灌区渠系工程水力学及水面线计算实例分析

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1、灌区渠系工程水力学及水面线计算实例分析月下　·2039·李彬帅佳雷明慧（四川省水利水电勘测设计研究院四川成都610072）【摘要】本文根据都江堰灌区毗河供水一期工程控灌高程要求，对一期总干渠进行线路、纵坡及断面进行拟定，然后对水力学断面及水面线进行计算，以满足运行要求。及实施过程中此段渠系所在轴线处会出现更多交叉建筑物及其它市政建筑物，造成征地上的难度，本次设计将处于成都平原地区（龙泉山隧洞进口前）渠系按照终期规模Q=60m3/s进行设计工作，【关键词】灌区；工程；水力学；水面线根据规模及灌溉控制要求，本工程一期总干渠共分为8个流量段，各流量段流量数值见下表

2、：一．渠道线路拟定（1）渠线要求经济合理，安全可靠，运行管理方便；（2）渠线应尽可能顺直，以减少渠道长度；在高程上应满足规划囤蓄水库的充水水位要求，在走向上尽量靠近骨干囤蓄水库，以缩短充水渠长度；为了降低施工难度，应尽量减少渠道与已建成的铁路、高速公路等交通干线的交叉点。渠道布置要有较好的控制性，在高程上要求能满足多数耕地自流灌溉，在平面上尽可能接近主灌区，并有———————————————————————————————————————————————利于上下级渠道的衔接，大流量渠道要求渠线顺直；傍山渠线应尽量减少高边坡半挖半填，以满足安全可靠性；（3）在

3、布置隧洞、渡槽、倒虹管时，应进行工程类比，必要时应进行技术经济比较。依据已建同类工程的经验，在局部渠线比选时，当布置明渠的长度与布置隧洞的长度之比大于1.5~2倍时可选隧洞方案；当明渠的长度与布置渡槽的长度之比大于3~5倍时可论证选择倒虹管与渡槽。（4）灌区分干渠、支渠等渠系工程布置在遵循上述渠线选择原则的情况下，还要有较好的控制性，尽可能充分利用现有渠道，充分利用当地水资源和现有水利工程的可充囤库容，以减少规划囤蓄水库规模。在渠线经过的地方应考虑与已建的或规划的囤蓄水库结合，尽可能做到统筹兼顾。在布置渠系工程时，应全面考虑防洪、交叉工程布置，尽可能为沿渠两

4、岸人们群众设置便民设施和满足工程管理等综合利用要求。根据以上选线原则，确定毗河供水一期工程总干渠长度为156.3km。其中，明渠段（含暗渠）长度为69.5km；隧洞65座，总长度51.7km；渡槽56座，总长度为27.7km；倒虹管4座，总长度为7.3km。二．渠道纵坡拟定根据选定的渠线走向及灌区灌面的高程，分别确定渠系及渠系建筑物的比降。为了满足灌区大部分灌面自流灌溉的要求，占渠线长度最大比例的明渠宜选取较缓的比降，由于渠系建筑物单位投资一般高———————————————————————————————————————————————于明渠，宜选取较陡的

5、比降，以节约工程投资。对于渡槽，为减轻槽身重量和便于施工，同时渡槽的单位长度投资最大，比降应取为最大；干渠上隧洞较多，所占长度比例较大，为节省水头，比降可略缓于渡槽；为便于结构衔接，在深挖方矩形明渠段采用与隧洞一致的底坡；倒虹管水头损失与布置渠系纵坡无关，须先将各个倒虹管各自具有的沿程、局部等水头损失算出汇总后，加入渠系水力计算和纵断面设计。经分析，拟定本工程各流量段建筑物坡降见下表：三?．水力学断面设计考虑到都江堰毗河供水一期工程龙泉山隧洞进口前渠系处于成都平原区，由于当今城市经济发展迅速，为避免今后二期设计龙泉山隧洞进口后渠系按照一期规模Q=22m3/s

6、进行设计工作。本次水力计算根据此依据上述情况分为两种不同情况，龙泉山隧洞前渠系设计按照终期渠首Q=60m33/s确定本段正常水深计算/s进行断面设计，此段断面确定以后，再按照一期渠首Q=22m从龙泉山隧洞进口开始按照一期渠首Q=22m3/s进行断面设计。；（1）过水断面设计根据渠道规模及渠道分段情况按明渠均匀流计算公式计算确定明渠、隧洞、渡槽所需的过水断面。按现行施工工艺水准及类似工程经验，梯形明渠糙率采用0.015，矩形渠道、暗渠、隧洞及渡槽采用———————————————————————————————————————————————0.014。Q=ω

7、C式中：Q—流量m3/s，ω—过流面积m2，C—谢才系数，R—水力半径m，i—渠道比降。谢才系数采用曼宁公式：C=1R1/6，n为糙率；水力半径：R=ω/χ经过转换后可得到过水断面的流量公式如下：，其中χ为湿周；Q=ωR2/3（2）渠定超高/隧洞净空/渡槽超高明渠渠定超高按照灌溉与排水规范确定，计算公式为：Fb=1hb+0.2其中Fb为渠道岸定超高；hb为渠道通过加大流量时的水深，因本次设计中不考虑加大流量，本值采用设计流量水深。隧洞净空按照灌溉与排水规范确定，在恒定流条件下，满足衬砌隧洞洞内水深水面线以上的空间大于或等于隧洞横断面面积的15%，且净空高度大

8、于40cm。本工程渡槽设计全采用U形断面，根据灌溉与