动力渠道断面参数选择及按经济流速设计.docxVIP

1、规划设计动力渠道断面参数选择及按经济流速没汁1999年第4电_李茶青何文学（西北农业大学水利与建筑工程学院杨肢712100）文摘】在分析总结动力渠道断面参数选择方法的基础上，给出了动力渠道按经济流速设计直接求解）的公式、方法和步骤，避免了设计中大量的试算或查图求解过程，提高了钢的精度和设计速度具有迅速潜确的待的,【主题词】水电站引水渠断面参数选择流速渠也供计目前，水电站引水渠道断面尺寸都是按明渠均匀流理论进行设计的，设计中必须要进行试算或查图求解，不但繁琐,而且精度不高。动力渠道均匀流计算的任务有其特殊性，它的特点是在设计流量和渠槽槌率已定的条件下，确定各种不同流速方案时的渠道断面尺寸和底坡。

2、底坡往往要依据地形条件来确定，这样，渠道的断面尺寸就可以按经济流速来设计（直接求解）不仅避免了大量的试算或查图过程，而且提高了解的精度和设计速度。一般情况下，动力渠道的经济流速约为L5m/s2.5m/s°1断面设计参教的选择1.1 渠-糙率是影响渠道输水能力及渠道工程最的重要因素，其数值的微小变化将会对工程实际产生明显的影响c设计过程中应尽量参照本地及外地同类型的渠道实测资料和运用情况选定糙率，力求尽可能切合实际e同时，为保证选定的糙率值能达到设计要求，应在设计文件中对渠道的施工质量和运行维护提出要求。当渠道底部和侧壁采用不同的材料衬砌时，应求出综合糙率H）,并以综合槌率作为断面设计

3、计算的依据c渠道边坡渠道边坡必须根据土质稳定条件来选择。水电站动力渠道多沿山坡布度，所遇地形地质条件比较复杂，而且运行过程中水位变动频繁，变幅较大。边坡系数应按边坡稳.20.定性分析后的成果确定。1.2 渠道允许流速为保证渠道运行过程中不致发生冲淤现象，渠道平均流速应为允许流速，即大于不淤流速而小于不冲流速，不易滋生杂草（寸>0.5m/s）,具有良好的冬情（v>0.6m/s）,且满足技术经济要求。不冲流速和不淤流速与水沙条件、渠槽性质密切相关.影响因素比较复杂。目前所采用的一些不冲流速和不淤流速允许值都是由试验总结出的经脸公式或图表，应用时一定要多作分析比较,对于按经济流速设计的动

4、力渠道，一般均能很好地潢足允许流速的要求。1.3 渠道底坡渠道底坡应报据工程所在地的地形地质条件.引用流域及水流含沙量等条件所规定的允许流速来确定c为了减少渠道能量损失、提高发电水头，设计中应尽可能使渠线短而宜，并在反复分析比较的基础上，结合地形条件，选择出填挖基本平衡而土石方效最较省的渠道底坡，并据此进一步设计渠道横断面（可以按经济流速进行设计八此外，为保证渠道中水流流态比较稳定.应使设计流量下的渠道底坡与相应流量及断面下的临界底坡至少相差2倍以上。实际工程中，动力渠道更多的是在非均匀流条件下运行，全面考虑技术经济要求，借助优化模型进行动力渠道纵横断面设计，应该是一个值得研究的课题，对于长引

5、水渠水电站尤为重要。2按经济流速设计渠道断面以梯形断面为例，当流量Q、底坡，、糙率、边坡系数”分别按上述选择方法确定之后'按经浇流速设计渠道断面尺寸的计算公式推导如下：过水断面面积:A=(6+力加)如(1)湿周;.r=Q+2力oJ3Q(2)联立(1)(2)两式，消去6,可得正常水深h0的解为：,x±jt24A(rn2y14-m2)«0=/，a:2(m2J+m2)(3)上式中，A可由连续方程求得A=Q/q;湿周z=A/R;R为水力半径，可由谢才公式求得：R=(g,7)3气”为糙率；砰为经济流速为底坡；为边坡系数。由式(3)求得正常水深(两个解)之后，其底宽D可由式(1

6、)或式(2)通过恒等变形求得。两对解中，不合理的一对诳和贝负值)将被自然舍去c对其它形状的断面，同样可按上述方法求解。值得提及的是：应用式(3)求如时，根号内可能出现负值，这说明在给定的流量和底坡值时，所规定的经济流速不能保证。对此，可以改变底坡或改变经济流速重新求解。选择不同的经济流速值，就可以设计出不同的梁道断面，经过设计者认真细致地分析选优，就可以确定出比较经济而且合理的渠道断面尺寸。3应用举例某水电站引水渠通过砂壤土地段，决定采用梯形断面，并用混凝土板衬砌，以减少准漏损失和加强渠道的耐冲能力，糙率=0015;取边坡系数刀=1.5;根据天然地形，为使挖、填方量最少，选用底坡i=1/150

7、0；电站最大引用流量Q=30m3/s；初步拟定经济流速t/,=2m/s。试设计渠道断面尺寸。解：由连续方程求得所需的过水断面面积：A=Q/u,=30/2=15m2；由谢才公式求得相应的水力半径：R=(叫疽=(0.015X2/71/1500J3/2=1.252m;相应的湿周z=A/R=15.0/1.252=11.977m；将的值代入式(3)可求得：力_-H977±或11.977+7工、1152<(15-27T+1.5'1.862m13«26m<11.997-2X1.862J+1.5=5.264mb=I厂I11.9772X3836+l.5i=-I含k>

8、根据计算结果，取底宽b=5.3m.水深如=1.9m,加上超高之后，即得渠道的断面尺寸。4结语通过对动力集道断面设计参数选择方法的分析和总结，给出了有关断面参数的最可能取值范围或计算公式u推导出了动力渠道按经济流速进行断面设计的水力计算公式(直接求解公式)，并举例说明了该公式的求解方法和应用步骤。不仅避免了大量的试算或查图过程，而且提高了解的精度和设计速度，一与优化模型相结合，建立动力渠道纵横断面设计的系统的计算机求解模型，是最为理想的设计方法，也是有待进一步研究的课题。参考文献1华东水利学院.成都科技大学、合成也大W不电站I新一版h北京：水利电力出版社,19832M汉宇.渠道断血一些没什参数的巡抒方散水利水电技15.1994(12).5)-573武汉