文档介绍：大型渠道倒虹吸设计探讨杨国旗石自堂(长江水利委员会规划处武汉市 430010 ) (武汉水利电力大学) 摘要针对大型渠道倒虹吸流量大水头紧等特点,根据实际情况分别对进出水口渐变段进行了优化设计,以减少其水头损失。同时对进水口前池、底部高程、闸墩、胸墙、控制水闸的布置以及管身形式提出了合理的设计意见. 关键词渠道倒虹吸水闸倒虹吸是经过山谷、河流、洼地、道路或其他渠道的压力输水管道,是一种渠道交叉建筑物。由于倒虹吸具有工程量少、施工方便节省动力及三材、造价低等特点,在各国农田水利建设中得到了广泛的应用。小型倒虹吸各地应用较多, 设计、施工都较为成熟, 问题不大。下面结合南水北调中线西赵河渠道倒虹吸工程设计实施,对大型渠道倒虹吸设计中的几个问题进行探讨. 西赵河渠道倒虹吸为一级建筑物,由进口连接段、管身段、出口连接段三部分组成,管身布置为 6孔6 .8m× 1870 m 3/s ,倒虹吸管设计流量为 750m 3/S ,总水头 0. 32m 具有流量大, 1。倒虹吸总水头损失计算公式如下: h=z+v /(2g)- v /(2g)+h +h 式中 h——倒虹吸总水头损失(m) z——倒虹吸管道进出口水头差(m) v——倒虹吸上游渠道的水流平均流速(m/s) v——倒虹吸下游渠道的水流平均流速(m/s) h——上游渐变段水头损失(m) h——下游渐变段水头损失(m) l 进出口渐变段的设计对于按照渠系规划给出了一定水头的倒虹吸工程而言,渐变段消耗水头越多,管身允许消耗的水头将越少,这将使管身断面加大,增加建筑物投资,,对西赵河渠道倒虹吸作了模型试验,以寻求使水流能平稳过渡,又使水头损失较小的连接段形式. 渐变段长度不宜过长,当渐变段长度达到一定值[ L=2(B 1 -B 2)B 1、B 2 分别为渐变段始末端断面的水面宽]时,再增加渐变段长度已对减少水头损失效果不大。同时,,渐变段在铅直方向的变化所造成的水头损失超过在水平方向变化所造成的水头损失, i =0. 033 和i=0. 057 ,流量 Q= 630 m 3/s ,其他边界条件完全一样时,两者水头损失差 cm. 所以当渐变段进出口底部高程相差较大时,宜适当增加渐变段长度,这样可减少渐变段底坡, 从而减小水头损失. 经过方案比较, 西赵河渠道倒虹吸进出口渐变段选用直线扭曲面, 该形式具有水头损失小, 工程量小,,进口渐变段长 60m ,出口渐变段长 75m。2 倒虹吸进水口前池及底部高程前池指倒虹吸管与渠道连接的过渡段,,对不同宽度与深度的前池,其水头损失相差较大。因为前池宽度较大,特别是当前池宽度大于倒虹吸管总过水宽度时,渠道水流进入前池后,水流产生大范围的回流,有时还出现吸气漩涡,:西赵河渠道倒虹吸将进口渐变段变为前池,流量 Q=630 m 3/s ,其他边界条件完全一样时,两者水头损失差 cm. 倒虹吸进口还须满足小流量淹深的要求,因此进口底部高程需进行适当的降低. 由于南水北调中线总干渠为常年引水,渠道水深基本保持在渠道设计水位,同时为减少水头损失,西赵河倒虹吸进口不设前池,进口底部高程不降低. 3 ,但闸门不全部开启时,流线形墩头对进水口水流影响较半圆形墩头要大水头,损失显著增加。例如:当流量 Q= 135 m 3/s ,只开两侧两扇闸门,其他边界条件完全一样时,流线形墩头比半圆形墩头水头损失大 cm .西赵河渠道倒虹吸选用半圆形墩头。该形式水头损失不大, 受闸门开启影响小, 水流较为平稳。胸墙的布置位置及形式对水头损失有一定的影响. 胸墙布置与孔口齐平[ 见图 2(a)] 比胸墙布置靠后[见图 2(b) ]水头损失要小。例如:西赵河渠道倒虹吸流量 Q=630 m 3/s ,其他边界条件完全一样时, 胸墙靠后布置比胸墙靠前布置时水头损失大 cm. 直立式胸墙[图2(c)] 比向后倾斜布置的胸墙[见图 2(d) ],易形成倒转流层而导致漩涡的产生, 增加水头损失. 西赵河渠道倒虹吸胸墙布置为直立式胸墙, 位置与倒虹管孔口齐平。 4 控制水闸布置倒虹吸进出水口均布置有水闸,控制水闸可以布置在管身上游也可布置在管身下游。经过试验比较发现:控制闸门布置在上游,进水口水流不平稳,管内掺