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1、5.2 各级渠道纵横断面设计 典型农渠纵横断面设计.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
2、 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=0.123 m3/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
3、.0(m/s)V不冲=KQ0.1 = 50.1230.1=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=0.4Vcd=0.40.1230.5=0.140(m/s)Vcd=0.140(m/s)V=0.825(m/s)Vcs=4.054(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=0.1
4、4(m)过水断面 A=0.075（m2）Vmin=0.613（m/s）Vcd=0.109(m/s)Vmin =0.377(m/s)Vcs=3.859(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h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 QmhbAxRcvn0.0029 0.129 1.25 0.23 0.36 0.149 1.096 0.136 41.895 0.832 0.017 .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
5、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0.10.2 m，此处取0.1m。 L 渠道的长度，L=550m。 渠道的比降，此处取i0.0029。 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
6、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+0000.00291488.250 1488.580 1488.8371488.350 1488.110 0.1400.587 0+0501488.160 1488.435 1488.6921488.205 1487.965 0.1950.532 0+1001488.083 1488.290 1488.5471488.060 1487.820 0.2630.464 0+1501488.041 1488.145 1488.4021487.915 1487.675 0.3660.361 0
7、+2001488.000 1488.000 1488.2571487.770 1487.530 0.4700.257 0+2501487.800 1487.855 1488.1121487.625 1487.385 0.4150.312 0+3001487.579 1487.710 1487.9671487.480 1487.240 0.3390.388 0+3501487.368 1487.565 1487.8221487.335 1487.095 0.2730.454 0+4001487.166 1487.420 1487.6771487.190 1486.950 0.2160.511 0
8、+4501486.933 1487.275 1487.5321487.045 1486.805 0.1280.599 0+5001486.806 1487.130 1487.3871486.900 1486.660 0.1460.581 0+5501486.666 1486.985 1487.2421486.755 1486.515 0.1510.576 典型斗渠纵横断面设计.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
9、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。.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
10、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=0.243V=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=KQ0.1 50.2660.1=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
11、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=0.4Vcd=0.40.2660.5=0.212(m/s) Vcd=0.212(m/s)V =1.16(m/s)Vcs=4.405(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)Vmin=0.862(m/s)Vcs=4.02(m/s)满足不淤不冲流
12、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 QmhbAxRcvn0.0040 0.266 1.25 0.32 0.36 0.243 1.384 0.176 43.767 1.160 0.017 .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
13、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+0000.0040 1493.315 1493.620 1493.9031493.300 1493.000 0.315 0.588 0+0201493.256 1493.540 1493.8231493.220 1492.920 0.336 0.567 0+0501493.179 1493.420 1493.7031493.10
