渠涵水力設計的計算方法

2012-03-20 07:39:18趙文龍

黑龍江水利科技 2012年2期

趙文龍，關鑫

(1.雞西市水利勘測設計所，黑龍江雞西158100;2.五常市水務局營城子灌溉站，黑龍江五常150228)

1 渠道涵洞水力計算應滿足的條件

渠涵屬無壓緩坡長洞Ⅱ型，過流能力只受均勻流條件控制。渠涵水力設計應滿足以下條件:除涵洞進口至出口漸變范圍外，不應該改變渠道原有的緩流、均勻流態;同時出口水位還應滿足規劃提出的水位條件。無壓渠函的水流現象與渡槽相同，故也可按渡槽長短判別與計算的方法進行長短洞判別和計算:當渠涵長度L＜(5～12)H時，屬于短洞，可按淹沒寬頂堰流計算過流能力，這時過涵水頭損失為進口局部損失;當渠涵長度L＞(15～20)H時屬于長洞。

2 渠道長涵洞的水力計算方法

渠涵縱坡i對過流能力和洞中流速的影響是主要的，而洞身斷面型式、洞身摩阻對過流能力和洞中流速的影響則較小。在渠涵長洞的水力設計中，由于對底坡i及孔尺寸、洞中正常水深h0的求解方法、程度不同，而分為以下兩種設計計算方法。

2.1 選擇涵洞縱坡i擬定孔徑尺寸，然后計算正常水深h0、水頭損失和進出口高程

2.1.1 選定涵洞底坡i，孔徑尺寸、選定i的主要根據

為渠系規劃中關于渠道縱坡斷面設計的要求及允許的水頭損失等因素，一般采用1/500～1/1 500;也可以進出口渠底高程差減去允許水頭損失值(0.1～0.15 m)，再除以渠涵總長度，作底坡i的初擬值。

2.1.2 涵洞設計流量Q的計算

計算洞中通過設計流量Q時均勻流水深h0，流量按均勻流公式計算為:

若該流量與設計流量相同或若大，則繼續進行下一步運算;否則，應修改洞身斷面尺寸(必要時也可以修改底坡)。

2.1.3 檢查洞中余幅和流速

由于渠道中水流流速較小、水位變化較小，渠涵預留余幅可較渠(路)下無壓排涵為小。余幅值建議按下列經驗公式計算:

式中:△h、h分別為余幅和涵洞中水深，均以m計。

當余幅和流速不滿足要求時，應重新擬定洞身斷面尺寸進行上列計算。

2.1.4 進行水面銜接計算

1)進口段水面跌落值Z1計算公式為:

4)總水面跌落值計算公式為:

式中:v1、v2、v3分別為上游渠道、洞內和下游渠道中的流速;ζ分別為進、出口段的局部水頭損失系數。

當總水面跌落值不滿足允許損失值時，應調整底坡和孔徑尺寸，重新計算。

2.1.5 涵洞進出口高程和下游水面高程計算

1)洞進口底高程較渠首底高程升高值計算公式為:

2)洞進口高程計算公式為:

3)洞出口高程計算公式為:

4)出口渠底高程較洞出口底高程降低值計算公式為:

5)下游渠道底高程計算公式為:

6)下游水面高程計算公式為:

式中:H、h0、h1分別為上下游渠首和洞中的正常水深。

2)洞身段水面降落值Z2計算公式為:

3)出口水面回升值Z3計算公式為:

圖1 長涵洞水力計算符合代表物理量

計算中若y1、y2為負值，說明涵洞底坡過緩，應予調整。

2.2 選定正常水深h、擬定孔徑尺寸，然后計算縱坡、水頭損失和進出口高程

1)依進口型式、估計的進口段水面跌落值z1(≈0.05～0.3 m)和涵洞上游渠道正常水深H值，選定洞中正常水深h。

2)擬定或計算孔徑尺寸。擇定余幅△h和h0后，洞高α及巨形斷面洞寬b都可以求出。

播種至出苗前一般不澆水，子葉展平，根系沒有露出育苗營養塊前，控制育苗營養塊表面見干見濕，根系露出育苗營養塊表面時，要保證育苗營養塊表面濕潤狀態，防止根系受到損傷。育苗期間應根據育苗營養塊體和幼苗葉片的缺水情況，適時補足水分，避免缺水燒苗，澆水從塊間隙注入，注水要在晴天上午進行，隨著溫度回升，甜瓜秧苗的生長，注水量可逐漸增加，定植前1～2天停止供水，進行幼苗鍛煉。

3)計算與h相應的過水斷面水力要素ω、χ、R、C，并依明渠均勻流公式(1)計算，確定渠涵縱坡i。

4)進行水面銜接和進出口高程計算。

本算法的主要優點是可以保證上下游渠道及洞中水流均為均勻流，涵洞上下游均無長距離的降水、雍水。

3 計算示例

根據灌區規劃設計要求，某干渠上有一輸水渠涵，洞長382 m，允許總水頭損失為0.65 m;規劃設計中也選定為單孔鋼筋混凝土箱涵，進出口均為八字形翼墻，涵洞上下游渠道斷面相同，底寬b=3.5 m，底坡i=1/4 000，邊坡系數m= 1.5;進口渠道底高程?1=123.67 m。渠道設計流量 Q= 9.5 m3/s，洞前水深H=2.02 m，流速υ=0.72 m/s，加大流量Q=11.3 m3/s，相應水深H=2.2 m，流速υ=0.76 m/s。用兩種不同方法設計涵洞孔徑尺寸，底坡和進出口高程。