 + 2.828/7)s40.8 + h首先设水深力趋近于零，代入上式那么得，再将加=0.868代入上式得2=0.730,如此迭代如下表，最后得 h o为 0.75 m表(6-10)正常水深迭代试算表迭代次数012345水深hj-00.8680.7300.7560.7510.752水深hj+i0.8680.7300.7560.7510.7520.752(

12、3 )图解法 计算设计流量所对应的流量模数K。：Q 0.8q 八j= - /= 25.3m3/s A护67计算 _K4i Vo.ooi0.8267=0.87附录 I 得 hjb = 0.94，那么 % =与 b = 0.94x0.8 = 0.752m 最后取正常水深为0.75m。4 .梯形断面选择宽深比，求出加和仇根据工程经验，查相关资料，选择合适的宽深比，那么可直接求出生和加。b公式推导：因 那么人=用，将其代入前迭代式中，即可推导出如下公式:h( + 2，1+机2)%(夕+加)%( + 2，1+机2)%(夕+加)%(6-21).根据梯形水力最正确断面计算断面b由水力最正确断面=7 = 2(

13、J1 + 77? 一根)代入上式整理得= L189QV1(2jl +-m)(6-22)bo= AAA)= (4 + mhq)%水力最正确断面宽深比。【例 6-7】 某渠道 Q = 3.2m3/s,m=1.5, i = 0.0005, =0.025, u 不冲= 0.8m/s, p 不淤= 0.4m/s,试 按水力最正确断面计算过水断面的大小。解： 根据7=1.5, Bm 上=2(J1 +_ 2)计算得由 =0.61m h(2)按式(6-)计算水深 nQ 1% r 0.025 x3.2-.3/h t L189 下一r= L189 /二/ = 1.45 mVz(2Vl + m2 -m)7(1000

14、5 (2V1 + 1.52 -1. 5)(3)计算底宽bQ = - = 0.61 xl.45 = 0.88 m取底宽为0.9m。所以，水力最正确断面的尺寸为：正常水深为1.45m,底宽为0.9m。5 .实用经济断面由渠道断面宽深比确实定可知，水力最正确断面多为窄深型断面，仅指输水能力最大，并 不一定是最经济断面。因此，工程中提出了一种比拟宽浅的断面，一方面使过水断面面积不 会增加太多，仍保持水力最正确断面工程量最小的优点，另一方面使水深和底宽具有较大的选 择范围，使渠道宽浅些，以克服水力最正确断面的缺点，满足各种不同的要求，这种断面叫做 实用以济断面。参考标准一书。梯形实用经济断面与水力最正确

15、断面的水力要素关系：a = %/A/4 =(&/?)% =(A/Azo)%(6-23)(/%)2 - 2a25 (%/ %) +。= 0(6-24)- bl h- /z0)2 2(1 + z;:2)12 - tn- m(6-25)式中Q水力最正确断面流速(或过水断面面积)与实用经济断面流速(或过水断 面面积)之比。A、u、h、无、R、b、”均为实用经济断面的水力要素。a 夕和加、力/%关系见表6.11。计算步聚：(1)。、n、m、i按公式(6-22)计算%值;(2)按公式bo = ,A)计算出力;(3)计算与0、尻、2对应的梯形断面的4、&、R。及与。对应的分；(4)由表(6-11)查出与 a

16、 =1.00、1.01、1.02、1.03、1.04 相应的0/%,以及与。、加相 应的夕值，并分别计算相应的和6值。表6-11 a4和2、h/ho关系表ma1.001.011.021.031.04h/ho1.0000.8230.7610.7170.6830.002.0002.9823.5254.0074.4590.251.5622.4512.9413.3803.7890.501.2362.0892.5582.9783.3700.751.0001.8602.3322.7563.1521.000.8291.7272.2212.6633.0761.250.7021.6602.1872.6603.1

17、011.500.6061.6402.2102.7193.1941.750.5311.6522.2682.8203.3362.000.4721.6862.3542.9533.5112.250.4251.7382.4603.1083.7122.500.3851.8022.5823.2813.9322.750.3521.8762.7143.4664.1663.000.3251.9572.8563.6614.4123.250.3012.0453.0043.8644.6663.500.2802.1373.1584.0744.9283.750.2622.2333.3164.2885.1954.000.24

18、61.3323.4794.5085.467(5)按公式(6-23)分别计算与a =1.00、1.0k 1.02、1.03、L04相应的小力和R值;(6)将以上 5 组。、/%、0、h、b、A、u、R值列入下表(6-12)。表(6-12)实用经济断面水力要素表ah/hohbVAR(1)(2)(3)(4)(5)(7)(9)(7)根据表(6T2)所列的数据绘制人=/(0和U = /)渠道特性曲线；(8)根据渠段地形、地质条件。在渠道特性曲线图上选定设计所需的、机u值;(9)计算与设计选定的、6值相应的A、x、K值。三、渠道平安超高确实定为了保证不使风浪引起渠水漫溢，保证渠道平安运行，渠道堤顶应高于渠道的加大水位, 要求高出的数值称为渠道的平安超高。超高确实定是根据不同的渠道的用途和工程要求来确定的。初步确定时可参考表6-13o表67 3渠道平安超高值最大流量(m3/s)5050 10 10超 高(m)1.0以上1.0 0.60.4