混凝土衬砌渠道糙率系数估算方法.pdf
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1、2 0 1 1 年第 9期 东北水利水电 规划设t 文章编号 1 0 0 2 0 6 2 4 ( 2 0 1 1 ) 0 9 0 0 0 3 0 2 混凝土衬砌渠道糙率系数估算方法 刘俊发 , 曲志会 1 , 刘鸿涛 2 , 赵瑞娟 3 ( 1 吉林省第二松花江防汛机动抢险 队 , 吉林 长春 1 3 0 0 2 2 ; 2 长春工程学院 , 吉林 长春 1 3 0 0 1 2 ; 3 松辽水利委员会, 吉林 长春 1 3 0 0 2 1 ) 摘 要 糙率系数的准确选取对工程造价和安全有很 大影响, 随着新材料、 新工艺的发展和工 程技术的进步,原有的经验糙 率选择已经不能满足精度要求。输水渠
2、道流态一般位于紊流过 渡 区和粗糙 区,本 文 用紊流过渡 区和粗糙 区沿程 阻力 系数推 导 出与 雷诺数 、水 力半径和 当量 粗糙度有关的糙率系数估算式, 并对影响糙率 系数的因素进行分析, 为糙率的正确估算和合理 选取提 供 了一定 的依 据。 关键词 】 糙 率系数; 当量粗糙度; 水力半径; 阻力系数 中图分类号 T V 3 3 1 文献标识码 A 0 引言 随着水资源的 日益紧缺 , 水资源的优化配置及 节水灌溉的实施变得越来越重要。随之而来的是我 国的混凝土衬砌渠道逐年增加 , 而糙率系数作为渠 道设计 的关键 技术参数之一 , 对渠系工程的安全和 造价有重要影响, 所以其值的
3、选取十分重要。 随 着新技术 、 新工 艺和新材 料的发展 , 以及 施 工设 备的改进 , 工程质量较过去 有很 大提高 , 原 有 的选取 糙率的方 法已经不能完全准确地适 用于 现 代渠道设计。大量的原型观测试验表 明, 一些渠道 的设计糙率值与其 实际值相 差很多 ,如引滦入津 工 程 暗 渠 的设 计 糙 率 为 0 0 1 5 ,而 实 测值 只 有 0 0 1 1 5 0 0 1 2 5。糙率系数对工程投资影响巨大 南水北调工程北京干线经评估 ,其糙率 系数每 下 降 0 0 0 1 , 就会使线路投资减少数亿元。对于规模 大、运行 条件 复杂的工程 ,糙率 系数值 的微 小偏
4、差 , 将对 工程 的安全和造价 产生重大 影响 所 以现 在一些大型工程通过参考 同类工程原型实验数据 估算和选取糙率系数。 1 常用计算方法 现有工程原型糙率试验 ,一般根 据 明渠均 匀 流基本 公式 Q = AC , 将谢才 系数 c用曼宁公 式表示为 C =上 , 可得 出推算糙率公式 : n: R 式 中: 4为各断面平均过水面积 , m2 ; Q为该 时段 的 平均流量 , m3 s ; 为水力半径 , m; J为水力坡降。 2糙率系数估算公式的导出 1 9 世纪中期,达西和威斯巴赫推导出计算沿 程水头损失 的一般公式 : = A 去苦 对 于 渠 道 ) ( 2 ) 式 甲 :
5、 A 为 阻 力 糸 数 ; l为 冒 遁 长 , m; R 为 水 力 半 径 , m; v为平均流速 , m s ; g为重力加速度 , m s 。 应 用时 , 应首先计算 雷诺 数 , 判别 流态和 紊流 分 区 , 而后选用不 同的沿程阻力系数计算公式。 将式( 2) 用谢才公式 的算式形式表示为 : : 则 有 c = 、 争(m c5s )代 入 曼 宁 公 式 C _ 扣 有 : 脚 、 A 清华大学 1 9 8 0 年修订版 水力学中给出了 计算 沿程阻力系数的计算公式 : 层流 A 6 4 ( 5) 紊流光滑区 = 2 1 g ( R e 、 ) - 0 8 ( 6 ) V
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