各渠道纵横断面设计.docx
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各渠道纵横断面设计
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:
=
代入数据,经试算得h=0.23m
A=(b+mh)h=0.149(m2)
V==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,Vcs1=5.0(m/s)
V不冲=KQ0.1=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:
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=0.4×0.1230.5=0.140(m/s)
Vcd=0.140(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。把最小流量代入迭代公式中得: 最小水深hmin=0.14(m) 过水断面A=0.075(m2) Vmin==0.613(m/s) Vcd=0.109(m/s) 满足不淤不冲流速。 预制板厚取0.04m,砂砾料垫层厚取此处取0.20m。 安全超高Δh取0.27m,堤顶宽度D取0.6m 典型农渠的水力要素见表5-3, i Q m h b A x R c v n 0.0029 0.129 1.25 0.23 0.36 0.149 1.096 0.136 41.895 0.832 0.017 5.2.1.2典型农渠纵断面设计 灌溉渠道不仅要满足输送设计流量的要求,还要满足水位控制的要求。纵断面设计根据灌溉水位要求确定渠道的空间位置,即先确定不同桩号处的设计水位高程,再根据设计水位求渠底高程、堤顶高程等。 为了灌溉要求,各级渠道入口处都应具有足够的水位,这个水位是根据灌溉面积上控制点的高程加上各种水头损失,自下而上逐级推求的。 即: =+△h++ 式中: —渠道进水口处的设计水位(m)。 △h—控制点地面高程与附近末级固定渠道设计水位的高差,取值范围0.1~0.2m,此处取0.1m。 L—渠道的长度,L=550m。 —渠道的比降,此处取i=0.0029。 —水流通过渠系建筑物时的水头损失,此处取0.1m。 =+△h++=1488.580m 根据上式求得农渠进水口处水位为1488.580m。根据典型农渠的设计水位可推求渠底高程、堤顶高程等。 典型农渠的纵断面设计计算表见表5-4 表5-4农渠纵断面计算表 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 0.0029 1488.250 1488.580 1488.837 1488.350 1488.110 0.140 0.587 0+050 1488.160 1488.435 1488.692 1488.205 1487.965 0.195 0.532 0+100 1488.083 1488.290 1488.547 1488.060 1487.820 0.263 0.464 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
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- 渠道 纵横 断面 设计