农业综合开发项目灌排水渠道水力断面有关参数的确定与探讨

无论是中低产田改造项目还是山区小流域治理项目的施工设计阶段,均不可避免的涉及到灌排水渠道的纵横断面设计,而灌排水渠道横断面设计则主要通过渠道水力断面计算确定水力最佳断面结构型式,并分析如何由已确定的水力最佳断面相关参数进一步确定实用经济断面构型式。工程设计中渠道断面结构型式多样,用到的参考资料涉及范围广,因此．有必要对渠道水力断面公式在农业综合开发项目中的设计与应用进行归纳和探索。     

抛物线形混凝土衬砌渠道标准化结构形式研究

通过实例比较了2种常用的抛物线形渠道水力最佳断面参数,得出二次抛物线渠道的水力性能优于半立方抛物线形渠道,并推导出了二次抛物线渠道实用经济断面的计算公式,提出了详细的计算步骤,给出了二次抛物线渠道实用经济断面水力计算表以供设计人员使用。同时,根据渠道工程实际应用情况和现行规范要求,提出了抛物线形混凝土衬砌渠道标准化结构形式,计算得出了常用抛物线形混凝土渠道结构尺寸、不同比降流量表,在实际工程应用中可根据设计渠道的具体情况进行选用。     

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。     

抛物线类渠道水力最佳及实用经济断面统一设计方法

【目的】解决任意次抛物线形渠道湿周积分公式为不可积分而导致水力最佳及实用经济断面无解析解的问题。【方法】采用高斯超几何函数给出了任意次抛物线形渠道湿周的解析计算式,以水深、水面宽度为变量,用拉格朗日乘数法对该类渠道的水力最佳断面参数进行求解。【结果】得到了任意次抛物线类渠道的水力最佳断面参数求解方程,再根据实用经济断面与水力最佳断面的关系得到了任意次抛物线类渠道的实用经济断面参数求解方程。最后给出抛物线类渠道实用经济断面水面宽度与水深的比值的关系表。【结论】该方法易于设计任意次抛物线类水力最佳及实用经济断面,可供渠道规划设计参考应用,也为规范修订提供理论依据。     

梯弧形明渠水力最佳断面的设计

该文讨论了梯弧形明渠输水断面的特点,导出了梯弧形明渠水力最佳断面的几何尺寸及水力要素的计算式;论证了梯弧形比工程中常用的梯形断面,具有较好的水力经济性,更大的边坡稳定性及更小的水流冲淤性等优点,值得在工程实践中推广使用。文中还编制了不同边坡系数值时,设计计算梯弧形水力最佳断面尺寸的系数表,使运算简捷方便,最后给出了算例。     

U形渠道的水力特性及水力计算

U形渠道断面水力和结构性能优越,是渠道输水工程中较常采用的断面形式之一,水力计算中的正常水深、临界水深求解无显函数形式的表达公式。提出了U形渠道水力最佳断面的设计方法,并给出了确定U形渠道水力最佳断面底弧半径的计算公式。导出了U形渠道正常水深、临界水深水力计算的迭代公式,并给出了判别水深范围的界限流量计算公式。     

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。     

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.     

无压圆管的水力分析研究

依据水力学的基本原理,通过对圆形过水断面管道自流状态下不同流量的水力分析,提出了利用过水包角进行圆形过水断面管道水力计算的新方法.与传统的计算方法相比实现3项突破:一是利用数学分析法进行水力计算,消除了计算过程中的误差,提高了求解精度;二是计算过程更加简单便于记忆;三是分门别类总结出圆形断面几种特殊情况下的水力计算方法...     

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。     

准梯形及Ｕ形断面收缩水深简捷计

根据准梯形及Ｕ形断面收缩水深的基本方程，经数学变换得到计算收缩水深的迭代计算公式，并结合收缩断面水力特点证明了该迭代式的收敛性，同时应用马克劳林级数展开迭代式，略去高阶无穷小量和回归分析的方法得到四种不同形式的收缩水深的近似式。误差分析及算例表明，利用回归分析得到的近似式具备简捷、准确、适用范围广的特点，在工程实用范围内，最大误差不超过0.32%，可以满足精度要求，克服了以往用查图查表及试算迭代法的缺点。     

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.     

准梯形及U形断面收缩水深简捷计算方法

根据准梯形及U形断面收缩水深的基本方程,经数学变换得到计算收缩水深的迭代计算公式,并结合收缩断面水力特点证明了该迭代式的收敛性,同时应用马克劳林级数展开迭代式,略去高阶无穷小量和回归分析的方法得到4种不同形式的收缩水深的近似式.误差分析及算例表明,利用回归分析得到的近似式具备简捷、准确、适用范围广的特点,在工程实用范围内,最大误差不超过0.32%,可以满足精度要求,克服了以往用查图查表及试算迭代法的缺点.     

非标准马蹄形断面水力计算研究

以滇中引水工程楚雄段-昆明段非标准马蹄形断面为研究对象,采用几何分割法对该马蹄形断面的水力要素进行了推理,推导出任意水深所对应水力要素表达式。同时,采用三分试算法计算了该断面正常水深,试算过程采用C#编程来实现。考虑到马蹄形断面正常水深计算的复杂性,采用拟合优化原理推导出正常水深的直接计算公式。计算结果表明：在该公式的适用范围内计算该断面正常水深的最大相对误差为0.496%,同时整个计算区间内89.3%以上计算点相对误差小于0.24%,精度相对较高,可以满足实际工程的需要。     

幂律形水力最佳断面设计与正常水深计算方法

研究幂律形水力最佳断面设计与正常水深计算方法。应用微积分和极值原理,研究了幂律形断面渠道水力最佳断面的设计与计算方法,给出了幂律形断面渠道正常水深的迭代计算公式和显式近似计算公式,并证明了迭代公式的收敛性和显式计算公式的精度及应用范围。研究成果可以为渠道设计和计算提供参考依据。     

U形渠道均匀流水深的简捷计算方法

Ｕ形断面是明渠最佳过水断面,已逐步得到了推广应用。但在水力计算中求解均匀流水深值时,显得十分繁琐。长期以来人们只能采用试算法求解。根据Ｕ莆渠道水力要素的具体特点,研究探讨出一种简捷可靠的计算方法,不需试算而直接一次求解。     

U形衬砌渠道结构及水力最佳断面的分析

通过对U形断面渠道的衬砌冻胀破坏特征、机理的分析,指出最优U形断面应是从结构和水力两方面考虑的,通过合理的假设,建立简单的力学模型,以衬砌体结构抗冻胀性能最优及水力最佳为原则,最终推出最优的U形渠道断面参数孤底圆心角和圆弧上部直线段的长度.同时,指出了U形衬砌渠道的冻胀力分析可以表达成最大冻结力的函数,而最大冻结力是反映土质、负温及水分状况的综合指标,只要根据经验或实验确定了最大冻结力,再结合渠道几何要素及衬砌材料的力学指标和衬砌结构的有关参数,就能计算出最优U形断面的参数,使问题简单化、定量化.该计算方法的结果表明符合工程实践的要求,而且安全合理,使用简单.     

马蹄形过水断面正常水深计算的遗传算法

马蹄形过水断面是无压输水隧洞中常采用的断面形式之一，其其几何形状复杂，水力计算困难。目前常采用的方法有试算法、图解法和迭代法，这些方法由于计算量大且精度不易保证，不便于在生产实践中应用推广。将马蹄形过水断面正常水深计算转化为非线性优化问题，采用实数编码的遗传算法进行求解，实例计算表明该方法精度高、通用性强、操作简便，便于在生产实践中应用。     

离心泵涡室断面设计研究

在分析比较现有离心泵涡室过流断面设计方法的优缺点基础上,针对减少蜗壳内水力损失角度出发,提出新的涡室过流断面计算公式.详细介绍了过流断面的计算公式推导过程,随后指出如何使用Excel建立计算过程模板完成过流断面几何参数计算,最后结合Autodesk公司的inventor对计算结果进行绘图来检验误差和调整几何参数.实践表明,采用该方法可以显著提高水泵涡室断面的设计效率和减少蜗壳的水力损失.     

马蹄形过水断面正常水深计算的遗传算法

马蹄形过水断面是无压输水隧洞中常采用的断面形式之一 ,因其几何形状复杂 ,水力计算困难。目前常采用的方法有试算法、图解法和迭代法 ,这些方法由于计算量大且精度不易保证 ,不便于在生产实践中应用推广。将马蹄形过水断面正常水深计算转化为非线性优化问题 ,采用实数编码的遗传算法进行求解 ,实例计算表明该方法精度高、通用性强、操作简便 ,便于在生产实践中应用。