关于VB在压力管道、渠道、隧洞水力计算中的应用

祁国军 陆文君 熊大钊

（徐州市水利建筑设计研究院 徐州 221116）

关于VB在压力管道、渠道、隧洞水力计算中的应用

祁国军 陆文君 熊大钊

（徐州市水利建筑设计研究院 徐州 221116）

本文主要介绍利用VB开发的水力计算程序的工作机理和功能，对常用不同管材压力管道、渠道和隧洞进行水力计算方法的详细分析，并介绍了程序的主要代码和使用方法。程序操作简单，运行速度快，可大大提高工作效率和设计结果的准确性。

VB 水力计算程序 压力管道 渠道 隧洞

在水利工程设计工作中，水力计算是设计工作的基础，也是其他结构、工程量设计和制图的依据。由于水利工程计算数据量大，运用公式较多，计算中不定参数较多，有时还需对不同计算方法进行比较，仅靠手工计算，难度大，耗时长，且易出错。因此，编写简单可行的辅助程序，不仅能够提高工作效率，还可提高计算结果的精度和准确性，同时方便不同计算方法的比较，对设计和校核工作提供了很大的帮助，具有一定的应用价值。

1 工作机理和功能

程序编制的基本原理是利用VB编程软件结合水力计算公式，通过简单参数的输入，由程序运算，得到设计结果的过程。

VB是Visual Basic的简称，是由Microsoft公司开发的面向最终用户的应用软件程序语言，具有结构化、模块化、面向对象等特点，是一种包含协助开发环境的事件驱动为机制的可视化程序设计语言。

水力计算辅助设计程序功能如图1。

2 水力计算方法

2.1 压力管道

图1 水力计算辅助设计程序功能示意图

程序可实现水利工程设计中常用的几种管材的水力计算。包括混凝土管、玻璃钢管、塑料管、钢管和球墨铸铁管。2.1.1混凝土管

混凝土管（预应力钢套筒混凝土管（PCCP）、预应力钢筋混凝土管（PCP）等）及水泥砂浆内衬的钢管，可采用达西公式结合谢才公式、曼宁公式或巴甫洛夫斯基公式进行计算。

达西公式（Darcy-Weisbach）：

谢才公式（Chzyformula）：

谢才系数按下式进行计算：

当y=1/6时，上式为曼宁公式（Manning），适用范围为：n＜0.02和R＜0.5m；

y还可按巴甫洛夫斯基公式进行计算：

其适用范围为n=0.011～0.035和0.1m＜R＜3.0m。

式中：hL—沿程水头损失；

λ—沿程水头损失系数；

L—管道长度；

R—水力半径；

V—流速；

n—糙率；

d—管道内径；

f—Darcy摩擦系数；

g—重力常数。

2.1.2 玻璃钢管（RPMP）

玻璃钢管可采用达西公式（1）进行计算，其中参数确定可采用两种方法，一是结合谢才公式（2）和曼宁公式（3）或巴甫洛夫斯基公式（4）进行计算，其中糙率n的取值可在0.084～0.09之间；另外一种方法可采用柯列布鲁克—怀特公式确定沿程水头损失系数的计算方法。

柯列布鲁克—怀特（Colebrook-White）公式：

式中：Re—雷诺数；

e—绝对粗糙度。

对于玻璃钢管也常采用海森—威廉公式进行计算。

海森—威廉（Hazen-Williams）公式：

式中：Ch—海森-威廉系数，对于玻璃钢管选用150；

q—管道流量。

2.1.3 塑料管

常用的塑料管主要有聚乙烯管（PE）、聚氯乙烯管（PVC），计算方法可采用达西公式（1）进行计算，其中沿程水头损失系数有两种方法进行确定，一种是采用柯列布鲁克-怀特公式（5）进行计算；另外一种方法采用勃拉修斯公式进行计算。

勃拉修斯（Blasius）公式：

2.1.4 钢管、球墨铸铁管

钢管（SP）、球墨铸铁管（DIP）可采用达西公式（1）进行计算，其中参数确定可采用两种方法，一是结合谢才公式（2）和曼宁公式（3）或巴甫洛夫斯基公式（4）进行计算。

同时该程序还可进行旧钢管和旧球墨铸铁管的水力计算，采用达西公式（1）进行计算，摩擦系数可按下式进行计算。

或采用v=1.3×10-6m2/s（水温为10℃）时，则

由以上各种管材不同计算方法可看出，计算中各种管材主要采用达西公式进行计算，主要是参数选择的不同和参数计算方法的差异，因此为了得到更准确的结果，参数选择应合理，对各种参数计算方法可进行计算结果比较，从而得到合理的计算结果。

对于曼宁公式和柯列布鲁克—怀特公式的使用范围：曼宁公式适用于粗糙系数比较大的情况下使用，粗糙系数较小时，最好使用柯列布鲁克—怀特公式。

2.2 渠道

该程序主要可进行梯形渠道横断面计算，渠道采用明渠均匀流计算公式：

式中：Q—渠道设计流量；

A—渠道过水断面面积；

i—渠道比降。

式中：b、h、m—分别为渠道底宽、水深、边坡；

P—湿周。

渠道水力计算采用试算的方法，先假设底宽b，试算水深h，直到计算流量和设计流量满足下式要求：

2.3 隧洞

程序可进行压力圆洞和无压城门洞型隧洞的水力计算。

压力圆洞计算方法同压力混凝土管的计算方法；无压城门洞型隧洞可采用明渠均匀流计算公式（11）进行计算，净空面积不小于隧洞断面面积的15%。

3 程序主要代码

3.1 压力管道

3.1.1 混凝土管

3.1.2 玻璃钢管

3.1.3 塑料管

3.1.4 钢管、球墨铸铁管

3.2 渠道

3.3 隧洞

4 程序使用过程

4.1 压力管道

压力管道水力计算操作界面如图2。

图2 压力管道水力计算操作界面示意图

界面左上侧为参数输入区，依次输入管道长度、设计流量、管道内径三个参数，在界面右侧选择管材及采用的计算方法，待参数全部选择结束后，点击“压力管道水力计算”按钮，水力计算结果会在左下侧显示；如需重新计算可点“清除”按钮，输入值和输出值会被清除，此时重新输入参数就可再次进行计算；点击“退出”按钮可退出该界面。

4.2 渠道

渠道水力计算操作界面如图3。

界面左侧为参数输入区域，需要依次输入设计渠道的糙率系数、比降、设计流量、边坡，输入后点击“计算”按钮后会继续弹出输入渠道底宽的对话框，在对话框中输入渠道底宽，点击确定，会继续弹出输入初始计算水深对话框，待输入水深后程序开始运算，结果会在主操作界面的右侧显示。

为了便于施工，渠道底宽应选择整数值，初始水深应为大于等于0的值，渠道的水力计算是个试算的过程，应选择不同的底宽进行试算，最终得到较为合理的计算结果。

4.3 隧洞

隧洞水力计算的操作与管道和渠道基本相同，在参数输入区输入或勾选相应参数，点击“计算”，计算结果会在输出区显示

图3 渠道水力计算操作界面示意图