祁國軍 陸文君 熊大釗

（徐州市水利建筑設(shè)計研究院 徐州 221116）

關(guān)于VB在壓力管道、渠道、隧洞水力計算中的應(yīng)用

祁國軍 陸文君 熊大釗

（徐州市水利建筑設(shè)計研究院 徐州 221116）

本文主要介紹利用VB開發(fā)的水力計算程序的工作機理和功能，對常用不同管材壓力管道、渠道和隧洞進行水力計算方法的詳細分析，并介紹了程序的主要代碼和使用方法。程序操作簡單，運行速度快，可大大提高工作效率和設(shè)計結(jié)果的準(zhǔn)確性。

VB 水力計算程序 壓力管道 渠道 隧洞

在水利工程設(shè)計工作中，水力計算是設(shè)計工作的基礎(chǔ)，也是其他結(jié)構(gòu)、工程量設(shè)計和制圖的依據(jù)。由于水利工程計算數(shù)據(jù)量大，運用公式較多，計算中不定參數(shù)較多，有時還需對不同計算方法進行比較，僅靠手工計算，難度大，耗時長，且易出錯。因此，編寫簡單可行的輔助程序，不僅能夠提高工作效率，還可提高計算結(jié)果的精度和準(zhǔn)確性，同時方便不同計算方法的比較，對設(shè)計和校核工作提供了很大的幫助，具有一定的應(yīng)用價值。

1 工作機理和功能

程序編制的基本原理是利用VB編程軟件結(jié)合水力計算公式，通過簡單參數(shù)的輸入，由程序運算，得到設(shè)計結(jié)果的過程。

VB是Visual Basic的簡稱，是由Microsoft公司開發(fā)的面向最終用戶的應(yīng)用軟件程序語言，具有結(jié)構(gòu)化、模塊化、面向?qū)ο蟮忍攸c，是一種包含協(xié)助開發(fā)環(huán)境的事件驅(qū)動為機制的可視化程序設(shè)計語言。

水力計算輔助設(shè)計程序功能如圖1。

2 水力計算方法

2.1 壓力管道

圖1 水力計算輔助設(shè)計程序功能示意圖

程序可實現(xiàn)水利工程設(shè)計中常用的幾種管材的水力計算。包括混凝土管、玻璃鋼管、塑料管、鋼管和球墨鑄鐵管。2.1.1混凝土管

混凝土管（預(yù)應(yīng)力鋼套筒混凝土管（PCCP）、預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土管（PCP）等）及水泥砂漿內(nèi)襯的鋼管，可采用達西公式結(jié)合謝才公式、曼寧公式或巴甫洛夫斯基公式進行計算。

達西公式（Darcy-Weisbach）：

謝才公式（Chzyformula）：

謝才系數(shù)按下式進行計算：

當(dāng)y=1/6時，上式為曼寧公式（Manning），適用范圍為：n＜0.02和R＜0.5m；

y還可按巴甫洛夫斯基公式進行計算：

其適用范圍為n=0.011～0.035和0.1m＜R＜3.0m。

式中：hL—沿程水頭損失；

λ—沿程水頭損失系數(shù)；

L—管道長度；

R—水力半徑；

V—流速；

n—糙率；

d—管道內(nèi)徑；

f—Darcy摩擦系數(shù)；

g—重力常數(shù)。

2.1.2 玻璃鋼管（RPMP）

玻璃鋼管可采用達西公式（1）進行計算，其中參數(shù)確定可采用兩種方法，一是結(jié)合謝才公式（2）和曼寧公式（3）或巴甫洛夫斯基公式（4）進行計算，其中糙率n的取值可在0.084～0.09之間；另外一種方法可采用柯列布魯克—懷特公式確定沿程水頭損失系數(shù)的計算方法。

柯列布魯克—懷特（Colebrook-White）公式：

式中：Re—雷諾數(shù)；

e—絕對粗糙度。

對于玻璃鋼管也常采用海森—威廉公式進行計算。

海森—威廉（Hazen-Williams）公式：

式中：Ch—海森-威廉系數(shù)，對于玻璃鋼管選用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），計算方法可采用達西公式（1）進行計算，其中沿程水頭損失系數(shù)有兩種方法進行確定，一種是采用柯列布魯克-懷特公式（5）進行計算；另外一種方法采用勃拉修斯公式進行計算。

勃拉修斯（Blasius）公式：

2.1.4 鋼管、球墨鑄鐵管

鋼管（SP）、球墨鑄鐵管（DIP）可采用達西公式（1）進行計算，其中參數(shù)確定可采用兩種方法，一是結(jié)合謝才公式（2）和曼寧公式（3）或巴甫洛夫斯基公式（4）進行計算。

同時該程序還可進行舊鋼管和舊球墨鑄鐵管的水力計算，采用達西公式（1）進行計算，摩擦系數(shù)可按下式進行計算。

或采用v=1.3×10-6m2/s（水溫為10℃）時，則

由以上各種管材不同計算方法可看出，計算中各種管材主要采用達西公式進行計算，主要是參數(shù)選擇的不同和參數(shù)計算方法的差異，因此為了得到更準(zhǔn)確的結(jié)果，參數(shù)選擇應(yīng)合理，對各種參數(shù)計算方法可進行計算結(jié)果比較，從而得到合理的計算結(jié)果。

對于曼寧公式和柯列布魯克—懷特公式的使用范圍：曼寧公式適用于粗糙系數(shù)比較大的情況下使用，粗糙系數(shù)較小時，最好使用柯列布魯克—懷特公式。

2.2 渠道

該程序主要可進行梯形渠道橫斷面計算，渠道采用明渠均勻流計算公式：

式中：Q—渠道設(shè)計流量；

A—渠道過水?dāng)嗝婷娣e；

i—渠道比降。

式中：b、h、m—分別為渠道底寬、水深、邊坡；

P—濕周。

渠道水力計算采用試算的方法，先假設(shè)底寬b，試算水深h，直到計算流量和設(shè)計流量滿足下式要求：

2.3 隧洞

程序可進行壓力圓洞和無壓城門洞型隧洞的水力計算。

壓力圓洞計算方法同壓力混凝土管的計算方法；無壓城門洞型隧洞可采用明渠均勻流計算公式（11）進行計算，凈空面積不小于隧洞斷面面積的15%。

3 程序主要代碼

3.1 壓力管道

3.1.1 混凝土管

3.1.2 玻璃鋼管

3.1.3 塑料管

3.1.4 鋼管、球墨鑄鐵管

3.2 渠道

3.3 隧洞

4 程序使用過程

4.1 壓力管道

壓力管道水力計算操作界面如圖2。

圖2 壓力管道水力計算操作界面示意圖

界面左上側(cè)為參數(shù)輸入?yún)^(qū)，依次輸入管道長度、設(shè)計流量、管道內(nèi)徑三個參數(shù)，在界面右側(cè)選擇管材及采用的計算方法，待參數(shù)全部選擇結(jié)束后，點擊“壓力管道水力計算”按鈕，水力計算結(jié)果會在左下側(cè)顯示；如需重新計算可點“清除”按鈕，輸入值和輸出值會被清除，此時重新輸入?yún)?shù)就可再次進行計算；點擊“退出”按鈕可退出該界面。

4.2 渠道

渠道水力計算操作界面如圖3。

界面左側(cè)為參數(shù)輸入?yún)^(qū)域，需要依次輸入設(shè)計渠道的糙率系數(shù)、比降、設(shè)計流量、邊坡，輸入后點擊“計算”按鈕后會繼續(xù)彈出輸入渠道底寬的對話框，在對話框中輸入渠道底寬，點擊確定，會繼續(xù)彈出輸入初始計算水深對話框，待輸入水深后程序開始運算，結(jié)果會在主操作界面的右側(cè)顯示。

為了便于施工，渠道底寬應(yīng)選擇整數(shù)值，初始水深應(yīng)為大于等于0的值，渠道的水力計算是個試算的過程，應(yīng)選擇不同的底寬進行試算，最終得到較為合理的計算結(jié)果。

4.3 隧洞

隧洞水力計算的操作與管道和渠道基本相同，在參數(shù)輸入?yún)^(qū)輸入或勾選相應(yīng)參數(shù)，點擊“計算”，計算結(jié)果會在輸出區(qū)顯示

圖3 渠道水力計算操作界面示意圖