卡四支渠梯形渠道水力计算
梯形类渠道水力最佳断面统一公式的推求
梯形类渠道水力最佳断面统一公式的推求
荣丰涛
【期刊名称】《山西水利科技》
【年(卷),期】2003(000)004
【摘要】文中导出了梯形类渠道(包括梯形渠道、弧形底梯形渠道、弧形坡脚梯形渠道)的水力最佳断面统一计算公式.
【总页数】3页(P5-7)
【作者】荣丰涛
【作者单位】山西省水利科学研究所
【正文语种】中文
【中图分类】TV131.4
【相关文献】
1.梯形渠道水力最佳断面的一种计算方法 [J], 张显辉;吕宏兴
2.梯形渠道水力最佳断面边坡系数推求 [J], 王开民
3.梯形渠道水力最佳断面参数的快速确定方法 [J], 孔庆迎
4.平底抛物线形复合渠道水力最佳断面及实用经济断面统一设计方法 [J], 王正中;陈柏儒;王羿;赵延风
5.抛物线类渠道水力最佳及实用经济断面统一设计方法 [J], 陈柏儒;王羿;赵延风;王正中
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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。
渠道水力计算
0.068611328 9.12
8.476 0.929386 47.19416011 14.398045 3.806583286
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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
梯形、矩形渠道水力计算表 ——有用(算出流速和流量)
A(m*m) 0.151 0.392 0.280
χ (m) 1.244 1.568 1.453
R(m) 0.121 0.250 0.193
n 0.016 0.016 0.016
C(m^1/2/s) 43.975 49.606 47.499
I 0.001 0.001 0.001
v(m/s) 0.484 0.784 0.659
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流
量
Q(m^3/s) 7.921 流 量
Q(m^3/s) 0.761
流
量
Q(m^3/s) 0.392 1.69 流 量 适用条件
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适用条件 Q(m^3/s) 0.073 0.307 0.185 r≤0.2 r＜1.0 r≥1.0 水深h 在圆弧 段以上 -1.32
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水力半径 R(m) 0.428 R(m) 0.308
糙 率 n 0.017 n 0.017
谢才系数 底坡比降 C(m^1/2/s) 51.068 C(m^1/2/s) 48.344 I 0.001 I 0.00/s) 0.968
Q(m^3/s) 1.723 Q(m^3/s) 0.702
梯形渠道断面尺寸、水深计算
梯形明渠水力最优断面尺寸计算书
梯形明渠水力最优断面尺寸计算书项目名称_____________日期_____________设计者_____________校对者_____________一、基本资料:1.参考书目:武汉水利电力学院编《水力计算手册》中国水利水电出版社《工程流体力学》2.输入参数:设计流量:Q = 3.000m3/s边坡系数:m1 = 1.00边坡系数:m2 = 1.00糙率系数:n = 0.0225渠底坡度:i = 0.00500二、计算过程:水力最优断面的宽深比:β= (1+m1×m1)0.5+(1+m2×m2)0.5-m1-m2 = 0.828 程序采用试算法求解,正常水深h从0.1米开始以0.01米的步长递增取值。
通过程序试算,当h = 0.930m时,计算流量Q1 = 2.983m3/s计算流量Q1与设计流量Q比较接近,此时的正常水深h就是所求的渠道水深。
具体计算过程如下:渠道底部宽度b = β×h = 0.828×0.930 = 0.770m断面面积:A = b×h+(m1+m2)/2.0×h×h= 0.770×0.930+(1.00+1.00)/2.0×0.930×0.930 = 1.581m2渠道湿周:X = b+h×[(1+m1×m1)0.5+(1+m2×m2)0.5]= 0.770+0.930×[(1+1.00×1.00)0.5+(1+1.00×1.00)0.5] = 3.401m 水力半径:R = A/X = 1.581/3.401 = 0.465m谢才系数:C = 1/n×R1/6 (曼宁公式)代入上式:C = 1/0.0225×0.4651/6 = 39.119计算流量:Q1 = A×C×(R×i)0.5= 1.581×39.119×(0.465×0.00500)0.5 = 2.983m3/s三、计算结果:所以,正常水深计算值h = 0.930m渠道底部宽度b = β×h = 0.828×0.930 = 0.770m平均流速:v = Q1/A = 2.983/1.581 = 1.886m/s。
梯形、矩形渠道水力计算
梯形渠道断面尺寸、水深计算水深底宽边坡过水面积湿周水力半径糙率谢才系数坡比降流速流量h(m)b(m)m A(m*m)χ(m)R(m)n C(m^1/2/s)I v(m/s)Q(m^3/s) 0.400.30 1.000.280 1.4310.1960.025030.4760.01 1.3480.377 0.64 1.000.410 1.8100.2260.022534.6940.000250.2610.1070.600.600.500.540 1.9420.2780.012067.3270.03 6.150 3.321 0.400.500.500.280 1.3940.2010.018042.5130.03 3.3000.924 0.600.320.400.336 1.6120.2080.012064.1640.03 5.073 1.705 0.750.80 1.00 1.157 2.9150.3970.02534.2920.01 2.1607 2.5004说明：1、计算的范围为尾水（即尾0+000~尾0+017.5）。
2、计算时假设该渠水流为明渠均匀流进行水力计算。
3、该渠道的衬砌为浆砌块石衬砌，其糙率n值取为n=0.025。
水 深过水面积湿 周水力半径糙 率谢才系数底坡比降流 速流 量h(m)A(m*m)χ(m)R(m)n C(m^1/2/s)I v(m/s)Q(m^3/s)0.6700 1.608 3.740.42994650.022538.6117860.00120.8770 1.41030.40000.16 1.20.13333330.01259.5628140.03 3.76710.6027.0#VALUE!#VALUE!0.014#VALUE!0.0012#######VALUE!0.80000.56 2.30.24347830.01843.9006410.01 2.1662 1.21311.3800 2.208 4.360.5064220.02535.7118290.002 1.1365 2.50950.30000.090.90.10.01256.7743390.03 3.10970.27990 1.600.02500.0020.00000.00001.3770 2.2032 4.3540.50601750.02535.7070720.002 1.1359 2.50271.38002.2084.360.5064220.02535.7118290.002 1.13652.5095201882.400.401.800.70矩形渠道断面尺寸、水深计算底 宽b(m)1.601.600.301.601.60水 位湿 周水力半径糙 率比降h(m)χ(m)R(m)n I 4014 4.188810.064870.0810.0083401524.73240.6629390.0810.0083401641.99927 1.1770520.0810.0083401756.68853 1.7723470.0810.0083401860.01827 2.6099290.0810.0083401963.96554 3.3681810.0810.0083402068.29129 4.0660120.0810.0083402171.52681 4.7937480.0810.0083402274.59941 5.4991830.0810.0083402377.67202 6.1762850.0810.0083402480.744616.8282910.0810.008314.0209061270931,401561.9852860896954,4016165.499744002757,40170.0493423963017573,4014水位~流量关系795.6114.02156.643397215.447505277.673195河道流量~水位关系曲线333.978518041592,4018544.493160351384,4019795.610327806321,4020流 量Q(m 3/s)0.05A(m 2)过水面积0.27172916.39606949.435331100.471771479.724499342.881492410.235771437.541816.34551.3476792231.971437.53901810852,40221816.34129695998,40232231.96604967931,402461.99165.50333.981096.43156212984,40211096.43544.49河道流量~水位关系曲线河道流量~水位关系曲线河道流量~水位关系曲线河道流量~水位关系曲线河道流量~水位关系曲线河道流量~水位关系曲线河道流量~水位关系曲线0.2780.466.90.160.2231780.040.2975713 1.1902850.12419166860325393625640高程261577.6 470332.55293136.569967 2.054854796.280.507464530.8910 2.29723770110.9594720.8916220.58413933690.4333332860.2780.552.80.790.1076410.2780.552.80.10.73392高程45128267891096110.58120.413142775 1.250.7224030.043000高程39008400 4400 5450 646.379.27416.379474723.185 4.6378.18547220 895449 1.3842694561011121315.7-0.0079614高程4567891011121314实际堆渣量可堆渣量（万m3）（万m3）1#废石场新建矿区道路下方0.490.52103024m～3034m0.21沟谷地，但坡度较陡、坡度在30°左右。
梯形类渠道水力最佳断面统一公式的推求
" ! < = ’ # ; # 7 #> & ( ; ’ #> ? $ ’ % ’
" 以上各式中， <# #> < $$ ; #’A ( " ) * $+ 1*’ 其余各变量的含义参见图 $、 图 ’、 图 ( 中所标 。 梯形渠道的水力最佳断面可以通过对式 # $ & 、 式 ・ !・
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梯形、矩形渠道水力计算
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算
流 量 Q(m^3/s) 0.680
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流 量 Q(m^3/s) 0.392
算
流 量 适用条件 Q(m^3/s) 0.073 0.307 0.185 r≤0.2 r＜1.0 r≥1.0 水深h 在圆弧 段以上
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弧形渠道断面尺寸、水深计算
水 深 h(m) 0.5000 0.5000 0.5000 半径 R(m) 0.20 0.50 0.35 外倾角 弧度rad 0.248 0.364 0.496 角度° 15.00 22.00 30.00 过水面积 A(m*m) 0.151 0.392 0.280 湿 周 χ (m) 1.244 1.568 1.453 水力半径 R(m) 0.121 0.250 0.193 糙 率 n 0.016 0.016 0.016 谢才系数 C(m^1/2/s) 43.975 49.606 47.499 底坡比降 I 0.001 0.001 0.001 流 速 v(m/s) 0.484 0.784 0.659
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U型渠道断面尺寸、水深计算
水 深 h(m) 0.5000 半径 R(m) 0.40 过水面积 A(m*m) 0.291 湿 周 χ (m) 1.400 水力半径 R(m) 0.208 糙 率 n 0.016 谢才系数 C(m^1/2/s) 48.112 底坡比降 I 0.001 流 速 v(m/s) 0.694
梯形渠道断面尺寸、水深计算
水 深 h(m) 0.50 底 宽 b(m) 1.00 边坡 m 1.00 过水面积 A(m*m) 0.750 湿 周 χ (m) 2.414 水力半径 R(m) 0.311 糙 率 n 0.016 谢才系数 C(m^1/2/s) 51.435 底坡比降 I 0.001 流 速 v(m/s) 0.907