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
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