【摘　要】  大流量低水头渡槽根据设计流量和给定水头确定过水断面后，通过加大流量时，渡槽内就会发生非均匀流，需对这种水流情况进行推算，
以确定渡槽在通过加大流量时的水面线，而且，由此计算渡槽侧墙高度和结构荷载，确保渡槽的安全。
【关键词】　渡槽；水头；大流量；水面线；水力计算
中图分类号：TV133.1			   文献标识码：B		 文章编号：1000-0860（2005）04-0060-02
                             Hydraulic calculation and water surface profile presumption for
                                aqueduct with large discharge and lower head
                                                       WANG Yun-cang, GU Hui
          Hebei Research Institute of Investigation and Design of Water Conservancy and Hydropower, Tianjin 300250, China)
Abstract: So far as the aqueduct with large discharge and lower head is concerned, the non-uniform flow will occur in the  aqueduct,
when the discharge is enlarged after the water-carrying section being determined based on the design discharge and the given head;for
which the flow condition must be  presumed,  so as to  determine the  water  surface  profile. Furthermore,the height of the sidewall
and load on the structure are necessary to be calculated to guarantee the safety of the aqueduct. 
Key words: aqueduct; water head; water surface profile; large discharge; hydraulic calculation
    根据地形、地质等条件选择槽址和槽身起止点位置后，应根据渡槽的型式和大体的纵剖面布置进行水力计算，确定槽身的横断面尺寸和槽底纵坡以及
进出口高程，便于方案比选，决定寻优总体布置方案。
1  水力计算
1.1  设计流量确定渡槽的过水断面
     一般情况下，槽身总长度大于进口渠道水深的20倍，设计流量条件下，槽身断面按明渠均匀流公式计算
                       （1）
式中，为设计流量；为过水断面；为谢才系数，，为糙率；为水力半径；为槽身底坡。
根据总体布置，初步拟定出槽身底坡i后，假设槽内水深为，用式(1)计算过水断面，然后计算渡槽各段水头损失。具体包括：⑴ 进口渐变段的水面降落
值1;⑵ 出口渐变段的水面回升值3;⑶ 槽身水头损失(进出口闸室的长度可考虑为槽身长度)2。渡槽总的水头损失为：。
    求出的总水头损失等于或略小于给定的渡槽水头损失值，则完成了按设计流量确定渡槽过水断面的计算。
    最后按下式确定进口槽底抬高值 和下游渠底降低值，（2）式中，为上游渠道水深；为下游渠道水深。
    据此，可计算出不同槽身数、不同槽宽多种方案，经比较后，择优确定最终方案。
1.2  加大流量时渡槽的水面线推算
    计算渡槽加大流量的水深有3种方法，3种方法均由下游向上游推算，下游水位根据下游渠道断面通过加大流量时的明渠非均匀渐变流方法获得。
1.2.1  假设槽内发生均匀流的粗略方法
    槽身总长度大于渠道水深的20倍，假定加大水流在槽内某处发生均匀流，水深为h0，则渡槽进口闸室出口处的水深为h0，然后根据闸室的水流流速，
计算闸室内的各项局部水头损失和沿程损失，由此计算进口闸室进口水位。再由此水位计算进口渐变段的进出口断面水流流速，确定进口渐变段的局部和
沿程水头损失，将这两项加在渐变段出口水位上作为渐变段进口水位，此水位即为渡槽进口水位。
1.2.2  非恒定流的水力瞬变方法
    在设计流量时渡槽内发生均匀流，以此为计算初始时刻，以加大流量为流量的计算终止时刻，计算渡槽内水位稳定后的沿程各计算点水深。计算精度
取决于计算步长 ，要求步长满足明渠计算的布朗条件。
1.2.3  能量方程方法
    此方法需进行试算。
	根据能量程：。
	其中根据计算区段的不同包括局部损失和沿程损失的一种或两种。
    试算采用从后向前逐段进行的方法。除槽身段外计算方法均为根据本段出口的水位，假定进口的水位， 计算相应流速后， 计算局部和沿程的水头损
失。
如果假定段的进口水位与已知的段出口水位差值与算出的水头损失相差足够小，满足精度要求后，停止试算，即确定段进口水位为假定的进口水位值。
    槽身段根据棱柱形明渠水面曲线的分段法进行，根据槽身出口水位的不同，槽内水面线可能为壅水或降水曲线。计算时可据计算精度先选水深的变化
步长，逐段试算 ，并累加 的和，直至 足够接近槽身长度为止。此时的槽内水位值即可认为是槽身段进口的加大流量水位。
2  工程应用题
    某渡槽设计流量为125m3/s，加大流量为150m3/s，进口渠道底宽19.5m，边坡1:2.5，出口渠道底宽22.5m，边坡1:0.75，上下游渠道设计水深4.5m，
进口闸室长10m，槽身段长2199m，出口闸室长10m,设计流量条件下水头损失给定为0.718m。已知通过加大流量时出口渐变段水深为5.022m，水位为66.547
m。
    根据上述计算方法，对此渡槽进行了水力计算。
    在设计流量条件下，经水力计算和方案比选，确定渡槽的过水断面为3槽，单槽断面宽度6.0m,槽身底板与竖墙的抹角均为0.5m×0.5m，坡比1:3900，
进口渐变段长45m，出口渐变段长36m，槽内设计水深4.150m，渡槽进口高程比渠道抬高0.171m，出口高程比渠道抬高0.323m。
    通过加大流量情况下此渡槽的水力计算分别采用了上节的如下两法进行计算，以便于比较和复核。
    （1）假设槽内发生均匀流的粗略方法。渡槽的槽身总长度远大于渠道水深的20倍，假定加大水流槽内在某处发生均匀流，经计算,此正常水深为4.79
2m，槽内流速为1.754m/s,认为渡槽闸室进口处的水深即为4.792m,然后据此求出槽身与渐变段连接处过水断面面积为97.736m2，水流流速V=1.535m/s，进
口渐变段始端过水断面面积为150.852m2，进口渐变段始端流速V=0.994m/s，由此计算各项局部水头损失(进口隔墩和闸槽)和沿程损失（进口渐变段），
经计算其和为0.123m,将这两项加在槽身进口水位上作为渐变段进口水位，此水位即为渡槽进口水位，其值为67.329m，水深为5.086m。
    （2）能量方程方法。经试算，其结果为，出口渐变段水面回升值(局部水头损失和沿程水头损失)0.055m，出口闸室出口水位66.491m；出口闸室水面
降落值(局部水头损失和沿程水头损失)0.019m，出口闸室进口水位66.510m；正常水深h0=4.791m大于临界水深1.962m，槽身底坡为缓坡，渡槽出口水深4.
662m小于正常水深4.791m，而大于临界水深1.962m，槽内水面线为b1型降水曲线。槽身段根据棱柱形明渠水面曲线的分段法进行,经推算槽身进口水位67.
113m；进口闸室水头降落值(局部水头损失和沿程水头损失以及隔墩侧收缩引起的水面降落)0.043m，进口闸室进口水位67.156m；进口渐变段水面降落值(
局部水头损失和沿程水头损失)0.135m，上游渠道水位67.290m。
    根据上述计算结果分析，两种方法的计算差值为0.039m，满足一般精度要求，可是做为大流量低水头渡槽，尤其是当输水渠道上的存在前后一系列渡
槽等建筑物时,其误差的累积效应会非常明显，导致据此确定的渠道堤顶高程偏高。因此，对于大流量低水头渡槽的水力计算，当单独计算一个渡槽时，
采用假定渡槽内发生均匀流的方法和能量方程方法结果差别不大。但是当计算输水渠道上连续建筑物的加大水深水面线时，累积的误差将是不能容许的，
会使渠道上游加大水面线的估计过大，确定的渠道堤顶高程偏高，所以应以采用能量方法为准，以节约工程投资。