一种应用于多泥沙水流的半圆底复式明渠制造技术

本实用新型专利技术公开一种应用于多泥沙水流的半圆底复式明渠，包括半圆形底、左马道、右马道、左上边坡、右上边坡。其特征是复式明渠的底部不再采用梯形，而是采用了半圆形，以增大小流量、低水位输水时的输沙能力。采用半圆形底后，使容易造成应力集中的拐点也减小了两个，从而减少了因应力集中造成的裂缝和输水损失。

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本技术公开一种应用于多泥沙水流的半圆底复式明渠，包括半圆形底、左马道、右马道、左上边坡、右上边坡。其特征是复式明渠的底部不再采用梯形，而是采用了半圆形，以增大小流量、低水位输水时的输沙能力。采用半圆形底后，使容易造成应力集中的拐点也减小了两个，从而减少了因应力集中造成的裂缝和输水损失。【专利说明】-种应用于多泥沙水流的半圆底复式明渠
本技术设及一种用于多泥沙水流的半圆底复式明渠，其特征是复式明渠的底 部为半圆形。
技术介绍
明渠在小流量、低水位输水时，由于流速小，输沙能力小，较容易造成泥沙渺积。公 知的知识是，在相同条件下，半圆形断面较梯形断面湿周小，过流能力大，输沙能力强，防渗 效果好。 复式断面在输水渠道中应用广泛，一般复式断面底部采用梯形断面(见图1)。存在 两个不足：（1)对多泥沙水流，梯形复式明渠（图1)在流量小、水位低时，由于断面湿周大，流 速小，输沙能力不足，容易导致渠道渺积。（2)公知的梯形复式断面有六个拐点，拐点处应力 容易集中，造成裂缝，增加渗漏损失。为增加复式断面的过流能力，克服小流量时梯形复式 断面输沙能力不足等缺点，我们研制了一种新型的实用输水明渠，将复式明渠断面的底部 做成半圆形，不仅使应力集中点减小了两个，而且使低水位时的过流能力和输沙能力也增 加了，从而有效解决了复式梯形明渠小流量时容易渺积的问题。
技术实现思路
本新型实用专利提供一种新型实用的半圆底复式断面输水明渠。复式明渠下半部 分用半圆形断面代替，上半部分仍用梯形断面（图2)，从而增加了小流量(或低水位)时的输 水能力和输沙能力。另外新型断面减少了两个拐点，相应的减小了两个应力集中点，也减少 了因应力集中可能造成的裂缝和输水损失。 本技术解决其技术问题所采用的技术方案是:将复式梯形断面的底部用半圆 形代替，上半部分仍采用梯形断面，包括:半圆形底1，左马道2,右马道3,左上边坡4,右上边 坡5。其布置和连接方式是(见图2):半圆底左端和左马道右端点相连，半圆底右端和右马道 左端点相连，左马道左端点与左上边坡右端点连接，右马道右端点与右上边坡左端点相连。 技术原理： (1)当水位h小于半圆底半径r时，0与水深h、半圆底半径r的关系为巧Ij讳，水力计 算手册(第二版），中国水利水电出版社，北京，2006):[000引。) 式中，0为水面线夹角。 由（1)式可W得出0的计算公式为： 巧）[001 ^ 因此,过流面积A表不为：(3) 湿周X表示为： (4) 流量可用曼宁公式表示 巧）[001引式中，i为渠底坡度;n为糖率。 将(3)、（4巧代入(5)式得到流量Q及流速V计算公式：(6) (2)由图2可知，当水位h大于半圆底半径r时，过流断面积A及湿周X计算公式为： A=l/23ir2+(；h-r)Ur+2b3+m2(h-;r)) (8)巧，式中，b3为马道宽度 (3)对常规梯形复式明渠 当11< hi时化1为底部梯形断面最大深度）[00測 （1巧 国 (11) 式中，mi为底部梯形断面的边坡系数，公知的知识^肘，断面为 梯形最佳水力断面。在所有边坡中（将边坡系数看作变量时），当，时，具有最大过 流能力（Qiow,V.T.Open channel hy化aulics.New York:McGraw_Hill,l959)。 当11>111 时 A= (m 出 i+b)hi+(2mhi+b+2b3+m2(h-hi))化-hi) (12)(巧) 式中，m2为上部梯形断面的边坡系数;b为底部渠底宽度;hi为底部梯形断面最大深 度。 (4)明渠挟沙能力一般用张瑞逵公式表示(郭庆超，天然河道水流挟沙能力研究， 泥沙研究，2006,10(5)):(14)式中，5^是悬移质水流挟沙能力化肖/1113);￥为断面平均流速(111/3);1?为水力半径 (m)，； CO为泥沙沉降速度(m/s) ;g为重力加速度(m/s2) ;Ks、m为水流挟沙能力系数和 指数参数。根据实测黄河取Ks = O. 22 ;m=0.76。 本专利技术由于采取W上技术方案，其具有W下优点： 1、本专利技术将复式梯形断面的底部用半圆形，可W低水位、小流量时增加输水能力 和输沙能力，避免(或减小)渺积，增加自净能力。 2、本专利技术的另一个优点是渠道断面减少了两个拐点，相应的减小了两个应力集中 点，也减少了因应力集中可能造成的裂缝和输水损失。 本技术的有益效果是，将底部制作成半圆底，可W增加小流量(或低水位)时 的输水能力和输沙能力，从而可W解决或减小梯形明渠在小流量(或低水位)时泥沙渺积问 题。另外新断面减少了两个拐点，使应力集中点得W减少，减少了因应力集中造成的裂缝和 输水损失。【附图说明】 下面结合附图和实施例对本技术进一步说明。 图1是传统的复式梯形明渠断面图。 图2是具有半圆底的复式明渠断面图。 图3是实施例断面图。 图1、图2、图3中，1.半圆形底，2.左马道，3.右马道，4.左上边坡，5.右上边坡，6.大 流量输水(或高水位)时的水面线，7.小流量输水(或低水位)时的水面线，8.拐点。 图1、图2、图3中，h为水深，hi为马道高度，b为梯形断面底宽，b3为马道宽，0为水面 线（玄长)夹角，mi为底部梯形断面的边坡系数，m2为上部梯形断面的边坡系数。【具体实施方式】[004引制作过程为（图2):先制作半圆形底1，然后制作左马道2和左上边坡4,再制作右马 道3和右上边坡5。最后将半圆形底1的左端点和左马道2的右端连接，半圆形底1的右端点和 右马道3的左端连接。制作完成。制作可W在现场用现诱混凝±制作，也可W在工厂预制。 输水时，当流量较大时，水流充满下部半圆和上部梯形，流量较小时，水流只在底 部半圆形断面内流动，相对于梯形断面，可W增加流速和输沙能力，减小渺积。 实施例： 有一复式输水明渠，从黄河引水，泥沙沉降速度《=0.5e-2(m/s)。尺寸如图3所 示，底部采用半圆形断面，半圆形底的半径r = 3. Om。已知最小输水流量为4. (WVs。 当输水流量Q = 4. OmVs时，将已知条件带入(6)式，可得水深h = 1.88360m。由（3)， (4)式可得 4 = 7.596721112，乂 = 7.13693111，代入（7)式，可^得到流速￥ = 0.58911111/3。代入 (14)式可W得到挟沙能力为S*=0.4806化g/m3。如果复式渠道底部采用常规的梯形断面，按水力最佳断面（即过流面积相等时，输 水流量最大）设计，使其具有最大输水、输沙能力。公知的知识是边坡系数时，乂 how, 1959)时为梯形最佳水力断面，断面形状如图3所示。同样方法可 得到梯形复式断面在流量 Q = 4.0m3/s 时，A = 7.65918m2，X = 7.28453m，V = 0.58911m/s，S* = 0.48062kg/m\ 当流量Q为6111^3、7111^3、8111^3、9.357111^3(水位为3.〇111)时，半圆底复式断面和梯 形复式断面的挟沙能力计算结果如下表1。 表1半圆底复式断面和梯形复式断面水力学特性和挟沙能力计算结果尽管本实施例中，底部梯形断面采用了具有最大输沙能力的最优断面本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种应用于多泥沙水流的半圆底复式明渠，由半圆底(1)、左马道(2)、右马道(3)、左上边坡(4)、右上边坡(5)组成，其特征是：半圆底左端和左马道的右端点相连，半圆底右端和右马道的左端点相连，左马道左端点与左上边坡的右端点连接，右马道的右端点与右上边坡的左端点相连。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：韩延成，
申请(专利权)人：济南大学，
类型：新型
国别省市：山东;37