渠道水力计算表
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5.2 各级渠道纵横断面设计 5.2.1 典型农渠纵横断面设计 5.2.1.1 典型农渠横断面设计设计流量是进行水力计算,确定渠道过水断面尺寸的主要依据,合理的渠道、横断面除了满足渠道的输水、配水要求外,还应满足渠床稳定条件,包括纵向稳定和平面稳定两个方面。
纵向稳定要求渠道在设计条件下工作,不发生冲刷和淤积,或在一定时期内冲淤平衡。
平面稳定要求渠道在设计条件下工作时,渠道水流不发生左右摇摆。
渠道横断面尺寸要依据渠道设计流量通过水力计算加以确定。
一般情况下采用明渠均匀流公式计算:即Q=AC Ri式中:Q —渠道设计水深(m 3/s ) A —渠道过水断面面积(m 2) R —水力半径 i —渠底比降c —谢才系数,一般采用曼宁公式 c=n1 R 1/6进行计算,其中n 为糙率 农渠的渠底比降,为了减少工程量,应尽可能选用和地面相近的渠底比降。
i=0.0029。
渠床糙率系数:由《灌溉排水工程学》P 130表3-13,农渠采用砼护面,预制板砌筑,n=0.017.农渠采用梯形断面,渠道内、外边坡系数m=1.25。
采用试算法:初选定b=0.36m, n=0.017, Q=0.123 m 3/s, i=0.0029用迭代公式: h i 10+=hh m b i b nQ ib mi 05/25/3102121+⎪⎭⎫ ⎝⎛++⎪⎭⎫ ⎝⎛代入数据,经试算得 h=0.23mA=(b+mh)h=0.149 (m 2)V=AQ=0.825(m/s)渠道的不冲流速和土壤性质,水流含砂量,断面水力要素有关,一般土渠的不冲流速可依据《灌溉排水工程学》P136表3-25中查出,V cs1= 5.0(m/s)V 不冲=KQ 0.1 = 5×0.1230.1=4.054( 查表6-21) 渠道的不淤流速,由不淤流速经验公式:V cd =C 0Q 0.5式中 :V cd 为渠道的不淤流速(m/s )C 0为不淤流速系数,随渠道流量和宽深比而变,见《灌溉排水工程学》P 136,表3-26查得C 0=0.4V cd =0.4×0.1230.5=0.140(m/s)V cd =0.140(m/s)<V=0.825(m/s)<V cs =4.054(m/s)满足不淤不冲流速,断面尺寸适合,即:b= 0.36 (m), i=0.0029, m=1.25, n=0.017 , Q=0.123。
矩形渡槽水力计算1、上游渠道水深h0计算1.1 已知数据上游渠道设计流量(m3/s):Q=6.61 上游渠道断面参数:底宽(m):b=2.5边坡系数:m=0.25底坡:i=0.000667渠床糙率:n=0.015 1.1 用试算法计算上游渠道水深h02、下游渠道水深h0计算2.1 已知数据下游渠道设计流量(m3/s):Q=6.61 下游渠道断面参数:底宽(m):b=2.5边坡系数:m=0.25底坡:i=0.000667渠床糙率:n=0.015 2.2 用试算法计算下游渠道水深h03、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=107渡槽设计流量(m 3/s ):Q=6.61渡槽加大流量(m 3/s):Q=8.263渡槽糙率:n=0.014渡槽纵坡:i=0.001254、渡槽总水头损失计算1=0.1出口段局部水头损失系数:ξ2=0.3允许水头损失(m ):[△Z ]=0.2711取出口渐变段长度(m ):L 2=36、进出口槽底高程计算6.1 已知数据进口前渠底高程(m ):▽3=521.846.2 计算计算: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M.0.2-1和M.0.2-2。
1. 灌排渠道工程对项目区的灌溉渠道进行衬砌,并新建一部分梯形渠道。
其中干支渠采用梯形渠道,上宽分别为4.5m 和2.0m ;斗渠和农渠分别采用U80和U60现浇混凝土衬砌,衬砌厚度6cm ,具体的梯形断面渠道典型设计和防渗U 型断面渠道典型设计如下。
(2) 防渗U 型渠道典型设计 ① 设计灌溉保证率的确定根据项目区水系状况、水资源和水文气象的实际情况,依据《灌溉与排水工程设计规范》(GB50288-99),本次溧阳市高标农田建设工程规划采用的设计灌溉保证率为75%。
② 设计灌溉模数的确定项目区农作物以水稻、小麦、蔬菜、特种经济作物为主,由于水稻的需水量比其它的农作物大的多,而且水稻灌溉用水时,其它作物的需水量较小,因此项目区的设计灌溉模数可以按水稻的需水量计算。
在水稻的泡田期和全生育区中,泡田区的为用水高峰,因此设计灌水模数按泡田定额计算。
溧阳市别桥镇的泡田定额取100 m 3/亩,水稻田种植比α为88%,水稻栽插期T=6d ,提水灌区机泵每天运行时间为20-22h,取t=20h ,则设计灌水模数为:1000.881001003636620m q Tt α⨯=⨯=⨯⨯⨯= 2.037 m 3/(s·万亩) ③ 渠系布置项目区规划在斗渠口修建提水泵站,灌溉渠道分斗、农二级固定渠道,田面灌水采用畦灌,斗、农渠均实行续灌。
项目区的各个提水泵站斗控制的灌溉面积大致相等,选择项目规划区北侧,红星河、兴隆河三排河之间的灌溉面积作为典型设计区。
典型设计区斗渠控制面积1100亩,农渠灌溉控制面积120亩。
④ 渠道设计流量的确定参照《灌溉与排水工程设计规范》(GB50288-99),渠道设计流量依据种植面积、灌水模数和渠系水利用系数确定。
渠道设计流量推算如下: 斗渠的设计流量:渠系水利用系数取斗η=0.85斗斗斗η=⨯=⨯=/ 2.0370.11/0.850.2636Q q A m 3/s农渠设计流量:农渠水利用系数.90=农η,田间水利用系数95.0=田η农农农田ηη=⨯=⨯⨯=Q q A /() 2.0370.012/(0.90.95)0.0286m 3/s⑤ U 渠道断面计算由斗、农渠的设计流量,设计斗、农渠U 砼渠道断面: 已知条件,渠道的设计流量农斗、Q Q ,渠道糙率系数013.0n =,斗、农渠纵坡比降为:000/31=斗i 、1000/1=农i 。
1、渠道设计根据项目建设内容及工程布置与措施,本项目工程建设涉及渠道的改造防渗衬砌以及配套的渠系建筑物,具体设计如下:(一)渠道断面设计本工程基本是在原有渠道上进行改造防渗衬砌。
渠道断面的设计应结合现有渠道情况和实际渠线经过的地形,做到科学合理,运行条件好,工程量小,投资省。
各项目区渠道断面设计主要包括以下几方面内容:(1)渠道设计流量在渠道流量设计中,考虑到各项目区渠道是以灌溉输水任务为主,其设计流量全部为农业灌溉用水,渠道灌溉方式按续灌设计,渠道设计流量按下式计算确定:qAQ=η式中:Q—渠道的设计流量(m³/s);q —设计灌水率,取0.861(m³/s·万亩);A—渠段的灌溉面积(万亩);η—灌溉水利用系数,干渠取0.70,支渠取0.75。
渠道设计灌溉流量见表5.13-1。
表5.13-1渠道流量计算表(2)渠道横断面设计为节约宝贵的土地资源,减少渠道工程量,减少投资,结合实际地形和地质土壤性质,原有断面情况,对各种渠道断面进行了优化设计。
设计方法为:a 、按《灌溉与排水工程》(GB50288-99)附录H 梯形渠道水力最佳断面水力要素,计算公式,求出水力最佳断面水深h 0和水力最佳断面底宽b 0;b 、结合实际地形和地质土壤性质和施工工艺,对b 0进行调整,以流量计算公式反算渠道水深,并考虑续灌等灌溉方式,对相应规模渠道按规范加上渠道超高,得出设计渠高h 和宽b 。
相关设计计算公式:(Ⅰ)梯形渠道水力最佳断面水力要素计算公式:[]8/32/120)1(2189.1⎭⎬⎫⎩⎨⎧-+=i m m nQ h[]02/120)1(2h m m b-+=其中:h 0 —水力最佳断面水深(m ); n — 渠床糙率;Q — 渠道设计流量(m³/s);m — 渠道内边坡系数,矩形渠道为0; i — 渠底坡降;b 0 — 水力最佳断面底宽(m )。
(Ⅱ)梯形断面流量计算公式:[]()imh b n h mh b Q3/223/512)(+++=其中:h — 渠道设计水深(m ) b — 渠道底宽(m ); n — 渠床糙率;Q — 渠道设计流量(m³/s);m —渠道内边坡系数,矩形渠道为0;i —渠底坡降;本次设计渠道均为5级渠道,渠道超高△h:取0.2~0.3m,并按20%的加大流量复核其输水能力。
第六章 明渠均匀流一、一、概念:明渠是具有自由表面液体的渠道 分类(据形成): 天然渠道→天然河流人工渠道→人工河流、不满流的排水管渠明渠流——明渠中流动的液体又称重力流(依靠重力作用而产生) 也称无压流(自由表面相对大气压为0) 分类: 恒定流 均匀流 非恒定流 非均匀流注意特殊性:A 随θ的变化而变化,故不可能发生非恒定均匀流动。
2、水流运动的影响因素: 过水断面形状过水断面尺寸底坡的大小 2、 据影响把明渠分为: 1、棱柱形渠道 非棱柱性渠道 2、顺坡、平坡和逆坡渠道 二、1、 1、 棱柱形渠道:凡是断面形状、尺寸沿程不变,过水断面仅随水深变化而变化的常直渠道。
过水断面面积随形状沿程变化的渠道,称非棱柱形渠道。
棱柱断面 断面规则的长直人工渠道,同管径的排水管道、涵洞 非棱柱断面 连接两条在断面形状、尺寸,不同渠道的过渡段。
渠道断面类型:矩形、梯形、圆形、半圆形、此外有组合型、三角型(复式)、抛物线型、卵型2、 2、 顺坡、平坡、逆坡渠道:底坡——渠道底面的坡度,用i 表示,通常是指单位渠长。
l 上的渠道高差,即θsin =∆=lz iz∆——渠底高差l ——对应z ∆的相应渠长θ——渠底与水平线的夹角一般渠道底坡都很小,即θ很小,实际中,为方便测量渠长和水深,故常用θtg 代替θsin ,水平渠长代替水流方向渠长,铅垂水深代替垂直于底坡的水深。
底坡分类:顺坡:0>i ,渠底沿程降低的底坡。
平坡:0=i ,渠底水平,平坡 逆坡:0<i ,渠底沿程升高。
意义:底坡i 反映了重力在流动方向上的分力,表征水流推动力的大小,i 愈大,重力沿水流方向分力愈大,流速愈快。
§6-1 明渠均匀流的形成条件和水力特征一、一、明渠均匀流的形成条件:1、 1、 明渠均匀流——水深、断面平均流速沿程都不变的流动。
⑴ 渠底必须沿程降低,即0>i 并且要在较长一段距离内保持不变。
(是重力流,依靠重力分力驱使水流运动,保证流动流向必须有恒定不变的作用力。
一、设计基本资料1.1工程综合说明根据丰田灌区渠系规划,在灌区输水干渠上需建造一座跨越小禹河的渡槽,由左岸向右岸输水。
渡槽槽址及渡槽轴线已由规划选定(见渡槽槽址地形图)。
渡槽按4级建筑物设计。
1.2气候条件槽址地区位于大禹乡境内,植被良好。
夏季最高气温36℃,冬季最低气温-32℃,最大冻层深度1.7m。
地区最大风力为9级,相应风速v = 24 m / s。
1.3水文条件根据水文实测及调查,槽址处小禹河平时基流量在0.2—0.4 m3/S之间,有时断流。
洪水多发生在每年7、8月份;春汛一般发生在每年3月上旬,但流量不大。
经水文计算,槽址处设计洪水位为1242.41m,相应流量Q = 698 m3/S;最高洪水位为1243.83m,相应流量Q = 1075 m3/S。
据调查,洪水中漂浮物多为树木、牲畜,最大不超过400 kg。
在春汛中无流冰发生。
槽址处小禹河两岸表层为壤土分布;表层以下及河床为砂卵石分布(见渡槽轴线断面图)。
地基基本承载力壤土为34 t / m2;砂卵石为43 t / m2。
1.4工程所需材料要求在建材方面,距槽址50km大禹镇有县办水泥厂一座,水泥质量合格,可满足渡槽建造水泥需要;槽址附近有大量砂石骨料分布,质量符合混凝土拌制需要,运距均在5km以内;槽址东北禹王山有石料可供开采,运距350km。
1.5上、下游渠道资料根据灌区渠系规划,渡槽上下游渠道坡降均为1/5000。
渠道底宽按设计流量计算2.7 m,边坡1:1.5,采用混凝土板衬砌。
渠道设计流量6立方米每秒, 加大流量7.5立方米每秒。
渠道堤顶超高0.5m。
根据灌区渠系规划,上游渠口(左岸)水面高程加大流量时为1251.04m。
下游渠口(右岸)水面高程加大流量时为1250.54m。
渠口位置见渡槽槽址地形图。
1.6设计要求1、学生须在规定期限内独立完成下述毕业设计内容并提交纸质版和电子版毕业设计各一份。
2、毕业设计内容要达到设计的要求,设计说明书要叙述简明,计算正确,符合编写规程要求。
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。
设计引用流量Q 6.2设计水头252洞身纵坡i 0.000769231断面型式城门洞型设计糙率n 0.014洞口内设计水深h 1.61、查表法计算断面尺寸特征流量K 223.5441791h(2.67)/nK 1.120750529查表h/B 0.76计算洞宽B 2.1052631582、公式法计算断面尺寸糙率n 0.014底宽B 2.309043138圆形洞径D 2.459319187计算宽度B高度H1园拱中心角计算半拱半径实取r 2.41.6180 1.21.2洞身过水断面面积湿周X水力半径R C计算过流量Q 3.7445.520.6782608766.953213255.725770937上游渠道断面w 2侧收缩系数e 0.95流速系数f 0.95进水渠流速V0 3.1重力加速度g 9.81Z00.171392462Z1-0.318413859水损失系数0.2进口断面结构设计底宽B0水深H0边坡系数渠道流速v2211.5 1.771428571Z1-0.420044074实际降落高度取值Z10.04拦污栅宽高拦污栅无支墩51.6无压输水隧洞水力计算一、断面尺寸计算(确定隧洞断面尺寸)(矩形断面经济宽度)(二)、进口水力计算(确定进口水头损失)圆拱直墙(矩形)断面水力特征计算3、进水口水力计算1、按淹没式宽顶堰流量公式计算2、按能量方程式计算(采用矩形断面结构型式)(1)、拦污栅水头损失βs1b1аξ12.4220500900.033105134ξ2最小断面宽最小断面高流速水损失0.12.4 1.6 1.6145833330.013034397ξ3断面宽断面宽高流速水损失0.12.41.6 1.6145833330.013034397ξ4直径流速水损失0.051.82.4364460420.014840673总水头损失0.027062982设计水头损失取值0.04Z2-0.106137953水损失系数0.5出口断面结构设计底宽B0水深H0边坡系数渠道流速v22 1.50 2.066666667计算回升高度Z2-0.038961053实际回升高度取值Z20.01隧洞总长1300总水头损失Z 总1.03六合正常设计水位1283计算底板高程1281.4实取计算底板高程1281出口底板高程1280实取出口底板高程1276.5引用流量5.802经济直径 1.255525131实取直径 1.8流速V2.436446042(2)、喇叭段水头损失(3)、闸门槽水头损失1、按与进水口水头损失关系计算2、按能量方程式计算(采用梯形断面结构型式)(四)、总水头损失(二)、出口水力计算(确定出口水头回升(恢复落差计算))(4)、压力管道渐变段水头损失城口电站进口底板高程确定压力钢管的计算1.148拦污栅宽高拦污栅无支墩 1.82βs1b1аξ12.4220180900.129268295ξ2最小断面宽最小断面高流速水损失0.1 1.82 1.6116666670.012987347ξ3断面宽断面宽高流速水损失0.15 1.82 1.6116666670.019481021ξ4直径流速水损失0.05 1.82.2800419250.012996478洞径D 断面积A湿周x水力半径R 糙率n1.82.5446900495.65470.4500132720.012h v50.259929559四、最小淹没深度水头损失 1.407569386安全系数 1.5淹没深度2.111354079实取最小淹没深度5(4)、压力管道渐变段水头损失(5)、沿程水头损失三、水头损失(1)、拦污栅水头损失(2)、喇叭段水头损失(3)、闸门槽水头损失总高度H洞内水深h2.8 1.56洞内流速V 进口流速v11.655982910.922619流速0.775水损失0.00099419流速1.61166667水损失0.01678852谢才系数C洞长l1流速v5水损失72.94961500 2.280042 1.085386。
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。