各级渠道纵横断面设计.docx
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各级渠道纵横断面设计
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+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
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