許文華

(新疆喀什農(nóng)三師勘測設(shè)計研究院，新疆喀什 844000)

關(guān)于弧形底梯形渠道的實用經(jīng)濟(jì)斷面計算公式的再探討
——《渠道防滲工程技術(shù)規(guī)范》SL18-2004中計算方法的修正

許文華

(新疆喀什農(nóng)三師勘測設(shè)計研究院，新疆喀什 844000)

在實際應(yīng)用過程中，發(fā)現(xiàn)《渠道防滲工程技術(shù)規(guī)范》SL18-2004中關(guān)于弧形底梯形渠道的實用經(jīng)濟(jì)斷面的兩種計算方法中，套用計算公式與查表計算出的結(jié)果不符，故對計算公式進(jìn)行了重新推導(dǎo)，對《渠道防滲工程技術(shù)規(guī)范》SL18-2004中計算公式系數(shù)進(jìn)行了修正。

`弧形底梯形渠道;水力最佳斷面;實用經(jīng)濟(jì)斷面;規(guī)范;計算方法;修正

1 問題的提出

弧形底梯形斷面渠道由于具有良好的水力條件及抗凍脹等特點，在嚴(yán)寒及寒冷的北方地區(qū)得到了日益廣泛的應(yīng)用?！肚婪罎B工程技術(shù)規(guī)范》SL18-2004已將該種斷面渠道列為主要的防滲明渠形式之一，因此其水力最佳斷面和實用經(jīng)濟(jì)斷面的計算方法理所當(dāng)然地受到工程技術(shù)人員的關(guān)注。然而，雖然《渠道防滲工程技術(shù)規(guī)范》SL18-2004中給出了實用經(jīng)濟(jì)斷面的兩種計算方法，即套用公式計算和查表計算，但經(jīng)多次實例計算復(fù)核，發(fā)現(xiàn)計算公式與查表計算的結(jié)果不符，甚至計算公式的計算結(jié)果無解。有鑒于此，本文將針對以上存在的問題予以解決，希望能為廣大工程技術(shù)人員提供一些參考性建議。

2 規(guī)范公式實例驗算

《渠道防滲工程技術(shù)規(guī)范》SL18-2004附錄D給出的弧形底梯形渠道(見圖1)實用經(jīng)濟(jì)斷面計算公式為：

式中：H為實用經(jīng)濟(jì)斷面水深，m;r為實用經(jīng)濟(jì)斷面渠底圓弧半徑，m;b為實用經(jīng)濟(jì)斷面弧形底的弦長，m;ω為實用經(jīng)濟(jì)斷面的過水?dāng)嗝婷娣e，m2;x為實用經(jīng)濟(jì)斷面濕周;Kr為實用經(jīng)濟(jì)斷面的弧底半徑r與水深H之比。

《渠道防滲工程技術(shù)規(guī)范》SL18-2004附錄D給出的弧形底梯形渠道(見圖1)實用經(jīng)濟(jì)斷面水力計算見表1～表4。

表1 實用經(jīng)濟(jì)斷面的Kr值

表2 水力最佳斷面與實用經(jīng)濟(jì)斷面的水深比H0/H

表3 實用經(jīng)濟(jì)斷面的b/H

表4 實用經(jīng)濟(jì)斷面與水力最佳斷面的濕周比x/x0

已知某渠道，流量Q=8 m3/s，渠道邊坡系數(shù)m=1.0、1.50，粗糙系數(shù)n=0.025，底坡i=0.002，試確定該渠道橫斷面的實用經(jīng)濟(jì)斷面尺寸。

分別套用規(guī)范給定計算公式及查表計算渠道斷面尺寸見表5。

表5 渠道實用經(jīng)濟(jì)斷面尺寸

表1 弧形底梯形渠道橫斷面圖

3 弧形底梯形渠道實用經(jīng)濟(jì)斷面計算公式的推導(dǎo)

實用經(jīng)濟(jì)斷面是在水力最佳斷面的基礎(chǔ)上，通過適當(dāng)?shù)厣约痈淖冞^水?dāng)嗝婷娣e的大小，達(dá)到改變水力最佳條件下的渠道寬深比的目的(主要為增大寬深比)，一方面不改變通過的水量，一方面又能滿足當(dāng)?shù)毓こ糖闆r對渠道寬深比提出的要求，因此推求實用經(jīng)濟(jì)斷面的計算，應(yīng)從渠道的水力最佳斷面與實用經(jīng)濟(jì)斷面之間的關(guān)系計算開始。

根據(jù)渠道均勻流基本方程(公式引自《渠道防滲工程技術(shù)規(guī)范》SL18-2004第6.5.1、6.5.3款)：

若令ω、R、x、H、b、r、Kr分別為實用經(jīng)濟(jì)斷面的各項指標(biāo);ω0、R0、x0、H0、b0、r0、Kr0分別為水力最佳斷面的各項指標(biāo)，根據(jù)流量相等條件：

將以(13)式表達(dá)的實用經(jīng)濟(jì)斷面濕周x和水力最佳斷面濕周x0代入(16)式，并考慮到Kr0=1，可以得出：

同樣利用前面的算例對計算公式和查表計算結(jié)果再復(fù)核，結(jié)果見表6。

表6 渠道實用經(jīng)濟(jì)斷面尺寸

新推導(dǎo)出的公式與《渠道防滲工程技術(shù)規(guī)范》SL18-2004附錄D給出的計算公式比較后發(fā)現(xiàn)：計算A值的系數(shù)與本文推導(dǎo)的公式系數(shù)有出入，可能是排版過程中出現(xiàn)的失誤，但給廣大工程技術(shù)人員帶來一定的麻煩，甚至設(shè)計的渠道不能通過設(shè)計流量，從而造成很大的經(jīng)濟(jì)損失。

4 結(jié)語

1)水力最佳斷面在實際工程中，因受地形地質(zhì)施工及運(yùn)行條件制約，并非都是經(jīng)濟(jì)合理的，計算接近工程實際的經(jīng)濟(jì)斷面十分必要。

2)在工程地質(zhì)條件地形材料等具體情況允許時，優(yōu)先考慮采用水力最佳斷面或與之相接近的斷面，這對于降低工程造價，提高經(jīng)濟(jì)效益具有重要的實際意義。

3)在弧形底梯形斷面最佳水力斷面計算的基礎(chǔ)上，求出接近工程實際的經(jīng)濟(jì)斷面，適合在實際工程設(shè)計中推廣使用。

［1］中華人民共和國水利部.SL18-2004渠道防滲工程技術(shù)規(guī)范［S］.北京：中國水利水電出版社，2004.

［2］吳持恭.水力學(xué)：第二版［M］.北京：高等教育出版社，1995.

［3］李煒.水力計算手冊：第二版［M］.北京：中國水利水電出版社，2006.

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2011-04-24

許文華(1976-)，男，河北滄州人，工程師，從事水利工程設(shè)計工作。