渠涵水力计算书

排水沟水力计算书
在这本书中，会介绍以下内容：
1.排水沟的基本概念和原理：首先会对排水沟的类型、结构
和功能进行介绍，以及排水沟在水文学和水力学中的基本原理。

2.水流计算方法：介绍不同的水流计算方法，包括曼宁公式、切尔尼河壁公式等，以及其在排水沟水力计算中的应用。

3.水力参数计算：探讨排水沟中的水力参数，如水流速度、
水面宽度、水深等的计算方法。

这些参数是评估排水能力和选
择合适排水沟尺寸的基础。

4.断面形状的选择：根据排水沟的功能和水文条件，介绍如
何选择合适的排水沟断面形状。

不同的断面形状会对排水能力
产生重要影响。

5.水流分布和水力损失计算：讲解水流在排水沟内的分布情
况和水力损失计算，以确定排水沟的水力特性和性能。

6.垃圾和沉积物管理：提供处理排水沟中的垃圾和沉积物的
方法和建议，以确保排水沟的通畅和维护。

7.实例分析：通过一些实际工程案例，展示如何应用计算方
法和原理，解决排水沟水力计算问题。

通过这本书，你将深入了解排水沟的水力学原理和计算方法，掌握评估和设计排水沟水力性能的技巧。

它将帮助工程师和规
划者有效地解决排水系统的设计和管理问题，并确保排水沟在各种条件下正常运行。

1 水力计算一、水面线计算⑴河道洪水水面线的计算方法采用河道恒定非均匀流的伯努利方程式，其计算公式：jf h hg V Z g V Z +++=+2222222111αα式中 α1、α2 — 断面流速不均匀系数；Z1、Z2 — 上、下游断面水位(m)；V1、V2 — 上、下游面平均流速(m/s)；f h —沿程阻力水头损失(m)，L K Q h f ∆⋅=22，其中△L 为河段长；j h —局部水头损失(m)，)22(211222g V g V h j ααζ-=，其中ζ为损失系数；顺直河道及收缩河段ζ＝0，逐步扩散河段ζ＝0.3～0.5，急剧扩散河段ζ＝0.5～1.0。

Q — 计算河段流量(m3/s)；K —上、下游断面平均流量模数，321AR n K =；A — 断面面积(m2)；R — 水力半径(m)。

（2）桥梁的过流能力计算：当桥面较高时，一般不会漫桥，其壅高根据《水利动能设计手册》防洪分册中的公式进行计算，公式如下： ])()[(223332233h h h b B g V h ∆+-∑=∆εα33Bh Q V =式中 Q — 设计流量(m3/s)；B — 无桥墩时的截面宽度(m)；B — 两桥墩间的净宽(m)；h3 — 桥墩下游正常水深(m)；△h3 — 最大壅水高度(m)；a — 动能修正系数，取1.1；ε — 过水断面收缩系数，ε = 0.85～0.95。

（3）涵洞水利计算：采用无压流计算公式进行计算Q=σξmB（2g）^0.5*H0^1.5 H0=H+αV2/(2g)σ=2.31*hs/H0(1- hs/H0)^0.4 hs=h-iL(短洞)ξ——侧收缩系数；σ——淹没系数h——下游水深 hs——进口水深L——洞长 i——坡降H0——行近水头 m——流量系数B——宽度经过计算水面线结果如下2 挡土墙抗滑计算书本次挡土墙计算选用最大断面即桩号0+226.7处进行计算，稳定计算采用《水利水电工程设计计算程序集》v3.0中的‘挡土墙稳定与应力计算程序’（G－9），其软件说明如下：Ｇ－９挡土墙稳定与应力计算程序（重力式、半重力式、衡重式、悬臂式）作者廖先悟（湖北省水利勘测设计院）一、程序的功能特点挡土墙是较常见的土建工程建筑物之一，对其计算虽然不算困难，但由于计算条件变化较多，尤其对于地下水位、填土高度、断面型式等变化较多的情况，计算工作量仍然是很繁重的。

第一章明渠水力计算明渠水力计算分为明渠均匀流计算及明渠非均匀流计算，这不仅是渠道工程设计的主要计算项目，也是灌区水工建筑物设计中最基本的水力计算项目。

在渡槽、涵洞、陡坡等建筑物的设计中，常需推算水面线，水面线的推算属于明渠非均匀流计算。

消能计算中的下游尾水深计算及渡槽槽身的水力计算都是明渠均匀流计算；水面线计算中的正常水深也是按明渠均匀流计算。

因此本书将首先在此简要介绍明渠水力计算。

第一节单式断面明渠均匀流水力计算一、计算公式明渠均匀流的基本计算公式如式(1—1)一式(1—3)；二、计算类型根据设计条件及要求，单式断面明渠均匀流一般可分为以下(种计算情况：(1)已知设计流量、渠底比降及渠底宽，计算水深。

(2)已知设计流量，渠底比降及水深，计算渠底宽。

(3)已知设计流量及过水断面面积、计算渠底比降。

(4)已知过水断面面积及渠底比降，计算过水流量。

上述第(3)、(4)两种情况可由式(1—1)直接求得计算结果，但不是设计中的主要计算情况．第(1)、(2)两种情况，因式(1—1)中的w、R、C 等值均包含有渠底宽及第1页水深两个未知数，因此不可能由式(1—1)简单求解，而需要经过反复试算才能得到计算结果，这两种是设计中常见的情况，为了减少计算工作量，过去多是借助有关的计算图表进行计算，现在则可采用电算。

三、算例现以算例介绍单式断面明渠均匀流不同计算情况的计算方法和步骤。

[例1—1，已知某梯形断面渠槽的渠底宽为b＝1．5m，水深为h--3．2m，边坡系数[例1—2] 已知某梯形断面渠槽的设计流量为Q＝20．07m^3／s，渠底宽为b--1．Sm，边坡系数为m--2．5，渠底比降i=1／7000，糙率为n=0．025。

试计算渠道水深。

解：本倒不可能由式(1—1)一次算出水深，需通过假定不同的水深反复试算才能求得所需值。

计算步骤是首先假定一个水深值，计算相应的w、R、C等值，然后按式(1—1)计算过水流量，如流量计算值小于设计流量，表明假定的水深偏小，再加大水深值重新计算；反之，则表明假定的水深偏大，再减小水深值重新计算，如此反复多次，直至按假定的水深计算的过水流量渐进等于设计流量时，该水深即为所求水深。

明渠均匀流水力计算书
项目名称_____________日期_____________
设计者_____________校对者_____________
一、示意图：
二、基本设计资料
1．依据规范及参考书目：
武汉大学水利水电学院《水力计算手册》（第二版）
中国水利水电出版社《灌区建筑物的水力计算与结构计算》（熊启钧编著）2．计算参数：
计算目标: 计算流量。

正常水深ho = 3.20 m，渠底比降i = 1/7000，底宽（或半径）b = 1.50 m
渠槽为梯形断面：
左侧边坡系数m1 = 2.500，右侧边坡系数m2 = 2.500
糙率n = 0.0250
三、计算依据
1．明渠均匀流基本计算公式：
Q ＝ω×C ×（R ×i）1/2
R ＝ω/ χ
C ＝ 1 / n ×R1/6（曼宁公式）
以上式中：Q为流量，m3/s；ω为过水断面面积，m2；R为水力半径，m；
χ为湿周，m；i为渠底比降；C为谢才系数，m0.5/s；n为糙率
四、计算结果
过水断面面积ω= 30.400 m2，湿周χ= 18.733 m
水力半径R = ω/χ= 30.400/18.733 = 1.623 m
谢才系数C = 1/n×R1/6 = 1/0.0250×1.6231/6 = 43.362 m0.5/s
过水流量Q = ω×C×（R×i）1/2
= 30.400×43.362×（1.623×1/7000）1/2 = 20.071 m3/s。

渠涵水力计算书项目名称_____________日期_____________设计者_____________校对者_____________一、示意图：二、基本设计资料1．依据规范及参考书目：武汉大学水利水电学院《水力计算手册》（第二版）中国水利水电出版社《涵洞》（熊启钧编著）2．计算参数：计算目标: 已知断面尺寸、纵坡求总水面降落。

洞身型式: 矩形断面。

进口渐变段型式: 扭曲面；出口渐变段型式: 扭曲面。

设计流量Q = 20.000 m3/s洞内水深= 2.700m洞身宽度B = 2.500m洞身长度L = 900.000m 糙率n = 0.0140洞身纵坡i = 0.0005600上游渠道水深h1 = 3.000m；下游渠道水深h2 = 3.000m上游渠道流速v1 = 0.702m/s；下游渠道流速v2 = 0.702m/s上游渠道底部高程▽1 = 100.000m三、计算过程1．进口水头损失（水面降落）计算洞身流速：v = Q/A = 20.000/6.750 = 2.963 m/s进口渐变段型式为扭曲面，取进口水头损失ξ1 = 0.10进口水头损失（水面降落）计算公式为：z1= (1+ξ1)×(v2-v12)/2/g= (1+0.10)×(2.9632-0.7022)/2/9.81 = 0.465 m 2．出口水面回升（恢复落差）计算出口渐变段型式为扭曲面，取进口水头损失ξ2 = 0.30出口水面回升（恢复落差）计算公式为：z2 = (1-ξ2)×(v2-v22)/2/g= (1-0.30)×(2.9632-0.7022)/2/9.81 = 0.296 m 3．总水头损失（上下游总水面降落）及各部位高程计算总水头损失（上下游总水面降落）值为：z = z1 + i×L - z2= 0.465 + 0.0005600×900.00 - 0.296 = 0.673 m 上游渠道水位为：▽2 = ▽1+h1 = 100.000+3.000 = 103.000m 涵洞进口底部高程为：▽3 = ▽2-z1-h = 103.000-0.465-2.700 = 99.835m 涵洞出口底部高程为：▽4 = ▽3-i×L = 99.835-0.000560×900.00 = 99.331m 出口渐变段末端(下游渠道)水位为：▽5 = ▽2-z = 103.000-0.673 = 102.327m出口渐变段末端(下游渠道)底部高程为：▽6 = ▽5-h2 = 102.327-3.000 = 99.327m。

排水涵洞1、工程布置为消除某区废石堆形成废渣流，在废石堆东北侧冲沟位置修建196m长排水涵洞，排水涵洞进口地面标高908.10m，出口地面标高818.50m。

2、结构设计排水涵洞采用浆砌石块拱形断面，长196m（其中进口2m为喇叭口），宽1.8 m ，高 2.2m。

基础采用 0.4m×1.55m 条型基础，涵洞内底铺设 0.2m 的 C20砼护底，基础和护底下铺设0.1m 厚的碎石垫层，侧墙高 1.9m，侧墙顶厚0.95m，底厚 1.3m，拱矢高0.3m，拱顶厚 0.3m，拱脚厚 0.5m，拱弧半径 1.5m。

对于底板较陡地段需设消力坎。

消力坎断面为直角三角墩0.5*0.5 m（高 * 宽）, 坡降 1:0.208-1 ：0.737（详图见图册）。

具体尺寸计算如下：平拱的矢高 f 与跨度 l 比 f/l 一般在 1/5～ 1/10。

取 f/l=1/6 则 l=180cm，f=300cm,r=150cm。

1）拱顶厚度，采用石拱f0 =1.57（r+l/2 ）0.5+6=1.57（150+180/2）0.5=30.3cm。

取 t0=30cm。

拱角厚度： t1(1.5～ 2.0)t0=45～ 60cm。

2）侧墙顶厚： a=0.2r+0.1f+60=0.2×150+0.1×300+60=120cm。

3、流量及强度验算（1）排水涵洞断面流量校核：水力计算：Q P=φ S P F3式中： Q P—流量（ m/s ）φ—径流系数（因比较陡峭，取0.9 ）S P—设计降雨强度（ 90.7mm/h）F—汇水面积 (m2)Q P=0.9*90.7/1000/3600*1.31*10 6 =29.70 m3/s排水涵洞水力计算：排水涵洞过流量计算公式：Q=WC（ Ri ）0.521/3i1/2/n =W(R)公式中： Q—断面过流量i—排水涵洞水力坡降R—水力半径 (m)C—流速系数 (m2/s)W—过流断面面积 (m2)R=（b+mh）h/[b+2(1+m 2) 0.5 h]W=(b+mh)hm=ctgθ，为边坡系数，θ为边坡顶角b=沟底宽 (m)h=水深（ m）n=粗糙率（取 0.017 ）Q=1.8*2.2*0.6391/6/0.017*(0.639*0.20)0.5=77.283（m/s ）坡降为 1：0.20 的能满足设计要求。