小型跌水與陡坡在不同地形落差的經濟比較

劉 明

（新疆生產建設兵團勘測規劃設計研究院 烏魯木齊市 843000）

跌水與陡坡在小型渠道工程中運用較多，本文針對不同落差情況分別對跌水和陡坡方案進行經濟技術比較，為在不同落差條件下進行設計選擇提供依據。

1 跌水與陡坡的設計

本次對跌水與陡坡的方案，進出口統一采用扭面與上下游渠道連接，跌口均采用矩形跌口，消力池采用常規底流式消力池。

1.1 跌水與陡坡進口尺寸的設計

跌水和陡坡進口過流能力按《灌溉與排水工程設計規范》附錄Q 中公式（1）與（2）計算，跌口為矩形時：

進口為扭曲面連接時：

式中 Q——跌水設計流量（m3/s），

m——矩形跌口流量系數；

bc——矩形跌口寬度（m）；

g——重力加速度（m/s）；

H0——計及堰前流速水頭的堰上水頭（m）；

1.2 小型跌水與陡坡消力池的設計

本次跌水與陡坡均采用矩形消力池進行計算。

（1）收縮水深與躍后水深計算。

小型跌水收縮水深h1和躍后水深h2按式（3）與（4）進行計算：

式中 E0——從池底算起的上游總能頭（m）；g 取9.81；

Ф——流速系數，可近似取1.0；

Fr1——躍前斷面的水流弗汝德數。

（2）池長計算。

消力池總長度為：

2 不同地形落差跌水與陡坡方案比較

跌水與陡坡設計見圖1、圖2。

圖1 跌水設計圖

圖2 陡坡設計圖

2.1 落差小于2 m 跌水與陡坡方案比較

根據地面落差和計算公式計算出各部分尺寸、主要工程量及工程投資見表1、表2。

表3為跌水與陡坡設計要素表，表4為跌水與陡坡主要工程量及投資比較表（跌差1.8 m）。

2.2 落差大于2 m 小于5 m 時跌水與陡坡方案比較

根據地面落差和計算公式計算出各部分尺寸、主要工程量及工程投資見表5、表6。

表1 跌水與陡坡設計要素表

表2 跌水與陡坡主要工程量及投資比較表（跌差2 m）

表3 跌水與陡坡設計要素表

表4 跌水與陡坡主要工程量及投資比較表(跌差1.8 m)

表5 跌水與陡坡設計要素表

表6 跌水與陡坡主要工程量及投資比較表

2.3 落差大于5 m 時多級跌水與單級陡坡方案比較

因落差大于5 m 時，一般先計算得出的陡坡坡腳流速大小，當流速不超過材料的抗沖流速時，可采用單級陡坡或多級跌水方案，本次采用跌差為6 m，對三級跌水和陡坡進行技術經濟比較，采用三級跌水設計見圖3。

計算成果見表7，主要工程量及工程投資見表8。

圖3 三級跌水設計圖

表7 跌水與陡坡設計要素表

表8 工程量及投資比較表

3 結語

通過以上計算可知，小型跌水與陡坡在不同地形落差條件下，工程投資是有差異的，在跌差小于2 m的條件下，跌水比陡坡投資低，當跌差超過2 m 時，不論是單級跌水、還是設置多級跌水，跌水均沒有設陡坡經濟，因此在灌區中小型落差建筑物選擇陡坡作為設計方案是經濟合理的。

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