各级渠道纵横断面设计

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=0.123 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= 5.0(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=0.14(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 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0.10.2 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+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+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 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=0.243V=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)0.3 m/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，QnmhbAxRcv i 0.4030.0171.250.390.450.366 1.699 0.215 45.306 1.112 0.00285.2.3.2 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+0000.00281494.904 1495.4561495.7691495.0661494.6660.238 0.865 0+1001494.550 1495.1761495.4891494.7861494.3860.164 0.939 0+2001494.368 1494.8961495.2091494.5061494.1060.262 0.841 0+3001494.190 1494.6161494.9291494.2261493.8260.364 0.739 0+4001494.000 1494.3361494.6491493.9461493.5460.454 0.649 0+5001493.838 1494.0561494.3691493.6661493.2660.572 0.531 0+6001493.606 1493.7761494.0891493.3861492.9860.620 0.483 0+7001493.428 1493.4961493.8091493.1061492.7060.722 0.381 0+8001493.136 1493.2161493.5291492.8261492.4260.710 0.393 0+9001492.823 1492.9361493.2491492.5461492.1460.677 0.426 1+0001492.316 1492.6561492.9691492.2661491.8660.450 0.653 1+1001491.905 1492.3761492.6891491.9861491.5860.319 0.784 1+2001491.736 1492.0961492.4091491.7061491.3060.430 0.673 1+3001491.421 1491.8161492.1291491.4261491.0260.395 0.708 1+4001491.100 1491.5361491.8491491.1461490.7460.354 0.749 1+5001490.773 1491.2561491.5691490.8661490.4660.307 0.796 1+6001490.428 1490.9761491.2891490.5861490.1860.242 0.861 1+7001490.100 1490.6961491.0091490.3061489.9060.194 0.909 1+8001489.845 1490.4161490.7291490.0261489.6260.219 0.884 1+9001489.629 1490.1361490.4491489.7461489.3460.283 0.820 2+0001489.555 1489.8561490.1691489.4661489.0660.489 0.614 2+1001489.120 1489.5761489.8891489.1861488.7860.334 0.769 2+2001488.865 1489.2961489.6091488.9061488.5060.359 0.744 2+3001488.576 1489.0161489.3291488.6261488.2260.350 0.753 2+4001488.240 1488.7361489.0491488.3461487.9460.294 0.809 2+5001487.880 1488.4561488.7691488.0661487.6660.214 0.889 2+6001487.555 1488.1761488.4891487.7861487.3860.169 0.934 2+7001487.250 1487.8961488.2091487.5061487.1060.144 0.959 2+8001487.107 1487.6161487.9291487.2261486.8260.281 0.822 2+9001486.974 1487.3361487.6491486.9461486.5460.428 0.675 3+0001486.680 1487.0561487.3691486.6661486.2660.414 0.689 3+1001486.208 1486.7761487.0891486.3861485.9860.222 0.881 3+2001485.912 1486.4961486.8091486.1061485.7060.206 0.897 3+3001485.615 1486.2161486.5291485.8261485.4260.189 0.914 3+4001485.375 1485.9361486.2491485.5461485.1460.229 0.874 3+5001485.061 1485.6561485.9691485.2661484.8660.195 0.908 3+5201484.950 1485.61485.9131485.211484.810.140 0.963 5.2.4 典型分干的纵、横断面设计5.2.4.1 下级渠道各级分水口处水位高程 典型支渠进水口水位比地面高1.017米，可以假定其它支渠进水口水位比地面高1.017米，按此关系依次计算各支渠进水口水位高程。由上表可得支渠引水口水位与地面高程之差为1.017m，则其它干渠的引水口水位=各支渠的地面高程+1.017 m，即得各支渠的设计水位。由此，推得干渠的引水口水位=支渠的地面高程+1.017=1502.417绘典型干渠的地面高程线，典型干渠的设计水位线要满足给下级渠道的供水要求，及工程费用最小的要求。其比降应接近典型干渠的天然平均比降。这样就会出现变坡。允许支渠分水口处水位与干渠设计水位有误差，当干渠设计水位低于支渠进水口处的水位时，这时节制闸就会放下，抬高水位，以满足支渠的进水口水位，但水不能溢出。最后的典型干渠的进水口水位高程为1502.417米。5.2.4.2典型分干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=0.018.典型干渠采用梯形断面，渠道内、外边坡系数m=1.25，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，对干渠进行变坡，桩号0+000-2+000之间，采用i=0.004；桩号0+000-2+200之间，采用i=0.0037；桩号0+00-2+200之间，采用i0.0037。桩号0+000-4+100之间，采用i0.0039。干渠采用预制板防渗，梯形断面。采用试算法，计算设计水深进行横断面设计。桩号0+000-1+050之间，V不冲=KQ0.1=51.4750.1=5.198(m/s)。V不游=C0Q0.5=0.41.4750.5=0.485(m/s)。桩号0+000-2+200之间，V不冲=KQ0.1=51.0920.1=5.044(m/s)，V不游=C0Q0.5=0.41.0920.5=0.418(m/s)桩号0+000-2+200之间， V不冲=KQ0.1=50.6310.1=4.774(m/s)，V不游=C0Q0.5=0.40.6310.5=0.318(m/s)典型分干渠的水力要素见表5-10，QnmhbAxRcv i CD干渠0.326 0.017 1.25 0.32 0.45 0.272 1.474 0.184 44.132 1.214 0.0041 加大流量0.424 0.017 1.25 0.37 0.45 0.338 1.635 0.207 44.989 1.309 0.0041 BC干渠0.625 0.017 1.25 0.44 0.45 0.440 1.859 0.237 46.044 1.434 0.0041 加大流量0.812 0.017 1.25 0.50 0.45 0.538 2.051 0.262 46.848 1.536 0.0041 AB干渠1.057 0.017 1.25 0.57 0.45 0.663 2.275 0.291 47.696 1.648 0.0041 加大流量1.374 0.017 1.25 0.64 0.45 0.800 2.499 0.320 48.468 1.756 0.0041 OA干渠1.465 0.017 1.25 0.61 0.60 0.831 2.553 0.326 48.607 1.776 0.0041 加大流量1.893 0.017 1.25 0.69 0.60 1.009 2.809 0.359 49.427 1.897 0.0041 5.2.4.3典型干渠的纵断面设计由5.2.4.1可得，干渠进水口处水位高程为1502.417米。可由干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。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）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（0.08+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；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；最后结果见表5-11表5-11 二分干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+0000.00411501.41502.4171502.7871501.8071501.40701.3870+0301501.2691502.2941502.6641501.6841501.28401.3950+1001501.0431501.9671502.3271501.3971500.9970.0461.2840+2001500.7111501.5571501.9171500.9871500.5870.1241.2060+3001500.3881501.1471501.5071500.5771500.1770.2111.1190+4001500.1031500.7371501.0971500.1671499.7670.3360.9940+5001499.7891500.3271500.6871499.7571499.3570.4320.8980+6001499.391499.9171500.2771499.3471498.9470.4430.8870+70014991499.5071499.8671498.9371498.5370.4630.8670+8001498.51499.0971499.4571498.5271498.1270.3730.9570+9001498.061498.6871499.0471498.1171497.7170.3430.9871+0001497.6091498.2771498.6371497.7071497.3070.3021.0281+1001497.2171497.8671498.2271497.2971496.8970.321.011+2001496.7781497.4571497.8171496.8871496.4870.2911.0391+3001496.2851497.0471497.4071496.4771496.0770.2081.1221+4001495.8181496.6371496.9971496.0671495.6670.1511.1791+5001495.381496.2271496.5871495.6571495.2570.1231.2071+5301495.1851495.9941496.3191495.5541495.150.031.131+6000.00411494.9041495.6871496.0121495.2471494.8470.0571.1081+7001494.51495.2771495.6021494.8371494.4370.0631.1021+8001494.21494.8671495.1921494.4271494.0270.1730.9921+9001493.9231494.4571494.7821494.0171493.6170.3060.8592+0001493.5241494.0471494.3721493.6071493.2070.3170.8482+1001493.251493.6371493.9621493.1971492.7970.4530.7122+2001492.8751493.2271493.5521492.7871492.3870.4880.6772+3001492.4781492.8171493.1421492.3771491.9770.5010.6642+4001492.121492.4071492.7321491.9671491.5670.5530.6122+5001491.6751491.9971492.3221491.5571491.1570.5180.6472+6001491.211491.5871491.9121491.1471490.7470.4630.7022+7001490.751491.1771491.5021490.7371490.3370.4130.7522+8001490.251490.7671491.0921490.3271489.9270.3230.8422+9001489.7621490.3571490.6821489.9171489.5170.2450.923+0001489.3181489.9471490.2721489.5071489.1070.2110.9543+0301489.1121489.6511489.9441489.3111488.930.190.823+1000.00411488.8331489.5371489.8621489.0971488.6970.1361.0293+2001488.3331489.0071489.31488.6871488.2870.0460.9673+3001487.9141488.5971488.891488.2771487.8770.0370.9763+4001487.6761488.1871488.481487.8671487.4670.2090.8043+5001487.3821487.7771488.071487.4571487.0570.3250.6883+6001487.11487.3671487.661487.0471486.6470.4530.563+7001486.7661486.9571487.251486.6371486.2370.5290.4843+8001486.4661486.5471486.841486.2271485.8270.6390.3743+9001486.1331486.1371486.431485.8171485.4170.7160.2974+0001485.6951485.7271486.021485.4071485.0070.6880.3254+1001485.2611485.3171485.611484.9971484.5970.6640.3494+2001484.7691484.9071485.21484.5871484.1870.5820.4314+2301484.4861484.7311485.0241484.4111484.010.540.465.2.5 总干渠的纵、横断面设计5.2.4.1 下级渠道各级分水口处水位高程 典型分干渠进水口水位比地面高0.614米，可以假定其它分干渠进水口水位比地面高0.614米，由上表可得分干渠引水口水位与地面高程之差为0.614m，则其它干渠的引水口水位=各支渠的地面高程+0.614 m，即得各支渠的设计水位。由此，推得总干渠的引水口水位=分干渠的地面高程+0.2=1518.614绘总干渠的地面高程线，总干渠的设计水位线要满足给下级渠道的供水要求，及工程费用最小的要求。其比降应接近总干渠的天然平均比降。这样就会出现变坡。允许分干渠分水口处水位与总干渠设计水位有误差，当总干渠设计水位低于分干渠进水口处的水位时，这时节制闸就会放下，抬高水位，以满足分干渠的进水口水位，但水不能溢出。最后的总干渠的进水口水位高程为1518.614米。5.2.4.2 总干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=0.018典型干渠采用梯形断面，渠道内、外边坡系数m=1.25，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，对干渠进行变坡，桩号0+000-0+220之间，采用i=0.0037；桩号0+220-4+450之间，采用i=0.0037。 总干渠采用预制板防渗，梯形断面。采用试算法，计算设计水深进行横断面设计。总干渠桩号0+000-0+220之间，边坡系数m=1.25，b=0.6m，n=0.017, i=0.0037，Q=3.314(m3/s)时,把数据代入公式（5-3）中得设计水深 hd= 0.91m过水断面 A=(b+mh)h=1.581(m2)流速 V=2.