劉　勝，張立華

（1．山東農業(yè)大學，山東 泰安 271000；2．山東省水利科學研究院，山東 濟南 250014）

田家渡槽水深計算方法淺析

劉勝1，張立華2

（1．山東農業(yè)大學，山東 泰安 271000；2．山東省水利科學研究院，山東 濟南 250014）

【摘要】渡槽是渠道設計中常見的穿越建筑物，本文通過田家渡槽水深和渡槽水頭損失計算，提出規(guī)范計算公式中存在的問題，闡述了渡槽水深的計算方法和過程。

【關鍵詞】田家渡槽；水深；水頭損失；計算方法

田家渡槽位于某灌區(qū)西總干渠樁號6+115～6+185處，跨越大寺河，建筑物級別為3級，設計流量為3m3/s，加大流量為3.75m3/s，槽身長度70m，共7跨，每跨長10m，坡降i=1/8000。槽身為鋼筋混凝土結構，底寬3.0m，截面為矩形。渡槽進口段、出口段均以漿砌石扭曲面型式與上、下游干渠平順連接，連接段長度均為10m。根據大寺河的行洪水位要求，渡槽的槽底高程要高于干渠渠底0.5m。渡槽下游干渠的水深為1.19m，水位17.91m，渠底高程16.72m。渡槽末端的槽底高程17.22m。設計中渠系分配給渡槽體系的水頭損失值為0.3m。

1　渡槽水深計算

根據《灌溉與排水工程設計規(guī)范》（GB50288-99）附錄M.0.1，渡槽過水能力按下式計算：

式中：L為渡槽長度，70m；Q為渡槽設計流量，3m3/s；h1為渡槽水深，m；v1為渡槽內流速，m/s。H0為渡槽含流速水頭的水深，m；A為渡槽過水斷面面積，m2；B為渡槽凈寬，3m；R為水力半徑，m；i為槽底比降，1/8000；n為槽底糙率，取0.015；σ為淹沒系數，由hs/H0查淹沒系數曲線；hs為渡槽下游渠道水位超出槽底末端的水深，0.69m；m為流量系數，取0.36～0.385；ε為側收縮系數，取0.9～0.95；α為流速分別系數，取1.0～1.05。經計算，按式 （1）計算的設計水深為1.59m，加大水深為1.89m；按式（2）（3）計算的設計水深為0.70m，加大水深為0.88m。這兩種計算結果相差1倍以上。

分析兩種計算結果相差較大的原因，式（1）為明渠均勻流公式，計算的水深為渡槽正常水深，正常水深形成的條件為渡槽足夠長時，渡槽上游才能逐漸接近均勻流水深，或者按式（2）（3）計算出的渡槽水深與正常水深一致（或接近）時，整個渡槽均為正常水深。田家渡槽長70m，末端渠道水位又較低，所以渡槽內沒有形成正常水深的條件，按式（1）計算田家渡槽水深是不妥的；式（2）（3）為寬頂堰堰流公式，計算的水深為渡槽末端的水深，在渡槽很短，可以忽略渡槽的沿程損失時適宜使用，田家渡槽長度70m，大于15h1，也不宜按式（2）（3）確定渡槽水深。

渡槽的水流流態(tài)一般為恒定非均勻漸變流，應先按式（2）（3）計算出渡槽末端水深，再根據能量守恒方程依次推算上游水位，計算公式如下：

式中：z1、z2為斷面1、2距基準面的高度，m；h1、h2為斷面1、2的水深，m；v1、v2為斷面1、2流速，m/s；hf為斷面1、2間的沿程水頭損失，m。

為驗證以上分析，按以上公式對田家渡槽不同長度的渡槽水深進行計算，渡槽的尺寸、設計流量同上，渡槽末端水深為式（2）（3）計算的水深，渡槽糙率取0.015，計算結果見表1。由表1看出，當田家渡槽長度在7km以上時，渡槽始端水深才接近正常水深。

表1渡槽距末端不同距離水深 m

田家渡槽長70m，設計流量時渡槽末端水深0.70m，始端水深0.78m，渡槽水深與渡槽正常水深相差較大。根據渡槽始端水深，用能量方程公式，可算出渡槽始端上游干渠水深。經計算，設計流量時渡槽始端上游干渠水深為1.43m，加大流量時為1.58m。

根據上述分析，筆者認為，渡槽的水流流態(tài)一般為恒定非均勻緩流漸變流，其水深按恒定均勻流計算是不恰當的，渡槽水深的計算方法應按式（2）（3）計算渡槽末端水深，并根據能量方程計算渡槽始端水深和渡槽上游干渠水深，進而確定渡槽高度。

2　渡槽水頭損失計算

渡槽水頭損失由3部分組成，進口段水頭損失、槽身段水頭損失和出口段水頭損失，根據《灌溉與排水工程設計規(guī)范》（GB50288-99）附錄M.0.2計算公式計算，設計流量時渡槽總損失為0.21m，加大流量時渡槽總損失為0.24m。

為驗證計算結果，用能量守恒方程計算渡槽水頭損失，計算斷面為渡槽上游和下游干渠斷面，計算公式與公式（4）基本一致，其中的水頭損失為沿程損失和局部損失之和，即渡槽總水頭損失。計算結果為：設計流量時渡槽總損失為0.24m，加大流量時渡槽總損失為0.26m，與上述公式計算結果基本一致。不同方法計算的渡槽水頭損失均小于設計中渠系分配給渡槽體系的水頭損失 （0.3m），滿足工程設計要求。

3　結語

渡槽的水流流態(tài)一般為恒定非均勻緩流漸變流，其水深按恒定均勻流計算是不恰當的，除斷面尺寸、底坡、糙率等因素對渡槽水深有影響外，下游渠道水位也對渡槽水深有較大影響。在渡槽水深計算中，應先按堰流公式，根據渡槽的出流條件和下游水位，計算渡槽末端水深，再根據能量方程，從下游到上游，依次計算渡槽各位置的水深及渡槽上游干渠水深，確定渡槽水頭損失，進而優(yōu)化渡槽斷面設計。

（責任編輯 趙其芬）

【中圖分類號】TV134

【文獻標識碼】B

【文章編號】1009-6159（2015）-02-0049-02

收稿日期：2014-12-26

作者簡介：劉勝（1993—），男，本科在讀