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水利计算


5.4 建筑物设计
根据道路、排水沟、渠道的布置,项目区共需修建各类建筑物座,其中沟 桥 18 座、机井 16 眼、井房 16 处。 1 .沟涵设计 在排水沟与道路、 堤坝交叉处修建沟涵, 其结构形式采用 C20 预制砼涵管。 沟桥设计成果见表 5.4-1: 表 5.4-1
沟桥名称 桥涵 涵洞 合计 数量 长度 6 12 18 3 10.0

/>沟桥设计成果表
设计参数(m) 管径 1 1

沟桥过水能力校核 涵洞水流流态判别: 圆形涵洞进口水深 h1≤1.1D(洞高),为无压流; 选取设计水深为 0.8m 农沟进行过水能力校核; h 沟桥=0.8m <1.1×1=1.1m,为无压流。 长洞与短洞的判别: i≈0,且 L1=3m、L2=10m≤(52~64)h1,为短洞。 涵洞为短洞时:
Q ? mB 2 g H 0
3/ 2

m ? m0 ? (0.385 ? m0 )2 Ah /(3 A j ? Ah ) B ? Ak / hk H 0 ? h1 ? aV12 / 2 g

式中:Q—涵洞设计流量(m3/s) ;

m—无压力流时的流量系数; B—涵洞底宽(m) ; g—重力加速度(m/s2) ; H0—计及流速水头的涵洞进口水头(m) ; m0—进口轮廓形状系数; Ah—相应于涵洞进口水深的过水断面面积(m2) ; Aj—进洞水流的过水断面面积(m2) ; Ak—相应于临界水深的过水断面面积(m2) ; hk—洞内临界水深(m) ; h1—涵洞进口水深(m) ;

? —流速分布系数,可取 1.05~1.10;
V1—涵洞进口断面平均流速(m/s) ; 经计算:Q=0.99m3/s >排水沟设计流量,满足断面过水要求。 2 井房设计 机井房的建设主要是为保证机井设备安全和方便管理,每眼机井新建泵房 1 处, 结构形式为砖混结构, 开间、 进深均为 3.0m, 层高 3.0m, 建筑面积 10.50m2, 井房顶部开口以利于检修。项目区共需新建 16 处井房。 5.5.6.2 规划 U 型渠 项目区的北边有引黄渠经过,且村里已经通过两根直径为 1m 的砼管将引 黄水引至项目区,现只需配套相应的渠系设施。项目区布臵支渠、斗渠进行输配 水。水源水量充足,渠系均采用 U 型渠。 项目区分为两个片区,片区内务水利渠道。需修建水利渠道。 a)渠道设计流量计算 1)渠道工作制度确定 根据项目区现有的灌溉方式,确定斗渠采用轮灌方式。1、2、3 斗渠同时 工作、4、5 斗渠同时工作,6、7、8、9、10 斗渠同时工作、11、12、13 斗渠同 时工作。
表 5-7 渠道长度与灌溉面积

渠道名称 长度(m) 控制面积(亩) 渠道名称 长度(m) 控制面积(亩)

支渠 2060 848.2 斗7 36 10.9

斗1 370 97.8 斗8 340 124

斗2 90 17.9 斗9 198 21.2

斗3 380 81.28 斗 10 100 27.1

斗4 190 49.8 斗 11 175 61.4

斗5 168 44.9 斗 12 170 59.1

斗6 98 40.7 斗 13 540 192.1

全灌区土壤、水文地质等自然条件和作物种植情况相近,根据实际情况该 支渠有 13 条斗渠,分 4 个轮灌组。 2)计算该支渠田间净流量 因该支渠控制整个项目区,耕地面积为 848.2 亩,分为 4 个轮灌组,以第 4 轮灌组中的斗 13 进行典型计算 斗 11、12、13 控制的总面积为 312.6 亩,斗 13 控制的面积为 192.1 亩 Q 斗 13=A× 设计=A* q 设计*A4/(A4+A5) q =0.0848*192.1/(192.1+59.1+61.4) *0.4340=0.022(m3/s) 计算斗渠直接接进入田间,则斗渠田间净流量为 0.022 m3/s 取田间水利用系数

?f

=0.90,则斗渠净流量为:
Q斗田净 ? 0.022 ? 0.024 (m 3 / s ) 0.90

Q斗13净 ?

?f

渠系水利用系数为 0.75,则斗 13 渠的毛流量或设计流量为: Q 斗 13 设=Q 斗 13 净/η=0.024/0.75=0.032(m3/s) 灌溉水利用系数则为:0.9*0.75=0.675 斗渠设计流量成果表:
表 5-8 斗渠设计流量表 渠编号 斗1 斗2 斗3 斗4 斗5 斗6 田间净流量 0.011 0.002 0.007 0.006 0.005 0.005 灌溉水利用系数 0.675 0.675 0.675 0.675 0.675 0.675 单位:m /s 斗渠设计流量 0.017 0.003 0.010 0.008 0.008 0.007
3

斗7 斗8 斗9 斗 10 斗 11 斗 12 斗 13

0.001 0.014 0.002 0.003 0.007 0.007 0.022

0.675 0.675 0.675 0.675 0.675 0.675 0.675

0.002 0.021 0.004 0.005 0.010 0.010 0.033

3)支渠的设计流量计算 支渠以最末端的轮灌组进行计算:以 11、12、13 斗渠的流量和为支渠的净 流量 0.053m3/s,支渠的长度为:L=2.06km 支渠每公里输水损失系数为:

?支 ?

A? 1.9 ? 0.1 ? ? 0.006 m 3 / s m 100 Q 支净 100 ? 0.053 0.4

支渠的设计毛流量为:
Q支设 ? Q支净 (1 ? ? 支 L支 ) ? 0.055 ? (1 ? 0.006 ? 2.06) ? 0.056 m 3 / s

b)灌溉渠道纵横断面设计: 1)横断面设计 设计渠道为填方渠道,根据渠道纵断面地形图确定支渠比降 i=1/1500,斗渠 比降依据地形布臵为 1/1000.。渠道设计采用 U 型 C20 砼衬砌,取糙率系数 n=0.015。外侧边坡进行夯实加固。
Q ? AC Ri

式中: Q——渠道设计流量,m3/s;
A ——渠道过水断面面积,m2;

C——谢才系数 ( C ? n——渠道糙率系数; R——水利半径,m; i——渠底比降。

1 1/ 6 R ); n

按以上计算公式,为保证渠道正常灌水,支、斗渠超高分别按 0.3m、0.2m 计算,斗支渠各水力要素见成果表 5.2-11。
表 5-9 渠道断面及水力要术表

渠道名 称

渠道设计 流量 Q(m /s)
3

外倾 角 α°

圆心角 θ°

圆弧 糙率 n 坡度 i 的半 径r 0.000

U型 渠内 水深 h

圆弧 段以 上水 深 h2

过 水 断 面 A 0.12 0.05 0.04 0.05 0.04 0.04 0.04 0.04 0.05 0.04 0.04 0.05 0.05 0.05

流 速 v(m
3

上口 宽 B(m)

/s)

支渠 斗1 斗2 斗3 斗4 斗5 斗6 斗7 斗8 斗9 斗 10 斗 11 斗 12 斗 13

0.056 0.017 0.003 0.010 0.008 0.008 0.007 0.002 0.021 0.004 0.005 0.010 0.010 0.033

12 10 10 10 9 9 10 10 10 10 10 10 10 10

156 160 160 160 162 162 160 160 160 160 160 160 160 160

0.015 0.015 0.015 0.015 0.015 0.015 0.015 0.015 0.015 0.015 0.015 0.015 0.015 0.015

7 0.001 0.001 0.001 0.001 0.001 0.001 0.001 0.001 0.001 0.001 0.001 0.001 0.001

0.25 0.25 0.1 0.15 0.1 0.1 0.1 0.1 0.2 0.1 0.1 0.15 0.15 0.25

0.15 0.19 0.08 0.12 0.08 0.08 0.12 0.12 0.08 0.08 0.08 0.12 0.12 0.12

0.1 0.13 0.12 0.08 0.12 0.12 0.08 0.07 0.12 0.12 0.12 0.08 0.08 0.03

0.43 0.34 0.27 0.29 0.28 0.28 0.25 0.27 0.3 0.25 0.25 0.29 0.29 0.28

0.53 0.42 0.23 0.32 0.26 0.26 0.24 0.3 0.45 0.25 0.25 0.32 0.32 0.49

表中部分参数的计算公式: 圆弧半径: r ?
1 b (1 ? ? b/H ) 2

圆心角:θ ? arcos( h/r) ? 过水断面: (b + b )H + πrθ/360 - b b 为统一 U 型渠断面,斗门配套,以及便于施工以及后期运行管理, 设计采用 2 种断面, (支渠一种,斗渠一种) ,支渠采用开口宽为 60cm,圆弧半 径为 22cm,圆心角为 159° ,壁上口厚 7cm,其余斗渠采用开口宽为 50cm,圆弧 半径为 19cm,圆心角为 162° ,壁上口厚 6cm。该两种型号渠道断面及水力要素 见表 5-10
表 5-10 开口为 60cm 和 50cm 渠断面及水力要素表 上口宽 下口宽 弦心距 (cm) (cm) Δh(mm) 60 50 44 38 40 30 上部高度 H1(mm) 620 500 圆弧 总高度 半径(mm) H(cm) 224 192 804 662 圆心角 (° ) 159 162 断面积 S(cm2) 3832 2666 壁上 口厚 (cm) 7 6

为提高渠道防渗效果以及渠道使用寿命,U 型渠预留伸缩缝,以适应温度、

冻胀等引起的变形。纵向缝设在边坡与渠底连接处,横向伸缩缝间距 4m,纵向 伸缩缝为间距为 5m, 伸缩缝宽度为 2cm, 缝内用 1:1:4 沥青水泥砂浆和聚氯乙烯 胶泥填塞。弧底梯形弧段和斜直段交接处设纵向伸缩缝,缝宽 2.0cm,缝内用沥 青油毡板和 1:1:4 沥青水泥砂浆填塞。 2)灌溉渠道纵断面设计 为保证渠道能够进行自流灌溉,各级渠道在分水点处都应具有足够的水位 高程。各分水口的水位控制高程,应根据田块的地面设计高程,渠道长度、比降 等因素确定。渠道水位计算公式如下:

H 设 ? H 0 ? ?h ? ? i ? l
式中: H 设——渠道进水口设计水位(m) ; H0 ——渠道控制灌溉面积内参考点高程(m) ,一般应选具有代表性的地 面点;

?h

——参考点与该处末级固定渠道水位的高差,一般取 0.1m—0.2m;

i ——各级渠道比降;

l ——各级渠道长度。
支渠纵断面见渠道纵断面图,斗渠渠首的渠底高程应与相应支渠处高程 相一致,便于衔接斗渠多为垫方渠道,高出地面,便于灌溉。


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