渠道水力计算程序

1、上游渠道水深h 01.1 已知数据上游渠道设计流量（m 3/s ）：Q=5 上游渠道断面参数：底宽（m ）:b=1.4边坡系数：m=0底坡：i=0.01渠床糙率：n=0.0181.1 用试算法计算上游渠道水深h 02、下游渠道水深h 0计算2.1 已知数据下游渠道设计流量（m 3/s ）：Q=5 下游渠道断面参数：底宽（m ）:b=1.4边坡系数：m=0底坡：i=0.012渠床糙率：n=0.0182.2 用试算法计算下游渠道水深h 03、渡槽底坡i 、槽身净宽B 、净深H 设计3.1 已知数据渡槽长度（m ）：L=105渡槽设计流量（m 3/s ）：Q=5渡槽加大流量（m 3/s）：Q=6渡槽糙率：n=0.018渡槽纵坡：i=0.0144、渡槽总水头损失计算进口段局部水头损失系数：ξ1=0.1出口段局部水头损失系数：ξ2=0.3允许水头损失（m ）：［△Z ］=1.61取出口渐变段长度（m ）：L 2=106、进出口槽底高程计算6.1 已知数据进口前渠底高程（m ）：▽3=1445.99计算：校核：审查：日期：日期：日期：陈军编制贵州省水利水电勘测设计研究院上游渠底高程1445.99i=0.01下游渠底高程1444.52i=0.012渡槽105m i=0.014提示一：计算稿中未着色部分需要你手工输入数据，着色部分为自动计算数据。

提示二：计算稿中所列计算公式参见《灌溉与排水设计规范》及有关水力学书籍。

提示三：本计算稿采用C5(162×229mm）排版，接近16K。

提示四：梁式渡槽满槽时槽内水深与水面宽度的比值一般取0.6～0.8；拱式渡槽可适当减少。

提示五：槽身过水断面的平均流速宜控制为1.0～2.0m/s 。

提示六：局部水头损失系数查《灌溉与排水工程设计规范》P110页表示六：局部水头损失系数查《灌溉与排水工程设计规范》P110页表M.0.2-1和M.0.2-2。

口槽底高程=1444.52m。

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。

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32352132==x A n i i R n A Q ，将梯形的面积h mh b A )(+=、湿周212m h b ++=χ代入上式得[][]32235+12++=mh b h mh b n i Q )( (6-17) 则),,,,(=i n m h b f Q ，这说明，梯形断面水力计算存在着（Q 、b 、h 、m 、n 、i ）六个变量。

通常渠道的边坡系数m 和糙率系数n ，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。

则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n =0.028，断面为梯形，底宽为8m ，边坡系数m = 1.5，底坡i=1/8000，设计流量Q 为40m 3/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，断面规则，底坡和糙率固定，故可按明渠均匀流计算。

因： 4)45.18()(⨯⨯+=+=h mh b A = 56（m 2）42.22=5.1+1×4×2+8=+12+=22m h b x （m ）水力半径： 42.2256==x A R = 2.498 m 谢才系数： 6161498.2028.011⨯==R n C = 41.6 m 1/2 / s流 量 =)8000/1(×498.2×6.41×56==Ri AC Q 41.17 m 3 /s(2) 流速较核：74.0=5617.41==A Q v （m/s ）>不淤v =0.5m/s查表6-4粘土渠道，不冲流速允许值为（0.75～0.85）m/s,水力半径为2.498m, 则实际允许流速为()=498.2×)85.0~75.0(==41αR 表不冲v v 0.942～1.07m/s因计算流量大于设计流量,则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。

5.8渠道工程5.8.1工程布置XX水库干渠灌区，位于XX河右岸，总灌溉面积6229亩。

根据灌区的实际情况，灌溉渠系分干、斗、农三级布置，干渠属盘山渠道，基本沿等高线布置，渠道底坡为i=1/1000。

斗渠从干渠中取水配给农渠，一般沿山脊布置，其走向基本垂直或平行于等高线。

灌区属山区河谷地带，天然山箐小河较为发育，田间的多余水量可由田间直接向两侧山箐中排泄或通过下级农渠向两侧山箐小河中排泄，因此可利用灌溉农渠作为排水农沟，利用山箐作为排水斗沟，再从山箐中排至小河中，从小河中把多余水量排出灌区以外。

灌溉干渠布设为右干渠，接于输水隧洞出口，右干渠沿XX河接南丙河右岸旁山布置，至小芒弄村边箐结束，总长11.72km。

渠首设计流量0.59 m3/s，渠首底板高程为1191.7m底坡i=1/1000，渠末底板高程为1179.98m。

5.8.2渠道设计干渠断面形式均为矩形，衬砌形式为M7.5浆砌石。

渠道矩形断面边墙采用重力式挡土墙，边墙顶宽均为0.40m，外边墙边坡均为1：0.3，底板厚度为0.4 m。

为避免不均匀沉降对渠道的影响，渠道上每隔15～20 m设置一道变形缝，采用114沥青砂浆止水。

渠道外侧留1.5m平台。

干渠渠道沿线不利物理地质现象不发育，渠道稳定性较好。

经勘查在渠道沿线有小规模的塌滑体，属基本稳定塌滑体，在经过塌滑体段渠道用盖板涵形式；在经过小箐沟时，在渠道上设背水桥；经过较大箐沟时，在渠道下设过水涵洞；渠道过公路时，采用矩形加盖断面。

渠道纵坡为1/1000，断面尺寸为1.3×1.2 m～1.0×1.0m。

5.8.3渠道水力计算渠道断面浆砌石矩形断面，浆砌石渠道每50m设一伸缩缝，浆砌石衬砌伸缩缝处采用沥青砂浆止水。

渠道永久开挖边坡为1:0.75。

渠道糙率系数为n=0.025，底坡i=1/1000。

按明渠均匀流公式Q=AC Ri 进行渠道断面设计，式中Q——渠道设计流量（m3/s）；A——过水断面面积（m2）；n——糙率系数；R ——水力半径（m ）； i ——渠道底坡；C ——谢才系数。

渡槽水力计算M.0.1 渡槽过水能力可按下列公式计算；1、当L>15h 0时：Q=1/nAR 2/3i 1/2 （M.0.1-1） 式中 L ——渡槽长度（m ）；h 0——渡槽上游渠道（进口渐变段前）正常水深（m ）； Q ——渡槽设计流量（m 3/s ）； A ——渡槽过水断面面积（m 2）； R ——水力半径（m ）； i ——槽底比降； n ——槽身糙率。

2、当L ≤15h 0时： 1）矩形断面：（M.0.1-2）H 0=h 1+αV 12/2g （M.0.1-3） 式中 σn ——淹没系数，可根据h s /H 0值由表M.0.1查得；表M.0.1 淹没系数hs ——下游渠道（出口渐变段后）水位超出槽底（未满）值（m ）； H 0——渡槽进口水头（m ）；h 1——上游渠道水位超出槽底（始端）值（m ）； α——流速分布系数，可取1.0~1.05； V 1——渡槽上游渠道断面平均流速（m/s ）； g ——重力加速度（m/s 2）； є——侧向收缩系数，可取0.9~0.95； m ——流量系数，可取0.36~0.385；2302HgmB Q n εσ=B ——槽底宽度（m ）。

2）U 形断面：（M.0.1-4）Z 0=Z 1+2V 12/2g （M.0.1-5） 式中 φ——流速系数，可取0.9~0.95；Z 0——渡槽进口水头损失（m ）； Z 1——渡槽进口段水头损失（m ）。

M.0.2 渡槽总水头损失可按下列公式计算：1、渡槽进口段水头损失：Z1=（1+ξ1）（V 2-V 12）/2g （M.0.2-1）式中 ξ1——进口段局部水头损失系数，可根据进口渐变段形式由表M.0.2-1查得；表M.0.2-1 进口段局部水头损失系数2、槽身段水头损失：Z 2=iL （M.0.2-2）式中 Z 2——槽身段水头损失（m ）。

3、渡槽出口段水头损失（水位回升值）：Z 3=（1+ξ2）（V 2-V 22）/2g （M.0.2-3）式中 Z 3——出口段水头损失（m ）；ξ2——出口段局部水头损失系数，可根据出口渐变形式由表M.0.2-2查得；表M.0.2-2 出口段局部水头损失系数Z=Z 1+Z 2-Z 3 （M.0.2-4）式中 Z ——渡槽总水头损失（m ），应等于或小于渠系分配的水头损失值。

学习单元六 渠道水力计算【教学基本要求】掌握明渠均匀流、非均匀流的特性、计算方法，会对常见的渠道、河道进行过水能力、设计断面尺寸、推求水面曲线等水力计算。

【内容提要和学习指导】本章主要介绍明渠均匀流、非均匀流的水力计算，包括渡槽、跌水以及渐变段等实际工程的水力计算。

主要内容有以下几点：1．明渠均匀流的基本特性及水力计算方法；2．明渠非均匀流的基本特性及水力计算方法；3．渠道水力计算中的几个问题；4．水跃的水力计算。

6．1 渠道的基本概念1.明渠水流明渠水流在水利工程中是一种常见的水力现象，包括人工渠道和天然河道。

水利工程中的灌溉输水渠道、水电站引水渠道、无压隧洞、渡槽以及城镇排污的下水道等，都属于人工渠道；而自然界中的河流、溪沟等都属于天然河道。

液体在渠槽中流动时具有与大气相接触的自由表面，表面上各点的压强均为大气压强，相对压强为零，通常把这种具有自由水面的水流称为明渠水流，或无压流。

2.渠道的过水断面型式土质地基上的人工渠道，常修成对称的梯形断面，其水力要素为：水面宽度 mh b B 2+= （6—1） 面 积 h mh b A )(+= （6—2） 湿 周 212m h b ++=χ （6—3） 水力半径 212)(m h b hmh b AR +++==χ （6—4）3.渠道的底坡渠道的底坡一般沿程微向下游倾斜，通常把渠道的底面与纵剖面的交线称为渠底线，而把渠底线与水平线夹角α的正弦（即渠底线沿流程方向每单位长度的下降量），称为渠道的底坡，常以符号i 表示。

图6—2中，若以长度/l 表示1—1断面到2—2断面间的倾斜距离，以高度z 1、z 2分别表示1—1断面和2—2断面的渠底高程，则渠道的底坡i 应为 =i αsin =/21lz z - 渠道的底坡可能出现三种情况：第一种是当渠底高程沿流程下降时，底坡i ＞0，称为顺坡（或正坡），这种底坡在工程中是最常见的；第二种是当渠底高程沿流程不变时，底坡i =0，称为平坡；第三种是当渠底高程沿流程上升时，底坡i ＜0，称为逆坡（或负坡）。

D-6 常用断面渠道水利学计算程序作者 杨志河（水电部天津勘测设计院）一、编制目的渠道工程的设计主要是确定设计流量和纵横断面尺寸。

前者是根据需水要求确定，后者是根据水利计算确定。

渠道纵横断面尺寸的设计是互为条件、互相联系的。

在实际工作中往往将纵横断面设计交替进行，反复计算和经济实用比较，最后选择合理的设计方案。

渠道水力计算常借用各种诺模图查算或采用试算法，这样工作量很大，而且误差大，进行多种方案的比较更加困难。

编写计算程序，使用电子计算机直接求解高阶隐函数方程式，短时间内能提供多种设计方案，对于提高渠道工程的设计质量，加快设计速度有积极意义。

二、程序说明㈠ 计算原理、公式、依据渠道中的水流具有自由表面、水流属无压流，水流流态可以是恒定流或非恒定流，均匀流或非均匀流，也可以是急变流或渐变流。

渠道一般较长，在一定的渠段内比降保持不变，断面均匀，渠道中的水流接近均匀流。

虽然渠道中免不了有弯曲、断面扩大、收缩等情况，但都是局部的变化，本程序利用均匀流公式进行计算。

非均匀流另有程序计算。

1、基本公式：渠道过水断面流量V W Q ⨯=谢才公式RI C V ⨯=流量模数R C W K ⨯⨯=水利最优梯形断面的宽深比)1(22M MH B P MM M -+⨯==式中:W-渠道断面过水面积； V-渠道断面平均流速；C-谢才系数，采用满宁公式进行计算611R N C ⨯=，采用巴甫洛夫斯基公式进行计算YR N C ==1，其中N 为渠道糙率，R 为渠道过水断面水力半径, R N N Y )1.0(75.013.05.2---=B M -水力最优梯形断面底宽； H M -水力最优梯形断面水深； M-梯形断面的边坡。

以上公式参考武汉水利电力学院编《水利计算手册》（水利出版社1980年出版）第二篇-渠道的水利计算。

2、计算简图：㈡ 水力要素W 、X 、R 、B 计算公式式中各符号的意义见图1,矩形21==MM,三角形B=0三、程序功能、适用范围及使用条件㈠程序功能本程序由“T”段程序及“F”段程序组成，分别适用于梯形（包括三角形、矩形）和复式断面渠道的水力计算。

水力计算的基本步骤
一.水力计算的基本步骤；
1.确定热用户的设计流量
2.确定热水网路各管段的流量
3.确定热水网路的主干线和沿程比摩阻
4.确定主干线各管段的管径和实际比摩阻
5.确定各管段局部阻力当量长度
6.计算主干线各管段的压力损失及主干线的总压力降
7.支干线、支线水力计算及估算比摩阻的确定
8.支干线、支线管段的实际比摩阻和管径的确定
9.确定支干线、支线管段的局部阻力当量长度
10.计算支干线、支线管段的实际压力降
11.环路压力降的平衡
二.水力计算应遵循的基本原则；
1.供热管网干管的管径不应小于50mm，通往各单体建筑物的分支管管径一般不宜小于32mm。

2.在供热管网设计中，有的点出现静压值超过允许值时，应分开设置独立的供热系统。