第一节灌溉渠道流量确定和设计

(2)续灌渠道设计流量的计算:续灌渠道一般为干、支渠道，流量较大，上、下游流量相差悬殊，这就要求分段推算设计流量，各渠段可采用不同的断面。各级续灌渠道的输水时间都等于灌区灌水延续时间，可以直接由下级渠道的毛流量推算上级渠道的毛流量。所以续灌渠道设计流量的推算方法是自下而上逐级、逐段进行推算。生产实际中一般用经验公式估算续灌渠道分段设计流量。

具体推算方法以图为例说明如下：图中表示的渠系有1条干渠和4条支渠，各支渠的毛流量分别为Q1、Q2、Q3、Q4，支渠取水口把干渠分成3段，各段长度分别为L1、L2、L3，各段的设计流量分别为QOA、QAB、QBC，

计算公式如下：具体推算可参见教材p125例3—1。

3．渠道最小流量和加大流量:

渠道最小流量可能出现于河流水源不足的时候，有时灌区需对种植面积较小或灌水定额较小的作物单独供水，也可能出现渠道最小流量(Qmin)。最小流量用以校核对下一级渠道的水位控制条件和确定修建节制闸的位置，并按最小流量验算渠道不淤条件。(1)渠道最小流量的确定：为保证渠道顺利输、配水，对于同一条渠道，其设计流量(Qd)与最小流量(Qmin)相差不能过大，为了保证对下级渠道正常供水，有些灌区规定渠道最小流量以不低于渠道设计流量的40％为宜；也有的灌区规定渠道最低水位等于或大于70％的设计水位。实际灌水中如某次灌水定额过小，可实行集中供水，缩短供水时间；如因水源缺水造成引水量过小，则可对支渠实行续灌。(2)渠道加大流量的确定:加大流量是考虑到灌区管理运用中可能出现规划设计未能预料到的变化(如种植比例变化、扩大灌溉面积，稀遇的干旱气候等)和短时加大输水的要求，在设计时要注意留有余地。同时，渠道加大流量也是设计堤顶高程的依据。即:堤顶高程=渠道加大流量水位+堤顶超高。

渠道加大流量的计算是以设计流量为基础，给设计流量乘以“加大系数”即可。可按下列公式计算。

Q加大

=JQ设

式中：Q加大―渠道加大流量（m3s-1）；Q设―渠道设计流量（m3s-1）；J

―加大系数(%)，可参照下表执行。

渠道设计流量（m3s-1）<11—55—1010—30>30加大流量系数J1.35—1.301.30—1.251.25—1.201.20—1.151.15—1.10注：轮灌渠道不考虑加大流量；抽水灌区干渠的加大流量按备用机组的抽水能力而定。渠道流量加大系数与渠道流量进位规定:渠道流量加大系数二、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。渠道纵、横断面设计应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。

一般对渠道横断面设计的要求是保证设计的断面能够输送设计流量和加大流量，设计的断面渠床稳定，不冲涮，不淤积，不塌坡；对渠道纵断面设计要求是应尽可能保证渠道有足够的水位高度，以满足灌区大部分地区实现自流灌溉；渠道土方工程量小，渠系建筑物少，经济合理；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。渠道纵断面和横断面的设计是互相联系、互为条件的。在设计实践中应统盘考虑、交替进行、反复调整，最后确定合理的设计方案。1．渠道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。一般情况下采用明渠均匀流公式计算，即

式中：Q为渠道设计流量；A为渠道过水断面面积；R为水力半径，i为渠底比降；C为谢才系数，一般采用曼宁公式进行计算，其中n为渠床糙率。设计渠道时要求投资少，效率高，即在设计流量Q、比降i、糙率系数n值相同的条件下，使渠道断面最小；或在相同断面条件下通过的流量Q最大。符合这些条件的断面称为水力最佳断面。h从公式可以看出，当当A、n、i一定时，水水力半径最大大或湿周最小小的断面就是是水力最佳断断面。半圆形形断面是水力力最佳断面，，天然土渠修修成半圆形是是很困难的，，也是不稳定定的，只能修修成接近半圆圆的梯形断面面。AXRBbbhbh(b+mh)hb+2hmbb+2mhBB（1）渠底比比降：两端渠底高差差和渠段间距距离的比值称称为渠底比降降。应根据渠道沿沿线的地面坡坡度、下级渠渠道进水口的的水位要求、、渠床土质、、水源含沙情情况、渠道设设计流量大小小等因素，选选择适宜的渠渠底比降。清清水渠道易产产生冲刷，比比降宜缓，如如淠史杭灌区区输水渠道的的比降为1／／10000-1／28000。浑浑水渠道容易易淤积，比降降应适当加大大，如人民胜胜利渠灌区的的渠底比降为为1/1000—1／6000。对黄河中下游游地区：干渠渠：1/2000—1/5000；；支渠：1/1000—1/3000；斗渠：1/200—1/1000。（2）渠床糙糙率系数：渠床糙率系数数n是反映渠床床粗糙程度的的技术参数。。确定糙率n值要慎重。。若选择的渠渠床糙率较实实际渠床的糙糙率小，则渠渠道运行时的的实际输水能能力就会达不不到设计流量量，满足不了了灌溉水量的的要求，还有有可能造成渠渠道淤积；当当选择的渠床床糙率大于实实际值时，不不仅增加渠道道断面，而且且还会引起渠渠道的冲刷，，渠中水位降降低，减少渠渠道自流控制制面积。渠道道的糙率系数数值的正确选选择不仅要考考虑渠床土质质和施工质量量，还要估计计到建成后的的管理养护情情况。生产实实践可参考已建灌区采用用数值或参考教材表表3-13所所示。例n=0.025或0.02看起起来相差不大大,但1/n,一个为40,另一个个为50,相相差25%。x（3）渠道的边坡系系数：渠道的边坡系系数m是渠道边坡倾倾斜程度的指指标，其值等等于边坡在水水平方向的投投影长度和在在垂直方向投投影长度的比比值。m值的大小关系系到渠坡的稳稳定，要根据据渠床土壤质质地和渠道深深度等条件选选择适宜的数数值。矩形断断面的边坡系系数m等于零零。大型渠道道的边坡系数数应通过土工工试验和稳定定分析确定。。当挖方深度度大于5m，，渠中水深大大于3m时，，应进行渠道道土壤稳定性性分析，从而而确定边坡系系数值。若挖挖方小于5m，水深小于3m，这时挖方渠渠道的边坡系系数可参考已已成灌区经验验数据确定。。如果填方渠渠道的填方高高度大于3m时，边坡系数数应通过水工工试验和稳定定性分析确定定。h表3-16梯梯形渠渠道水力最佳佳断面参数计计算公式(4)梯形渠道水力力最佳断面的的计算公式:在渠道比降和和渠床糙率一一定的条件下下，通过设计计流量所需要要的最小过水水断面称为水水力最佳断面面，梯形渠道道水力最佳断断面的水力要要素按下表计计算。梯型渠道水力力最优断面常为窄深式，，这种渠施工工困难，特别别是大型渠道道，当地形条条件复杂时施施工就更加困困难，因此在在实际应用中中，水力最优断面面不一定是经济济断面。但水力最优断面面具有工程量量最小的优点点，小型渠道道和石方渠道道可以采用。。在工程实践中中为了经济合合理，常常放放弃水力最优优断面，而选选用实用经济济断面。实际际过程中存在在一组宽浅式式的梯形断面面，其水深和和底宽有一个个较广的选择择范围，以适适应各种具体体情况的需要要，而在此范范围内又能基基本上满足水水力最优断面面的要求（即即其过水断面面面积w与水力最优断断面的w优相接近），满满足这些要求求的断面称为为实用经济断面面。根据上式可算出不同边边坡系数相应应的水力最优优断面的宽深深比，见下表式中：α为水水力最优断面面流速(或过过水断面面积积)与实用经经济断面流速速(或过水断断面面积)的的比值；V、A、R、h分别为为实用经济断断面的流速(m／s)、、过水断面面面积(m’)、水力半径径(m)和水水深(m)；；β为实用经经济断面的宽宽深比。(5)梯形渠渠道实用经济济断面的水力力计算公式第五节灌溉渠道系统统设计实用经济断面面计算步骤：①根据表3-16公式，，计算出水力力最优断面的的水力要素。。②分别计算αα所对应的h和b值。③据式（3-33）计算算α相应的V、A和R值值，并绘制b=f(h)和V=f(h)渠道特性性曲线。④根据渠段地地形、地质等等条件，由渠渠道特性曲线线图上选定设设计所需的h、b、V值值。⑤校核实用经经济断面是否否满足渠道允允许流速的要要求。根据规范，对浑水渠道道：对粘性土渠道道和刚性衬砌砌取小值，沙沙性土取大值值。(7).渠渠道允许不冲冲、不淤流速速:渠道断面过于于窄深或宽浅浅，都会影响响渠道断面的的稳定性。稳稳定断面的宽宽深比应满足足渠道不冲、、不淤流速要要求，即要求求渠道中的实实际流速大小小有一个允许许范围：V不冲>V允许>V不淤在此范围内的的流速值，称称为渠道的允允许流速。不不冲、不淤流流速的确定应应在总结当地地已成渠道运运行经验的基基础上研究确确定。1)渠道不不冲流速:与渠床土质、、渠道流量、、断面水力要要素、水流含含沙情况等因因素有关，具具体数值要通通过试验研究究或总结已成成渠道的运用用经验而定。。一般土渠的的不冲流速在在0.6-0.9m／s之间,下表表中的数值可可供设计参考考。土质渠道不冲冲流速渠床土质

不冲流速(ms-1)备

注

轻壤土

0.6～0.81）表中土壤的干容重为1.3～1.7gcm-3；

2）当R≠1m时，表中所列数值应乘Ra加以修正。对于疏松的壤土和粘土，指数a=1/3～1/4；对于密实的砂壤土、壤土和粘土，a=1/4～1/5。

中壤土

0.65～0.85重壤土

0.70～0.95粘土

0.75～1.00有衬砌护面的的渠道的不冲冲流速比土渠渠大得多，如如混凝土护面面的渠道允许许最大流速可可达12m／／s。但从渠渠床稳定考虑虑，仍应对衬衬砌渠道的允允许最大流速速限制在较小小的数值范围围内。美国垦垦务局建议：：无钢筋的混混凝土衬砌渠渠道的流速不不应超过2.5m／s，，因为流速太太大的水流遇遇到裂缝或缝缝隙时，流速速水头就转化化为压能，会会使衬砌层翘翘起和剥落。。2)渠道的不淤流流速：渠道水流的挟挟沙能力随流流速的减小而而减小，当流流速小到一定定程度时，部部分泥沙就开开始在渠道内内淤积。泥沙沙将要沉积时时的流速就是是临界不淤流流速。在清水水渠道中，为为了不让渠道道长草，一般般要求断面平平均流速大于于0.3～0.5ms-1，习惯上也有有人称之为不不淤流速。渠渠道不淤流速速主要取决于于渠道含沙情情况和断面水水力要素，即即渠道水流的的挟沙能力，，根据我国各各地经验，常常用的渠道挟挟沙能力的计计算公式主要要为根据实际际研究成果而而得到的经验验公式：Vcd=CoQ0.5式中：Vcd为渠道不淤流流速(m／s)；Co为不淤流速系系数；Q为渠渠道的设计流流量(m3／s)。上式式适用于黄河河流域含沙量量为1.32—83.8kg／m3、加权平均泥泥沙沉降速度度为0.0085—0.32m／／s的渠道。见例四①渠道加大水水深：渠道通过加大大流量Qj时的水深称为为加大水深hj。通常用试算算法或查诺模模图求加大水水深，计算的的方法步骤和和求设计水深深的方法相同同。(8).渠道道过水断面以以上部分的有有关尺寸hdhj△h渠堤顶高程∇∇②安全超高。。为了防止风浪浪引起渠水漫漫溢，保证渠渠道安全运行行，挖方渠道道的渠岸和填填方渠道的堤堤顶应高于渠渠道的加大水水位，高出的的数值称为渠渠道的安全超超高，土渠可可用下式计算算渠道的安全全超高▽h，，但最小不宜宜小于0.5m；石渠的的安全超高可可比相同条件件下的土渠超超高值稍小，，但最小不宜宜小于0.3m。从多泥泥沙河流引水水的渠道，还还应考虑渠底底产生泥沙淤淤积的影响。。△h=1/4hj+0.2③堤顶宽度。。渠岸和堤顶的的宽度可按下下式计算：D=hj+0.3式中：D为渠渠岸或堤顶宽宽度(m)；；hj为渠道的加大大水深(m)。另外对有通航航任务的渠道道，还应考虑虑通航要求。。9、静夜四四无邻，，荒居旧旧业贫。。。1月-231月-23Thursday,January5,202310、雨中中黄叶叶树，，灯下下白头头人。。。18:49:0718:49:0718:491/5/20236:49:07PM11、以我独沈沈久，愧君君相见频。。。1月-2318:49:0718:49Jan-2305-Jan-2312、故故人人江江海海别别，，几几度度隔隔山山川川。。。。18:49:0718:49:0718:49Thursday,January5,202313、乍见见翻疑疑梦，，相悲悲各问问年。。。1月-231月-2318:49:0718:49:07January5,202314、他乡生白白发，旧国国见青山。。。05一月月20236:49:07下下午18:49:071月-2315、比不了得得就不比，，得不到的的就不要。。。。一月236:49下下午1月-2318:49January5,202316、行行动动出出成成果果，，工工作作出出财财富富。。。。2023/1/518:49:0718:49:0705January202317、做做前前，，能能够够环环视视四四周周；；做做时时，，你你只只能能或或者者最最好好沿沿着着以以脚脚为为起起点点的的射射线线向向前前。。。。6:49:07下下午午6:49下下午午18:49:071月月-239、没有失败，，只有暂时停停止成功！。。1月-231月-23Thursday,January5,202310、很多事情努努力了未必有有结果，但是是不努力却什什么改变也没没有。。18:49:0718:49:0718:491/5/20236:49:07PM11、成功就是日日复一日那一一点点小小努努力的积累。。。1月-2318:49:0718:49Jan-2305-Jan-2312、世间间成事事，不不求其其绝对对圆满满，留留一份份不足足，可可得无无限完完美。。。18:49:0718:49:0718:49Thursday,January5,202313、不知香积积寺，数里里入云峰。。。1月-231月-2318:49:0718:49:07January5,202314、意志坚坚强的人人能把世世界放在在手中像像泥块一一样任意意揉捏。。05一一月20236:49:07下午午18:49:071月-2315、楚楚塞塞三三湘湘接接，，荆荆门门九九派派通通。。。。。一月月236:49下下午午1月月-2318:49January5,202316、少年十十五二十十时，步步行夺得得胡马骑骑。。2023/1/518:49:0718:49:0705January202317、空山新雨雨后，天气气晚来秋。。。6:49:07下下午6:49下下午18:49:071月-239、杨柳散和风风，青山澹吾吾虑。。1月-231月-23Thursday,January5,202310、阅读一切好好书如同和过过去最杰出的的人谈话。