急流槽和倒虹吸管的水力计算

洪 海

(黑龙江省公路局)

急流槽和倒虹吸管的水力计算

洪 海

(黑龙江省公路局)

简述急流槽和倒虹吸管的水力计算方法。

急流槽;倒虹吸管;水力计算

1 急流槽的水力计算

沟底纵坡较陡，纵坡超过水流的临界坡度，称为急流槽。急流槽的水力计算，与跌水有共同之处，设想把跌水的跌水墙作为倾斜状，使水流沿斜坡流动，再进入消力池，就形成为急流槽，因此急流槽的水力计算，除跌水的进出口和消力池外，还需解决陡坡段(槽身)的构造及水力计算。

急流槽的断面形状固定，可按水力学中非均匀流理论进行计算。为使水流平顺连接，进口部分末端做成弧形或缓坡，因此槽身的前端是变坡道。

急流槽的水力计算，首先依地形先定槽身尺寸及纵坡i。

1.1 临界纵坡ik

临界纵坡ik是指槽中水流的正常水深h0等于临界水深hk时的底坡。正常水深应满足公式的关系，而当h0=hk时，得

因为临界状态时应满足

又因为Rk=ωk/xk，代入前式可得

式中：Ck为临界水深时的流速系数(谢才系数);xk为临界水深时的湿周，m;bk为急流槽底宽，m;g为取9.81 m/52。

1.2 急流槽长度L

式中：P为槽身的总落差，m;i为槽底纵坡。

1.3 水面曲线长度L0

水面曲线的一般计算方法，是根据某一水流断面的已知水深，求另一水流断面的未知水深。因此，必须建立两断面水深之间的关系式，按照两断面能量相等原理可导得水面曲线长度表达式。

对于急流槽而言，如图1所示，取起始断面(剖面I-I)为h1及v1，末端断面 (剖面II-II)相应参数h2为及v2，则

式中：α1、α2为相应断面的水头损失系数;I0为两断面之间平均水力坡度，按公式关系，已知相应的平均值C0、R0、v0，则

图1 急流槽水力计算示意图

1.4 判别水跃性质

如前所述，已知水跃后的共轭水深h2，下游沟渠内正常水深 h3，则

当h2＞h3时，产生远驱水跃。

h2=h3时，产生临界水跃。

h2＜h3时，产生淹没水跃。

为避免下游引起冲刷，除淹没水跃外，当h2＞h3时，均应设置消力池，消力池的计算与跌水相同。

2 倒虹吸管的水力计算

设倒虹吸管两端的水位差为hz，水重为w，由能量守恒法则得

考虑到水头损失，倒虹吸管的水力要素为

式中：g为重力加速度，等于9.81 m/s，μ为水头损失系数，表示如下

∑εi为各阻力系数之和，包括管壁变化、沿程、转弯、进口与出口五种阻力，其值小于1.0，并与倒虹吸的结构和尺寸等因素有关，可查阅《公路设计手册·涵洞》。

U416

C

1008-3383(2012)11-0080-01

2012-06-12