渠道纵横断面设计讲解.docx
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渠道纵横断面设计讲解
5.2各级渠道纵横断面设计
5.2.1典型农渠纵横断面设计
5.2.1.1典型农渠横断面设计
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,合理的渠道、横断面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。
纵向稳定要求渠道在设计条件下工作，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。
渠道横断面尺寸要依据渠道设计流量通过水力计算加以确定。
一般情况下采用明渠均匀流公式计算：
即
Q=AC
式中：
Q—渠道设计水深（m3/s）
A—渠道过水断面面积（m2）
R—水力半径
i—渠底比降
c—谢才系数，一般采用曼宁公式c=
R1/6进行计算，其中n为糙率
农渠的渠底比降，为了减少工程量，应尽可能选用和地面相近的渠底比降。
i=0.0029。
渠床糙率系数：
由《灌溉排水工程学》P130表3-13，农渠采用砼护面，预制板砌筑，n=0.017.
农渠采用梯形断面，渠道内、外边坡系数m=1.25。
采用试算法：
初选定b=0.36m,n=0.017,Q=0.123m3/s,i=0.0029
用迭代公式：
=
代入数据，经试算得h=0.23m
A=（b+mh）h=0.149（m2）
V=
=0.825（m/s）
渠道的不冲流速和土壤性质，水流含砂量，断面水力要素有关，一般土渠的不冲流速可依据《灌溉排水工程学》P136表3-25中查出，Vcs1=5.0（m/s）
V不冲=KQ0.1=5×0.1230.1=4.054（查表6-21）
渠道的不淤流速，由不淤流速经验公式：
Vcd=C0Q0.5
式中：
Vcd为渠道的不淤流速（m/s）
C0为不淤流速系数，随渠道流量和宽深比而变，见《灌溉排水工程学》P136，表3-26查得C0=0.4
Vcd=0.4×0.1230.5=0.140（m/s）
Vcd=0.140（m/s）满足不淤不冲流速，断面尺寸适合，即：
b=0.36（m）,i=0.0029,m=1.25,n=0.017,Q=0.123。
把最小流量代入迭代公式中得：
最小水深hmin=0.14（m）
过水断面A=0.075（m2）
Vmin=
=0.613（m/s）
Vcd=0.109（m/s）满足不淤不冲流速。
预制板厚取0.04m，砂砾料垫层厚取此处取0.20m。
安全超高Δh取0.27m，堤顶宽度D取0.6m
典型农渠的水力要素见表5-3，
i
Q
m
h
b
A
x
R
c
v
n
0.0029
0.129
1.25
0.23
0.36
0.149
1.096
0.136
41.895
0.832
0.017
5.2.1.2典型农渠纵断面设计
灌溉渠道不仅要满足输送设计流量的要求,还要满足水位控制的要求。
纵断面设计根据灌溉水位要求确定渠道的空间位置，即先确定不同桩号处的设计水位高程，再根据设计水位求渠底高程、堤顶高程等。
为了灌溉要求，各级渠道入口处都应具有足够的水位，这个水位是根据灌溉面积上控制点的高程加上各种水头损失，自下而上逐级推求的。
即：
=
+△h+
+
式中：
—渠道进水口处的设计水位（m）。
△h—控制点地面高程与附近末级固定渠道设计水位的高差，取值范围0.1～0.2m，此处取0.1m。
L—渠道的长度，L=550m。
—渠道的比降，此处取i＝0.0029。
—水流通过渠系建筑物时的水头损失，此处取0.1m。
=
+△h+
+
＝1488.580m
根据上式求得农渠进水口处水位为1488.580m。
根据典型农渠的设计水位可推求渠底高程、堤顶高程等。
典型农渠的纵断面设计计算表见表5-4
表5-4农渠纵断面计算表
桩号
坡降
地面高程
设计水位
提顶高程
渠底高程
开挖高程
挖深
填高
0+000
0.0029
1488.250
1488.580
1488.837
1488.350
1488.110
0.140
0.587
0+050
1488.160
1488.435
1488.692
1488.205
1487.965
0.195
0.532
0+100
1488.083
1488.290
1488.547
1488.060
1487.820
0.263
0.464
0+150
1488.041
1488.145
1488.402
1487.915
1487.675
0.366
0.361
0+200
1488.000
1488.000
1488.257
1487.770
1487.530
0.470
0.257
0+250
1487.800
1487.855
1488.112
1487.625
1487.385
0.415
0.312
0+300
1487.579
1487.710
1487.967
1487.480
1487.240
0.339
0.388
0+350
1487.368
1487.565
1487.822
1487.335
1487.095
0.273
0.454
0+400
1487.166
1487.420
1487.677
1487.190
1486.950
0.216
0.511
0+450
1486.933
1487.275
1487.532
1487.045
1486.805
0.128
0.599
0+500
1486.806
1487.130
1487.387
1486.900
1486.660
0.146
0.581
0+550
1486.666
1486.985
1487.242
1486.755
1486.515
0.151
0.576
5.2.2典型斗渠纵横断面设计
5.2.2.1下级渠道各分水口水位高程
由于农渠处的进水口处的水头损失忽略不计，对于典型斗渠而言，其下级渠道各分水口处水位高程与各农渠进水口设计水位相等。
先拟定斗渠的坡降i=0.0040，确定斗渠的设计水位，由典型农渠处的进水口水位高程+与斗渠之间的距离×比降，得
1493.62（m）。
但斗渠分水口处的水位高程不能满足下级渠道的灌水要求，这时就要调整斗渠的设计水位线。
一般采用以下两种方法:
一是,保持原有斗渠比降不变，放弃分水口处水位，较高的农渠内部分高地的自流灌溉。
二是改变斗渠比降，将比降放缓，使斗渠设计水位满足农渠的灌水要求。
本设计采用方法一，保持原有比降。
5.2.2.2典型斗渠横断面设计
渠道横断面尺寸要根据渠道设计流量通过水力计算加以确定。
采用明渠均匀流公式计算，即渠道横断面尺寸要依据渠道设计流量通过水力计算加以确定。
一般情况下采用明渠均匀流公式计算：
即
Q=AC
式中：
Q—渠道设计水深（m3/s）
A—渠道过水断面面积（m2）
R—水力半径
i—渠底比降
c—谢才系数，一般采用曼宁公式c=
R1/6进行计算，其中n为糙率
渠床糙率系数：
由《灌溉排水工程学》P130表3-13，斗渠采用砼护面，预制板砌筑，n=0.017.
斗渠采用梯形断面，渠道内、外边坡系数m=1.25。
采用试算法：
用迭代公式：
=
代入数据，经试算得h=0.32m
A=（b+mh）h=0.243
V=
=1.16（m/s）
渠道的不冲流速和土壤性质，水流含砂量，断面水力要素有关，一般土渠的不冲流速可依据《灌溉排水工程学》，Vcs1=5.0（m/s）
V不冲=KQ0.15×0.2660.1=4.405
渠道的不淤流速，由不淤流速经验公式：
Vcd=C0Q0.5
式中：
Vcd为渠道的不淤流速（m/s）
C0为不淤流速系数，随渠道流量和宽深比而变，见《灌溉排水工程学》P136，表3-26查得C0=0.4
Vcd=0.4×0.2660.5=0.212（m/s）
Vcd=0.212（m/s）满足不淤不冲流速，断面尺寸适合，即：
b=0.36（m）,i=0.0040,m=1.25,n=0.017Q=0.266m3/s。
把最小流量代入迭代公式中得
最小水深hmin=0.21（m）
过水断面A=0.131（m2）
Vmin=
=0.862（m/s）
Vcd=0.135（m/s）满足不淤不冲流速。
由迭代公式试算的水深以及在比降下的各水力要素表见下表（5-5）
典型斗渠的水力要素见表5-5，
i
Q
m
h
b
A
x
R
c
v
n
0.0040
0.266
1.25
0.32
0.36
0.243
1.384
0.176
43.767
1.160
0.017
5.2.2.2.1典型斗渠纵断面设计
由前面表5-6可知，斗渠引水口的水位为1493.62m,在此，取为1493.62m，可用闸门将水头壅高0.1m，即满足下级渠道的供水要求。
渠道纵断面图的绘制，应依据以下这些步骤：
1）先绘地面高程线（每50米一个桩号，分水口处、建筑物处加桩）；
2）标绘分水口和建筑物的位置；
3）绘渠道设计水位线，把每一点的设计水位连接起来；
4）绘渠底高程线。
在渠道设计水位线以下，以渠道设计水深为间距，画设计水位的平行线，该线就是渠底高程线；
5）绘渠顶高程线。
安全超高取0.3米，以渠底线向上，以设计水深和安全超高之和为间距，作渠底线的平行线，此线就是渠道的堤顶线；
6）最小水位线。
在渠道渠底高程线以上，以渠道的最小水深为间距，画渠底高程线的平行线，该线就是最小水位线；
7）最大水位线。
在渠道渠底高程线以上，以渠道的加大水深为间距，画渠底高程线的平行线，该线就是最大水位线；
8）开挖高程线。
渠底高程减去预制板厚度和砂砾石垫层厚度之和，即在渠底线以下以开挖深度（0.06+0.24米）为间距，画渠底高程线的平行线，该线就是开挖高程线；
9）挖深。
地面高程减去渠底高程得挖深；
10）填高。
渠堤高程减去地面高程得填高；
斗渠纵断面计算结果见表5-6，
表5-6斗渠纵断面图
桩号
坡度
地面高程
设计水位
提顶高程
渠底高程
开挖高程
挖深
填高
0+000
0.0040
1493.315
1493.620
1493.903
1493.300
1493.000
0.315
0.588
0+020
1493.256
1493.540
1493.823
1493.220
1492.920
0.336
0.567
0+050
1493.179
1493.420
1493.703
1493.100
1492.800
0.379
0.524
0+100
1493.053
1493.220
1493.503
1492.900
1492.600
0.453
0.450
0+150
1492.875
1493.020
1493.303
1492.700
1492.400
0.475
0.428
0+200
1492.667
1492.820
1493.103
1492.500
1492.200
0.467
0.436
0+250
1492.458
1492.620
1492.903
1492.300
1492.000
0.458
0.445
0+300
1492.240
1492.420
1492.703
1492.100
1491.800
0.440
0.463
0+320
1492.172
1492.340
1492.623
1492.020
1491.720
0.452
0.451
0+350
1492.080
1492.220
1492.503
1491.900
1491.600
0.480
0.423
0+400
1491.826
1492.020
1492.303
1491.700
1491.400
0.426
0.477
0+450
1491.593
1491.820
1492.103
1491.500
1491.200
0.393
0.510
0+500
1491.480
1491.620
1491.903
1491.300
1491.000
0.480
0.423
0+550
1491.345
1491.420
1491.703
1491.100
1490.800
0.545
0.358
0+600
1491.178
1491.220
1491.503
1490.900
1490.600
0.578
0.325
0+620
1491.103
1491.140
1491.423
1490.820
1490.520
0.583
0.320
0+650
1491.000
1491.020
1491.303
1490.700
1490.400
0.600
0.303
0+700
1490.750
1490.820
1491.103
1490.500
1490.200
0.550
0.353
0+750
1490.500
1490.620
1490.903
1490.300
1490.000
0.500
0.403
0+800
1490.275
1490.420
1490.703
1490.100
1489.800
0.475
0.428
0+850
1490.005
1490.220
1490.503
1489.900
1489.600
0.405
0.498
0+900
1489.762
1490.020
1490.303
1489.700
1489.400
0.362
0.541
0+920
1489.669
1489.940
1490.223
1489.620
1489.320
0.349
0.554
0+950
1489.533
1489.820
1490.103
1489.500
1489.200
0.333
0.570
1+000
1489.333
1489.620
1489.903
1489.300
1489.000
0.333
0.570
1+050
1489.095
1489.420
1489.703
1489.100
1488.800
0.295
0.608
1+100
1488.880
1489.220
1489.503
1488.900
1488.600
0.280
0.623
1+150
1488.680
1489.020
1489.303
1488.700
1488.400
0.280
0.623
1+200
1488.500
1488.820
1489.103
1488.500
1488.200
0.300
0.603
1+220
1488.413
1488.740
1489.023
1489.420
1488.120
0.293
0.610
5.2.3典型支渠的纵、横断面设计
典型斗渠进水口处水位高程比地面高程高0.552米，由此可假定其它斗渠进水口处水位高程比地面高0.552米，并依次可求得斗渠进水口处水位高程.
由上表，推得支渠的引水口水位=1495.456m
由此可得，典型支渠进水口处的设计水位为1495.456米。
5.2.3.1典型支渠的横断面设计
渠道横断面尺寸要根据渠道设计流量通过水力计算加以确定。
采用明渠均匀流公式计算，即渠道横断面尺寸要依据渠道设计流量通过水力计算加以确定。
一般情况下采用明渠均匀流公式计算：
即
Q=AC
式中：
Q—渠道设计水深（m3/s）
A—渠道过水断面面积（m2）
R—水力半径
i—渠底比降
c—谢才系数，一般采用曼宁公式c=
R1/6进行计算，其中n为糙率
渠床糙率系数：
由《灌溉排水工程学》P130表3-13，支渠采用砼护面，预制板砌筑，
n=0.017。
支渠采用梯形断面，渠道内、外边坡系数m=1.25。
渠床糙率系数：
由《灌溉排水工程学》P130表3-13，支渠采用砼护面，预制板砌筑，n=0.017。
为了满足灌区各支渠的分水口水位，考虑施工工程量，对支渠进行变坡，桩号0+000-3+520之间，采用i=0.0028。
当i=0.0028时，n=0.017，m=1.25，b=0.45m，Q=0.403（m3/s），将数据代入公式可得设计水深
=0.39m;
当i=0.0028时，过水断面A=（b+mh）h=0.366m2
当i=0.0025时，流速V=
=1.112（m/s），查《灌溉排水工程学》P136表3-25得不淤流速为
〈5.0（m/s），查《灌溉排水工程学》得Vcd>0.3m/s，设计流速均满足。
同理可得最小水深和加大水深，同时也满足要求。
同理可得其它比降下的设计水深、最小水深、加大水深。
2-2支渠的水力要素表见表5-7。
典型支渠的水力要素见表5-7，
Q
n
m
h
b
A
x
R
c
v
i
0.403
0.017
1.25
0.39
0.45
0.366
1.699
0.215
45.306
1.112
0.0028
5.2.3.2典型支渠的纵断面设计
由5.2.3.1可得，支渠进水口处水位高程为1495.456m。
可由支渠进水口处水位高程减去沿程损失（Li）可得各点的设计水位。
渠道纵断面图的绘制，应依据以下这些步骤：
1）先绘地面高程线（每100米一个桩号，分水口处、建筑物处加桩）；
2）标绘分水口和建筑物的位置；
3）绘渠道设计水位线，把每一点的设计水位连接起来；
4）绘渠底高程线。
在渠道设计水位线以下，以渠道设计水深为间距，画设计水位的平行线，该线就是渠底高程线；
5）渠顶高程线。
以渠底线向上，以设计水深和安全超高之和为间距，作渠底线的平行线，此线就是渠道的堤顶线；
6）最小水位线。
在渠道渠底高程线以上，以渠道的最小水深为间距，画渠底高程线的平行线，该线就是最小水位线；
7）加大水位线。
在渠道渠底高程线以上，以渠道的加大水深为间距，画渠底高程线的平行线，该线就是最大水位线；
8）开挖高程线。
渠底高程减去预制板厚度和砂砾石垫层厚度之和，即在渠底线以下以开挖深度（0.08+0.32米）为间距，画渠底高程线的平行线，该线就是开挖高程线；
8）挖深。
地面高程减去渠底高程得挖深；
9）填高。
渠堤高程减去地面高程得填高；
典型支渠纵断面计算结果见表5-9，
5-9典型支渠纵断面图
桩号
坡降
地面高程
设计水位
提顶高程
渠底高程
开挖高程
挖深
填高
0+000
0.0028
1494.904
1495.456
1495.769
1495.066
1494.666
0.238
0.865
0+100
1494.550
1495.176
1495.489
1494.786
1494.386
0.164
0.939
0+200
1494.368
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