倒虹管计算

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倒虹吸水力计算

校核最小流量
vmin=Q小/w(vmin>1.2m/s)
0.138 0.075 40.000 0.009 0.750 0.184 0.484 0.400 1.098 0.126
0.100
75.699
0.014 0.084 0.500 0.000 0.000 0.100 75.000 0.760 0.000 0.000 0.000 9.000 0.014 0.100 0.000 0.600 0.037 0.121
谢才系数（手册第一册 p7/c2
沿程水头损失（m） hf＝λL*v2/(4R*2g)
(2)局部水头损失 ζj进口（查表3-3）
ζ门槽（单个为0.2）共两个
拦污栅栅条厚度s（m）
拦污栅间距b（m）
拦污栅的水头损失拦污栅与水平面夹角a（度）栅条形状系数β（查表3-5）
0.138 0.596
倒虹吸水力计算
1、初拟管道直径
设计流量Q(m3/s)
最小流量Qmin(m3/s)
倒虹吸总长度L(m)
材料糙率n
初选流速v'(m/s)
初选过水断面面积w'(m2)
初选管道直径D'(m)
倒虹管直径
确定出管道直径D(m)
设计流速v(m/s)
相应过水断面面积w(m2)
2、水头损失
（1）沿程水头损失
水力半径（m） R=D/4
ζ拦污栅＝β（s/b）4/3sina
弯道损失ζ弯道（查表3-7）
ζ旁通管（单个为0.1）共两个
明渠的断面面积（m2） w渠
w管/w渠
ζ出口（查表3-4）
ζ通气孔（《水力计算手册表1-3-4》）
总局部水头损失系数∑ζj

倒虹吸流量计算举例(精)

Q A 2gz2 0.509 2.27 19.6 0.491 2 7.17m3 / s
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

倒虹管计算

倒虹管计算多折型和凹字型两种，多折型适用于河面较宽，深度较大的情况；凹字型适用于河面较窄，深度较小的多折型一般敷设2条工作管道，凹字型一般敷设1条工作管道。

穿过重要的构筑物应敷设3条管道，2条工倒虹管管材一般采用金属管或钢筋混凝土管，管径不小于200mm。

水平管管顶距河底不小于1.0m。

多折型倒虹管斜管与水平管的的交角不大于30°。

倒虹管内设计流速应不小于进水管流速，也应不小于0.9m/s，当流速小于0.9m/s时，应加定期冲洗措施凹字型倒虹管：（混凝土管）设计流量Q=11.47L/S进水管管径DN=300mm进水管流速V= 1.12m/s倒虹管数量n=1个单管设计流量Q=11.47L/S倒虹管长度L=40m倒虹管管径DN=200mm倒虹管流速V=0.37m/s进水管流速V= 1.12m/s(倒虹管流速大于进水倒虹管损失：n=0.013由v=R2/3i1/2/n计算i=0.0012h=il+Σξ（v2/2g）=0.06m多折型倒虹管：（混凝土管）设计流量Q=11.47L/S进水管管径DN=300mm进水管流速V= 1.12m/s倒虹管数量n=1个单管设计流量Q=11.47L/S倒虹管长度L=40m倒虹管管径DN=200mm倒虹管流速V=0.37m/s进水管流速V= 1.12m/s(倒虹管流速大于进水倒虹管损失：n=0.013由v=R2/3i1/2/n计算i=0.0012h=il+Σξ（v2/2g）=0.07m，深度较小的情况。

应敷设3条管道，2条工作，1条备用。

底不小于1.0m。

时，应加定期冲洗措施，冲洗流速不小于1.2m/s。

(倒虹管流速大于进水管流速)管流速大于进水管流速)。

倒虹水利计算

倒虹水利计算倒虹管的水力计算倒虹管的水头损失由以下四部分组成：进口局部水头损失=H1=ε1v2/2g ε1—系数，一般ε1=0.5出口局部水头损失=H2=ε2v2/2g ε2—系数，一般ε2=1.0弯头局部水头损失=H3=ε3v2/2g θ=30°，ε=0.10-0.55,一般用0.30沿程水头损失=H4=i*L总水头损失H=H1+H2+H3+H4钢管和铸铁管的水力坡降的确定：当V≥1.2m/s时； i=0.00107V2/D1.3当V＜1.2m/s时； i=0.000912 V2（1+0.867/V）0.3/D1.3输入进水井流量求出流速后，根据流速的大小进行相应的计算当V≥1.2m/s时，水头损失计算如下：管径（mm) 进水井流量(L/S)水力坡降(i)流速(m)倒虹管长度(m) 400.00000160.000.00571 1.2730040.00当V＜1.2m/s时水头损失计算如下：管径（mm) 进水井流量(L/S)水力坡降(i)流速(m)倒虹管长度(m) 600.00000210.000.001230.7425840.00塑料管的水力坡降的确定：i=0.000915Q1.774/D4.774管径（mm) 进水井流量(L/S)水力坡降(i)流速(m)倒虹管长度(m) 400.00000200.000.00418 1.5912540.00注：表格中深色填充的数据需要手动输入。

进口局部水头损失(m)出口局部水头损失(m)弯头局部水头损失0.041340.082680.09922进口局部水头损失(m)出口局部水头损失(m)弯头局部水头损失0.014070.028130.03376进口局部水头损失(m)出口局部水头损失(m)弯头局部水头损失0.064590.129190.15503沿程水头损失(m)总水头损失(m) 0.228260.45149沿程水头损失(m)总水头损失(m) 0.049290.12525沿程水头损失(m)总水头损失(m) 0.167210.51602。

倒虹吸管的水力计算

进口段包括进水口、闸门、启闭台、拦污栅、通气管及渐变段，对于1～ 3级倒虹吸管，进口前的渠道一侧应设泄洪闸（或溢流堰）。多泥沙渠道，尚应设沉沙及冲沙设施。
进口渐变段长度可取上游渠道设计水深的3～5倍。
倒虹吸管出常设置消力池（可结合渐变
段布置），用以调整出口水流的流速分布，池长一般为渠道设计水深的3~4倍，低于下游渠底的池深（cm）
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！
当渠道与河流或道路相交，且渠道水位与河水位或路面接近同一标高，不能采用渡槽、涵洞等。
倒虹吸管与渡槽相比，具有工程量少、施工方便、节约劳力及材料、造价低等优点；其缺点是水头损失大，维修管理不便。
斜管式
10 | 倒虹吸管
倒虹吸管进出口布置应满足水力条件良好、运用可靠以及稳定、防渗、防冲、防淤等要求。
图镇墩与管端的连接 (a)刚性连接；(b)柔性连接
白水寨压力钢管镇墩
19 | I倒虹吸管
倒虹吸管的水力计算
倒虹吸管的水力计算是根据已定的渠道流量、流速、进口渠底高程，在水头损失许可范围内选定合理的管径，并进行出口渠底高程和进出口水面衔接计算等。
当通过设计流量时，管内流速通常为1.5~3.0m/s，最大可达4m/s。
13 | I倒虹吸管
为适应地基不均匀沉降而引起的弯曲变形和由于温度降低和混凝土凝固而引起的纵向收缩变形，管道应设置永久性伸缩缝，缝间设止水。
缝的间距，土基上宜取15~20m；岩基上可取10~15m。露天管取小值，完工时及时填土的埋置管可取大值。

倒虹水利计算表

倒虹管的水力计算倒虹管的水头损失由以下四部分组成：进口局部水头损失=H1=ε1v2/2g ε1—系数，一般ε1=0.5出口局部水头损失=H2=ε2v2/2g ε2—系数，一般ε2=1.0弯头局部水头损失=H3=ε3v2/2g θ=30°，ε=0.10-0.55,一般用0.30沿程水头损失=H4=i*L总水头损失H=H1+H2+H3+H4钢管和铸铁管的水力坡降的确定：当V≥1.2m/s时； i=0.00107V2/D1.3当V＜1.2m/s时； i=0.000912 V2（1+0.867/V）0.3/D1.3输入进水井流量求出流速后，根据流速的大小进行相应的计算当V≥1.2m/s时，水头损失计算如下：管径（mm)进水井流量(L/S)水力坡降(i)流速(m)倒虹管长度(m) 400.00000160.000.00571 1.2730040.00当V＜1.2m/s时水头损失计算如下：管径（mm)进水井流量(L/S)水力坡降(i)流速(m)倒虹管长度(m) 600.00000210.000.001230.7425840.00塑料管的水力坡降的确定：i=0.000915Q1.774/D4.774管径（mm)进水井流量(L/S)水力坡降(i)流速(m)倒虹管长度(m) 400.00000200.000.00418 1.5912540.00注：表格中深色填充的数据需要手动输入。

进口局部水头损失(m)出口局部水头损失(m)弯头局部水头损失0.041340.082680.09922进口局部水头损失(m)出口局部水头损失(m)弯头局部水头损失0.014070.028130.03376进口局部水头损失(m)出口局部水头损失(m)弯头局部水头损失0.064590.129190.15503沿程水头损失(m)总水头损失(m)0.228260.45149沿程水头损失(m)总水头损失(m)0.049290.12525沿程水头损失(m)总水头损失(m)0.167210.51602。

倒虹吸管结构计算

1、基本资料洞顶填土高度 4.3m回填土容重19.1kN/m3顶板厚度0.4m底板厚度0.5m侧墙厚度0.4m砼容重25kN/m32、计算依据（1）、《水工建筑物荷载设计规范》 DL 5077-1997；（2）、《水工混凝土结构设计规范》 SL191-2008；（3）、《涵洞》取水输水建筑物丛书 P130；3、荷载计算取单宽1m计算永久荷载标准值作用于顶板的垂直均布荷载总和q 2计算考虑最不利情况，洞内无水，则作用于顶板的荷载为顶板自重及洞上填土重（1）顶板自重0.4*25=10kN/m（2）洞上填土重计算(5-3)(5-1）式中：q t2—洞顶垂直土压力强度标准值，kN/m；H d —洞顶以上填土高度，m；γ—洞顶填土重度，kN/m3；K g —垂直土压力系数，根据填土种类及比值Hd/B由表5-2查取；K s —垂直土压力系数，根据地基刚度及比值Hd/B1由表5-1查取；B 1—洞身总宽，m；B 0—洞顶处槽宽，m；因H d /Bc=4.3/16.9=0.254查表5-2得Kg=1KgγH dB 0(m)B 1(m)q t2H d /B 1q t2洞顶垂直土压力计算表11022)(B B B Hk q dg t +=γdt H Ks q γ=2119.14.312.6 3.8177.23 1.1382.13按公式5-3计算的垂直土压力强度标准值大于按式5-1计算值，则土压力强度为82.13kN/m（3）作用于底板底面垂直均布荷载总和q 1计算作用于底板底面垂直均布荷载总和q 1为地基反力与洞内水重之和，因地基反力按均匀分布考虑，底板自重及洞内水重均与其产生的地基反力相抵消，计算地基反力时只考虑顶板及侧墙重。

侧墙厚(m)侧墙高(m)侧墙重(kN)L(m)化为q 侧墙(kN/m)q 1(kN/m)0.43603.815.79107.92（4）水平土压力计算采用《砼重力坝设计规范》B.2作用于底板均布荷载计算表)245(tan 2ss s h r P ϕ-=土土P s—土压力强度(kN/m))h s—填土高度(m)φs—填土的内摩擦角水平土压力计算表γ土hs上hs下фs(°)45°-φ/2tan(45°-φ/2)P顶土P下土19.10 4.308.2026.00320.6232.0761.15永久荷载设计值(1)顶板自重 1.05*10=10.50kN/m(2)顶板填土自重 1.05*82.13=86.24kN/m(3)底板底面均布荷载 1.05*107.92=113.32kN/m(4)土压力设计值 1.2*32.07=38.48kN/m（侧墙上）1.2*57.8=73.38kN/m（侧墙下）四、内力计算底板均布q 1顶板均布q 2侧墙上 q 3 侧墙下 q 4加腋尺寸113.3296.7438.4873.380.25半板跨长 L 1墙跨长 L 2底板厚 d 1顶板厚 d 21.73.450.50.40.4注：下表数据随本表数据改变而改变;荷载指向涵内为正; 尺寸单位为 m ; 荷载单位为 kN 及 kN/m .结点D C杆端DBBD BA AB AC CA劲度 K 0.0060.0060.0060.003分配系数μ0.4980.5020.6630.33754.580109.161-58.94152.017-93.189-46.59513.65727.31413.858-13.85831.793-31.793-32.084-16.042A单孔箱涵弯矩分配表弯矩单位：kN •m箱涵设计基本资料表MFB5.32110.642 5.399-5.3992.648-2.648-2.673-1.3360.4430.8870.450-0.4500.221-0.221-0.223-0.1110.0740.037弯矩合计89.24274.499-74.49973.445-73.445-66.302注：本表数据随基本资料表中数据改变而改变；杆端DB 即底板跨中；杠端CA 即顶板跨中。

倒虹吸计算公式

倒虹吸计算公式
实际上虹吸流动时有水流阻力，有能量损失，需知道虹吸管的长度及布置情况。

做为初学，可假定为理想情况，不考虑能量损失。

设水源水面到虹吸管出口的高差为H，列水源水面到虹吸管出口的伯努利方程得：
H1=V^2/(2g) , 得虹吸流速：V=(2gH1)^(1/2)
虹吸流量：Q=(3.14D^2/4)(2gH1)^(1/2) D为虹吸管内径。

设最高点压强为P，虹吸管最高点到出口的高差为H2，列最高点到出口的伯努利方程得：
H2+P/(pg)+V^2/(2g)=V^2/(2g)
得：P = -pgH2 (相对压强，即不包括大气压，相对压强为负值，即绝对压强小于大气压，就是处于一定的真空状态，理论上最大真空值不能超过10米水柱，即H2<10米水柱）
也可列容器液面到最高点的伯努利方程：
0=H3+P/(pg)+V^2/(2g)
P=-pg[H3+V^2/(2g)]=-pg[H3+H1] = -pgH2 （答案与上面相同）
当然虹吸管的工作条件之一是虹吸管必须先充满水，而且管道不进气（容易进气的部位是在虹吸管的顶部，因为此处压强小于大气压，而虹吸管两端进出口处都大于大气压，倒不容易进气。

）因此虹吸管壁不能有孔眼和裂缝。

因实际的水流有阻力，有能量损失，虹吸管顶点的允许安装高度远小于10米！
说明：本例在不考虑水流能量损失，而且虹吸管截面是均匀的情况下，得出与截面积、管长、流速无关。

但实际有水流的能量损失，计算要远比以上复杂。

倒虹管水力计算

外径Φ *壁厚（mm）计算内径（mm）
200 300 400
200*6 315*9.5 400*12
188 296 376
0.01 0.0095 0.01 0.0095 0.012 0.012 0.013 0.013 0.014 0.0135 0.03 0.0275 0.015 0.015 0.017 0.017
干砌块石渠道水的运动粘滞系数温度（℃） 0 5 10 15 20 30 40 60 80
0.02 0.025 0.0225
a
0.000862469
根据公式 i=a*Q^1.77 4/D^4.774; 倒虹管内的流速应大于 0.9m/s。
4
1
说明：本倒虹管计算的管径均按管道内径计算。
0.43
0.43
流量（L/s）
200.121 110.374 #DIV/0! #DIV/0!
表4.2.3排水管渠粗糙系数粗糙系数管渠类别大 PVC-U管、PE管玻璃钢管石棉水泥管、钢管陶土管、铸铁管混凝土管、钢筋混凝土管、水泥砂浆抹面渠道土明渠（包括带草皮）浆砌砖渠道浆砌块石渠道 0.009 0.009 0.012 0.013 0.013 0.025 0.015 0.017 小平均
流速 (m/s）
6.283 6.283 0.000 0.000
总水头损失H （m）
0.125 0.100 #DIV/0! #DIV/0!
1.571 1.257 0.000 0.000
1.019 0.878 #DIV/0! #DIV/0!
0.2001 0.1104 #DIV/0! #DIV/0!
管径（m）倒虹管段管段长度（m）
计算内径水力坡降流量(m3/s) （m） i

倒虹吸管的水力计算

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
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

倒虹吸水力计算问题

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
变段及出口渐变段的平均谢才系数。
●
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。

倒虹吸管设计计算

倒虹吸管设计计算一、倒虹吸管总体布置（根据地形和当地需水量情况确定）1•布置原则；P132•布置型式；｛地面式（露天或浅埋式）、架空式｝3•管路布置；（斜管式和竖井式）4•进口段布置；｛渐变段、拦污栅、节制闸、连接段（进水口、通汽孔）、沉沙、冲沙及泄水设施｝5•出口段布置；（设消力池）二、倒虹吸管的构造1.管身构造；（钢筋混泥土管、钢管、铸铁管）2•支承结构；（管座、镇墩、支墩）三、倒虹吸管的水力计算1.管道断面尺寸的确定；①灌溉面积的确定：（根据土地利用参加够调整表查出整理后土地的灌溉面积。

）②补水量的计算：项目区水田和旱地需水量除去项目区降雨量即为需补给水量。

项目区分为水田和旱地，主要农作物为水稻、玉米、油菜，各种农作物所在区需水量不同。

根据贵州省《灌溉用水定额》编制分区图：项目区属I区，灌溉定额根据贵州省灌溉用水定额编制I区水稻净定额为270m3/亩，毛灌溉定额为644 m3/亩需水量公式W需二M毛An叫一一农业生产总需水量，m3；M毛--综合毛灌溉定额，m3；A ——灌溉面积，亩；n——农作物复种指数，采用综合灌溉定额时，已经考虑了复种指数，可不再计入。

M净--作物净灌溉定额，m3/亩；I区渠系水利系数为0.465; 田间水利用系数--灌溉水利用系数。

为0.95,故灌溉水利用系数为0.465X 0.95 得0.44。

③.流量计算根据当地全年水田需水量表、旱地需水量表和全年降雨量表查出全年需水量和降雨量的最大值和最小值，计算出最大补水量和最小补水量，以推出其流量。

④.确定尺寸；D o =J4Q/—（圆管）设计流速，m/s。

2•管壁厚度的拟定内水压力，的15 %〜30 %o高水头取大值，低水头取小值;焊缝系数，一般为0.90〜0.95,双面对接焊缝取0.95，单面对接取0.90;钢材的允许应力上'应力区域荷载组膜应力区局部应力区备注基本特殊基本特殊-s为钢材屈服强D o管道内径，m;Q —倒虹吸管设计流量，m3/s ；取单位长度承受较大内水压力P的管道管壁中环向拉应力为PDK 1 —06- 2t SgHD。