倒虹吸水力计算问题(共9张PPT)
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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
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。
第2页，共9页。
● 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 。
第3页，共9页。
● 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。
2
J1
V1
2
Байду номын сангаасC1 R1
2
J2
V2
2
C 2 R1
第5页，共9页。
● 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
倒虹吸水力计算问题
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● 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 Z 1 Z2 Z 3
Z1 (11)V222gV12
Z 2
i i 2C 2g i2R iiL i 2 V 2g 2V 22 g V 2 2
Z3 (12)V22gV32
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、谢才系数 ；
Z 为上下游水位差（总水头失）；
2
2
V V 管身水头损失 ；
（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，
2
1
h ζ出为出口渐变段的局部水头损失系数 ；
j1
进口
2g ζ进为进口渐变段的局部
况，这时不可能一次算得结果，而需通过试算求解；
压式力中管 ：弯V1道为局上部游水渠头道损平失均系流数速的；计算公 式Z12k(k100.6)
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
（变2段）渠及说出道明口如渐过管变内水段流的断速平超均面过谢；才2.系ω数2。为进口渐变段末端过水断面；ω 为管身断面；ω3 为管
4压．力出南管水弯口北道调局后中部线过水一头水期损工失断程系总面数干的；渠计初算ω步公4设式为计《下渠道游倒渠虹吸道技过术规水定》断面) ；△Z1 为进口闸墩引起的水面
头损失系数为 1 -（V22/V 2）。
(154)V22 2g
V3 为下游渠道平均流速；
采《用倒的 虹计吸算管公》式所：介绍的弯管局部 水Z 头2损 失系 i i 2C 2 ig 2R iiL i 2 V 2g 2V 3 22 g V 2 2
Z3
V32V42 2g
hj2J2L2
hj2
出口
V32 V42 2g
L1 及降L落2 分；别为k进 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
hj1 为进口渐变段的
倒虹闸吸管室的水总力宽计算之一般比有；以下ω三种为情束况：窄断面的流速水头与水深之比；
（1） 出口局部水头损失系数ζ出 按下式计算：
hj1
为进口渐变段的
●压力计局管算部弯公道式水局头部水损头失损失；系h数j2的为计算出公式口渐变段的局部水头损失；ζ进为进口渐变段的局部
（槽4、水）管△头进Z1口损及、△失管Z3身系的弯算数道式等；中局分ζ部别水出增头为加损了出失一系口项数沿渐。程变水头段损的失 J局1L1部及J水2L2头；损失系数 ；L1 及 L2 分别为进
压ζ出力为口管出弯渐口道渐变局变部段段水的头及局损部出失水系口头数损的渐失计系变算数公段；式长 ；J1 及 J2 分别为进口渐变段及出口渐变段的平
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
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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：
Z Z 1 Z 1 Z 2 Z 3
2
2
V V 2 1
Z h JL ζ进为进口渐变段的局部
1
j1 1 1
2g 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
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
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 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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J1
V1
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Байду номын сангаасC1 R1
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V2
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C 2 R1
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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
倒虹吸水力计算问题
第1页，共9页。
● 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 Z 1 Z2 Z 3
Z1 (11)V222gV12
Z 2
i i 2C 2g i2R iiL i 2 V 2g 2V 22 g V 2 2
Z3 (12)V22gV32
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、谢才系数 ；
Z 为上下游水位差（总水头失）；
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2
V V 管身水头损失 ；
（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，
2
1
h ζ出为出口渐变段的局部水头损失系数 ；
j1
进口
2g ζ进为进口渐变段的局部
况，这时不可能一次算得结果，而需通过试算求解；
压式力中管 ：弯V1道为局上部游水渠头道损平失均系流数速的；计算公 式Z12k(k100.6)
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
（变2段）渠及说出道明口如渐过管变内水段流的断速平超均面过谢；才2.系ω数2。为进口渐变段末端过水断面；ω 为管身断面；ω3 为管
4压．力出南管水弯口北道调局后中部线过水一头水期损工失断程系总面数干的；渠计初算ω步公4设式为计《下渠道游倒渠虹吸道技过术规水定》断面) ；△Z1 为进口闸墩引起的水面
头损失系数为 1 -（V22/V 2）。
(154)V22 2g
V3 为下游渠道平均流速；
采《用倒的 虹计吸算管公》式所：介绍的弯管局部 水Z 头2损 失系 i i 2C 2 ig 2R iiL i 2 V 2g 2V 3 22 g V 2 2
Z3
V32V42 2g
hj2J2L2
hj2
出口
V32 V42 2g
L1 及降L落2 分；别为k进 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
hj1 为进口渐变段的
倒虹闸吸管室的水总力宽计算之一般比有；以下ω三种为情束况：窄断面的流速水头与水深之比；
（1） 出口局部水头损失系数ζ出 按下式计算：
hj1
为进口渐变段的
●压力计局管算部弯公道式水局头部水损头失损失；系h数j2的为计算出公式口渐变段的局部水头损失；ζ进为进口渐变段的局部
（槽4、水）管△头进Z1口损及、△失管Z3身系的弯算数道式等；中局分ζ部别水出增头为加损了出失一系口项数沿渐。程变水头段损的失 J局1L1部及J水2L2头；损失系数 ；L1 及 L2 分别为进
压ζ出力为口管出弯渐口道渐变局变部段段水的头及局损部出失水系口头数损的渐失计系变算数公段；式长 ；J1 及 J2 分别为进口渐变段及出口渐变段的平
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
第4页，共9页。
● 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 Z 1 Z 1 Z 2 Z 3
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V V 2 1
Z h JL ζ进为进口渐变段的局部
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2g 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