虹吸管在水利工程中的应用

1、虹吸管在水利工程中的应用、虹吸管原理虹吸管是一种压力输水管道，一般顶部弯曲且其高程高于上游供水水面，假设在虹吸管内造成真空，使作用在上游水面的大气压强和虹吸管内压强之间产生压差，那么水流即能通过虹吸管最高处引向低处。 虹吸管顶部的真空值理论上不能大于最大真空值，即10米水柱高。实际上，当虹吸管内压强接近该该温度下的汽化压强时，液体将产生汽化，破坏水流的连续性；故一般不使虹吸管中的真空值大于78米。虹吸管的优点在于能跨越高地，减少挖方。二、虹吸管的水利计算虹吸管应用的原理比拟简单，可广泛应用于水利工程中；在使用过程中必须首先对虹吸管的过流量及安装高程进行复核计算。例：有一小型水库，坝顶宽5米，内

2、、外边坡均为1: 2.5,游水面高程为0米假设相对高程，以下同,下游出水口水面高程为-1米，虹吸管采用钢管制作，直径D=250mm 见下列图排气管 回水管 坛管3上游水位0.00 V；弯管1U虹吸管布置示意图一虹吸管的输水能力计算虹吸管长度一般不大，故应按短管计算，且管道出口淹没在水面以下，为淹没出流。当 不计行近流速影响时，可直接用公式Q=cA2gz1/2计算流量：先确定入值，用满宁公式C=1/n x R1/6计算C,对于钢管：n=0.011贝U R=A/x=D/4C=1/n X R1/6=1/0.011 X 0.25/41/6=57.27沿程阻力系数：入=8g/C2=8X 9.8/57.2

3、72=0.024水头损失系数计算表其中弯管I =【0.131+0.1632D/ p严】。/901/2部位滤网底阀弯管1P=1125mm0=68弯管2P=212 5mm0=22弯管3P=2125mm0=22弯4P=212 5mm0=22蝶阀弯管5P=1000mm0=90出口合计损失系数4. 40.1150.0650.0650.0650. 4210. 13216.263出水口水位-1.00弯管21：2管道系统的流量系数：c=1/(入X L/D+ E V )1/2=1/(0.024X 55.73/0.25+6.263) 2=0.293每根虹吸管的输水能力为：Q=cA(2gz)1/2=0.293 X

4、3.14 X 0.125 2 (2 X 9.8 X 1) 2=0.064m3/s(二)虹吸管的最高安装高程计算：虹吸管中最大真空一般发生在管子最高位置。即发生在外坡堤顶弯头前B断面处，具体分析如下：以水库上游水位为基准面，基准面至堤顶弯管中心线的高差为Zs,对基准面断面及外坡堤顶弯头前B断面(如图示)列能量方程0+Pa/ r+a 1V02/2g= Zs+ PB/ r+av2/2g+(入x LB/D+习匚B)Xv2/2g式中，LB为从虹吸管进口至B断面的管长，E IB为从虹吸管进口至B断面的水头损失系 数之和取a 1V02/2g=0;a=1.0那么Pa/ r- PB/ r= Zs+ (1+入X

5、LB/D+ EB) X v2/2g假设要求管内真空值不大于某一允许值，即(Pa - PB) / r hv,式中hv为允许真空值，hv=8m那么Zs+ (1+入X LB/D+E VB)Xv2/2g hv即Zs hv- (1+入XLB/D+ E B)Xv2/2g而hv- (1+入XLB/D+ EB)Xv2/2g=8- (1+0.024 X 28.5/0.25+4.4+0.115+0.065) X 1.3042/(2 X 9.8)=7.28 m式中v=Q/A=0.064/3.1 4X (0.25/2)2=1.304 m/s故虹吸管最高点与上游水面高差应满足Zs 7.28 m三、虹吸管的应用(一)、虹

6、吸管在小型水库泄水涵管改造中的应用小型水库常规采用平斜管(即坝下涵管)输水，其施工方法是对坝体进行大开挖，埋涵管后进行土方回填，这样不但工期长，投资大，而且运行管理方面也有欠缺：一是出水量不能 有效控制，会造成浪费。二是在斜管上放、堵水既不方便，也不平安。三是新回填土方与老 坝体土方存在沉降差，容 易 出 现 土 方 结 合 不 好 ，坝体出现不均匀沉降，产生裂缝且破坏后难以维修等现象。采用虹吸管输水那么很好的解决了这些问题，虹吸管技术相比传统的破坝修复涵管工艺具有造价低、施工期短、使用灵活、管理方便等特点，而且能节约用水。假设设计灌溉流量按1秒每立米灌溉1万亩农田的标准计算， 一组直径D=2

7、5 0 mm虹吸管的 过流量为0.064m3/s，考虑旧钢管的流量修正系数K=1.3，那么可灌溉农田达490亩左右，根本 上可满足灌溉要求，假设确实不够，可采取二组或更多组。虹吸管管材采用镀锌焊接钢管，经充水后，翻开阀门，出水水流饱满、平顺、管身无振动，使用情况良好，根本能取代坝下涵管。虹吸管进水口与管顶的安装高度Zs需要考虑真空度余量，一般控制在7.28m以下的安装高度，下游出水口低于进水口1m以上。管道在运行中难免有空气跑入管道，在管道最高点应设立一个液气交换箱，该液气交换箱的功能是把跑入管道中的空气与箱中的水体进行交换，一箱200L的水一般可维持3040d正常使用，箱中水位降至1/3左右

8、，可由人工添加箱中水量， 保证虹吸管的正常运 行。(二)、虹吸管在防洪抢险及抗旱中的应用汛期由于突降暴雨，造成 小型水库水位迅猛抬高，加上运行多年，输水涵管 易产生漏水等险情，在无法查明漏水洞进口具体位置的情况下，只好对涵管进口封堵、出口设置反滤体，同时为确保大坝平安，在坝顶设置多组虹吸管，加大排 水量，降低库水位，汛后那么利用虹吸管引水灌溉。今年，我县白打乡蛇山水库就 出现了这样的情况，由于涵管封堵，放水不出，农田受十，当地老白姓意见很大， 因此，采取虹吸管排水就十分突显出它的重要性。 本次抢险中， 在主坝顶共设置 了 一组虹吸管， 管材为 PVC-UPVC-U 塑料管， 管内径为 200m

9、m200mmPVC-LPVC-L 塑料管具有易 于切割、安装快速等优点，根据现场情况临时组装铺设，适用性很强，经测算,满足农田灌溉要求，取得了非常好的效果。四、虹吸管的施工和质量控制小型水库中的 虹吸管管材一般采用A3钢板焊接，镀锌处理，穿坝局部那么采用热轨无缝 钢管，管道所有部件采用焊接， 对原有坝下涵管挖除头部，在管道中用压力泵灌满砂浆，彻 底封堵截消除隐患。虹吸管的施工必须严格把关，重点是做到整个管道的严密性良好，各种阀门无漏气，保 持管道的真空度。因为管道阀门件、液气交换箱都为现场焊接，管道按设计就位后，对钢管的下半圈的焊接要求立焊，需分屡次均匀的焊接，或者采用一些新型的焊接技术，如C

10、O 2气体保护半自动焊等工艺。对阀门的焊接，特别要注意的是电焊产生的高温对阀门内的密封圈产生破坏，一般采用 水对阀门进行冷却，使高温不能传导到密封圈。整个管道安装完成后，必须进行严密性试验和强度检测合格后，才能覆盖，强度检测按相关标准进行，严密性试验采用5kg压力。五、虹吸管应用的条件和运行中应注意的问题：1虹吸管应用的条件因受虹吸管真空度的限制，虹吸管的最高点与进水口低水位的高差一般7.28m,所以较适用于坝高小于10m的水库。假设有在坝高 稍大于10m的水库中应用，采取的方法是坝 顶少量开挖，降低顶管高程，控制虹吸管的吸水高度在7.28 m以下。利用顶管这种方法，应特别注意做好顶管段与大坝防渗体的连接截渗问题，防止在管道周边形成渗流通道。2应注意的事项和运行管理虹吸管管材的选择上，应选用优质的A3焊接钢管或者无缝钢管。对管道做镀锌处理，保证管道的长期运行抗腐蚀。对管道的焊接质量要求很高，故必须选择专业的焊接队伍，监理全程旁站监督，并做强度检测和严密性试验。对于虹吸管安装后，更应注意日常的运行管理。虹吸管对于原坝底泄水涵管来说是件新事物，它的启闭是利用阀门控制，对阀门应该注意保养维护，防止日晒雨淋，有助于延长阀门的使用年限。应该落实专人管理和操作，对管理人员进行培训，使管理员能熟悉和掌握，防止误操作。一般间隔15d左右对虹吸管检查一次，观察液气交换箱水位管的水