灌区不同建筑物水面线衔接分析.docx
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灌区不同建筑物水面线衔接分析
灌区水面线特征
1、灌区水面线计算基本水力学条件:
①、渠道形成均匀流的条件,即能够采用正常水深的条件,除满足渐变流条件外,理论上为渠道长度大于10倍水深,一般经验上保守为大于20倍水深(见<大流量低水头渡槽的水力计算和加大流量时的水面线推算>)。
②、在设计合理的情况下,整个渠段上包括隧洞、渡槽在内均不可能产生急流,即永远不可能设置有消力池,加大流量下的倒虹管出口除外。
③、a区只能是雍水曲线,b区为降水曲线,c区为雍水曲线,不管急流还是缓流。
处于a、c区水面只升不降。
b区只降不升
④、水面衔接上,无限接近于正常水深、垂直于临界水深、趋于水平线三种情况。
⑤、水跃不属于渐变流。
2、进水口水面
渠道从水库中取水,因渠道设计为缓流,渠道的特征影响上游水位,而水库不会影响到渠道,因此在进水口处,即渠道进口处的控制水位为渠道的正常水深h0,此时水库水位相比渠道的正常水位少有抬高,抬高的幅度以按照渠道断面的宽顶堰过流来计算,此时计算进水口雍高时采用淹没宽顶堰过流计算。
3、渠道不同底坡下水面衔接
(1)两种渠道均设计为缓流,根据缓流的特性,只会影响到上游,而对下游无影响,所以在两个渠道连接点处的水深只会是下游渠道的正常水深h0,此时出现两种情况:
①、上游渠道纵坡陡于下游渠道时,在上段渠道末端,连接点的上端出现a1型雍水曲线。
对应工程情况为:
如果在一段渠道的上段,因为渠段减短,或者截弯取值后,上段渠道底坡变陡,此时如果下段渠道上有取水口,即使取水口离两段渠道的连接点很近,也无须关心取水水头不够,因为根本不会影响到下段渠道的取水口的水位。
但是此时在设计上段渠道超高时,须考虑在连接处的水面雍高影响,此时产生了下游渠道对上游渠道的顶托影响,顶托范围按经验判断为:
上下游渠道的水位差值乘上游渠道的底坡。
②、上游渠道缓于下游渠道时,在上段渠道末端,连接点的上端出现b1型降水曲线。
对应工程情况为:
如果在一段渠道的上段,因为渠段增加弯道等因素,导致上段渠道底坡变缓,此时如果下段渠道上有取水口,即使取水口离两段渠道的连接点很近,也无须关心取水水头不够,因为根本不会影响到下段渠道的取水口的水位。
如果上段渠道上有取水口,应复核取水口的位置是否位于降水曲线段,保守情况下取水口的水位取下游渠道的正常水深。
(2)两种渠道上陡下缓。
(3)两种渠道上缓下陡,产生水跌,一部分位于上游渠道,一部分位于下游渠道,连接点为临界水深。
4、隧洞、渡槽水面衔接
同渠道
6、倒虹管水面衔接
在小流量下倒虹管部位有富余水头,此时如果进出口没有闸门控制,在进口发生水面跌落,如果出口有闸门控制,则可以通过出口闸门抬高下游倒虹管出口的水位,进而抬高进口水位使进口水位与渠道水位齐平。
如果出口不采用闸门控制的话,小大流量情况下出口水位均为下游渠道水位,大流量情况下,进口水位比渠道水位高,此时进口发生雍水,原理同拦河筑坝的水力学计算,此时在进口处的水位为倒虹管计算的进口水位,往上游趋近于正常水位。
假定在大流量时出口为跌水曲线(流量大于确定底板高程的流量),势必要在下游渠道的a区发生降水曲线,根据水力学原理,在a区内不可能为降水曲线(前提是出口渐变段足够能够形成渐变流),所以从理论上看,下游是不可能发生水跌的,教课书上说大流量下下游设消力池是因为倒虹管出口的流速大,而渠道的流速下。
假定在小流量情况下,倒虹管进口采用渠道水位,此时出口肯定比下游渠道的水位高,肯定要在a区发生降水,这是不可能的,而在进口发生水面跌落才符合b型降水曲线原理。
小流量情况下相当于下游渠道底板定低了,相当于在设计流量下人为把下游渠道底板高程降低,那么此时肯定进口水位也要降低,相当于进出口有两个池子,把出口池子降低后,进口池子的水位必然跟着降低,因为倒虹管最终能量平衡就是进出口水位一样。
就如同在一根进出口水位一样的管子里面,如果此时,把出口降低一些,那么水将流出去,就形成了倒虹管,如果此时出口降低均匀,那么出口的流量就会是个定值,就相当于灌区流量确定了,此时进口水位也肯定是在不断降低,归根结缔就是水往低处流。
倒虹管为渠道里面的雍水建筑物,只能影响上游,而不会是下游。
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