梯形明渠临界水深的计算解法

1 梯形断面渠道临界水深计算方法 梯形断面渠道临界水深hk的计算是水力计算中的一个基本问题,设梯形断面渠道底宽为b,边坡系数分别为m1、m2,设计流量为Q,水深为h,见图1.     

明渠非标准断面法测流水位流量关系的率定及影响因素分析

为探究明渠非标准断面法测流的水位流量关系曲线的率定问题,以新疆第三师某团场25处渠道量水断面为研究对象,利用FlowTracker 2手持式声学多普勒流速仪进行了水位流量关系率定工作.根据实测结果,率定了各渠道量水断面的水位流量关系曲线,并对所率定出的曲线进行了符号检验、适线检验和偏离数值检验及误差分析,在此基础上,对流量拟合参数的影响因素进行了分析.结果表明：所率定的25处渠道量水断面中,14处具有稳定的水位流量关系,5处受回水影响、6处受渠道淤积影响为不稳定的水位流量关系;在渠道粗糙系数Ra、边坡系数m及坡降i相同的条件下,流量拟合参数与渠道底宽b总体上呈正相关;在渠道粗糙系数Ra、边坡系数m及底宽b相同的条件下,流量拟合参数与渠道坡降i总体上呈负相关.研究结果可以为灌区自动化量水设备测流准确性的校核提供参考依据.     

基于拉格朗日法的抛物线形复合渠道的水力最佳断面

针对标准抛物线形渠道渠口宽、深度大、难以适应大中型渠道等问题,提出了一种新型平方抛物线形渠坡和水平渠底的抛物线形复合渠道,同时推导出了抛物线复合渠道水力要素计算公式,并以水深、水面宽度和水平渠底宽度为变量,利用拉格朗日乘数法建立求最优解的迭代方程,借助Mathcad数学软件进行计算,推导出了抛物线复合渠道水力最佳断面情况下流量和水深的关系式以及水深、水面宽度、过水断面面积和湿周的计算公式。通过实例计算,当流量Q为12 m~3/s时,在水力最佳断面情况下抛物线复合渠道的水深H0为2.263 m,水面宽度B0为4.538 m,过水断面面积A0为7.463 m~2。结果表明,相同流量下抛物线复合渠道的过水断面面积比梯形渠道减小了1.67%,比弧脚梯形渠道减小了0.84%,比抛物线形渠道减小了1.05%,表明抛物线形复合渠道是更为优越的渠道断面形式。     

巴歇尔量水槽水力特性试验研究

巴歇尔量水槽是一种通过明渠收缩段来量水的量水槽.试验在底宽0.3 m、深0.5 m、边坡系数为1的梯形渠道中设计了喉道宽0.25m的标准巴歇尔量水槽进行.试验完成了14组不同流量下的水位、水面线和量水槽上下游16个断面的流速量测.拟合出自由流和淹没流条件下水深-流量公式及上游水深与巴歇尔槽水头损失关系,对不同流量下佛汝德数沿渠身各控制断面的变化情况做了分析,从而可确定出临界水深断面位置,最后对大、中、小三个流量下的冲沙情况做了介绍.     

平底抛物线形复合渠道水力最佳断面计算方法

为了解决抛物线形断面应用在大中型渠道上存在深度大、工程量大等问题,提出了一种水平渠底和平方抛物线形渠坡的抛物线复合断面渠道,推导出了过水断面面积、湿周的计算公式,并根据明渠均匀流理论,建立了平底抛物线复合渠道水力最佳断面情况下的流量和水深关系式,借助Mathcad软件计算出最优宽深比,推导出了平底抛物线复合渠道水力最佳断面水深、水面宽度、过水断面面积和湿周的计算公式.通过实例计算,当流量Q为30 m³/s时,在水力最佳断面情况下,平底抛物线复合渠道的水深H₀为2.904 m,水面宽度B₀为6.278 m,过水断面面积A₀为13.604 m²,因此,相同流量下平底抛物线复合渠道的过水断面面积比梯形渠道减小了1.7%,比弧脚梯形渠道减小了0.2%,表明平底抛物线复合渠道是一种比梯形和弧形坡脚梯形渠道更为优越的渠道断面形式.     

求解渠道梯形断面的计算机程序

<正> 输水渠道或排水沟道大都采用梯形断面型式,梯形渠横断面设计中经常遇到的问题是,在参照有关资料及规划要求已经确定流量、水力坡降、糙率、边坡系数等水力要素的条件下,由假定的渠道设计底宽求解设计水深;或由设定的水深求解渠道底宽。传统的试算方法,不仅工作量大,且计算精度较差。下面介绍一种用Pc—1500袖珍计算机求     

基于粒子群算法的抛物线形渠道断面优化方法

针对试算法工作量大、计算误差大和精度低等问题,建立了以计算流量和设计流量之差最小为目标函数的抛物线形渠道断面优化数学模型,将粒子群优化算法引入到抛物线形渠道断面优化计算中,采用粒子群算法在全局空间下搜索渠道断面优化问题的全局最优解。并以陕西省石头河灌区五丈源支渠抛物线形混凝土渠道为例,对其二次抛物线形渠道断面的方程形状参数a和设计水深h进行了优化设计。结果表明,得到满足约束条件的最优方程形状参数a为5.06,最优设计水深h为0.398 2 m。与原设计相比模型计算所得渠道过水断面面积减少了0.102 1%,渠道土方量减少了6.225 4 m~3,混凝土衬砌量减少了4.764 1 m~3,工程占地面积也随之减少。粒子群优化算法能有效地解决抛物线形渠道断面设计中的优化问题,且具有收敛速度快、计算精度高和全局寻优能力强等优点。     

基于边坡稳定和费用最小的梯形渠道优化设计方法

引入渠道边坡允许极限状态和允许极限坡度的概念,研究了控制工况下典型边坡变形的允许极限状态,提出了确定边坡允许极限坡度的方法;在边坡允许极限坡度、渠道实用经济断面和费用最小优化设计的基础上,考虑渠道输水流量和渠道水流流速约束条件,建立了包含渠道底宽、水深、边坡坡度3个优化变量的梯形渠道优化设计模型,探讨了优化变量的取值方法,提出基于边坡稳定和费用最小的梯形渠道优化设计方法.最后,结合南水北调东线济平干渠进行了基于边坡稳定和费用最小的梯形渠道优化设计,优化分析表明:与普通渠道实用经济断面相比,该法能够进一步节省工程建设费用.     

梯形明渠水跃共轭水深的迭代计算

梯形水平明渠的水跃方程为(1)当明渠断面的边坡系数m,底宽b 和渠中的流量给定时,可由已知的一个共轭水深h_1(或h_2)来计算另一个未知的共轭水深h_2(或h_1),以往一般用试算法、图解法及查图法求解。这些方法计算较繁。     

抛物线形复合渠道实用经济断面的计算方法

【目的】解决平方抛物线形渠坡和水平渠底的复合渠道水力最佳断面存在施工难度大、不经济等问题。【方法】在水力最佳断面的基础上,通过数据拟合的方式,得到了求解最佳H/H0值所对应的抛物线水面宽和水深比η=1.666,推导出了抛物线形复合渠道实用经济断面的计算公式,并提出了详细的计算步骤。【结果】通过实例计算,当流量Q为26 m3/s、n为0.015、i为0.000 52、α为1.03时,抛物线形复合渠道实用经济断面情况下的水深H为2.054 m,渠底宽度b为4.447 m,过水断面面积A为13.818 m2,湿周长度χ为10.037 m。在相同流量、糙率与渠道底坡条件下与梯形、弧形坡脚梯形相比,抛物线形复合渠道实用经济断面面积最小,比梯形减小了1.65%,比弧形坡脚梯形减小了1.29%。【结论】抛物线形复合渠道实用经济断面更为优越。     

沟灌条件下灌水沟入渗特性研究

为探明沟灌时灌水沟的水分入渗规律,从沟灌二维入渗过程、入渗湿润锋运移特性、累计入渗水量变化过程、土壤含水量分布等方面研究了沟灌的入渗特征及其影响,研究表明：灌水沟中水深、沟底宽、湿周对沟灌入渗过程均有明显影响。沟中水深增大,有利于加大侧向入渗,垂向入渗减少,而水深减小,会加大垂向入渗,增加深层渗漏。灌水沟底宽不影响灌水沟的侧向入渗,仅影响垂向入渗,底宽减小,垂向入渗深度相应减小,且土壤表面以下40 cm深以内水平向入渗深度平均值与最大垂向入渗深度的比值在沟底宽小时均大于沟底宽大时。合理的断面形式和大小有利于减小垂向入渗,加大水平侧向入渗,灌水沟断面形式为梯形断面时,宽深比近似为2效果最优。研究结果可为改进沟灌灌水技术提供参考。     

动态水压坡地喷灌系统多目标技术参数优化

动态水压供水能够有效提高坡地喷灌水量分布均匀性.为优选出满足喷灌质量要求且经济投入较少双重目标的动态水压坡地喷灌技术参数,以喷头间距、布置方式和动压参数(基础水压、振幅)等需要优化的技术参数为投入指标,以喷灌强度、喷灌均匀度、初始投资和年运行费为产出指标,应用数据包络分析法(DEA)评价决策单元(DMU)有效性,并对非有效DMU进行改进;结合对抗型交叉评价对技术参数做优劣排序,构建了动态水压坡地喷灌技术参数的优化方法.以雨鸟R5000喷头为研究对象,在苜蓿种植面积为1 hm²的坡地上(坡度为10%)进行喷灌系统田间工程设计,最终优选出交叉评价效率最大的动态水压坡地喷灌技术参数:喷头宜采用间距为8 m的正方形布置,基础水压为300 kPa,振幅为50 kPa.     

改进的滴灌双向流道结构参数对水力性能影响

为了在现有滴灌管(带)生产设备加工成型,改进了滴灌双向流道结构.针对这一新型流道,探索分析流道结构参数对其水力性能的影响.以流道4个关键结构参数为因素,基于正交试验设计方法,设计16组方案并制作流道样件,进行水力性能试验.采用极差分析和方差分析研究各结构参数对水力性能的影响效应.利用多元线性回归,建立流态指数和流量系数与4个结构参数的回归模型.结果表明,流道过水宽度,对流态指数的影响最显著,分水件与边壁距离的影响最小;分水件与边壁距离对流量系数的影响最大.回归模型效果显著,且准确度较高,可用于流道流态指数、流量系数的预测,研究结果可为新型双向流道的参数化设计及其结构优化,提供一定的理论指导.     

微地形及沟断面形状变异性对沟灌性能影响的试验研究

针对沟灌,研究了沟底起伏状况和沟横断面形状的空间变异性对灌水质量的影响。通过分析在河北吴桥开展的棉花沟灌试验数据,描述了灌水沟断面形状和沟底高程二因素的空间分布特征。采用田面平整精度Sd值作为评价沟底高程变化程度的指标,确定其对灌水均匀度和灌水效率的影响;采用断面形状参数p2描述灌水沟断面形状,以p2的标准差反映其空间变异性对地表水流运动和灌水质量的影响。结果表明,灌水均匀度和灌水效率均随沟底高程标准差的增大而减小;水流推进速度随断面形状参数p2标准差的增大而降低,灌水均匀度和灌水效率随p2标准差的增大而减小。因此,微地形和灌水沟断面空间变异性,对灌水均匀度和灌水效率均有显著的影响。     

不同防渗处理下温室黄瓜微咸水灌溉试验研究

采用3因素2水平的正交试验设计,在新增沙地温室设施内进行黄瓜生产试验。结果表明,防渗措施和灌溉方式是黄瓜品质和产量的主要影响因素,同时是黄瓜生理指标的首要影响因素,以四周塑料薄膜+底部黏土防渗为佳。灌水定额是黄瓜品质和产量的首要影响因素,灌水定额以180 m~3/hm~2(3-5月)、240 m~3/hm~2(6月)为最佳。综合考虑黄瓜光合特性、产量和品质,四周塑料薄膜+底部黏土防渗、混灌、灌水定额180m~3/hm~2(3-5月)、240m~3/hm~2(6月)为最佳组合。     

关中西部畦灌优化灌水技术要素组合的初步研究

在杨凌区砂壤土、中壤土的冬小麦和果树地,进行了畦田规格和灌水技术要素对水流推进和消退过程、灌水效率与灌水均匀度影响的田间试验,利用地面灌溉水流运动数学模型对畦灌条件下的最佳灌水技术要素组合进行了模拟和分析。结果表明,零惯量模型可以很好的模拟畦灌灌水过程中水流运动规律;畦田规格和灌水技术要素对灌水效率和灌水均匀度具有明显影响,对所研究的砂壤土冬小麦地在1‰、3‰田面坡度条件下,单宽流量以7L/(s·m)为宜,最大畦长应分别以40m、90m;对中壤土果树地1‰、3‰、5‰坡度条件下的畦长和单宽流量组合为分别以50m和6.0L/(s·m)、90m和6.0L/(s·m)、90m和5.0L/(s·m)左右为宜。同时为达到较高的灌水效率和灌水均匀度,畦田坡度不宜过大。     

引黄灌区畦田灌水技术试验研究

在华北引黄灌区内,大田作物的主要灌溉方式依然是畦灌。由于畦田规格过长过宽,导致灌溉水浪费严重,灌水效率低下。在平原县张庄管道灌溉示范区进行畦田灌溉试验,研究了黄河下游引黄灌区不同灌水技术参数组合对灌水质量的影响。利用地面灌溉水流运动的计算机模拟软件WinSRFR4.1,对不同规格畦田的灌水过程进行模拟,得出畦田灌溉的田间灌水效率和灌水均匀度,研究不同灌水技术参数组合对灌水质量的影响。综合考虑管道灌溉出水口规格与当地耕作农具尺寸等因素,模拟了多种畦长、畦宽、坡度和单宽流量下灌溉方案的灌水效果,结果表明,畦宽1.5m,畦长50~60m,坡度为0.3%畦田灌溉技术改进方案的灌水效率和灌水均匀度均提高到80%以上,灌水性能较优,建议在黄河下游引黄灌区内推广使用。     

灌溉渠道优化设计方法研究

根据明渠均匀流原理,推求灌溉渠道设计的最佳水力断面法和实用经济断面法,通过对2种设计方法优化对比分析,提出了实用经济断面法在灌溉渠道设计中的实用性,据此确定渠道横断面结构尺寸和不冲不淤流速的约束条件。根据渠道纵断面设计原则,确定干渠和各支渠取水口要求的控制水位的计算方法,确定渠道水位衔接的约束条件。根据渠道挖填平衡原则,确定了灌溉渠道工程量与渠道填方量、挖方量、渠道比降和填方损失系数等有关的非线性函数,该结论为灌溉渠道优化设计提供技术支撑。     

入沟流量对灌水质量和水流特性的研究

通过垄作沟灌的田间灌水试验,用极差分析研究入沟流量、沟宽、沟深、沟底纵坡4个技术参数对灌水质量的影响和研究入沟流量对地面水流特性的影响。研究表明:入沟流量对灌水质量影响最大,其次为沟底纵坡、沟深和沟宽;水流推进时间随着入沟流量的增大逐渐减少,推进速度逐渐加快,水流推进距离与水流推进时间呈幂函数关系,相关程度都大于0.99;水流消退时间随入沟流量的增大逐渐增大,消退速度逐渐减小,尽管水流消退时间与距离也呈幂函数关系,但二者的相关性没有推进过程的好。研究成果对我国入沟流量的相关研究具有一定的参考价值。