渠下涵洞水力計算方法要點分析_丁思陽

1、文章編號：10077596（2014）08015302渠下涵洞水力計算方法要點分析12丁思陽，王曉峰（1. 黑龍江省水利水電勘測設(shè)計研究院，黑龍江綏化152000）哈爾濱150080；2. 綏化市北林區(qū)水務(wù)局，摘要：涵洞是渠系中常見的建筑物。其水流形態(tài)分為無壓流、半有壓流和有壓流3種。出流又分為淹沒出流和自由出流兩種。其過水能力又劃分為短洞和長洞兩種情況。文章扼要介紹了渠下游涵洞在無壓流短洞情況下的水力計算方法的要點。關(guān)鍵詞：渠下涵洞；無壓流；短洞；水力計算；方法要點中圖分類號：TV135文獻(xiàn)標(biāo)識碼：B度） 。0前言涵洞是頗為常見的構(gòu)造物。在灌排渠系建筑物中，本文擬概要介紹涵洞的水力設(shè)計的步驟

2、與方法。1無壓渠（路）下涵水力設(shè)計的步驟（a ）無壓流；（b ）半壓力流；（c ）壓力流涵洞總體布置設(shè)計中，在涵址、涵洞軸線、進(jìn)出口及洞身結(jié)構(gòu)型式與水流形態(tài)已選定的情況下，水力設(shè)計的目的旨在確定涵洞縱坡i 、進(jìn)出口高程、洞1身孔徑尺寸及消能防沖設(shè)施的形式與基本尺寸。設(shè)計中具體步驟如下：1）初步撰寫涵洞縱坡i 和洞身孔尺寸；2）進(jìn)行過水能力計算；3）對底坡陡緩及長短洞進(jìn)行驗證；4）檢查洞內(nèi)凈空高度、面積和流速；5）進(jìn)行消能防沖設(shè)計。2. 1. 2圖1半壓力流涵洞流態(tài)當(dāng)洞前水深大于上述無壓流水深（即H 1. 1，H 1. 2），而涵洞長度l （l 2+l 0+l 2）時，為半壓力流，見圖2 。22

3、. 1涵洞水力計算方法要點提示涵洞水流流態(tài)判別圖22. 1. 3壓力流涵洞半壓力流涵洞內(nèi)水流保持自由水面的為無壓流；涵洞全部長度都充滿水流的為壓力流，進(jìn)口段為滿流，洞內(nèi)明流的為半壓力流，見圖1。對于斷面形狀、尺寸、底坡、長度都已確定的涵洞，其流態(tài)取決于上游水位和洞內(nèi)回線水曲的長度。2. 1. 1無壓流對圓形、拱形涵洞，當(dāng)洞前水深H 1. 1時，對矩形涵洞，當(dāng)H 1. 2時，均為無壓流（為洞身高20140412收稿日期當(dāng)洞前水深H 1. 5時，洞長H （l 1+l 0+l 2），當(dāng)涵洞水深且洞底比降0i i k 時，為有壓力流，h 0時，仍為壓力流。l 2=1. 3a ；在計算時，可近似地采用l

4、 1=1. 4，l 2很小(l 2! 0. 5a ，可略去不計。當(dāng)i i k 時，回水曲線長度l 0按一般公式計算，其收縮斷面水深h c ，可根據(jù)試驗資料按下式計算：作者簡介丁思陽(1980 ，工程師; 王曉峰(1978 ，助理工程師。男，黑龍江大慶人，男，黑龍江綏化人，153h c H =0. 037+0. 5730+0. 182a am ；0為流量系數(shù)。度，（1）l l 1+l 0+l 2當(dāng)0i i k 時，l 1=53. 3（0. 385m ）h i l 132. 0（0. 385m ）Hl 22h k l 21. 2H當(dāng)i 0時，l 1（680i +53. 3）（0. 385+0. 6

5、3i m ）h k l 1（420i +32）（0. 385+0. 63i m ）H 2. 32. 3. 1過水能力計算短洞的過水能力計算（4）m ；為涵洞高式中：H 為涵洞進(jìn)口前洞底以上水頭，根據(jù)涵洞臨界水深h k 確定；當(dāng)h k 出口水深h d ，a 時，式（1）是由矩形管道當(dāng)H /a=2. 8時試驗而得，對于其他斷面型式的涵洞也可以近似地利用該式，但應(yīng)以c /（c 和分別為相應(yīng)于h c 和a 的斷面面積）來代替h c /a。2. 22. 2. 1無壓流水力計算淹沒準(zhǔn)則當(dāng)涵洞下游水深不致影響涵洞的泄流時，可認(rèn)為是非淹沒的，反之為淹沒的，見圖3。當(dāng)涵洞底坡0i i k 時，如果符合下列條件，

6、則大致可認(rèn)為是非淹沒的。h （1. 2 1. 25）h k h （0. 75 0. 77）H 0（2）m ；h k 為洞內(nèi)的臨式中：h 為涵洞出口洞底以上水深，m ；H 0為計入行近流速的上游洞底以上水界水深，m 。頭，（5）（6）（7）Q =mb H 3/2（8）式中：H K 為計入行近流速水頭的上游洞底以上水H 頭，V 0；b 為短形斷面涵洞底寬，=H +若涵洞2gk（k 為相應(yīng)于臨界水深的h kk32H2b =為非短形斷面時，過水?dāng)嗝婷娣e）；m 為流量系數(shù)。m =m 0+（0. 385m ）（9）見附表；H 為相當(dāng)于其中：m 0為進(jìn)口輪廓形狀系數(shù)，涵洞進(jìn)口前洞底以上水深H 的涵洞斷面面積

7、；為進(jìn)洞水流的過水?dāng)嗝婷娣e。進(jìn)口輪廓形狀系數(shù)m 值見表1。圖3涵洞無壓流表1進(jìn)口型式圓帷式護(hù)坡邊坡11 11. 5八字斜降墻式=30進(jìn)口輪廓形狀系數(shù)m 0值m 00. 3150. 3350. 3600. 3350. 3600. 33為涵洞高度H 為檻頂水頭備注當(dāng)涵洞底坡i i k 時，如果l （8 15）H 和底坡接近臨界底坡，仍可按式（2）式判別涵洞是否被淹沒。2. 2. 2短洞的判別標(biāo)準(zhǔn)對于洞長不致使下游洞口水深h 達(dá)到淹沒程度，和對泄流量不發(fā)生影響的涵洞稱之為“短洞”反之“長洞”。渠道涵洞多屬短洞2。長、為短洞的界限大致如下：1）當(dāng)涵洞底坡i 0時，如果洞長在下列范圍內(nèi)即為短洞：4H l （64163m ）H 4H l （106270m ）h k式中：m 為流量系數(shù)。2）當(dāng)涵洞底坡當(dāng)涵洞底坡0i i k 時，按式（3）計算的上限值應(yīng)增加30%左右。3）當(dāng)涵洞底坡i i k ，且l 4H 時，就沒有短和長洞的區(qū)別，應(yīng)按短管進(jìn)行水力計算。短洞的極限長度為：154（3）喇叭口式=30 ，邊坡11. 5反翼墻走廊式2. 3. 22. 4長洞的過水能力計算下游水流銜接計算由于渠道涵洞多為短洞，本文不再贅述。涵洞出口通常僅作一般防沖護(hù)砌即可。當(dāng)涵