第一节灌溉渠道流量确定和设计(3)

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重于泰山，轻于鸿毛。19:30:4219:30: 4219:30Tuesday, December 01, 2020
(4) 梯形渠道水力最佳断面的计算公式: 在渠道比降和渠床糙率一 定的条件下，通过设计流量所需要的最小过水断面称为水力最佳断 面，梯形渠道水力最佳断面的水力要素按下表计算。
表3-16 梯形渠道水力最佳断面参数计算公式
梯型渠道水力最优断面常为窄深式，这种渠施工困难， 特别是大型渠道，当地形条件复杂时施工就更加困难， 因此在实际应用中，水力最优断面不一定是经济断面。 但水力最优断面具有工程量最小的优点，小型渠道和 石方渠道可以采用。在工程实践中为了经济合理，常 常放弃水力最优断面，而选用实用经济断面。实际过 程中存在一组宽浅式的梯形断面，其水深和底宽有一 个较广的选择范围，以适应各种具体情况的需要，而 在此范围内又能基本上满足水力最优断面的要求（即
(2) 续灌渠道设计流量的计算: 续灌渠道一般为干、支渠道，流量较大，上、 下游流量相差悬殊，这就要求分段推算设计 流量，各渠段可采用不同的断面。各级续灌 渠道的输水时间都等于灌区灌水延续时间， 可以直接由下级渠道的毛流量推算上级渠道 的毛流量。所以续灌渠道设计流量的推算方 法是自下而上逐级、逐段进行推算。生产实 际中一般用经验公式估算续灌渠道分段设计 流量。
土质渠道不冲流速
渠床土质 轻壤土 中壤土 重壤土 粘土
不冲流速(m s-1)
备注
0.6～0.8 0.65～0.85 0.70～0.95 0.75～1.00
1）表中土壤的干容重为1.3～1.7g cm-3； 2）当R≠1m时，表中所列数值应乘Ra加
以修正。对于疏松的壤土和粘土，指数 a=1/3～1/4；对于密实的砂壤土、壤土 和粘土，a=1/4～1/5。
1
21
v R3i2
n
设计渠道时要求投资少，效率高，即在设计流量Q、比降i、糙 率系数n值相同的条件下，使渠道断面最小；或在相同断面条 件下通过的流量Q最大。符合这些条件的断面称为水力最佳断 面。
从公式
1
21
v R3i 2
n
可以看出，当A、n、i一定时，水力半径最大或湿周最小的断
面就是水力最佳断面。半圆形断面是水力最佳断面，天然土渠
其过水断面面积w与水力最优断面的w优相接近），满
足这些要求的断面称为实用经济断面。
根据上式可算出不同边坡系数相应的水力最优断面的宽深比， 见下表
(5)梯形渠道实用经济断面的水力计算公式
式中：α为水力最优断面流速(或过水断面面积)与实用经济 断面流速(或过水断面面积)的比值； V、A、R、h分别为实 用经济断面的流速(m／s)、过水断面面积(m’)、水力半径 (m)和水深(m)；β为实用经济断面的宽深比。
Q加大 = J Q设 式中：Q加大―渠道加大流量（m3s-1）；Q设―渠道设计流量（m3s1）；J ―加大系数(%)，可参照下表执行。
渠道流量加大系数与渠道流量进位规定:
渠道流量加大系数
渠道设计流量
<1
（m3s-1）
1—5
5—10
10—30
加大流量系数 J
1.35— 1.30
1.30—1.25 1.25—1.20
△h=1/4hj+0.2 ③堤顶宽度。渠岸和堤顶的宽度可按下式计算：
D = hj + 0.3
式中：D为渠岸或堤顶宽度(m)；hj为渠道的加大水深(m)。
另外对有通航任务的渠道，还应考虑通航要求。
踏实，奋斗，坚持，专业，努力成就 未来。20.12.120.12.1Tuesday, December 01, 2020
具体推算方法以图为例说明如下：图中表示的渠系有1条干渠和4条支渠， 各支渠的毛流量分别为Q1、Q2、Q3、Q4，支渠取水口把干渠分成3段，各 段长度分别为L1、L2、L3，各段的设计流量分别为QOA、QAB、QBC，
计算公式如下：
具体推算可参见教材p125例3—1。
3．渠道最小流量和加大流量: 渠道最小流量可能出现于河流水源不足
有衬砌护面的渠道的不冲流速比土渠大得多，如混凝土护面的渠道允许 最大流速可达12m／s。但从渠床稳定考虑，仍应对衬砌渠道的允许最大流 速限制在较小的数值范围内。美国垦务局建议：无钢筋的混凝土衬砌渠道 的流速不应超过2.5m／s，因为流速太大的水流遇到裂缝或缝隙时，流速 水头就转化为压能，会使衬砌层翘起和剥落。
的时候，有时灌区需对种植面积较小或灌水 定额较小的作物单独供水，也可能出现渠道 最小流量(Qmin)。最小流量用以校核对下一 级渠道的水位控制条件和确定修建节制闸的 位置，并按最小流量验算渠道不淤条件。
(1) 渠道最小流量的确定：为保证渠道顺利 输、配水，对于同一条渠道，其设计流量(Qd) 与最小流量(Qmin)相差不能过大，为了保证对 下级渠道正常供水，有些灌区规定渠道最小 流量以不低于渠道设计流量的40％为宜；也 有的灌区规定渠道最低水位等于或大于70％ 的设计水位。实际灌水中如某次灌水定额过 小，可实行集中供水，缩短供水时间；如因 水源缺水造成引水量过小，则可对支渠实行 续灌。
不可麻痹大意，要防微杜渐。20.12.120.12.119:30:4219:30: 42Dec ember 1, 2020
加强自身建设，增强个人的休养。2020年12月1日下 午7时30分20.12.120.12.1
一般对渠道横断面设计的要求是保证设计的断面能够输送 设计流量和加大流量，设计的断面渠床稳定，不冲涮，不淤积 ，不塌坡；对渠道纵断面设计要求是应尽可能保证渠道有足够 的水位高度，以满足灌区大部分地区实现自流灌溉；渠道土方 工程量小，渠系建筑物少，经济合理；纵向稳定要求渠道在设 计条件下工作时，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。
修成半圆形是很困难的，也是不稳定的，只能修成接近半圆的
梯形断面。
A
X
R
B
B h
bh
b+2h
bh
b
b 2h
b
m
B bh
(b+mh)h
b 2h 1 m2
b
(b 2h
mh)h 1 m
2
b+2mh
（1）渠底比降：两端渠底高差和渠段间距离的比值称为渠底比 降。应根据渠道沿线的地面坡度、下级渠道进水口的水位要求、 渠床土质、水源含沙情况、渠道设计流量大小等因素，选择适宜 的渠底比降。清水渠道易产生冲刷，比降宜缓，如淠史杭灌区输 水渠道的比降为1／10000-1／28000。浑水渠道容易淤积，比降 应适当加大，如人民胜利渠灌区的渠底比降为1/1000—1／6000。 对黄河中下游地区：干渠：1/2000—1/5000；
⑤校核实用经济断面是否满足渠道允许流速的要求。
根据规范，对浑水渠道： 对粘性土渠道和刚性衬砌取小值，沙性土取大值。
(7). 渠道允许不冲、不淤流速:
渠道断面过于窄深或宽浅，都会影响渠道断面的稳定性。稳定 断面的宽深比应满足渠道不冲、不淤流速要求，即要求渠道中 的实际流速大小有一个允许范围：
V不冲>V允许>V不淤
2) 渠道的不淤流速：渠道水流的挟沙能力随流速的减小而减小， 当流速小到一定程度时，部分泥沙就开始在渠道内淤积。泥沙将 要沉积时的流速就是临界不淤流速。在清水渠道中，为了不让渠 道长草，一般要求断面平均流速大于0.3～0.5 m s-1，习惯上也 有人称之为不淤流速。渠道不淤流速主要取决于渠道含沙情况和 断面水力要素，即渠道水流的挟沙能力，根据我国各地经验，常 用的渠道挟沙能力的计算公式主要为根据实际研究成果而得到的 经验公式：
渠堤顶高程∇
△h
hd hj
②安全超高。为了防止风浪引起渠水漫溢，保证渠道安全运行，挖方渠道 的渠岸和填方渠道的堤顶应高于渠道的加大水位，高出的数值称为渠道的 安全超高，土渠可用下式计算渠道的安全超高▽h，但最小不宜小于0.5m； 石渠的安全超高可比相同条件下的土渠超高值稍小，但最小不宜小于0.3m。 从多泥沙河流引水的渠道，还应考虑渠底产生泥沙淤积的影响。
1.20— 1.15
>30
1.15— 1.10
注：轮灌渠道不考虑加大流量；抽水灌区干渠的加大流量按备用机组的抽水能力而定。
二、灌溉渠道纵横断面设计: 灌溉渠道的设计流量、最小流量和加大流量
确定以后，就可据此设计渠道的纵横断面。 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。渠道纵、横断面设计应 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。
x m
hh
x
（3）渠道的边坡系数：渠道的边坡系数m是渠道边坡倾斜程 度的指标，其值等于边坡在水平方向的投影长度和在垂直方向 投影长度的比值。m值的大小关系到渠坡的稳定，要根据渠床 土壤质地和渠道深度等条件选择适宜的数值。矩形断面的边坡 系数m等于零。大型渠道的边坡系数应通过土工试验和稳定分析 确定。当挖方深度大于5m，渠中水深大于3m时，应进行渠道土 壤稳定性分析，从而确定边坡系数值。若挖方小于5m，水深小 于3m，这时挖方渠道的边坡系数可参考已成灌区经验数据确定。 如果填方渠道的填方高度大于3m时，边坡系数应通过水工试验 和稳定性分析确定。
(2) 渠道加大流量的确定:加大流量是考虑到灌区管理运用中可 能出现规划设计未能预料到的变化(如种植比例变化、扩大灌溉 面积，稀遇的干旱气候等)和短时加大输水的要求，在设计时要 注意留有余地。同时，渠道加大流量也是设计堤顶高程的依据。 即:
堤顶高程 = 渠道加大流量水位+堤顶超高。