倒虹吸管过流能力校核举例讲义
倒虹吸水力计算问题(共9张PPT)
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。
倒虹吸流量计算举例(精)
1 = =0.509 0.716 2.36 0.78
水力分析与计算
故倒虹吸管型式、尺寸及布设满足 设计过流能力要求。
小结、布置任务
小结：
1. 流量计算公式中各物理量理解、确定 2. 局部损失系数理解、确定
水力分析与计算
倒虹吸管过流能力校核
案例：
某水库干渠工程与河流相交。由于洪水位过高，拟建倒虹吸管 。其设计基本数据如下： 设计流量Q=7.17 m3/s；倒虹吸进口前设 拦污栅，管段有两弯段转角，第一、第二弯段转角均为30°急转弯 管；上下游渠道断面相同，底宽b=2.4m，边坡系数m=1.5，糙率 n=0.025，设计流量时水深h0=2.1m，进口渐变段末端底宽为4.5m ，拟设计双排管，管径1.7m，试校核渠道过流能力。
2
v Q / A 7.17 / 2 / 2.27 1.58m / s
1.582 z 2 0.716 2.36 0.78 0.491m 19.6
倒虹吸管过流能力校核
案例计算：
（2）流量系数计算 （3）流量计算
1 2 gLi A2 A2 A2 i A2 C 2 R A2 1 A2 i i i i 2
水力分析与计算
倒虹吸管过流能力校核
案例分析：
1.流量计算公式
Q A 2g z2
A 2 2 gL A 2 A2 v2 i z2 i 2 1 2 A Ci Ri Ai A2 2 g i
2'
水力分析与计算
倒虹吸管过流能力校核举例
主 讲 人： 王勤香
倒虹吸 Microsoft PowerPoint 演示文稿
（2）斜管式Biblioteka （3）曲线式（4）桥式
三、倒虹吸管的布置要求
（1）管身长度最短。 （2）岸坡稳定性好。 （3）开挖工程量少。 （4）进、出口平顺。
（5）管理运用方便。
四、进口段布置和构造
1．进口段的组成：渐变段、进水口、拦污栅、闸门、工
作桥、沉沙池及退水闸等
2.进口段的布置和构造
（1）进口渐变段 长度一般采用3～5倍的渠道设计水深。 （2）进水口 通过挡水墙与管身相连接而成。应妥善与
管身衔接好 。
（3）闸门 单管倒虹吸，其进口一般可不设置闸门，有
时仅在侧墙留闸门槽，以便在检修和清淤时使用，需要时 临时安装插板挡水。双管或多管道虹吸，在其进口应设置 闸门。
（4）拦污栅 栅条可用扁钢做成，其间距一般为20～
25cm。
（5）工作桥 工作桥或启闭台面应高出闸墩顶足够的高
度，通常为闸门高再加1.0～1.5m。
3.适用条件：
渠道跨越宽深河谷，修建渡槽、填方渠道 或 绕线方案困难或造价较高时； 渠道与原有渠、路相交，因高差较小不能 修建渡槽、涵洞时； 修建填方渠道，影响原有河道泄流时； 渠道流量较小，水头富裕，含沙量小； 渠道与田间道路相交时。
二、倒虹吸管的组成和类型
1.组成：进口段、管身段、出口段 2.类型： （1）竖井式
（2）支墩
鞍形支墩
（3）镇墩
七、倒虹吸管的水力计算
任务：根据上游渠底高程、水位、流量和允许的水头损失，确 定倒虹吸管的断面尺寸、水头损失、下游渠底高程及进出口的 水面衔接型式。
序 号 1 2 3 4 公式名称 管道直径 倒虹吸管的流量 流量系数 沿程水头损失 计算公式 式中符号说明 D——倒虹吸的管径，m； Q——倒虹吸的设计流量，m3/s； v——初选流速，m/s。
南水北调总干渠穿沁倒虹吸工程水力计算
衅陬㈡２哪厶掣睁学㈥度。
管道出口至出口渐变段末端，相应的能量方程为
表４倒虹吸管道各段水头损失
△￡，／ｍ
止ｓ＝蓦一老一玉毛２＋（１一ｆ，）竺铲（６） 即止，＝（１一ｆｚ）丢一杀＋（１一ｆ，）竺铲（７）
Ｏ．５６ ０．４６ ０．３６ ０．３６ ０．２９ ０．１４ ０．３１ ０．２５ Ｏ．１０ ８６ ６７ ４９ ６０ ４４ ３８ ４８ ３９ ２７
到决定性作用，而河道行洪口门的宽度又取决于河 道洪水特性、河床冲淤特性、口门上游防洪要求、 回水淹没损失状况及工程地质条件等因素。在确定 河道行洪口门宽度的时候，首先必须满足口门宽度 大于主河槽宽度，其次行洪河道口门宽度必须满足 河渠规划所确定的防洪标准；在正常洪水年份，束
万方数据
李明佳，等∥南水北调总干渠穿沁倒虹吸工程水力计算
图１
沁河倒虹吸工程平面布置（单位：ｍ）
２工程区地质条件
２．１
地形地貌 沁河倒虹吸工程区地处黄、沁冲积平原，总体地
Ｚ圆厚砾层０．渗７淼激ｊ７鬟篡姜：
剖面…如图２所示。
含水层下部为上第三系新统（Ｎ１）粘土、粘土岩及粉 砂，属于偏弱透水层，构成了相对隔水地板。河床地 下水位明显低于两岸地下水位，故河谷地下水能够由 两岸及时补给【２ Ｊ。沁河渠道倒虹吸工程轴线地质纵
ｆｉｖｅｒ
Ｐｒｏｊｅｅｔ；Ｑｉｎｈｅ
Ｒｉｖｅｒ—Ｃｒｏｓｓｉｎｇ Ｉｎｖｅｒｔｅｄ Ｓｉｐｈｏｎ；ｈｙｄｒａｕｌｉｃ ｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎｓ；ｂａｃｋｗａｔｅｒ ｉｎ
ｃｈａｎｎｅｌ；ｌｏｓｓ；ｓｃｏｕｒｉｎｇ ｄｅｐｔｈ
１
工程概况
沁河渠道倒虹吸工程是南水北调中线总干渠穿越
闸墩墩顶与总干渠堤顶齐平。管身段为三孑Ｌ一联钢筋
ｒａｔｅｓ
第九章倒洪吸管与涵洞讲解
第九章 倒虹吸管及涵洞
第一节 倒虹吸管（地涵） 渠道与河谷谷地、道路山沟及渠道等其 它建筑物相交时，为连接渠道而设置的压力 管道。
水工建筑物讲稿 第九章倒洪吸管与涵洞
水工建筑物讲稿 第九章倒洪吸管与涵洞
一、倒虹吸管的布置与构造 由进口、出口、管身所组成。
1、管路布置 布置原则：
a.管路与所通过的建筑物、河道正交以缩短管长、节 省工程量；
b.管身及进出口在稳定地段，地形不宜陡、便于工； c.进出口避免建于高填方上，如果不可避免，填方要 夯实； d.对于山谷、管路一般沿地面坡度布置，转弯不宜多。
水工建筑物讲稿- 第九章倒洪吸管与涵洞
2.常见的布置形式
对于高差不大的小 倒虹吸，一般有两种 布置:斜管式和竖井 式. (1)斜管式：
水工建筑物讲稿- 第九章倒洪吸管与涵洞
3.进口段的布置与构造 进水口由闸门、拦污栅、启闭台、进出
口、渐变段及沉沙池、铺盖等组成. (1)进口形式:I 曲线型;II 斜口型
水工建筑物讲稿 第九章倒洪吸管与涵洞
a. 进口应满足倒虹吸管不同流量的要求、水流平顺、 水头损失小。对于小型管可直接插入墙内或填墩 内；对于大型，常用圆弧衔接在四周用喇叭形。
水工建筑物讲稿- 第九章倒洪吸管与涵洞
水工建筑物讲稿- 第九章倒洪吸管与涵洞
二、倒虹吸管水力计算
水力计算任务（断面计算）：选 定断面尺寸、确定流速
在实际中，上下游水位未知，断 面是未知的，一般是选取适当的流速 1.5 ～ 2.5m/s ， 而 后 确 定 断 面 和 上 下 游水位差。流速的选择很重要，过大 水头损失大，过小易产生淤积。
水工建筑物讲稿 第九章倒洪吸管与涵洞
倒虹吸管结构安全复核与过流能力计算分析
倒虹吸管结构安全复核与过流能力计算分析
劳沈回
【期刊名称】《吉林水利》
【年(卷),期】2022()8
【摘要】倒虹吸管是重要的输水建筑物,本文以老旧辜家坝倒虹吸管为研究对象,定量计算了该倒虹吸管在基本组合和偶尔组合下结构的纵向、横向结构稳定以及过流能力,计算结果表明:(1)在受力钢筋面积不折减时,倒虹吸管横向和纵向结构强度复核均满足现行规范要求;(2)考虑混凝土剥落、裂缝、钢筋锈蚀外露、粗骨料外露等安全隐患时,受力钢筋截面积折减20%后,正常运行工况下横向和纵向结构强度均不满足现行规范要求;(3)倒虹吸管最大过流能力为2.69m^(3)/s,大于设计流量
2.5m^(3)/s,能按照目前设计流量进行输水。
对于超过合理使用运行年限的倒虹吸管应及时进行结构加固,保障工程的正常运行。
【总页数】5页(P50-54)
【作者】劳沈回
【作者单位】开平市镇海水库
【正文语种】中文
【中图分类】TV698.1
【相关文献】
1.某水库大坝泄流能力计算分析与试验复核
2.大市倒虹吸管结构复核计算与裂缝处理研究
3.新疆大型倒虹吸管道工程的运行调度r计算及充排水方案复核
4.倒虹吸
管结构计算智能分析方法研究5.基于双向流固耦合的高水头倒虹吸管应力特性分析
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倒虹吸管设计—倒虹吸的水力计算
（a）进口设消力池；
（b）进口设斜坡段
倒虹吸管水力计算
——倒虹吸管水力计算的任务
倒虹吸管为压力流，其流量按有压管流公式进行计算。倒虹吸管 水力计算是在渠系规划和总体布置的基础上进行，其上下游渠道的水 力要素、上游渠底高程及允许水头损失均为已知。
水力计算的主要任务是： 确定管道的横断面尺寸与管数； 水头损失计算、过流能力校核； 下游渠底高程的确定； 进出口的水面衔接计算。
式中 Hd—下游渠底高程（m）； Hu—上游渠底高程（m）； hu—上游渠道水深（m）； hd—下游渠道水深（m）； hw—总水头损失（m）。
04
进出口水面衔接计算
通过加大流量时，进口水面可能壅高，验算进口的壅水高度是否超过 挡水墙顶和上游堤顶，有无一定的超高值。若有，应通过计算，加大挡水 墙顶及上游堤顶的高度，增加超高值。
3.横断面尺寸的确定
倒虹吸管横断面尺寸主要取决于管内流速的大小，管内流速应根据
技术经济比较和管内不淤条件确定，管内的最大流速由允许水头损失控
制，最小流速按挟沙流速确定。工程实践表明，倒虹吸管通过设计流量
时，管内流速一般为1.5～3.0m/s。有压管流挟沙流速可按下式计算：
Vnp
[w0 6
4
4Qnp
在实际工程中，倒虹吸管的水力计算主要包括以下几种情况： ➢ 根据需要通过的流量和允许的水头损失，确定管道的断面形状和尺寸； ➢ 由允许的水头损失和初拟的断面尺寸，校核能否通过规定的流量；
➢ 由需要通过的流量及拟定的管内 流速，校核水头损失是否超过允 许值。
倒虹吸管水力计算
——倒虹吸管水力计算的方法
为了避免在管内产生水跃，可根据倒虹吸管总水头损失的大小，采 用不同的进口结构型式。
倒虹吸管的水力计算
其他各种预制管 一般是按照设计要求，选用厂家生产的各种定型产 品而不单独进行结构计算。
28 | 倒虹吸管
镇墩
荷 载：
镇墩自重、水管在转弯段由内水压 力引起的轴向力、管道弯曲段水流 离心力及水重、土压力等。由管道 传给镇墩上的荷载有：管道自重、 管内水重、管道上填土压力、管道 摩擦力、河道水面以下管道浮力、 水流对管壁的摩擦力以及因温度影 响而产生的轴向力等。
21 | I倒虹吸管
22 | 倒虹吸管
倒虹吸管管径根据选定的流速按下式计算确定：
D 4Q v
式中
D—管径（m）； Q—流量（m3/s）； V—流速（m/s）。
23 | 倒虹吸管
倒虹吸管的输水能力按压力流计算，其计算公式为：
QmA 2gz
式中
Q—流量（m3/s）； A—倒虹吸管的断面积（m2）； Z —上、下游水位差（m）； μ—流量系数。
镇墩为重力式结构，靠自重维持 其稳定。对于结构计算，主要应 验算基础承载力和验算抗滑、抗 倾覆的稳定性。
镇墩除验算基础应力外，对墩身 亦应选择危险断面验算其最大及 最小应力。
29 | 倒虹吸管
谢谢大家！
倒虹吸管总的水头损失按下式计算：
hw ( 0
l ) v2
D 2g
24 | 倒虹吸管
式中 0 -出口损失系数 ； -局部损失系数总和； l -沿程摩擦损失系数；
D
倒虹吸管的结构计算
荷 载： 管身自重、管内水重、土压力(铅直土压力和水平土压力)，内 水压力、外水压力、管道弯曲段水流离心力、地面荷载、地 基支承反力、由于温度变化和混凝土干缩引起的内力以及地 震荷载等。
倒虹吸管设计应注意的几个问题
������５０������
张 红:倒虹吸管设计应注意的几个问题
２０１８������ Ｎｏ������ ４
图 １ 水力计算示意
水量增大ꎬ水深增大ꎬ导致上下游水位差增加ꎬ流
速加快ꎬ直至过流能力达到设计流量 Ｑ设计 ꎬ此时ꎬ 上下游水位差为 ｈ设ꎬ ｈ设 ＝ ｚ２ꎬ倒虹吸管过流能力 稳定到设计流量ꎻ同理ꎬ上游来水量渐变至加大流
桥 洞 头 倒 虹 吸 管 位 于 右 干 渠ꎬ 设 计 流 量 ２������ ０３ｍ３ / ｓꎬ主要由节制泄水闸、进水池、管身段以 及出水池组成ꎮ 上游渠道底高程 ４１６������ ８１ｍꎬ上游 设计水位 ４１７������ ９４ｍꎬ渠顶高程 ４１８������ ７１ｍꎬ倒虹吸管 管道长度 ２５１ｍꎮ
作用ꎮ 本文结合工程实例ꎬ对倒虹吸管布置的要点进行了分析ꎬ重点研究如何确定进出水口的高程ꎬ旨在找到一种直观 可行的设计方法ꎬ使倒虹吸管过流能力与上下游渠道过流能力保持一致ꎬ确保水流状况衔接良好ꎮ
【关键词】倒虹吸管 管径 流速 进水口 水力计算
中图分类号:ＴＶ６７２������ ５ ∶ ＴＶ２２２ 文献标识码:Ｂ 文章编号:２０９５－１８０９(２０１８)０４－００４９－０３
量 Ｑ最大 ꎬ并稳定在加大流量时ꎬ上下游水位差为 ｈ大ꎬ ｈ大 ＝ ｚ３ ꎮ 最大流量、最小流量的确定依据«灌 溉与排水工程设计规范» ( ＧＢ５０２８８ －９９)６������ １������ ８ －９
的规定ꎮ
上游渠底高程为确定值ꎬ不同流量对应不同
水位ꎬ确定合理的进水池和出水池水位ꎬ可以使倒
虹吸管过流能力与上下游渠道过流能力尽量一
在水利工程建设中ꎬ当输水渠道遇到河流、洼 地、山谷、公路、铁路等阻碍物时ꎬ可采用下埋式或 桥管式倒虹吸管ꎮ 特别是跨越河道时ꎬ一般考虑 行洪安全ꎬ采用下埋式倒虹吸管ꎮ 本文以金王寺 水库右干渠桥洞头倒虹管为例ꎬ介绍倒虹吸管线 路布置、管径确定、水力计算等几个问题ꎮ
倒虹吸计算书解读
旧寨倒虹吸计算书一、基本资料设计流量：2.35 m3/s加大流量：2.94 m3/s进口渠底高程：1488.137m进口渠宽：2.0m进口渠道设计水深:1.31m加大流量水深：1.56m出口渠底高程：1487.220m进口渠道设计水深:1.43m加大流量水深：1.70m进出口渠道形式：矩形进口管中心高程：1487.385m出口管中心高程：1486.69m管径DN：1.6m二、设计采用的主要技术规范及书籍1、《灌溉与排水工程设计规范》GB50288—99；2、《水电站压力钢管设计规范》SL284—20033、《混凝土结构设计规范》SL/T191—96；4、《水工建筑物抗震设计规范》DL5073—1997；5、《小型水电站机电设计手册-金属结构》；。
6、《水力计算手册》7、《倒虹吸管》三、进口段1、渐变段尺寸确定L=C(B1-B2)或L=C1h；C取1.5～2.5；C1取3～5：h上游渠道水深；经计算取L=4m；2、进口沉沙池尺寸确定(1) 拟定池内水深H;H=h+TT=（1/3～1/4）h；T为进口渠底至沉沙池底的高差；取0.8m；(2) 沉沙池宽BB=Q/(Hv)；v池内平均流速0.25～0.5m/s；经计算取B=3.5m；(3) 沉沙池长L’L’≥（4~5）h经计算取L =8m；(4) 通气孔通气孔最小断面面积按下式计算：PC KQ A △1265；A 为通气管最小断面面积m 2；Q 为通气管进风量，近似取钢管内流量，m 3/s ；C 为通气管流量系数；如采用通气阀，C 取0.5；无阀的通气管，C 取0.7；P △为钢管内外允许压力差，其值不大于0.1N/mm 2；K 为安全系数，采用K=2.8。
经计算A=0.0294 m 2；计算管内径为0.194m ，采用D273(δ=6mm)的螺旋钢管。
四、出口段倒虹吸管出口消力池，池长L 及池深T ，按经验公式： L=(3~4)h T ≥0.5D 0+δ+0.3经计算取L =6m ，T=1.2m 。
倒虹吸管在节水灌溉中的运用
倒虹吸管在节水灌溉中的运用作者：李擘来源：《商品与质量·建筑与发展》2014年第04期【摘要】结合大型输水渠道倒虹吸节水工程施工，对其节水标准、节水方式、节水建筑物和节水施工措施等进行了探讨。
以农业节水灌溉为实例，阐述了倒虹吸管在节水灌溉工程中的运用问题。
【关键词】倒虹吸管;节水灌溉;预应力砼管引言：我国兴修灌溉工程历史悠久，早在2000多年前就创造了多项灌溉技术。
进入21世纪，随着我国水资源危机问题的日益突出，农业发展越来越受到水资源的制约，节水灌溉的重要性越来越受到人们的重视。
如何采取措施，进一步提高用水效率，来达到扩大灌溉面积，满足农业生产的要求，成为了节水灌溉技术的发展方向。
倒虹吸工程是长距离、跨流域调水工程（如南水北调工程）、灌区渠道工程总干渠穿越现状河道时经常采用的一种主要交叉建筑物，受工程区地形、地质、水文条件的限制，在施工组织设计中对施工节水提出了较高的要求。
在此，以某倒虹吸工程为例，对倒虹吸施工节水中的几个主要问题做一探讨。
一、工程概况某倒虹吸工程与现有河道正交，为两联4孔箱形钢筋混凝土结构，孔径为6.5×6.7m，设计流量265m3/s，加大流量320m3/s，建筑物总长242m，其中进口渐变段长45m，进口闸室段长15m，倒虹管身段水平长109m，出口闸室段长23m，出口渐变段长50m。
工程位于黄（河）沁（河）冲积平原，地形较平坦、开阔。
总干渠沿线多年平均降雨量为568mm，汛期6～9月降雨量占全年的70%～80%。
年际变化幅度大，年降雨量最丰年是最枯年的3～5倍。
河道为一常年性河流，河宽约22m，水深一般3m左右，两岸河堤堤顶宽3～5m，顶面高程108m左右。
建筑物位置处地层空间分布较稳定，在勘探深度范围内为黏、砂多层结构。
地下水主要为第四系孔隙潜水和承压水。
孔隙潜水主要赋存于上部极微透水～微透水的粉质黏土和黄土状重粉质壤土层中，埋深为1.40～3.30m，承压水主要赋存于第⑤层轻壤土、第⑥层细砂、第⑦层中砂中。
第六节 渠系建筑物-倒虹吸管
第六节渠系建筑物-倒虹吸管倒虹吸管是设置在渠道与河流、山沟、谷地、道路等相交处的压力输水建筑物。
它与渡槽相比，具有造价低、施工方便的优点，但水头损失较大，运行管理不如渡槽方便。
一、倒虹吸管的布置和构造（一）管路布置根据管路埋设情况及高差大小，倒虹吸管的布置形式可分为以下几种：●竖井式：多用于压力水头较小穿越道路的倒虹吸。
这种形式构造简单、管路短。
进出口一般用砖石或混凝土砌筑成竖井。
竖井断面为矩形或圆形，其尺寸稍大于管身，底部设0.5m深的集沙坑，以沉积泥沙，并便于清淤及检修管路时排水。
管身断面一般为矩形、圆形或其它形式。
竖井式水力条件差，施工比较容易，一般用于工程规模较小的倒虹吸管。
●斜管式：多用于压力水头较小，穿越渠道、河流的情况。
斜管式倒虹吸管构造简单，施工方便，水力条件好，实际工程中常被采用。
●曲线式：当岸坡较缓时，为减少施工开挖量，管道可随地面坡度铺设成曲线形。
管身常为圆形的混凝土管或钢筋混凝土管，可现浇也可预制安装。
管身一般设置管座。
在管道转弯处应设置镇墩，并将圆管接头包在镇墩内。
为了防止湿度引起的不利影响，减小温度应力，管身常埋于地下，为减小工程量，埋置不宜过深。
●桥式倒虹吸管：当渠道通过较深的复式断面或窄深河谷时，为降低管道承受的压力水头，减小水头损失，缩短管身长度，便于施工，可在深槽部位建桥，管道铺设在桥面上或支承在桥墩等支承结构上。
桥下应有足够的净空高度，以满足泄洪要求。
在通航河道上应满足通航要求。
（二）进出口布置1．进口段的形式和布置进口段包括进水口、拦污栅、闸门、启闭台、进口渐变段及沉沙池等。
进口段的结构型式，应保证通过不同流量时管道进口处于淹没状态，以防止水流在进口段发生跌落、产生水跃而使管身引起振动。
进口具有平顺的轮廓，以减小水头损失，并应满足稳定、防冲和防渗等要求。
2．出口段的形式和布置出口段包括出水口、闸门、消力池、渐变段等。
其布置形式与进口段相似。
为使出口与下游渠道平顺连接，一般设渐变段，其长度常用用4～6倍的渠道设计水深。
第十一章倒虹吸及涵洞ppt课件
2．跌水口（控制缺口）
设计要求： ➢应保证在各种流量下，上游渠道的水面不产生过大 的壅高和降落。 ➢尽量使上游渠道水深接近正常水深。
跌水口形式：矩形式、梯形式、抬堰式、复合式。 1）矩形跌水口 [图] 运行特点：底部与渠底齐平，利用侧墙的收缩减小缺 口的宽度，从而在跌水口处产生壅水，使缺口前产生壅 水的水深等于渠中水深。 使用场合：只有当渠 道流量变化很小或须 设闸门时才采用 。
第十二章 跌水和陡坡 落差建筑物：当渠道经过天然陡坎或坡度过陡的地段 时，为避免大填方或深挖方，根据实际地形，将高程差 适当集中，为连接上、下游渠道在落差集中的地方修建 的建筑物。
落差建筑物形式：跌水、陡坡、直落式跌井等。 跌水与陡坡的主要区别：水流特征不同
➢跌水---水流自跌水口流出后呈自由抛投状态，最后 落在下游消力池内； ➢陡坡---水流自跌水口流出后，受陡槽约束而仍沿槽 身下泄。
落差建筑物设计要求：满足强度和稳定，保证建筑物 本身及与之连接的上、下游渠道有良好的水力条件。 落差建筑物布置要求：
✓进口前渠道水流不出现较大的水面降落和雍高，以 尽量避免上游渠道产生冲刷或淤积；出 ✓口处必须设置消能防冲设施，尽量避免下游渠道受 到冲刷。
第一节 跌水
跌水---使水流经由跌水缺口流出，呈自由抛射状态跌 落于消力池，解决集中落差防止冲刷破坏的渠系建筑物。 跌水形式：单级跌水、多级跌水。 跌水组成：通常由进口、跌水墙、消力池、出口。
一跌水墙； 4一跌水护底
5一消力池； 6一侧墙；
7一泄水孔； 8一排水管
9一反滤体；10一出口连接段； 11一出口整流段；12一集水井
第二节 陡坡
陡坡组成：进口连接段、控制堰口、陡坡段、消力池、 出口连接段。 根据地形条件布置为：单级陡坡、多级陡坡
长距离倒虹吸重力输水管线过流能力影响因素
通过上述计算 方法 可推算 出管线 各点动水 压力值 ， 绘制动 水 压力线 ， 可找 出最 大动水 压力 值。由于动 水压 力小 于静水 压力 ， 在此就不赘述 了。此推 算均是 在管线 全线 为有压 流时 的计算 方
计算方法如下 ：
１ 原 因的分析 查找
管道输水能力无法达到设计效果 ， 应对其 管径、 量、 首先 水 水
压等 主要 指标 进行水力 验算 分析 ， 查找原因 。
按总水头损失 ８ ．０ｍ考虑 ， ６５ 水流至桩号 １ ８ ０处 ， Ｏ＋ ２ 水头损
失 为｛
×．４４ 。处 线 程 ３．ｍ ８ ＝．ｍ此 管 高 为５８ ， ６ １ ５ ３ ４０
最大动水压力 一般应 在倒虹 吸底部 区段 。根 据恒 定流 能量
方程 （ 伯努利方程） 推算出最大动水压力为 ５ ．７ｍ， ９ ２ 在桩号 １ ０＋
８ ０处 。 ２
输水流量 降低 ， 重影 响 了工程效 益 的发 挥 ， 严 究竟 是什 么原
因造成 的， 笔者 对此进行 了分 析探讨 。
．
０
Ｉ ．０
．。 ５ ｍ
。
井
则：
＂＝１ ３ ９ ｒ／ｓ ． ９ ｎ ．
Ｑ＝ｄ ２
图 １ 输水 管道纵 断面示意图（ 单位 ： ） ｍ
删 ＝
Ｘ３ １ ． ４×１ ３ ９＝０． ９ ．９ ３ ５ ｍ
工程设 计 文 件 中论 述 ： 道 经 济 流 速 一 般 在 ０ ６ ｍ ｓ～ 管 ． ／ ２ ２ ／ ， ．５ｍ ｓ选用 ０ ｏ管合理 可行 ， 合流 速及 水头要 求 ， 符 对应 计
可断定管道的设计 口径 ６０ ０ 完全满 足输水 能力 需要 ， 不是造成 输
长距离倒虹吸重力输水管线过流能力影响因素
长距离倒虹吸重力输水管线过流能力影响因素陈雪峰【摘要】Combining with the factual engineering examples,the paper adopts the hydraulic calculation and practical observation to investigate the reasons for the tube explosion and leakage of the long-distance inverted siphon gravity water-supply pipelines,and points out the effective solutions to avoid the tube explosion and leakage and to improve the flowing capacity of the pipelines,so as to direct the practice.%结合具体工程实例,采用水力计算和实践观察的方法查找长距离倒虹吸重力输水管线爆管漏水原因,并针对性地提出了既能避免爆管漏水又能提高管道过流能力的有效解决办法,以期指导实践。
【期刊名称】《山西建筑》【年(卷),期】2012(038)005【总页数】2页(P134-135)【关键词】倒虹吸;重力流;水锤;管径【作者】陈雪峰【作者单位】运城市引水供水有限公司,山西运城044000【正文语种】中文【中图分类】TU991.360 引言该输水工程总长22.59 km，采用φ600预应力钢筋混凝土管输水，降雨径流进入水库后经集水井重力流入净水厂混合井。
集水井最低水位455.50 m，水厂混合井设计水位369.00 m，进出口水位高差86.50 m，管道最低点高程347.92 m，见图1。
图1 输水管道纵断面示意图（单位：m）工程设计文件中论述:管道经济流速一般在0.6 m/s～2.25 m/s，选用φ600管合理可行，符合流速及水头要求，对应计算表见表1。
倒虹吸管的水力计算
0.250
ζ门槽
0.100
拦污栅栅条厚度s
0.030
拦污栅间距b
0.100
拦污栅与水平面夹角a
80.000
栅条形状系数β
0.760
ζ拦污栅＝β（s/b）4/3sina
0.150
弯道损失：ζ弯道=0.073+0.073+0.073+0.071+0.034
0.324
ζ旁通管（单个为0.1）
0.100
0.100
总局部水头损失系数∑ζj
1.564
总局部水头损失hj＝∑ζjv2/2g
0.554
总水头损失z＝hj+hf
2.071
允许水头损失
1.990
所选管径不能满足要求
倒虹吸水力计算（预应力砼管D=1.9m)
1、初拟管道直径
设计流量Q
6.710
倒虹吸总长度L
334.410
材料糙率n
0.015
初选流速v'
（1）沿程水头损失
C=R1/6/n
72.949
λ=8g/c2
0.015
hf＝λL*v2/(4R*2g)
0.971
(2)局部水头损失
ζj进口
0.250
ζ门槽
0.100
拦污栅栅条厚度s
0.030
拦污栅间距b
0.100
拦污栅与水平面夹角a
80.000
栅条形状系数β
0.760
ζ拦污栅＝β（s/b）4/3sina
拦污栅间距b
0.100
拦污栅与水平面夹角a
80.000
栅条形状系数β
0.760
ζ拦污栅＝β（s/b）4/3sina
倒虹吸管道过水流量试验
２０１ ３住
中 国
水
运
Ｖｏ１ ． １ ３ Ｄ ｅｃ ｅ ｍｂｅｒ
Ｎ ｏ．１ ２ ２Ｏ１ ３
１ ２月
Ｏｈ ｉ ｒ ｌ ａ Ｗａ ｔｅｒ Ｔｒ ａｎｓ ｐ ｏｒ ｔ
倒虹吸 管道过水流量试验
董 亮
（ 新疆 额 河建 管 局 ， 新疆 乌 鲁 木 齐 ８ ３ ０ ０ ０ ０ ） 摘 要 ： 工 程 建 成 运 行 以 来 ，均 未 在 设 计 流 量 情 况 下 运 行 过 ，通 过 此 次试 验 ，验 证 单 管 与双 管 过 水 量 大 小 ，与 设 计
成 型 为一 体 ，具 有 良好 水 利特 性 。
③ 施 工 性 能 好 ：在 相 同使 用 条 件 下 ，玻璃 钢 夹砂 管 道 重 量 只相 当 与 钢 管 重 量 的 １ ／ ２ ，搬 运 及现 场 施 工 方便 。 ④ 该 管 道 适 应 各 种 地 质 条 件 ，变 形 可在 ｌ － ３ 。 之 内 ，适 应地基不均匀变形能力相对较强 。
吸的 单管运 行 时 ，双 管运行 时 实际过 水能 力 ，设计标 准 为
５ － ３ ５ ｍ。 ／ ｓ ，单 管 １ ７ ． ５ ｍ。 ／ ｓ ，双 管 ３ ５ ｍ。 ／ ｓ 。 数 据 采 集 过 程 ：① 通 过 自动 化 水 情 信 息 检 测 系 统 ，每 半
小时采集一次数据 ，引用数据具有连续性 ，准确性 ；￣２ ０１ ０ 年采集 ５ ３组 ，筛选 １ ９组数据 ；２ ０１ ２年采集 ７ ４组 ，筛选
收 稿 日期 ：２ ０ １ ３ — ０ ８ — １ ９
作者简介 ：董
亮 （ １ ９ ８１ － ） ，男 ，新疆精河 县人 ，新 疆额 河建 管局三个泉管理处处长 ，助理工程师 ，研究方向为水利工
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z
2
0.716
2.36 0.781.582
19.6
0.491m
案例计算：
倒虹吸管过流能力校核
（2）流量系数计算
பைடு நூலகம்（3）流量计算
1
i
A2 Ai2
2gLi Ci2 Ri
gAAi22
1
A2 A22
=
1
=0.509
0.716 2.36 0.78
水力分析与计算
Q A 2gz2 0.5092.27 19.60.4912 7.17m3 /s
2gLi Ci2 Ri
gAAi22
1
A2 A22
水力分析与计算
A、 Ai—管道出口断面及计算管段断面
面积；
ζi——为管道某一局部能量损失系数， 不包括管道出口处但包括管道进口处；
Ci、Ri、Li——分别为管身计算段水流 的谢才系数、水力半径和管长。
倒虹吸管过流能力校核
案例计算：
（1）倒虹吸进出口水面落差值Δz2
水力分析与计算
案例：
倒虹吸管过流能力校核
某水库干渠工程与河流相交。由于洪水位过高，拟建倒虹吸管
。其设计基本数据如下： 设计流量Q=7.17 m3/s；倒虹吸进口前设 拦污栅，管段有两弯段转角，第一、第二弯段转角均为30°急转弯 管；上下游渠道断面相同，底宽b=2.4m，边坡系数m=1.5，糙率 n=0.025，设计流量时水深h0=2.1m，进口渐变段末端底宽为4.5m ，拟设计双排管，管径1.7m，试校核渠道过流能力。
ζ拦=1.83×(1.6/18)4/3sin80°=0.072
拦
A2 A22
0.072
2 2.272 4.5 2.102
4.542 9.52
0.072
0.22 0.072
0.016
倒虹吸管过流能力校核
案例计算：
（1）倒虹吸进出口水面落差值Δz2
z2
i
A Ai
2
2gLi Ci2 Ri
A Ai
2
1
A2 A22
v2 2g
2gL Ci2 Ri
A Ai
2
2gL C2R
A A
2
2gL C2R
R D 1.7 0.425,n 0.014 44
故倒虹吸管型式、尺寸及布设满足 设计过流能力要求。
小结：
小结、布置任务
1. 流量计算公式中各物理量理解、确定
2. 局部损失系数理解、确定
Q A 2gz2
任务：
参考答案：Q≈ 7.62m3/s
水力分析与计算
• 主持单位： 广东水利电力职业技术学院
•
黄河水利职业技术学院
参建单位： 杨凌职业技术学院 安徽水利水电职业技术学院 山西水利职业技术学院 四川水利职业技术学院 长江工程职业技术学
水力分析与计算
倒虹吸管过流能力校核举例
主 讲 人： 王勤香 黄河水利职业技术学院
水力分析与计算
水力分析与计算
倒虹吸水力分析与计算
一、倒虹吸管水力分析
△z1
△z2
△z3
z z1 z2 z3
二、倒虹吸管水力计算内容
（1）选择适宜的流速，确定管道内径； （2）已知管径、管道布设，验算过流能力； （3）确定下游渠道水位和渠底高程（求水面总落差） 。
z2
i
A Ai
2
2gLi Ci2 Ri
A Ai
2
1
A2 A22
v2 2g
拦污栅 闸门槽
i
A2 Ai2
0.016 0.25 0.05
2 0.2
0.716
进口 转角
水力分析与计算
ζ拦=β(s/b)4/3sinα 3.14/4×1.72
水力分析与计算
倒虹吸管过流能力校核
案例分析：
Q A
1.流量计算公式
2gz2
z2
i
A Ai
2
2gLi Ci2 Ri
A Ai
2
1
A2 A22
v2 2g
2'
△z2
2'
2.流量系数及△z2
1
i
A2 Ai2
C 1 R1/6 1 0.4251/6 61.94 n 0.014
2gL C2R
2 9.8 196.5 (61.94)2 0.425
2.36
水力分析与计算
1 A2 1 2 2.272 0.78
A22
9.52
v Q / A 7.17 / 2 / 2.27 1.58m / s