渠道水力计算程序
03 渠道临界水深计算
临界 水深
Q2 Ak3
g Bk
临界水深对应的 过水断面面积
临界水深对应的 水面宽度
式中： A (b mh)h
B b 2mh
计算思路：不断假设水深h，当假设的水深使临界流方程成立时，该假
设水 深即临界水深hk。
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水力分析与计算子项目
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水力分析与计算子项目
3.Excel试算临界水深
需要用到的公式和需要注意的问题： ①基本变量的单元格符号应加“$”加以固定；
②常用的excel计算符号： 求和 sum函数； 求差 “—”号； 求积 “ * ”号； 求商 “ / ”号； 平均数 average 函数； 开方 “sqrt”或“power（a，0.5）”函数； 幂函数 “^”或 power（a，b）=ab 三角函数 相应的三角函数（注意：默认的格 式是弧度制）。
水力分析与计算子项目
用excel计算临界水深
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水力分析与计算子项目
四 课下练习
某梯形断面渠道，底宽b=2.5.0m，边坡系数m=2.0。当通过流 量Q=7.0m3/s时，试计算渠道的临界水深hk。
要求：编写excel公式，并用单变量求解的方法计算结果。
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A
B
B7=($B$4+$C$4 *A7)*A7
C7=$B$4+2*$C$4* A7
A (b mh)h B b 2mh
D4=A4^2/9.8
A3 / B
D7=B7^3/C7
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在编制计算程序时，应注意这些参数在计算过程中始终不变，应当使 用“$”符号加以控制。
渡槽水力计算
1、上游渠道水深h 01.1 已知数据上游渠道设计流量（m 3/s ）：Q=5 上游渠道断面参数：底宽（m ）:b=1.4边坡系数：m=0底坡：i=0.01渠床糙率：n=0.0181.1 用试算法计算上游渠道水深h 02、下游渠道水深h 0计算2.1 已知数据下游渠道设计流量（m 3/s ）：Q=5 下游渠道断面参数：底宽（m ）:b=1.4边坡系数：m=0底坡：i=0.012渠床糙率：n=0.0182.2 用试算法计算下游渠道水深h 03、渡槽底坡i 、槽身净宽B 、净深H 设计3.1 已知数据渡槽长度（m ）：L=105渡槽设计流量（m 3/s ）：Q=5渡槽加大流量（m 3/s）：Q=6渡槽糙率：n=0.018渡槽纵坡：i=0.0144、渡槽总水头损失计算进口段局部水头损失系数：ξ1=0.1出口段局部水头损失系数：ξ2=0.3允许水头损失（m ）：［△Z ］=1.61取出口渐变段长度（m ）：L 2=106、进出口槽底高程计算6.1 已知数据进口前渠底高程（m ）：▽3=1445.99计算：校核：审查：日期：日期：日期：陈军编制贵州省水利水电勘测设计研究院上游渠底高程1445.99i=0.01下游渠底高程1444.52i=0.012渡槽105m i=0.014提示一：计算稿中未着色部分需要你手工输入数据，着色部分为自动计算数据。
提示二：计算稿中所列计算公式参见《灌溉与排水设计规范》及有关水力学书籍。
提示三：本计算稿采用C5(162×229mm）排版，接近16K。
提示四：梁式渡槽满槽时槽内水深与水面宽度的比值一般取0.6～0.8；拱式渡槽可适当减少。
提示五：槽身过水断面的平均流速宜控制为1.0～2.0m/s 。
提示六：局部水头损失系数查《灌溉与排水工程设计规范》P110页表示六：局部水头损失系数查《灌溉与排水工程设计规范》P110页表M.0.2-1和M.0.2-2。
口槽底高程=1444.52m。
渠道水力计算
0.068611328 9.12
8.476 0.929386 47.19416011 14.398045 3.806583286
0.068611328 9.12
8.476 0.929386 47.19416011 14.398045 3.806583286
综合糙率（n)
nmax/nmin＜1.5 nmax/nmin＞
定了渠底宽度b，设一系列h，做出K=f(h)曲线图，再由已知流量Q和底坡i算出相应的流量模数K已知，在曲线图上查出
湿周（χ）
水力半径 （R）
谢才系数 流量模数 已知流量模数
（C)
（K)
（K已知）
6.52 0.693251534 37.6306567 141.620346 18.76091434 1.453306673 47.3017302 1554.77278 23.41640786 2.049844719 50.0923003 3442.49006 27.88854382 2.58170525 52.055736 6022.18949 32.36067977 3.090169944 53.6390663 9429.14667
相对稳定断面 （β）
水深 （h）
底宽
(b)
38
0.007
0 0.0209 7.448471389 1.162294654 8.657318479
(3)实用经济断面宽深比
计算方法： （1）拟定偏离系数α：α=A经/A优（一般取α=1.01～1.4） （2）计算γ： γ=h经/h优 γ=α5/2-(α*（α4-1）)1/2 （3）计算宽深比β：β=(α*（2（1+m2)1/2-m)-m)/r2
0.0225 0.020932018 0.020932018
渠道的水力计算造表原理和使用方法
计算的。所以在工程界，通常是将壳槽简化为纵、横两个方向分别 进行近似计算，纵向按梁理论计算其内力，横向取单位长度槽身按 平面问题进行分析。实践证明，这种近似的计算方法，对于中小型 渡槽工程是可行的。对于一些大的工程，还有必要进行 １：１ 仿真模 型试验观测和有限元仿真分析等多种手段进行对比验证，以评价 利用薄壳结构计算理论进行设计的可靠程度或近似程度。同时利 用模型试验段在各工况荷载（包括满槽超载）作用下的结构应力和 变形观测结果，检验实际工程整体结构的受力性能和超载能力。
155
１．对问题 １ 利用表 １ 求解渠道底宽的步骤
－８
第一步，根据已知条件，计算 F= NQ H ３ 的值。第二步，按 姨I
Ｆ 值及边坡系数 Ｍ ，在表 １ 中查得 Ｘ ＝Ｈ ／Ｂ 的值。第三步，按 Ｂ ＝Ｘ Ｈ 即可求得渠道底宽 Ｂ 的值。
１．２．２ 针对问题 ２ 利用表 ２ 求解正常水深的步骤
－８
解：（１）F= NQ H ３ ＝８．８６ 姨I
（２）按 Ｆ＝８．８６，Ｍ ＝３，在表 １ 查得，当 Ｆ＝８．００ 时，Ｘ ＝８．７３；当
Ｆ＝９．００ 时，Ｘ ＝７．７７。通过内插得 Ｘ ＝７．６２。 （３）取底宽 Ｂ ＝Ｘ Ｈ ＝１３．７ｍ 。 例 ２，某农渠，在设计流量 Ｑ ＝０．２５ｍ ／ｓ，底坡 Ｉ＝１／１０００，糟率
4. 结论 以上主要对大型渡槽三向预应力槽身的结构进行了设计。 对设置伸缩缝时间的选择非常重要。要求在最低设计温度以及 混凝土收缩、徐变全部完成的最有利的组合条件下进行，以便保 证在任何情况下橡胶部件中仍有一定的压缩量，使橡胶部件与
样，跨度也就不尽相同，以使槽身结构、下部结构、基础结构、施 钢板之间不会出现拉应力。
第一章 明渠水力计算
第一章明渠水力计算明渠水力计算分为明渠均匀流计算及明渠非均匀流计算，这不仅是渠道工程设计的主要计算项目，也是灌区水工建筑物设计中最基本的水力计算项目。
在渡槽、涵洞、陡坡等建筑物的设计中，常需推算水面线，水面线的推算属于明渠非均匀流计算。
消能计算中的下游尾水深计算及渡槽槽身的水力计算都是明渠均匀流计算；水面线计算中的正常水深也是按明渠均匀流计算。
因此本书将首先在此简要介绍明渠水力计算。
第一节单式断面明渠均匀流水力计算一、计算公式明渠均匀流的基本计算公式如式(1—1)一式(1—3)；二、计算类型根据设计条件及要求，单式断面明渠均匀流一般可分为以下(种计算情况：(1)已知设计流量、渠底比降及渠底宽，计算水深。
(2)已知设计流量，渠底比降及水深，计算渠底宽。
(3)已知设计流量及过水断面面积、计算渠底比降。
(4)已知过水断面面积及渠底比降，计算过水流量。
上述第(3)、(4)两种情况可由式(1—1)直接求得计算结果，但不是设计中的主要计算情况．第(1)、(2)两种情况，因式(1—1)中的w、R、C 等值均包含有渠底宽及第1页水深两个未知数，因此不可能由式(1—1)简单求解，而需要经过反复试算才能得到计算结果，这两种是设计中常见的情况，为了减少计算工作量，过去多是借助有关的计算图表进行计算，现在则可采用电算。
三、算例现以算例介绍单式断面明渠均匀流不同计算情况的计算方法和步骤。
[例1—1，已知某梯形断面渠槽的渠底宽为b＝1．5m，水深为h--3．2m，边坡系数[例1—2] 已知某梯形断面渠槽的设计流量为Q＝20．07m^3／s，渠底宽为b--1．Sm，边坡系数为m--2．5，渠底比降i=1／7000，糙率为n=0．025。
试计算渠道水深。
解：本倒不可能由式(1—1)一次算出水深，需通过假定不同的水深反复试算才能求得所需值。
计算步骤是首先假定一个水深值，计算相应的w、R、C等值，然后按式(1—1)计算过水流量，如流量计算值小于设计流量，表明假定的水深偏小，再加大水深值重新计算；反之，则表明假定的水深偏大，再减小水深值重新计算，如此反复多次，直至按假定的水深计算的过水流量渐进等于设计流量时，该水深即为所求水深。
渠道水力计算类型
渠道水力计算类型在水利工程中，梯形渠道应用最为广泛，因而后面以梯形断面为代表，讨论渠道的水力计算方法。
因明渠流量计算公式32352132==x A n i i R n A Q ，将梯形的面积h mh b A )(+=、湿周212m h b ++=χ代入上式得[][]32235+12++=mh b h mh b n i Q )( (6-17) 则),,,,(=i n m h b f Q ，这说明，梯形断面水力计算存在着（Q 、b 、h 、m 、n 、i ）六个变量。
通常渠道的边坡系数m 和糙率系数n ，可由渠的地质情况、施工条件、护面材料等实测确定，或由经验查表确定。
则渠道的水力计算主要是流量计算、正常水深计算、渠宽度计算及渠底坡度计算。
明渠均匀流的水力计算问题,可分为两大类：一类是对已建成的渠道进行计算，如校核流速、流量、糙率和底坡；另一类是按要求设计新渠道，如确定底宽、水深、底坡、边坡系数或超高等。
一、已成渠道的水力计算已成渠道的水力计算任务是校核过水能力及流速，或由实测过水断面的流量反推粗糙系数和底坡。
下面以例题形式来说明。
1. 流量和流速的校核【例6-3】 某灌溉工程粘土渠道，总干渠全长70km ，糙率n =0.028，断面为梯形，底宽为8m ，边坡系数m = 1.5，底坡i=1/8000，设计流量Q 为40m 3/s 。
试校核当水深为4m 时，能否满足通过设计流量的要求。
解： (1) 流量校核由于渠道较长，断面规则，底坡和糙率固定，故可按明渠均匀流计算。
因： 4)45.18()(⨯⨯+=+=h mh b A = 56（m 2）42.22=5.1+1×4×2+8=+12+=22m h b x （m ）水力半径： 42.2256==x A R = 2.498 m 谢才系数： 6161498.2028.011⨯==R n C = 41.6 m 1/2 / s流 量 =)8000/1(×498.2×6.41×56==Ri AC Q 41.17 m 3 /s(2) 流速较核：74.0=5617.41==A Q v （m/s ）>不淤v =0.5m/s查表6-4粘土渠道，不冲流速允许值为（0.75～0.85）m/s,水力半径为2.498m, 则实际允许流速为()=498.2×)85.0~75.0(==41αR 表不冲v v 0.942～1.07m/s因计算流量大于设计流量,则满足能过设计流量的要求；实际流速满足不冲、不淤允许流速要求。
渠道计算
5.8渠道工程5.8.1工程布置XX水库干渠灌区，位于XX河右岸，总灌溉面积6229亩。
根据灌区的实际情况，灌溉渠系分干、斗、农三级布置，干渠属盘山渠道，基本沿等高线布置，渠道底坡为i=1/1000。
斗渠从干渠中取水配给农渠，一般沿山脊布置，其走向基本垂直或平行于等高线。
灌区属山区河谷地带，天然山箐小河较为发育，田间的多余水量可由田间直接向两侧山箐中排泄或通过下级农渠向两侧山箐小河中排泄，因此可利用灌溉农渠作为排水农沟，利用山箐作为排水斗沟，再从山箐中排至小河中，从小河中把多余水量排出灌区以外。
灌溉干渠布设为右干渠，接于输水隧洞出口，右干渠沿XX河接南丙河右岸旁山布置，至小芒弄村边箐结束，总长11.72km。
渠首设计流量0.59 m3/s，渠首底板高程为1191.7m底坡i=1/1000，渠末底板高程为1179.98m。
5.8.2渠道设计干渠断面形式均为矩形，衬砌形式为M7.5浆砌石。
渠道矩形断面边墙采用重力式挡土墙，边墙顶宽均为0.40m，外边墙边坡均为1：0.3，底板厚度为0.4 m。
为避免不均匀沉降对渠道的影响，渠道上每隔15～20 m设置一道变形缝，采用114沥青砂浆止水。
渠道外侧留1.5m平台。
干渠渠道沿线不利物理地质现象不发育，渠道稳定性较好。
经勘查在渠道沿线有小规模的塌滑体，属基本稳定塌滑体，在经过塌滑体段渠道用盖板涵形式；在经过小箐沟时，在渠道上设背水桥；经过较大箐沟时，在渠道下设过水涵洞；渠道过公路时，采用矩形加盖断面。
渠道纵坡为1/1000，断面尺寸为1.3×1.2 m～1.0×1.0m。
5.8.3渠道水力计算渠道断面浆砌石矩形断面，浆砌石渠道每50m设一伸缩缝，浆砌石衬砌伸缩缝处采用沥青砂浆止水。
渠道永久开挖边坡为1:0.75。
渠道糙率系数为n=0.025，底坡i=1/1000。
按明渠均匀流公式Q=AC Ri 进行渠道断面设计，式中Q——渠道设计流量（m3/s）；A——过水断面面积（m2）；n——糙率系数；R ——水力半径（m ）； i ——渠道底坡；C ——谢才系数。
第三节灌溉渠道流量推算
一、渠道流量概述 1、设计流量
在灌溉设计标准下为满足灌溉要求而要求的最大流量 设计流量是渠道的毛流量 是确定渠道断面和建筑物尺寸的主要依据。
2、最小流量
设计标准下，渠道发生的最小流量 出现最下灌水定额时发生； 用于水位校核和节制闸位置确定
发生最小流量时，如果下级渠道最小流量时水位低于 上级渠道水位，不需要节制闸，否则需要节制闸抬高 水位保证下游正常取水。
与灌水方法和田间工程状况有关； 是反映灌水技术水平的重要指标；
η f=A*m/W净
4）灌溉水利用系数
η 水＝η f×η s
三、渠道工作制度
1、续灌
在一次灌水延续时间内，渠道连续输水 干渠、支渠多采用续灌
优点： 可以使得用水单位受益均匀 避免水量过于集中，减少渠道规模，便于组织生产
渠道的净流量等于其控制的同时灌溉的下级渠道的
毛流量之和
该渠道的设计流量＝净流量＋渠道损失水量
损失水量可用经验公式计算，亦可利用经验系数估
算，得到各级渠道的渠道水利用系数。
D：对于支渠较多的灌区，可选 典型支渠进行计算其支渠水利用 系数，作为扩大指标，求其他支 渠的设计流量
Q支渠＝A×q/n支水
3、设计
求圆弧半径和设计水深 采用P131公式
1、地面高程线 2、建筑物位置和符号 3、设计水位线 4、渠底线（平行设计水位线减去设计水深） 5、最小水位线（渠底＋最小水深） 6、堤顶线（渠底线＋加大水深＋超高） 7、桩号和高程
3、水位衔接
（1）同级渠道不同渠段水位衔接
A 上下段渠道流量差别不大时，调整渠道宽深比，使其 水深一致。 可以同时调整，或调整下级渠道； 减小底宽、底坡均可增加下游水深。