倒虹吸水力计算问题

式中：ζ6 为弯管局部水头损失系数；H 为管高；R 为弯道中心半径 ；α为 弯道中心的圆心角。
● 倒虹吸管水力计算的类型 倒虹吸管的水力计算一般有以下三种情况： (1) 已知流量及管径、管数，计算水头损失。这种情况可直接利用有 关公式一次算得各部位及总的水头损失；
(2) 已知流量及设计水头，计算管径及管数 。这是通常的一种设计情
系数公式中计算值最大的。
对于矩形断面倒虹吸管的弯道局部水头损失系数 ，宜采用《水工设计 手册》的矩形管道缓弯公式(3-4-45)～(3-4-48)计算（南水北调中线一期
工程总干渠初步设计《渠道倒虹吸技术规定》采用了此式）：
3.5 H 6 sin 0.124 3.1 2R
● 计算公式 2．《水工设计手册》的计算公式：
《水工设计手册》介绍的计算公式与《水力计算手册》的主要差别为： （1）在计算倒虹吸管总水头损失△Z 时，《水工设计手册》的公式没 有考虑进口渐变段的水面降落 △Z1 及出口渐变段的水面回升 △Z2 ，即 倒虹吸管总水头损失 △Z 就等于上述管身段的水头损失 △Z2 。 （2）在管身段的水头损失计算中 ，二者对管出口局部水头损失系数的 采用有所不同： 《水力计算手册》△Z2 计算式中的最后一项 (V2-V22)/2g 相当于出口 局部水头损失 ，此项可改写为 (1-V22/V 2)(V 2/2g)，即相应出口局部水 头损失系数为 1 -（V22/V 2）。 按《水工设计手册》的 “ 倒虹吸管水力计算提示 ”，则其采用的出口 局部水头损失系数为 1.0 。
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计算公式
3．《倒虹吸管》计算公式： 《灌区水工建筑物丛书》及《取水输水建筑物丛书》的《倒虹吸管》也 基本上采用了与《水工设计手册》相同的计算方法，与其不同之处为： （1） 出口局部水头损失系数ζ出 按下式计算：
ζ出=(1-V渠/V管)2
式中：V管 为管身流速；V渠 为下游渠道流速 。 （2） 说明如管内流速超过 2.5 m /s 时，应考虑出口水面回升。
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管身弯道局部水头损失系数不同计算公式的分析比较
各种计算方法所采的各种局部水头损失系数基本相同，但所采用的弯
道损失系数计算公式有所不同 。 压力管弯道局部水头损失系数的计算公式 很多 ，计算值差别很大 。
《水力计算手册》的表1-3-4 中只列有圆形缓弯管及圆形急弯管的弯道
局部水头损失系数计算公式 。《倒虹吸管》所介绍的弯管局部水头损失系 数计算方法实际上仅适用于圆形缓弯管 ，且其值是众多弯道局部水头损失
降落 ； k 为闸墩头形状系数，半圆形墩头可取为 0.9 ；α为闸墩总厚度与
闸室总宽之比；ω为束窄断面的流速水头与水深之比； hj1 为进口渐变段的 局部水头损失；hj2 为出口渐变段的局部水头损失；ζ进为进口渐变段的局部 水头损失系数；ζ出为出口渐变段的局部水头损失系数 ；L1 及 L2 分别为进 口渐变段及出口渐变段长 ；J1 及 J2 分别为进口渐变段及出口渐变段的平 均水力坡度 ；V1 及 V2 分别为进口渐变段及出口渐变段的平均流速；R1 及 R2 分别为进口渐变段及出口渐变段的平均水力半径；C1 及 C2 分别为进口渐
变段及出口渐变段的平均谢才系数 。
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计算公式
南水北调中线工程设计的计算公式与《水力计算手册》的有关计算公 式基本相同，与其不同之处为： （1） 在倒虹吸管总水头损失 △Z 的计算式中增加了一项闸墩引起的 水面降落△Z1 ； （2） 将《水力计算手册》△Z2 计算式中的最后一项 (V2-V22)/2g 改 为(V32-V22 )/2g ，即将该项中的管身流速 V 改为管出口后断面的平均流 速 V3 ； （3） 另增加一项出口局部水头损失系数ζ管出口，其值为： ζ管出口 =（1-ω/ω3）2 上式与《倒虹吸管》的公式基本相同 ，不同的是上式为管身断面与管 出口后过水断面之比的关系 ，《倒虹吸管》的公式为管身断面与下游渠道 过水断面之比的关系。 （4）△Z1 及△Z3 的算式中分别增加了一项沿程水头损失 J1L1及J2L2； （5）在△Z3的计算式中，是管出口后断面与下游渠道的流速水头之差， 而《水力计算手册》的△Z3计算式中则为管身与下游渠道的流速水头之差。 （6）在 hj1 及 hj2 的计算式中 ，两个断面流速水头之差采用的是绝对 值，因为局部水头损失应是正值 。 在《水力计算手册》的△Z1计算式中， 如V2<V1，其局部水头损部分也应按两个断面流速水头之差的绝对值计算。
况，这时不可能一次算得结果，而需通过试算求解； (3) 已知管径、管数及上下游水位差（总水头损失），计算过水流量。
这种情况相当于过水能力核算 ，可根据上述有关水头损失计算公式按下式
计算：
Q 2gZ 1 2 gL i 2 C R
式中：Q 为过水流量；ω为管身断面积；Z 为上下游水位差（总水头失）；
μ为流量系数；L为管身长；R为管身水力半径 ；C为管身谢才系数；∑ζi
为包括出口局部水头损失系数在内的管身各项局部水头损失系数之和。
● 圆形断面倒虹吸管的水力计算
● 计算公式 圆形断面倒虹吸管可按《水工设计手册》及《倒虹吸管》介绍的方法 计算，《灌溉与排水工程设计规范》介绍的方法也与此相同。
圆形断面倒虹吸管水力计算公式如下：
● 计算公式 4． 南水北调中线一期工程总干渠初步设计《渠道倒虹吸技术规定》 采用的计算公式：
Z Z1 Z1 Z 2 Z3
V22 V12 Z1 h j1 J 1 L1 2g
h j1 进口 V22 V12 2g
4
V22 Z1 2k (k 10 0.6)( 15 ) 2g 2 2 2 gLi V 2 V32 V22 Z 2 i C2R 2g 2g i i i i V32 V42 Z 3 h j 2 J 2 L2 2g 2 2 2 2 V V V3 V4 2 J1 1 J 2 2 2 h j 2 出口 C1 R1 C 2 R1 2g
倒虹吸管水力计算问题
● 矩形断面倒虹吸管的水力计算
● 计算公式 倒虹吸管为压力管流，各有关技术参考资料的倒虹吸管水力计算公式 有一定出入，分别介绍如下。 1．《水力计算手册》的计算公式：
Z Z1 Z 2 Z 3 V22 V12 Z1 (1 1 ) 2g 2 2 2 gLi V 2 V 2 V22 Z 2 i C2R 2g 2g i i i i V 2 V32 Z 3 (1 2 ) 2g
8 gL V 2 Z i 2 C D 2g
式中：Z 为总水头损失 ； L 为管长 ；D 为管径 ； C 为管身谢才系数 ； ∑ζi为包括出口局部水头损失系数在内的管身各项局部水头损失系数之和 。 圆形断面缓弯管的弯道局部水头损失系数按《水力计算手册》表1-3-4 介绍的式计算：
7/2 1/ 2 D 6 0.131 0.1632 R 90
式中：ζ6 为弯道局部水头损失系数 ；D 为管径 ；R 为弯道中心半径 ；
α为弯道中心的圆心角。
式中：△Z为倒虹吸管总水头损失；△Z1 为进口渐变段水头损失；△Z2 为 管身水头损失 ；△Z3 为出口渐变段水面回升；V1 为上游渠道平均流速 ； V2为进口渐变段末端流速；V 为管身流速； V3 为下游渠道平均流速；ω 为管身断面 ；Li、Ri、Ci 分别为管身计算段长度、水力半径、谢才系ຫໍສະໝຸດ Baidu ； ζ1 及ζ2 分别为进、出口渐变段的局部水头损失系数 ；ζi 为拦污栅、门 槽、管进口、管身弯道等局部水头损失系数。
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计算公式
4． 南水北调中线一期工程总干渠初步设计《渠道倒虹吸技术规定》 采用的计算公式。 式中：V1 为上游渠道平均流速 ；V2 为进口渐变段末端流速 ；V 为管身流
速；V3 为管出口后断面平均流速；V4 为下游渠道平均流速 ；(ω1 为上游
渠道过水断面；ω2 为进口渐变段末端过水断面；ω 为管身断面；ω3 为管 出口后过水断面；ω4 为下游渠道过水断面) ；△Z1 为进口闸墩引起的水面