關于弧形底梯形渠道的實用經濟斷面計算公式的再探討——《渠道防滲工程技術規范》SL18-2004中計算方法的修正

許文華

(新疆喀什農三師勘測設計研究院，新疆喀什 844000)

關于弧形底梯形渠道的實用經濟斷面計算公式的再探討
——《渠道防滲工程技術規范》SL18-2004中計算方法的修正

許文華

(新疆喀什農三師勘測設計研究院，新疆喀什 844000)

在實際應用過程中，發現《渠道防滲工程技術規范》SL18-2004中關于弧形底梯形渠道的實用經濟斷面的兩種計算方法中，套用計算公式與查表計算出的結果不符，故對計算公式進行了重新推導，對《渠道防滲工程技術規范》SL18-2004中計算公式系數進行了修正。

`弧形底梯形渠道;水力最佳斷面;實用經濟斷面;規范;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，在嚴寒及寒冷的北方地區得到了日益廣泛的應用。《渠道防滲工程技術規范》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濟斷面的計算方法理所當然地受到工程技術人員的關注。然而，雖然《渠道防滲工程技術規范》SL18-2004中給出了實用經濟斷面的兩種計算方法，即套用公式計算和查表計算，但經多次實例計算復核，發現計算公式與查表計算的結果不符，甚至計算公式的計算結果無解。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人員提供一些參考性建議。

2 規范公式實例驗算

《渠道防滲工程技術規范》SL18-2004附錄D給出的弧形底梯形渠道(見圖1)實用經濟斷面計算公式為：

式中：H為實用經濟斷面水深，m;r為實用經濟斷面渠底圓弧半徑，m;b為實用經濟斷面弧形底的弦長，m;ω為實用經濟斷面的過水斷面面積，m2;x為實用經濟斷面濕周;Kr為實用經濟斷面的弧底半徑r與水深H之比。

《渠道防滲工程技術規范》SL18-2004附錄D給出的弧形底梯形渠道(見圖1)實用經濟斷面水力計算見表1～表4。

表1 實用經濟斷面的Kr值

表2 水力最佳斷面與實用經濟斷面的水深比H0/H

表3 實用經濟斷面的b/H

表4 實用經濟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m=1.0、1.50，粗糙系數n=0.025，底坡i=0.002，試確定該渠道橫斷面的實用經濟斷面尺寸。

分別套用規范給定計算公式及查表計算渠道斷面尺寸見表5。

表5 渠道實用經濟斷面尺寸

表1 弧形底梯形渠道橫斷面圖

3 弧形底梯形渠道實用經濟斷面計算公式的推導

實用經濟斷面是在水力最佳斷面的基礎上，通過適當地稍加改變過水斷面面積的大小，達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，一方面又能滿足當地工程情況對渠道寬深比提出的要求，因此推求實用經濟斷面的計算，應從渠道的水力最佳斷面與實用經濟斷面之間的關系計算開始。

根據渠道均勻流基本方程(公式引自《渠道防滲工程技術規范》SL18-2004第6.5.1、6.5.3款)：

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

將以(13)式表達的實用經濟斷面濕周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果再復核，結果見表6。

表6 渠道實用經濟斷面尺寸

新推導出的公式與《渠道防滲工程技術規范》SL18-2004附錄D給出的計算公式比較后發現：計算A值的系數與本文推導的公式系數有出入，可能是排版過程中出現的失誤，但給廣大工程技術人員帶來一定的麻煩，甚至設計的渠道不能通過設計流量，從而造成很大的經濟損失。

4 結語

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

2)在工程地質條件地形材料等具體情況允許時，優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，提高經濟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上，求出接近工程實際的經濟斷面，適合在實際工程設計中推廣使用。

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

［2］吳持恭.水力學：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，從事水利工程設計工作。