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渠道纵横断面设计

渠道纵横断面设计

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

式中：

Q—渠道设计水深（m3/s）

A—渠道过水断面面积（m2）

R—水力半径

i—渠底比降

c—谢才系数，一般采用曼宁公式c=

R1/6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》P130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=0.123m3/s,i=0.0029

用迭代公式：

=

0+150

1488.041

1488.145

1488.402

1487.915

1487.675

0.366

0.361

0+200

1488.000

1488.000

1488.257

1487.770

1487.530

0.470

0.257

0+250

1487.800

1487.855

1488.112

1487.625

1487.385

0.415

0.312

0+300

1487.579

1487.710

1487.967

1487.480

1487.240

0.339

0.388

0+350

1487.368

1487.565

1487.822

1487.335

1487.095

0.273

0.454

0+400

1487.166

1487.420

1487.677

1487.190

1486.950

0.216

0.511

0+450

1486.933

1487.275

1487.532

1487.045

1486.805

0.128

0.599

0+500

1486.806

1487.130

1487.387

1486.900

1486.660

0.146

0.581

0+550

1486.666

1486.985

1487.242

1486.755

1486.515

0.151

0.576

5.2.2典型斗渠纵横断面设计

5.2.2.1下级渠道各分水口水位高程

由于农渠处的进水口处的水头损失忽略不计，对于典型斗渠而言，其下级渠道各分水口处水位高程与各农渠进水口设计水位相等。

先拟定斗渠的坡降i=0.0040，确定斗渠的设计水位，由典型农渠处的进水口水位高程+与斗渠之间的距离×比降，得

1493.62（m）。

但斗渠分水口处的水位高程不能满足下级渠道的灌水要求，这时就要调整斗渠的设计水位线。

一般采用以下两种方法:

一是,保持原有斗渠比降不变，放弃分水口处水位，较高的农渠内部分高地的自流灌溉。

二是改变斗渠比降，将比降放缓，使斗渠设计水位满足农渠的灌水要求。

本设计采用方法一，保持原有比降。

5.2.2.2典型斗渠横断面设计

渠道横断面尺寸要根据渠道设计流量通过水力计算加以确定。

采用明渠均匀流公式计算，即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

式中：

Q—渠道设计水深（m3/s）

A—渠道过水断面面积（m2）

R—水力半径

i—渠底比降

c—谢才系数，一般采用曼宁公式c=

R1/6进行计算，其中n为糙率

渠床糙率系数：

由《灌溉排水工程学》P130表3-13，斗渠采用砼护面，预制板砌筑，n=0.017.

斗渠采用梯形断面，渠道内、外边坡系数m=1.25。

采用试算法：

用迭代公式：

=

代入数据，经试算得h=0.32m

A=（b+mh）h=0.243

V=

=1.16（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》，Vcs1=5.0（m/s）

V不冲=KQ0.15×0.2660.1=4.405

渠道的不淤流速，由不淤流速经验公式：

Vcd=C0Q0.5

式中：

Vcd为渠道的不淤流速（m/s）

C0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》P136，表3-26查得C0=0.4

Vcd=0.4×0.2660.5=0.212（m/s）

Vcd=0.212（m/s）

满足不淤不冲流速，断面尺寸适合，即：

b=0.36（m）,i=0.0040,m=1.25,n=0.017Q=0.266m3/s。

把最小流量代入迭代公式中得

最小水深hmin=0.21（m）

过水断面A=0.131（m2）

Vmin=

=0.862（m/s）

Vcd=0.135（m/s）

满足不淤不冲流速。

由迭代公式试算的水深以及在比降下的各水力要素表见下表（5-5）

典型斗渠的水力要素见表5-5，

i

Q

m

h

b

A

x

R

c

v

n

0.0040

0.266

1.25

0.32

0.36

0.243

1.384

0.176

43.767

1.160

0.017

5.2.2.2.1典型斗渠纵断面设计

由前面表5-6可知，斗渠引水口的水位为1493.62m,在此，取为1493.62m，可用闸门将水头壅高0.1m，即满足下级渠道的供水要求。

渠道纵断面图的绘制，应依据以下这些步骤：

1）先绘地面高程线（每50米一个桩号，分水口处、建筑物处加桩）；

2）标绘分水口和建筑物的位置；

3）绘渠道设计水位线，把每一点的设计水位连接起来；

4）绘渠底高程线。

在渠道设计水位线以下，以渠道设计水深为间距，画设计水位的平行线，该线就是渠底高程线；

5）绘渠顶高程线。

安全超高取0.3米，以渠底线向上，以设计水深和安全超高之和为间距，作渠底线的平行线，此线就是渠道的堤顶线；

6）最小水位线。

在渠道渠底高程线以上，以渠道的最小水深为间距，画渠底高程线的平行线，该线就是最小水位线；

7）最大水位线。

在渠道渠底高程线以上，以渠道的加大水深为间距，画渠底高程线的平行线，该线就是最大水位线；

8）开挖高程线。

渠底高程减去预制板厚度和砂砾石垫层厚度之和，即在渠底线以下以开挖深度（0.06+0.24米）为间距，画渠底高程线的平行线，该线就是开挖高程线；

9）挖深。

地面高程减去渠底高程得挖深；

10）填高。

渠堤高程减去地面高程得填高；

斗渠纵断面计算结果见表5-6，

表5-6斗渠纵断面图

桩号

坡度

地面高程

设计水位

提顶高程

渠底高程

开挖高程

挖深

填高

0+000

0.0040

1493.315

1493.620

1493.903

1493.300

1493.000

0.315

0.588

0+020

1493.256

1493.540

1493.823

1493.220

1492.920

0.336

0.567

0+050

1493.179

1493.420

1493.703

1493.100

1492.800

0.379

0.524

0+100

1493.053

1493.220

1493.503

1492.900

1492.600

0.453

0.450

0+150

1492.875

1493.020

1493.303

1492.700

1492.400

0.475

0.428

0+200

1492.667

1492.820

1493.103

1492.500

1492.200

0.467

0.436

0+250

1492.458

1492.620

1492.903

1492.300

1492.000

0.458

0.445

0+300

1492.240

1492.420

1492.703

1492.100

1491.800

0.440

0.463

0+320

1492.172

1492.340

1492.623

1492.020

1491.720

0.452

0.451

0+350

1492.080

1492.220

1492.503

1491.900

1491.600

0.480

0.423

0+400

1491.826

1492.020

1492.303

1491.700

1491.400

0.426

0.477

0+450

1491.593

1491.820

1492.103

1491.500

1491.200

0.393

0.510

0+500

1491.480

1491.620

1491.903

1491.300

1491.000

0.480

0.423

0+550

1491.345

1491.420

1491.703

1491.100

1490.800

0.545

0.358

0+600

1491.178

1491.220

1491.503

1490.900

1490.600

0.578

0.325

0+620

1491.103

1491.140

1491.423

1490.820

1490.520

0.583

0.320

0+650

1491.000

1491.020

1491.303

1490.700

1490.400

0.600

0.303

0+700

1490.750

1490.820

1491.103

1490.500

1490.200

0.550

0.353

0+750

1490.500

1490.620

1490.903

1490.300

1490.000

0.500

0.403

0+800

1490.275

1490.420

1490.703

1490.100

1489.800

0.475

0.428

0+850

1490.005

1490.220

1490.503

1489.900

1489.600

0.405

0.498

0+900

1489.762

1490.020

1490.303

1489.700

1489.400

0.362

0.541

0+920

1489.669

1489.940

1490.223

1489.620

1489.320

0.349

0.554

0+950

1489.533

1489.820

1490.103

1489.500

1489.200

0.333

0.570

1+000

1489.333

1489.620

1489.903

1489.300

1489.000

0.333

0.570

1+050

1489.095

1489.420

1489.703

1489.100

1488.800

0.295

0.608

1+100

1488.880

1489.220

1489.503

1488.900

1488.600

0.280

0.623

1+150

1488.680

1489.020

1489.303

1488.700

1488.400

0.280

0.623

1+200

1488.500

1488.820

1489.103

1488.500

1488.200

0.300

0.603

1+220

1488.413

1488.740

1489.023

1489.420

1488.120

0.293

0.610

5.2.3典型支渠的纵、横断面设计

典型斗渠进水口处水位高程比地面高程高0.552米，由此可假定其它斗渠进水口处水位高程比地面高0.552米，并依次可求得斗渠进水口处水位高程.

由上表，推得支渠的引水口水位=1495.456m

由此可得，典型支渠进水口处的设计水位为1495.456米。

5.2.3.1典型支渠的横断面设计

渠道横断面尺寸要根据渠道设计流量通过水力计算加以确定。

采用明渠均匀流公式计算，即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

式中：

Q—渠道设计水深（m3/s）

A—渠道过水断面面积（m2）

R—水力半径

i—渠底比降

c—谢才系数，一般采用曼宁公式c=

R1/6进行计算，其中n为糙率

渠床糙率系数：

由《灌溉排水工程学》P130表3-13，支渠采用砼护面，预制板砌筑，

n=0.017。

支渠采用梯形断面，渠道内、外边坡系数m=1.25。

渠床糙率系数：

由《灌溉排水工程学》P130表3-13，支渠采用砼护面，预制板砌筑，n=0.017。

为了满足灌区各支渠的分水口水位，考虑施工工程量，对支渠进行变坡，桩号0+000-3+520之间，采用i=0.0028。

当i=0.0028时，n=0.017，m=1.25，b=0.45m，Q=0.403（m3/s），将数据代入公式可得设计水深

=0.39m;

当i=0.0028时，过水断面A=（b+mh）h=0.366m2

当i=0.0025时，流速V=

=1.112（m/s），查《灌溉排水工程学》P136表3-25得不淤流速为

〈5.0（m/s），查《灌溉排水工程学》得Vcd>0.3m/s，设计流速均满足。

同理可得最小水深和加大水深，同时也满足要求。

同理可得其它比降下的设计水深、最小水深、加大水深。

2-2支渠的水力要素表见表5-7。

典型支渠的水力要素见表5-7，

Q

n

m

h

b

A

x

R

c

v

i

0.403

0.017

1.25

0.39

0.45

0.366

1.699

0.215

45.306

1.112

0.0028

5.2.3.2典型支渠的纵断面设计

由5.2.3.1可得，支渠进水口处水位高程为1495.456m。

可由支渠进水口处水位高程减去沿程损失（Li）可得各点的设计水位。

渠道纵断面图的绘制，应依据以下这些步骤：

1）先绘地面高程线（每100米一个桩号，分水口处、建筑物处加桩）；

2）标绘分水口和建筑物的位置；

3）绘渠道设计水位线，把每一点的设计水位连接起来；

4）绘渠底高程线。

在渠道设计水位线以下，以渠道设计水深为间距，画设计水位的平行线，该线就是渠底高程线；

5）渠顶高程线。

以渠底线向上，以设计水深和安全超高之和为间距，作渠底线的平行线，此线就是渠道的堤顶线；

6）最小水位线。

在渠道渠底高程线以上，以渠道的最小水深为间距，画渠底高程线的平行线，该线就是最小水位线；

7）加大水位线。

在渠道渠底高程线以上，以渠道的加大水深为间距，画渠底高程线的平行线，该线就是最大水位线；

8）开挖高程线。

渠底高程减去预制板厚度和砂砾石垫层厚度之和，即在渠底线以下以开挖深度（0.08+0.32米）为间距，画渠底高程线的平行线，该线就是开挖高程线；

8）挖深。

地面高程减去渠底高程得挖深；

9）填高。

渠堤高程减去地面高程得填高；

典型支渠纵断面计算结果见表5-9，

5-9典型支渠纵断面图

桩号

坡降

地面高程

设计水位

提顶高程

渠底高程

开挖高程

挖深

填高

0+000

0.0028

1494.904

1495.456

1495.769

1495.066

1494.666

0.238

0.865

0+100

1494.550

1495.176

1495.489

1494.786

1494.386

0.164

0.939

0+200

1494.368

1494.896

1495.209

1494.506

1494.106

0.262

0.841

0+300

1494.190

1494.616

1494.929

1494.226

1493.826

0.364

0.739

0+400

1494.000

1494.336

1494.649

1493.946

1493.546

0.454

0.649

0+500

1493.838

1494.056

1494.369

1493.666

1493.266

0.572

0.531

0+600

1493.606

1493.776

1494.089

1493.386

1492.986

0.620

0.483

0+700

1493.428

1493.496

1493.809

1493.106

1492.706

0.722

0.381

0+800

1493.136

1493.216

1493.529

1492.826

1492.426

0.710

0.393

0+900

1492.823

1492.936

1493.249

1492.546

1492.146

0.677

0.426

1+000

1492.316

1492.656

1492.969

1492.266

1491.866

0.450

0.653

1+100

1491.905

1492.376

1492.689

1491.986

1491.586

0.319

0.784

1+200

1491.736

1492.096

1492.409

1491.706

1491.306

0.430

0.673

1+300

1491.421

1491.816

1492.129

1491.426

1491.026

0.395

0.708

1+400

1491.100

1491.536

1491.849

1491.146

1490.746

0.354

0.749

1+500

1490.773

1491.256

1491.569

1490.866

1490.466

0.307

0.796

1+600

1490.428

1490.976

1491.289

1490.586

1490.186

0.242

0.861

1+700

1490.100

1490.696

1491.009

1490.306

1489.906

0.194

0.909

1+800

1489.845

1490.416

1490.729

1490.026

1489.626

0.219

0.884

1+900

1489.629

1490.136

1490.449

1489.746

1489.346

0.283

0.820

2+000

1489.555

1489.856

1490.169

1489.466

1489.066

0.489

0.614

2+100

1489.120

1489.576

1489.889

1489.186

1488.786

0.334

0.769

2+200

1488.865

1489.296

1489.609

1488.906

1488.506

0.359

0.744

2+300

1488.576

1489.016

1489.329

1488.626

1488.226

0.350

0.753

2+400

1488.240

1488.736

1489.049

1488.346

1487.946

0.294

0.809

2+500

1487.880

1488.456

1488.769

1488.066

1487.666

0.214

0.889

2+600

1487.555

1488.176

1488.489

1487.786

1487.386

0.169

0.934

2+700

1487.250

1487.896

1488.209

1487.506

1487.106

0.144

0.959

2+800

1487.107

1487.616

1487.929

1487.226

1486.826

0.281

0.822

2+900

1486.974

1487.336

1487.649

1486.946

1486.546

0.428

0.675

3+000

1486.680

1487.056

1487.369

1486.666

1486.266

0.414

0.689

3+100

1486.208

1486.776

1487.089

1486.386

1485.986

0.222

0.881

3+200

1485.912

1486.496

1486.809

1486.106

1485.706

0.206

0.897

3+300

1485.615

1486.216

1486.529

1485.826

1485.426

0.189

0.914

3+400

1485.375

1485.936

1486.249

1485.546

1485.146

0.229

0.874

3+500

1485.061

1485.656

1485.969

1485.266

1484.866

0.195

0.908

3+520

1484.950

1485.6

1485.913

1485.21

1484.81

0.140

0.963

5.2.4典型分干的纵、横断面设计

5.2.4.1下级渠道各级分水口处水位高程

典型支渠进水口水位比地面高1.017米，可以假定其它支渠进水口水位比地面高1.017米，按此关