渠道

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简介

渠道是灌溉、发电、航运、给水、排水等水利工程中广为采用的输水建筑物。渠道设计的任务是在完成渠系布置之后,推算各级渠道的设计流量,确定渠道的纵横断面形状、尺寸、结构和空间位置等。

渠道

基本要求

渠道流速要求

渠道中的流速,应小于渠道的允许不冲流速,大于允许的不淤流速。渠道的临界不冲流速,主要取决于渠道的表面材质、过水断面、水深及水力要素等因素。一般土质渠道小于1m/s;石质(包括砌石)渠道不冲流速变幅很大,在2~20m/s之间;混凝土渠道不冲流速为5~10m/s;沥青混凝土不冲流速为2~3m/s。不淤流速与渠道糙率、渠道水流的挟沙能力等确定,大型渠道的最小平均流速应大于0.5m/s,小型渠道不小于0.3m/s。

渠道渠床稳定

为了使渠道稳定,不仅要保证渠道全线各断面上不发生冲刷和淤积,同时还要保证渠道在平面上的稳定,使其不局部冲刷渠床两岸。

随着渠水深度的增加,临界不淤流速将不断加大(逐渐接近不冲流速),如果水深过大,则很容易发生冲刷。因此,为了在流量加大时保持渠道不冲不淤的稳定流速,应当较多地增加渠底宽度。不冲不淤的渠道一般具有宽而浅的断面,通过的流量愈大,宽深比值亦愈大。

断面设计

渠道的断面设计包括横断面设计和纵断面设计,两者是互相联系、互为条件的。在实际设计中,纵、横断面设计应交替,并且反复进行,最后经过分析比较确定。

合理的渠道断面设计,应满足以下几方面的具体要求:

①有足够的输水能力,以满足灌区用水需要;

②有足够的水位,以满足自流灌溉的要求;

③有适宜的流速,以满足渠道不冲、不淤或周期性冲淤平衡,以满足纵向稳定要求;

④有稳定边坡,以保证渠道不坍塌、不滑坡;

⑤有合理的断面结构型式,以减少渗透损失,提高灌溉水利用系数;

⑥尽可能在满足输水的前提下,兼顾蓄水、养殖、通航、发电等综合利用要求;

⑦尽量做到工程量最小,以有效地降低工程总投资;

⑧施工容易,管理方便。

渠道横断面设计

(1)渠道横断面的形状。常见的有梯形、矩形、U形等。一般采用梯形,它便于施工,并能保持渠道边坡的稳定;岩石渠道,宜采用矩形断面;小型渠道,可采用预制U形渠道。

为了提高渠道的稳定性、水的利用率、减少渗漏损失、缩小渠道断面,可根据《渠道防渗工程技术规范》(GB/T 50600—2010)采取各种防渗措施。

(2)渠道横断面结构。渠道横断面结构有挖方断面、填方断面和半挖半填断面三种形式(图6-19),主要是渠道过水断面和渠道沿线地面的相对位置不同造成的。规划设计中,常采用半挖半填的结构形式,或尽量做到挖填平衡,以避免深挖、高填,以减少工程量,降低工程费用。

(3)渠道横断面设计。渠道横断面设计主要内容是根据渠道设计参数,通过水力计算(明渠均匀流公式)确定横断面尺寸。对于梯形渠道,横断面设计参数主要包括渠道流量、边坡系数、糙率、渠底比降、断面宽深比以及渠道的不冲、不淤流速等。

渠道纵断面设计

灌溉渠道不仅要满足输送设计流量的要求,而且要满足水位控制的要求。渠道纵断面设计的任务是根据灌溉水位要求确定渠道的空间位置。一般纵断面设计主要内容包括:确定渠道纵坡比降、设计水位线、最低水位线、最高水位线、渠底高程线、渠道沿程地面高程线和堤顶高程线,绘制渠道纵断面图。渠道的纵断面如图6-20所示。

渠底纵坡比降是指单位渠长的渠底降落值。渠底比降不仅决定着渠道输水能力的大小、控制灌溉面积的多少和工程量的大小,而且还关系着渠道的冲淤、稳定和安全,必须慎重选择确定。

渠道纵坡选择时应注意以下几项原则:

(1)地面坡度。渠道纵坡应尽量接近地面坡度,以避免深挖高填。

(2)地质情况。易冲刷的渠道,纵坡宜缓,地质条件较好的渠道,纵坡可适当陡一些。

(3)流量大小。流量大时纵坡宜缓,流量小时可陡些。

(4)含沙量。水流含沙量小时,应注意防冲,纵坡宜缓;含沙量大时,应注意防淤,纵坡宜陡。

(5)水头大小。提水灌区水头宝贵,纵坡宜缓;自流灌区水头较富裕,纵坡可以陡些。