赵文龙，关 鑫

(1.鸡西市水利勘测设计所，黑龙江鸡西158100;2.五常市水务局营城子灌溉站，黑龙江五常150228)

1 渠道涵洞水力计算应满足的条件

渠涵属无压缓坡长洞Ⅱ型，过流能力只受均匀流条件控制。渠涵水力设计应满足以下条件:除涵洞进口至出口渐变范围外，不应该改变渠道原有的缓流、均匀流态;同时出口水位还应满足规划提出的水位条件。无压渠函的水流现象与渡槽相同，故也可按渡槽长短判别与计算的方法进行长短洞判别和计算:当渠涵长度L＜(5～12)H时，属于短洞，可按淹没宽頂堰流计算过流能力，这时过涵水头损失为进口局部损失;当渠涵长度L＞(15～20)H时属于长洞。

2 渠道长涵洞的水力计算方法

渠涵纵坡i对过流能力和洞中流速的影响是主要的，而洞身断面型式、洞身摩阻对过流能力和洞中流速的影响则较小。在渠涵长洞的水力设计中，由于对底坡i及孔尺寸、洞中正常水深h0的求解方法、程度不同，而分为以下两种设计计算方法。

2.1 选择涵洞纵坡i拟定孔径尺寸，然后计算正常水深h0、水头损失和进出口高程

2.1.1 选定涵洞底坡i，孔径尺寸、选定i的主要根据

为渠系规划中关于渠道纵坡断面设计的要求及允许的水头损失等因素，一般采用1/500～1/1 500;也可以进出口渠底高程差减去允许水头损失值(0.1～0.15 m)，再除以渠涵总长度，作底坡i的初拟值。

2.1.2 涵洞设计流量Q的计算

计算洞中通过设计流量Q时均匀流水深h0，流量按均匀流公式计算为:

若该流量与设计流量相同或若大，则继续进行下一步运算;否则，应修改洞身断面尺寸(必要时也可以修改底坡)。

2.1.3 检查洞中余幅和流速

由于渠道中水流流速较小、水位变化较小，渠涵预留余幅可较渠(路)下无压排涵为小。余幅值建议按下列经验公式计算:

式中:△h、h分別为余幅和涵洞中水深，均以m计。

当余幅和流速不满足要求时，应重新拟定洞身断面尺寸进行上列计算。

2.1.4 进行水面衔接计算

1)进口段水面跌落值Z1计算公式为:

4)总水面跌落值计算公式为:

式中:v1、v2、v3分别为上游渠道、洞内和下游渠道中的流速;ζ分别为进、出口段的局部水头损失系数。

当总水面跌落值不满足允许损失值时，应调整底坡和孔径尺寸，重新计算。

2.1.5 涵洞进出口高程和下游水面高程计算

1)洞进口底高程较渠首底高程升高值计算公式为:

2)洞进口高程计算公式为:

3)洞出口高程计算公式为:

4)出口渠底高程较洞出口底高程降低值计算公式为:

5)下游渠道底高程计算公式为:

6)下游水面高程计算公式为:

式中:H、h0、h1分别为上下游渠首和洞中的正常水深。

2)洞身段水面降落值Z2计算公式为:

3)出口水面回升值Z3计算公式为:

图1 长涵洞水力计算符合代表物理量

计算中若y1、y2为负值，说明涵洞底坡过缓，应予调整。

2.2 选定正常水深h、拟定孔径尺寸，然后计算纵坡、水头损失和进出口高程

1)依进口型式、估计的进口段水面跌落值z1(≈0.05～0.3 m)和涵洞上游渠道正常水深H值，选定洞中正常水深h。

2)拟定或计算孔径尺寸。择定余幅△h和h0后，洞高α及巨形断面洞宽b都可以求出。

播种至出苗前一般不浇水，子叶展平，根系没有露出育苗营养块前，控制育苗营养块表面见干见湿，根系露出育苗营养块表面时，要保证育苗营养块表面湿润状态，防止根系受到损伤。育苗期间应根据育苗营养块体和幼苗叶片的缺水情况，适时补足水分，避免缺水烧苗，浇水从块间隙注入，注水要在晴天上午进行，随着温度回升，甜瓜秧苗的生长，注水量可逐渐增加，定植前1～2天停止供水，进行幼苗锻炼。

3)计算与h相应的过水断面水力要素ω、χ、R、C，并依明渠均匀流公式(1)计算，确定渠涵纵坡i。

4)进行水面衔接和进出口高程计算。

本算法的主要优点是可以保证上下游渠道及洞中水流均为均匀流，涵洞上下游均无长距离的降水、雍水。

3 计算示例

根据灌区规划设计要求，某干渠上有一输水渠涵，洞长382 m，允许总水头损失为0.65 m;规划设计中也选定为单孔钢筋混凝土箱涵，进出口均为八字形翼墙，涵洞上下游渠道断面相同，底宽b=3.5 m，底坡i=1/4 000，边坡系数m= 1.5;进口渠道底高程∇1=123.67 m。渠道设计流量 Q= 9.5 m3/s，洞前水深H=2.02 m，流速υ=0.72 m/s，加大流量Q=11.3 m3/s，相应水深H=2.2 m，流速υ=0.76 m/s。用两种不同方法设计涵洞孔径尺寸，底坡和进出口高程。

3.1 按预先选定底坡的方法作涵洞设计

解:

3.1.1 设计流量选择

以加大流量作为渠涵的设计流量。

3.1.2 洞长判别

L/H=382/2.2≈174属长洞。

由于洞出口损失之和约为z1－z3≈0.1～0.2 m在限定允许总损失水头0.65 m的条件下，当可有约0.4 m的沿程损失时，则i≈0.4/382≈0.01，据此可选定底坡i=1/900，设洞宽b=2.8 m。

3.1.4 流量Q计算

计算Q=11.3 m3/s时的h。

取造率n=0.014;试算得h0=1.95 m

相应流速υ=Q/bh0=11.3/2.8×1.95=2.08 m/s

3.1.5 洞高α确定

按预留余幅值确定洞高α。计算过程为:

若第(3)步运算时同时拟定洞高α，则本步计算中要检查余幅

Δh=α－h0值是否满足要求。

3.1.6 水面衔接计算

1)进口段水面跌落值Z1查表，八字形进口，ζ=0.2;

2)洞身水面降落值Z2的计算为:

3)出口水面回升值Z3查表，八字形出口，ζ=0.5;

4)总水头损失值ΔZ=Z1+Z2－Z3=0.23+0.42－0.1 =0.55 m。满足允许水位降落值的要求。

3.1.7 涵洞进出口高程计算

1)洞进口底板高程计算:

2)洞口底板高程较渠底高程的抬高值计算:

3)洞出口底板高程计算:

3.1.8 下游渠底高程较洞出口底高程降落值

3.1.9 下游渠底高程

3.2 按先选择孔径尺寸和正常水深h0，然后反求底坡的方法设计涵洞

1)设洞宽b=2.8 m，洞中正常水深h0=1.9 m，则α= 2.2 m;则过水断面的水力要素分别为:

2)水面衔接与洞进出口底板高程计算:计算方法同1从略。计算成果的y1、y2为:

3)计算成果分析:方法2的主要优点是保证y1、y2均为正值，上下游渠道和涵洞均为均匀流。

［1］ 管枫年.灌区水工建筑物丛书:涵洞［M］.北京:水利电力出版社，1989.

［2］ 熊启钧.取水、输水建筑物丛书:涵洞［M］.北京:中国水利电力出版社，2006.