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第三章给水排水管道系统水力计算基础本章内容：1、水头损失计算2、无压圆管的水力计算3、水力等效简化本章难点：无压圆管的水力计算第一节基本概念一、管道内水流特征进行水力计算前首先要进行流态的判别。
判别流态的标准采用临界雷诺数Re k，临界雷诺数大都稳定在2000左右，当计算出的雷诺数Re小于2000时，一般为层流，当Re大于4000时，一般为紊流，当Re介于2000到4000之间时，水流状态不稳定，属于过渡流态。
对给水排水管道进行水力计算时，管道内流体流态均按紊流考虑紊流流态又分为三个阻力特征区：紊流光滑区、紊流过渡区及紊流粗糙管区。
二、有压流与无压流水体沿流程整个周界与固体壁面接触，而无自由液面，这种流动称为有压流或压力流。
水体沿流程一部分周界与固体壁面接触，另一部分与空气接触，具有自由液面，这种流动称为无压流或重力流给水管道基本上采用有压流输水方式，而排水管道大都采用无压流输水方式。
从水流断面形式看，在给水排水管道中采用圆管最多三、恒定流与非恒定流给水排水管道中水流的运动，由于用水量和排水量的经常性变化，均处于非恒定流状态，但是，非恒定流的水力计算特别复杂，在设计时，一般也只能按恒定流(又称稳定流)计算。
四、均匀流与非均匀流液体质点流速的大小和方向沿流程不变的流动，称为均匀流；反之，液体质点流速的大小和方向沿流程变化的流动，称为非均匀流。
从总体上看，给水排水管道中的水流不但多为非恒定流，且常为非均匀流，即水流参数往往随时间和空间变化。
对于满管流动，如果管道截面在一段距离内不变且不发生转弯，则管内流动为均匀流；而当管道在局部有交汇、转弯与变截面时，管内流动为非均匀流。
均匀流的管道对水流的阻力沿程不变，水流的水头损失可以采用沿程水头损失公式进行计算；满管流的非均匀流动距离一般较短，采用局部水头损失公式进行计算。
对于非满管流或明渠流，只要长距离截面不变，也没有转弯或交汇时，也可以近似为均匀流，按沿程水头损失公式进行水力计算，对于短距离或特殊情况下的非均匀流动则运用水力学理论按缓流或急流计算。
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。
(1)当洪水频率为P=1/10时： 过水断面面积 A=21×1×（179.30-178.00)+21×3×(179.30-177.10)+21×2×(179.30-177.10)+ 21×2×(179.30-176.70)+21×4.5×(179.30-178.70)+21×4.5×(179.30-176.70)+ 21×0.5×(179.30-178.70)=18.05m² 湿周半径：S=（1.3²+1²)1/2+（0.9²+3²)1/2+(0.4²+2²)1/2+(2²+4.5²)1/2+ (0.6²+0.5²)1/2=12.51m∴水力半径：R=A/S=18.05/12.51=1.44m由于河床严重堵塞和弯曲的周期性流水，查附表1—20得：粗糙系数m=15 有谢才—满宁公式可得：形态断面处流速:V=mR 2/3i 1/2=15×1.442/3×(10%)1/2=1.91m/s 形态断面处流量：Qx=A •V=18.05×1.91=34.48m³/s(2)根据公路技术等级查《公路工程技术标准》确定二级公路的设计洪水频率为P=1/25 按周期折算系数计算，查附表1—31：P=1/10换为P=1/25,得系数m=1.50 ∴Q XS =M •Q X =1.50×34.48=51.72m³/s (3)涵洞书设计流量：Q S =(21A A )0.8Q XS =(0.50.6)0.8×51.72=59.84m³/s二．水力计算 按照《公路涵洞设计细则有关规定：新建涵洞采用无压力式涵洞。
麻那村段平均水深、平均流速计算表(左岸桩号)
表5—9—2
麻那村段波浪爬高、堤高计算表(左岸桩号)
表5—10—2
0.050.050.0480.0470.045#DIV/0!
知子村段平均水深、平均流速计算表(左岸桩号)
表5—9—6
知子村段波浪爬高、堤高计算表(左岸桩号)
表5—10—6
0.050.047.000.04#DIV/0!
牙那村段平均水深、平均流速计算表(左岸桩号)
表5—9—1
牙那村段波浪爬高、堤高计算表(左岸桩号)
表5—10—1
0.050.050.050.05#DIV/0!
尕固村段平均水深、平均流速计算表(左岸桩号)
表5—9—3
尕固村段波浪爬高、堤高计算表(左岸桩号)
表5—10—3
33.000.030.03#DIV/0!#DIV/0!
普洞村段平均水深、平均流速计算表(左岸桩号)
表5—9—4
普洞村段波浪爬高、堤高计算表(左岸桩号)
表5—10—4
0.030.03#DIV/0!#DIV/0!#DIV/0!
高杂村段平均水深、平均流速计算表(左岸桩号)
表5—9—5
高杂村段波浪爬高、堤高计算表(左岸桩号)
表5—10—5
0.040.040.030.03#DIV/0!
沟口段平均水深、平均流速计算表(左岸桩号)
表5—9—7
沟口段波浪爬高、堤高计算表(左岸桩号)
表5—10—7。
计算方法说明明渠均匀流求正常水深程序是针对棱柱体明渠（过水断面为对称梯形或矩形）恒定均匀流，已知河床底坡i ，河床糙率n,过水断面形状（b,m ），流量Q ，求解正常水深h 0。
明渠断面示意图按照谢才公式：Ri CA =Q谢才系数：611R n=C过水断面面积：h mh b A )(+= 湿周：212m h b ++=χ 水力半径：χ/A R =由此解得正常水深：)/()12()(04.0203.0220mh b m h b iQ n +++=h算法：采用迭代法求解非线性代数方程。
1. 正常水深的迭代方程为：)/()12()(04.0203.02201n n n mh b m h b iQ n h +++=+；2.假设。
进行迭代求解h ； m h 0.100=....321000h h ⇒⇒3.迭代结束的判断依据为ε<Q Q Q /|-计算|，ε为一个小值。
求临界水深程序是针对棱柱体明渠（过水断面为对称梯形或矩形）恒定均匀流，已知过水断面形状（b,m ），流量Q ，动能校正系数α，求解临界水深hc 。
明渠断面示意图临界水深公式：0132=−=c c s B gA Q dh dE α其中，――断面单位能量。
s E 由此可得：cc B A g Q 32=α过水断面面积：h mh b A )(+= 水面宽度：mh b B 2+=由此解得临界水深： 3132])/()2()/[(c c c mh b mh b g Q h ++×=算法：采用迭代法求解非线性代数方程。
1. 临界水深的迭代方程为：3132])/()2()/[(1n n n c c c mh b mh b g Q h ++×=+； 2.假设。
进行迭代求解h ；m h c 0.10=....321c c c h h ⇒⇒3.迭代结束的判断依据为ε<+n n n c c c h h h /|1－|并且ε<++11/|n n n c c c h h h －|，ε为一个小值。
