土地整治项目之灌溉渠道系统工程设计.ppt

灌溉渠道系统 第四节 灌溉渠道纵横 断面设计 第四节 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。 最小流量主要用来校核对下级渠道的水位控制条件， 加大流量是确定渠道断面深度和堤顶高程的依据。 一、渠道纵横断面设计原理 渠道纵断面和横断面的设计是互相联系、互为条件的。在设计实践中，不能把他们截然分开，而要统盘考虑、交替进行、反复调整，最后确定合理的设计方案。为叙述方便，把纵、横断面设计方法分别予以介绍。 第四节 灌溉渠道纵横断面设计 满足渠道的输水、配水； a）流量足；b）水位够 满足渠床稳定条件： 渠道横断面设计要求 第四节 灌溉渠道纵横断面设计 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。 边坡稳定。 因在渠首进水口和第一个分水口之间水流平顺，比降相同。渠道水深、过水断面面积和平均流速沿程不便。所以近似的认为水流状态为明渠均匀流。灌溉渠道按明渠均匀流公式设计。 第四节 灌溉渠道纵横断面设计 明渠均匀流的基本公式 ： V—渠道平均流速,m/s; C—谢才系数,m0.5/s i—渠底比降. R—水力半径,m.(A/X) 谢才系数用曼宁公式计算 ： n —渠床糙率系数． Ｑ—渠道设计流量,m3/s Ａ—渠道过水断面面积,m3 第四节 灌溉渠道纵横断面设计 二、 梯形渠道横断面设计方法 原理： 设计渠道时要求工程量小，投资少，即在设计流量Q、比降i、糙率系数n值相同的条件下应使过水断面面积最小，或在过水断面面积A、比降i、糙率系数n值同的条件下，使通过的流量Q最大。符合这些条件的断面称为水力最佳断面。 　　天然土渠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。 第四节 灌溉渠道纵横断面设计 (一)渠道设计的依据 渠道断面设计水力要素：依据除输水流量外，还有渠底比降、渠床糙率、渠道边坡系数、渠道底宽和设计水深等。 各水力要素可用以下函数式表示：　 Q＝f（i,n,m,b,h) 第四节 灌溉渠道纵横断面设计 1．渠底比降 在坡度均一的渠段内，两端渠底高差和渠段长度的比值称为渠底比降。比降选择是否合理关系到工程造价和控制面积，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，参考当地灌区管理运用经验，选择适宜的渠底比降。为了减少工程量，应尽可能选用和地面坡度相近的渠底比降。 第四节 灌溉渠道纵横断面设计 黄土地区从多泥沙河流引水的渠道，满足不淤条件的渠底比降可参考陕西省水利科学研究所的经验公式确定 ： 1．渠底比降 泥沙平均沉速,mm/s 水流的饱和挟沙量，kg/m3 第四节 灌溉渠道纵横断面设计 在设计工作中，可参考地面坡度和下级渠道的水位要求先初选一个比降，计算渠道的过水断面尺寸，再按不冲流速、不淤流速进行校核，如不满足要求，再修改比降，重新计算。 1．渠底比降 2.渠床糙率系数 (n) 第四节 灌溉渠道纵横断面设计 如果n值选得太大，设计的渠道断面就偏大，不仅增加了工程量，而且 会因实际水位低于设计水位而影响下级渠道的进水。如果n值取得太小，设计的渠道断面就偏小，输水能力不足，影响灌溉用水。 渠床糙率系数n 是反映渠床粗糙程度的技术参数。 该值选择得是否切合实际，直接影响到设计成果的精度。 糙率系数值的正确选择不仅要考虑渠床土质和施工质量，还要估计到建成后的管理养护情况。 第四节 灌溉渠道纵横断面设计 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。 大型渠道的边被系数应通过土工试验和稳定分析确定；中小型渠道的边坡系数根据经验选定。 4.渠道断面的宽深比 第四节 灌溉渠道纵横断面设计 渠道断面的宽深比α是渠道底宽b和水深h的比值。 渠道宽深比的选择要考虑以下要求： （1）工程量最小 水力最优断面：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。 梯形渠道水力最优断面的宽深比： 第四节 灌溉渠道纵横断面设计 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。对大型渠道来说，因为水力最优断面比较窄深，开挖深度大，可能受地下水影响，施工困难，劳动效率较低，而且渠道流速可能超过允许不冲流速，影响渠床稳定。所以，大型渠道常采用宽浅断面。可见，水力最优断面仅仅指输水能力最大的断面，不一定是最经济的断