倒虹吸水力计算
大型倒虹吸工程水头损失及水力计算
２ 计 算 方 法
总水 头损 失
ｈ 总 ＝ｈ ｉ＋ｈ （ １ ）
式中， ， 为沿程 水头 损 失 ； ｈ 为局部 水 头损失 。
局部 水头 损失
璃钢 管 ， 平行 双 管 布设 ， 设 计 流量 （ 单管） 为 １ ５ ． ２ ５ ｎ Ｉ ／ ｓ ， 加 大设 计流 量 （ 单管） 为 １ ７ ． ５ ｍ ／ ｓ ， 最 大 工作 静 水 压力 为 ０ ． ４ ６ ＭＰ ａ 。沿 管 线 在 ７个 横 断 面 上 布 置 了 压 力计 ， 以监测 管道 内水 压力 。管 道纵 横 剖面见 图 ２ 。 三个 泉与 小洼 槽倒 虹 吸水力 设计 时采 用 的是谢 才 公式 ， 该公 式 只 有一 个 影 响参 数 ， 即谢 才 系 数 Ｃ ， 设 计 为重力 加 速度 。
大 型 倒 虹 吸 工 程 水 头 损 失 及 水 力计算
李 新， 谢 晓 勇
（ 新 疆 额 尔 齐 斯 河 流 域 开 发 工 程 建 设 管理 局 ， 新疆 乌鲁木齐 ８ ３ ０ ０ ０ ０ ）
摘要： 针 对 三 个 泉倒 虹 吸 实 际 过 流 能 力 富 余 、 小 洼 槽倒 虹 吸 实 际过 流 能 力 不足 的 问题 ， 基 于工 程 特 点及 水 力设 计 习惯 ， 借 鉴 当量 糙 度 的取 值 方 法 ， 分 析 了 不 同流 量 下 三 个 泉 与 小 洼槽 倒 虹 吸 的 沿程 水 头损 失 ， 并 与 实测 值 对
第２ Ｏ期
李 新 ， 等： 大 型 倒 虹 吸 工程 水 头 损 失 及 水 力 计 算
文献标志码 ： Ａ Ｄ ＯＩ ： １ ０ ． １ ６ ２ ３ ２ ／ ｊ ． ｅ ｎ ｋ ｉ ． １ ０ ０ １ —４ １ ７ ９ ． ２ ０ １ ７ ． ２ ０ ． ０ １ ４
倒虹水利计算
倒虹管的水力计算倒虹管的水头损失由以下四部分组成：进口局部水头损失=H1=ε1v2/2g ε1—系数，一般ε1=0.5出口局部水头损失=H2=ε2v2/2g ε2—系数，一般ε2=1.0弯头局部水头损失=H3=ε3v2/2g θ=30°，ε=0.10-0.55,一般用0.30沿程水头损失=H4=i*L总水头损失H=H1+H2+H3+H4钢管和铸铁管的水力坡降的确定：当V≥1.2m/s时； i=0.00107V2/D1.3当V＜1.2m/s时； i=0.000912 V2（1+0.867/V）0.3/D1.3输入进水井流量求出流速后，根据流速的大小进行相应的计算当V≥1.2m/s时，水头损失计算如下：管径（mm) 进水井流量(L/S)水力坡降(i)流速(m)倒虹管长度(m) 400.00000160.000.00571 1.2730040.00当V＜1.2m/s时 水头损失计算如下：管径（mm) 进水井流量(L/S)水力坡降(i)流速(m)倒虹管长度(m) 600.00000210.000.001230.7425840.00塑料管的水力坡降的确定：i=0.000915Q1.774/D4.774管径（mm) 进水井流量(L/S)水力坡降(i)流速(m)倒虹管长度(m) 400.00000200.000.00418 1.5912540.00注：表格中深色填充的数据需要手动输入。
进口局部水头损失(m)出口局部水头损失(m)弯头局部水头损失0.041340.082680.09922进口局部水头损失(m)出口局部水头损失(m)弯头局部水头损失0.014070.028130.03376进口局部水头损失(m)出口局部水头损失(m)弯头局部水头损失0.064590.129190.15503沿程水头损失(m)总水头损失(m)0.228260.45149沿程水头损失(m)总水头损失(m)0.049290.12525沿程水头损失(m)总水头损失(m)0.167210.51602。
倒虹吸流量计算举例(精)
1 = =0.509 0.716 2.36 0.78
水力分析与计算
故倒虹吸管型式、尺寸及布设满足 设计过流能力要求。
小结、布置任务
小结：
1. 流量计算公式中各物理量理解、确定 2. 局部损失系数理解、确定
水力分析与计算
倒虹吸管过流能力校核
案例：
某水库干渠工程与河流相交。由于洪水位过高，拟建倒虹吸管 。其设计基本数据如下： 设计流量Q=7.17 m3/s；倒虹吸进口前设 拦污栅，管段有两弯段转角，第一、第二弯段转角均为30°急转弯 管；上下游渠道断面相同，底宽b=2.4m，边坡系数m=1.5，糙率 n=0.025，设计流量时水深h0=2.1m，进口渐变段末端底宽为4.5m ，拟设计双排管，管径1.7m，试校核渠道过流能力。
2
v Q / A 7.17 / 2 / 2.27 1.58m / s
1.582 z 2 0.716 2.36 0.78 0.491m 19.6
倒虹吸管过流能力校核
案例计算：
（2）流量系数计算 （3）流量计算
1 2 gLi A2 A2 A2 i A2 C 2 R A2 1 A2 i i i i 2
水力分析与计算
倒虹吸管过流能力校核
案例分析：
1.流量计算公式
Q A 2g z2
A 2 2 gL A 2 A2 v2 i z2 i 2 1 2 A Ci Ri Ai A2 2 g i
2'
水力分析与计算
倒虹吸管过流能力校核举例
主 讲 人： 王勤香
倒虹吸管过流能力校核举例讲义
z
2
0.716
2.36 0.781.582
19.6
0.491m
案例计算：
倒虹吸管过流能力校核
（2）流量系数计算
பைடு நூலகம்（3）流量计算
1
i
A2 Ai2
2gLi Ci2 Ri
gAAi22
1
A2 A22
=
1
=0.509
0.716 2.36 0.78
水力分析与计算
Q A 2gz2 0.5092.27 19.60.4912 7.17m3 /s
2gLi Ci2 Ri
gAAi22
1
A2 A22
水力分析与计算
A、 Ai—管道出口断面及计算管段断面
面积；
ζi——为管道某一局部能量损失系数， 不包括管道出口处但包括管道进口处；
Ci、Ri、Li——分别为管身计算段水流 的谢才系数、水力半径和管长。
倒虹吸管过流能力校核
案例计算：
（1）倒虹吸进出口水面落差值Δz2
水力分析与计算
案例：
倒虹吸管过流能力校核
某水库干渠工程与河流相交。由于洪水位过高，拟建倒虹吸管
。其设计基本数据如下： 设计流量Q=7.17 m3/s；倒虹吸进口前设 拦污栅，管段有两弯段转角，第一、第二弯段转角均为30°急转弯 管；上下游渠道断面相同，底宽b=2.4m，边坡系数m=1.5，糙率 n=0.025，设计流量时水深h0=2.1m，进口渐变段末端底宽为4.5m ，拟设计双排管，管径1.7m，试校核渠道过流能力。
ζ拦=1.83×(1.6/18)4/3sin80°=0.072
拦
A2 A22
倒虹吸计算书
旧寨倒虹吸计算书一、基本资料设计流量：2.35 m3/s加大流量：2.94 m3/s进口渠底高程：1488.137m进口渠宽：2.0m进口渠道设计水深:1.31m加大流量水深：1.56m出口渠底高程：1487.220m进口渠道设计水深:1.43m加大流量水深：1.70m进出口渠道形式：矩形进口管中心高程：1487.385m出口管中心高程：1486.69m管径DN：1.6m二、设计采用的主要技术规范及书籍1、《灌溉与排水工程设计规范》GB50288—99；2、《水电站压力钢管设计规范》SL284—20033、《混凝土结构设计规范》SL/T191—96；4、《水工建筑物抗震设计规范》DL5073—1997；5、《小型水电站机电设计手册-金属结构》；。
6、《水力计算手册》7、《倒虹吸管》三、进口段1、渐变段尺寸确定L=C(B1-B2)或L=C1h；C取1.5～2.5；C1取3～5：h上游渠道水深；经计算取L=4m；2、进口沉沙池尺寸确定(1) 拟定池内水深H;H=h+TT=（1/3～1/4）h；T为进口渠底至沉沙池底的高差；取0.8m；(2) 沉沙池宽BB=Q/(Hv)；v池内平均流速0.25～0.5m/s；经计算取B=3.5m；(3) 沉沙池长L’L’≥（4~5）h经计算取L =8m；(4) 通气孔通气孔最小断面面积按下式计算：PC KQ A △1265；A 为通气管最小断面面积m 2；Q 为通气管进风量，近似取钢管内流量，m 3/s ；C 为通气管流量系数；如采用通气阀，C 取0.5；无阀的通气管，C 取0.7；P △为钢管内外允许压力差，其值不大于0.1N/mm 2；K 为安全系数，采用K=2.8。
经计算A=0.0294 m 2；计算管内径为0.194m ，采用D273(δ=6mm)的螺旋钢管。
四、出口段倒虹吸管出口消力池，池长L 及池深T ，按经验公式： L=(3~4)h T ≥0.5D 0+δ+0.3经计算取L =6m ，T=1.2m 。
须水河渠道倒虹吸水力学计算
须水河渠道倒虹吸水力学计算
须水河渠道位于山西省太原市，是国家第一级水利工程中重要的水路枢纽，其倒虹吸水力学计算对于渠道的畅通与安全有重要意义。
此次，我们有幸以系统介绍须水河渠道倒虹吸水力学计算的方法与进展。
首先，要知道倒虹吸水力学计算的目的是分析河渠的水力结构特性，以及河渠的倒虹吸水效果。
在此，研究者需要掌握数学物理学的知识，以及能够利用数学软件进行计算和模拟。
使用倒虹吸水力学计算，可以有效地提高须水河渠道的水力结构特性和倒虹吸水效果。
其次，倒虹吸水力学计算的方法与进展如下：
（1）首先，通过下游计算，解决倒虹吸水系统的边界条件和流量调节问题，建立可靠的模型；
（2）然后，采用天然流动状态的理想实验，分析倒虹吸水系统的垂直分布特性，同时监测其变化过程；
（3）最后，采用流态计算技术，以实验结果为基础，仿真渠道倒虹吸水效果，进而深入研究倒虹吸水力学计算关键技术。
最后，该研究结果能够为须水河渠道的倒虹吸水力学计算提供准确的参考，有助于推动河渠畅通与安全的发展。
未来，我们将继续深入研究须水河渠道倒虹吸水力学计算，为其畅通与安全的建设发挥积极作用。
总之，须水河渠道倒虹吸水力学计算的研究将对河渠的畅通与安全发挥重要作用，也为根据工程实际选择倒虹吸水模型提供有力的技
术支撑。
同时，也有助于推动未来河渠计算技术的发展，为水利工程科研发挥应有的作用。
倒虹吸水力计算——公式
序号
计算参数
1 初拟管道直径 1.1 设计流量
1.2 最小流量 1.3 倒虹吸总长度 1.4 材料糙率 1.5 初选流速 1.6 初选过水断面面积
1.7 初选管道直径 1.8 确定管道直径D 1.9 设计流速
#### 相应过水断面面积
2 水头损失
2.1 沿程水头损失
22..11.. 22.1. 3
hf
L V2 D 2g
ζj进口
ζ拦污栅＝β（s/b） 4/3sina
拦污栅栅条厚度
s
m
拦污栅间距
b
拦污栅与水平面夹角 α
栅条形状系数
2.2. 32.2. 4
闸槽损失系数 弯道损失
β ζ门槽 ζ弯道
2.2. 5
管道入明渠损失系数
ζ出口
w渠
w管/w渠
ζ出口（查表3-4）
2.2. 6 2.2. 7
ζ通气孔（《水力计算手册表
5.1 流量系数
Q小 Vmin V允
m
5.2 设计流量
Q设
m
hj
V2 2g
m
hw hf hj
m
m3/s m/s m/s
vmin=Q小/w
m
1
L / D
m3/s
Q mA 2gZ
0.608 0.754 0.850 0.754
5.000 1.592
1.20
0.827 9.99
水力半径 谢才系数 能量损失系数
沿程水头损失
2.2 局部水头损失
2.2. 1
进口损失系数
2.2. 2
拦污栅损失系数符号Fra bibliotek单位Q
m3/s
Qmin m3/s
倒虹吸水面落差计算.
z z1 z2 z3
方头形 直线扭曲面形
（1）倒虹吸进口水面降落值Δz1
v22 v12 z1 (1 1 ) 2g
v1、v2——分别为进口渐变段首、末端断面平均流速； ζ1——进口渐变段局部水头损失系数，查表确定
水力分析与计算
倒虹吸水面衔接分析计算
案例分析： 2.水面落差△z计算
水力分析与计算
倒虹吸管水面衔接分析计算
主 讲 人： 王勤香 黄河水利职业技术学院
2014.10
水力分析与计算
水力分析与计算
倒虹吸水力分析与计算
一、倒虹吸管水力分析
△z
1
△z
2
△z
3
z z1 z2 z3
二、倒虹吸管水力计算内容
（1）选择适宜的流速，确定管径； （2）已知管径、管道布设，校核过流能力； （3）确定下游渠道水位和渠底高程（求水面总落差）。
渐变段型式 反弯扭曲面形 1/4圆弧 方头形 直线扭曲面形
ζ1 0.1 0.15 0.3 0.05~0.3
ζ2 0.2 0.2 0.7 0.3~0.5
z z1 z2 z3
（2）倒虹吸出口水面上升值Δz3 v3、v4——出口渐变段首、末端断面平均流速 ζ2——出口渐变段局部水头损失系数 v42 z3 (1 2 ) 2g
倒虹吸水面衔接分析计算
案例分析：
（3）倒虹吸进出口水面落差值Δz2
A 2 2 gLi A 2 v2 v2 v22 z2 i ( ) 2 ( ) Ci Ri Ai 2g 2g Ai
2'
2'
A 2 2 gL A 2 A2 v2 i A、 Ai—管道出口断面及计算管段断面面积； z2 i 2 1 2 A Ci Ri Ai A2 2 g i
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校核最小流量
vmin=Q小/w(vmin>1.2m/s)
0.138 0.075 40.000 0.009 0.750 0.184 0.484 0.400 1.098 0.126
0.100
75.699
0.014 0.084 0.500 0.000 0.000 0.100 75.000 0.760 0.000 0.000 0.000 9.000 0.014 0.100 0.000 0.600 0.037 0.121
谢才系数（手册第一册 p7/c2
沿程水头损失（m） hf＝λL*v2/(4R*2g)
(2)局部水头损失 ζj进口（查表3-3）
ζ门槽（单个为0.2）共两个
拦污栅栅条厚度s（m）
拦污栅间距b（m）
拦污栅的水头损失 拦污栅与水平面夹角a（度） 栅条形状系数β（查表3-5）
0.138 0.596
倒虹吸水力计算
1、初拟管道直径
设计流量Q(m3/s)
最小流量Qmin(m3/s)
倒虹吸总长度L(m)
材料糙率n
初选流速v'(m/s)
初选过水断面面积w'(m2)
初选管道直径D'(m)
倒虹管直径
确定出管道直径D(m)
设计流速v(m/s)
相应过水断面面积w(m2)
2、水头损失
（1）沿程水头损失
水力半径（m） R=D/4
ζ拦污栅＝β（s/b）4/3sina
弯道损失ζ弯道（查表3-7）
ζ旁通管（单个为0.1）共两个
明渠的断面面积（m2） w渠
w管/w渠
ζ出口（查表3-4）
ζ通气孔（《水力计算手册表1-3-4》）
总局部水头损失系数∑ζj
总局部水头损失hj＝∑ζjv2/2g 总水头损失z＝hj+hf
3、校核流量
Q＝w(2gz)0.5/(λL/D+∑ζj)