梯形渠道水力最优断面计算

渠道的水力最优断面与一般断面相比,具有通过流量大或过水断面面积小的优点;因而具有节省土石方工程量的实际意义。所以在设计渠道断面时,水力最优断面常常被选为经济比较的方案之一。工程中对梯形渠道水力最优断面的设计,一般都归结为对水深或底宽的求解。在以前的水力学教科书中,只是给出了这种断面的宽深比关系,并未指明计算这种断面的具体方法。资料[1]曾列出关于水深的超越方程,并用图解法求解,但其一个算图只适用于一种糙率值;资料[2]也曾编制出求解算图,但其原理和过程较为复杂。本文根据明渠均匀流的流量公式,利用水力最优断面的几何条件,引用关于谢才系数的满宁公式,以使得计算中不致出现超越方程,从而推求这种断面水深的计算公式,并编制求解水深的诺模图。     

抛物线形渠道水力最优断面的计算

根据明渠均匀流理论，推求了抛物线形渠道正常水深与流量的关系和水力最优断面的计算公式，得出了水力最优断面水深与抛物线参数的关系为ah0=0.946732。与其它渠道比较结果表明，抛物线形渠道是仅次于U形渠道的又一水力最优断面。     

U形渠道与梯形、矩形渠道衬砌工程量的分析比较

在相同的流量、比降和糙率条件下，通过对U型渠、梯形渠和矩形渠断面湿周的定量分析比较，阐明了U型渠衬砌工程量省于梯形渠和矩形渠的结论。     

梯形衬砌渠道边坡(m)的优选方法

在梯形渠道水力最佳断面计算及梯形衬砌渠道侧墙稳定性计算的基础上,根据侧墙厚度变化和渠道占地变化所引起费用变化的经济分析,提出了梯形衬砌渠道主要由满足侧墙强度要求的最小板厚决定边坡（ｍ）的方法,改变了过去渠道设计中仅凭经验或单纯以水力断面最优选取边坡的局限性。据此优选的边坡（ｍ）既兼顾了水力断面最优又具有侧墙的稳定性,从而使衬砌量最小。     

无坝引水口枯水期来水量及引渠现状过流能力浅析

无坝引渠断面设计、比降对引渠的影响及枯水期的过流分析与上游来水量进行科学合理分配,保证周边地区农业、工业及扎龙湿地用水的需求。     

矩形渡槽最佳水力要素的确定

在渡槽的设计中，槽底纵坡、槽身净宽和槽内水流净深是水力计算关键的三要素，以矩形槽为例对渠道最佳水力断面下的各要素进行了公式推导，并以二分法为例，介绍了最佳水力断面下的最优水力要素的计算步骤。     

人民胜利渠灌区东三干渠工程设计研究

以人民胜利渠灌区东三干渠设计为研究对象,基于场区地质条件,分析干渠现状存在的问题,有针对性地对干渠的横断面和纵断面展开了详细设计。结果表明,现状东三干渠存在渠道渗流、渠基及岸坡稳定以及渠道冲刷、淤积等问题;东三干渠周边未发现有浸没和盐渍化情况,渠道衬砌施工时不存在降排水问题;正常工况、校核工况Ⅰ和校核工况Ⅱ的干渠边坡稳定系数分别为2.95、2.098、2.647。对全断面现浇混凝土衬砌渠段,糙率选用0.016;纵断面比降为1/6000。     

渠道水深对渠床渗漏量影响研究

基于有压双套环入渗仪进行了渠床入渗试验,分析了渠道水深与渠床土壤入渗能力间的关系并讨论了其作用机理。结果表明:同一土壤质地条件下,渠床土壤入渗能力随渠道水深的增加而增大,90 min累积入渗量和相对稳渗率与水深之间均呈指数关系;随着渠道水深增加,地表入渗界面处压力势增大,是地表处水分运动通量增大,渠道渗漏量增加的根本原因。研究结果可为渠道渗漏损失的计算提供依据。     

基于最小能耗原理的明渠水力最佳断面数值研究

最佳水力断面推求是一个十分有意义的理论问题。基于最小能耗原理,采用三个最具代表性的表达式,分别推求了梯形断面渠道的最优宽深比,并就边壁与河底糙率不同时的最优断面进行了探讨。结果表明:利用最小能耗原理,可以推求梯形断面的最优宽深比,而且根据三种表达式所得结果是相同的;对于梯形断面渠道,当河岸糙率与河底糙率比值增加时,最优宽深比将有所增大;当边坡系数增加时,最优宽深比也将有所增大;在河岸缺少约束的条件下,河流具有向宽浅发展的内在属性。     

基于最小能耗原理的明渠水力最佳断面研究

最佳水力断面推求是一个十分有意义的理论问题。基于最小能耗原理,采用三个最具代表性的表达式,分别推求了梯形断面渠道的最优宽深比,并就边壁与河底糙率不同时的最优断面进行了探讨。结果表明:利用最小能耗原理,可以推求梯形断面的最优宽深比,而且根据三种表达式所得结果是相同的;对于梯形断面渠道,当河岸糙率与河底糙率比值增加时,最优宽深比将有所增大;当边坡系数增加时,最优宽深比也将有所增大;在河岸缺少约束的条件下,河流具有向宽浅发展的内在属性。     

水-热-力耦合作用下寒区弧底梯形渠道结构优化设计

为合理优化设计寒区弧底梯形渠道的形体结构,基于冻土水热力三场耦合及冻土-衬砌相互作用的渠道冻胀数值模型,结合分层序列法将渠道断面水力参数最优解集作为变量空间,以衬砌结构的强度、刚度及几何构造为约束条件,以衬砌适应冻胀变形能力为目标函数,建立寒区弧底梯形渠道水力-抗冻胀双优数学模型。随后对寒区各类典型渠道工程进行双优结构标准化设计,得到弧底梯形渠道在不同负温、地下水埋深、土质、断面规模下的双优边坡系数、实佳比及衬砌厚度的标准参数,供工程设计参考。研究结果表明：双优结构尺寸参数均随地下水埋深的增大而减小、随基土冻胀率的增大而增大、随冬季负温的降低而增大、随断面规模的增大而增大。以新疆某渠道工程为例,优化后的断面实佳比为1.02,较原设计值增大1.8%;最大法向冻胀量为2.52 cm,较原设计值增大20.0%;最大拉应力为0.95 MPa,较原设计值减小60.4%;衬砌整体柔度为305.47 cm/MPa,较原设计值增大42.3%,水力性能及抗冻胀性能均达到最优。     

管中紊流新探索

本文对管中紊流作了新的探索,求得的脉动切应力分布、流速分布、流量和断面平均流速、沿速程阻力系数的通用公式都能符合公认的试验资料,既揭示了紊流断面上的分层结构,又区别了紊流水力光滑区,过渡区和水力粗糙区的性质,还能计算断面上的能流过程.作者的假设吸取了Prandtl L. 混合长度假设中的合理内容,并作了进一步的改进和发展.     

东深供水工程恒定流及流量平衡测试研究

通过全系统恒定流测试,由水面曲线验证了池岸渠顶、洞顶（包括箱涵）等高程的合理性及系统具备设计过流能力。同时对泵站、水库及泵站间连接管、渠、洞的稳态及非稳态的流量进行了流量平衡测试,分析了系统流量平衡的调节能力和机组最优调节方式。     

泥石流拦砂坝排泄孔优化及其数值模拟研究

为改善拦砂坝排水孔堵塞问题,提出了以调节泥石流流量为主的排水孔优化策略;并通过数值模拟初步研究了横、纵断面形态对优化后的排水孔(排泄孔)排泄能力的影响,以及排泄孔对不同性质的泥石流的排泄效果。通过对横断面形态、纵断面形态及浆体容重三因子的正交组合,进行了80组模拟试验,以平均排泄流量珚Q和坝前泥深下降速率为主要评价指标,结果表明具有合理宽深比的矩形横断面相对最优。对容重较小的流体,窄深型的矩形断面排泄能力最好;而对高容重流体,则正方形断面相对更好。在可流动范围内,排泄效果随着排泄孔纵比降的增大而增大;而增大沿程排泄孔横断面截面积(变截面一坡到底喇叭型)可提高相同纵比降排泄孔的排泄能力。同时,随着流体容重的增加,排泄孔的排泄能力逐渐降低。     

塔里木河河道自净需水量

在一维水质模型基础上,根据河道断面流速与流量的关系,建立了计算河道自净需水量的试算模型,分析了塔里木河各河段的水质控制目标.根据不同历史时期监测的塔里木河西大桥、阿拉尔、新渠满水文站、新和和沙雅干排的水质资料,计算了塔里木河河道新渠满水文站断面的自净需水量.结果表明:新渠满水文断面年自净需水量6.39×108m3,3,4,11,12月自净缺水0.97×108m3.     

基于GIS几何计算的杉木树干横断面面积模型构建

【目的】在林业实际调查中,树干横断面面积是林分与单木调查尺度中的重要变量。为了精准统计树干横断面面积大小及形状,分析了几种不同测量与统计方法在处理直径数据、估算断面积时的精度差异,建立圆盘断面积模型,确定最优断面积估算方法。【方法】用GIS几何计算面积和周长功能,测量杉木(Cunninghamia lanceolata)不同高度上的几何圆盘断面积、周长和直径,构建断面积和周长模型,计算树干圆盘横断面圆周率(称为横断面形状圆周率),分析不同统计方法对断面积精度的影响,应用杉木树干横断面形状圆周率及最优统计方法分析树干断面积精度。【结果】通过断面积(G)与周长(C)关系G=0.077 666 3C²(R²=0.998 5),求得杉木树干横断面形状圆周率F=3.218 899 32,充分说明杉木树干横断面不是完整圆,而是一个圆周率为3.218 899 32的近似圆。几何平均法在树干横断面积统计中具有明显精度优势,算术平均法略差,根据几何算术平均直径和精准测定的断面积,拟合得到断面积与直径(d)的关系为G= 0.817 7d^{1.990 2}(R²= 0.990 5)。结合几何平均直径法和树干横断面形状圆周率F进行横断面积计算,使用F和π分别进行分析发现两者残差有显著正负异号性,前者偏大,后者偏小。基于树干横断面形状圆周率F与π的树干横断面形状圆周率平均数f(3.180 246 0),在预测树干横断面积时,f中和了F偏大和π偏小的缺点,具有较高预测精度和稳定性。【结论】以不同的统计方法计算树干横断面积的精度不同,在林业实际调查中,可结合几何平均直径和f(3.180 246 0)统计解析木圆盘断面积,以实现更精确的估算。     

冲积河流的极限流速

为了说明天然冲积河流存在极限流速,整理了长江、松花江等20条冲积河流上25个水文站的日均流量、日均水位、实测大断面、日均含沙量等水文资料,利用水流连续性方程,由日均流量和过水断面面积求出断面平均流速。结果表明,天然冲积河流断面平均流速随着流量的增加而增大,达到一定流量后,断面平均流速趋近于一个极限流速。天然冲积河流流量较大时通过增加过流断面面积使得流速始终低于极限流速。人类活动会影响冲积河流的极限流速。     

渠道防渗：输水防渗漏工程新途径

在我国，渠道防渗方法可分两类：一类是改变原渠床土壤渗透性能，又可分为物理机械法和化学法。前者是通过减少土壤空隙达到减少渗漏的目的，可用压实、淤淀、抹光等；后者是掺入化学材料以增强渠床土壤的不透水性。一类是设置防渗层，即进行渠道衬砌，可用混凝土和钢筋混凝土、塑料薄膜、砌石、砌砖、沥青、三合土、水泥土和粘土等各种不同材料衬砌渠床。采用防渗措施后，渠道渗漏损失可以减少50％～90％。混凝土衬砌是一种较普遍的渠道防渗形式，防渗防冲效果好、耐久，但投资较大。塑料薄膜防渗国外在20世纪40年代已开始应用，我国60年代以来发展很快，防渗效果好，造价亦较低，一般应用于流速小的渠道。三合土、水泥土等防渗材料可就地取材，造价较低，适于无冻害地区使用。70年代以来，对沥青玻璃纤维等防渗新材料以及机械化施工等方面的研究、推广应用，正逐步得到发展。在有冻害地区进行渠道衬砌，需采取防冻措施。防治渠道冻胀破坏可采用改善土壤性质和减少土壤水分，减轻基本冻胀强度，使衬砌结构适应基土的冻胀变形等方法。 渠道防渗不仅能节约灌溉用水，而且能降低地下水位，防止土壤次生盐碱化；防止渠道冲淤和坍塌，加快流速提高输水能力，减小渠道断面和建筑物尺寸；节省占地，减少工程费用和维修管理费用等。     

冲积河流的极限流速

为了说明天然冲积河流存在极限流速,整理了长江、松花江等20条冲积河流上25个水文站的日均流量、日均水位、实测大断面、日均含沙量等水文资料,利用水流连续性方程,由日均流量和过水断面面积求出断面平均流速。结果表明,天然冲积河流断面平均流速随着流量的增加而增大,达到一定流量后,断面平均流速趋近于一个极限流速。天然冲积河流流量较大时通过增加过流断面面积使得流速始终低于极限流速。人类活动会影响冲积河流的极限流速。     

多渠段渠道自动控制系统的稳定控制

为消除在实际运行过程中的模型失配和水力参数(糙率、流量系数等)的不确定性所造成的影响,完成了串联多渠池渠段自适应控制器的设计和测试.利用基于状态空间模型的频率设计方法对模型和外界扰动的不确定性进行量化,采用部分极点配置原则以解决系统临界稳定意义下的病态问题.分析了渠道运行控制特性,提出了性能权函数、鲁棒权函数的选择方法.算法的有效性在多渠池算例上得到了验证.动态仿真结果表明:给定节制闸开度和水力参数变化,各渠段节制闸附近水位波动可以得到很好的抑制,系统跟踪精度高,鲁棒性能良好.