【技术实现步骤摘要】
一种新型平底悬链线形明渠及其水力最优断面的求解方法
本专利技术涉及一种新型平底悬链线形明渠及其水力最优断面的求解方法，属于灌区输水渠道断面规划设计
技术介绍
明渠断面设计对输水渠道十分重要，适宜的渠道断面不仅能够增加过流能力，提高输水效率，减小输水损失，还能降低建造成本。学者们对渠道断面进行了大量的研究，提出了很多渠道断面优化理论与新的渠道断面类型，使设计者能够根据不同用途，不同的水力、水文地质条件、含沙量等条件选择合适的断面类型。在我国,农田灌溉仍以传统的地面灌溉为主,其中明渠输水的灌溉面积占总灌溉面积75％以上,我国至今已建灌溉渠道长度约300万km，很多渠道老化严重，需要重建。放眼世界，每年有大批的渠道新建、重建。其中大部分的农田渠道采用预制渠道。因此明渠断面及设计理论对提高输水效率、减小输水损失，提高灌区农业发展，减小建造成本均有十分重要的意义。根据渠道底部形状，现有技术的明渠断面可以分为两类：一类是平底断面，包括梯形断面、矩形断面。另一类是曲线形断面，包括半圆形、抛物线形、悬链线形等断面。曲线形断面和平底断面均有各自的优缺点。学者们认为曲线形断...
【技术保护点】
1.一种新型平底悬链线形明渠，其特征是，所述平底悬链线形明渠开口向上，其断面包括一个平底和两条位于平底两侧的悬链线侧边，所述平底与两侧的悬链线侧边平滑连接；所述平底悬链线形明渠的断面曲线的表达式为：
【技术特征摘要】
1.一种新型平底悬链线形明渠，其特征是，所述平底悬链线形明渠开口向上，其断面包括一个平底和两条位于平底两侧的悬链线侧边，所述平底与两侧的悬链线侧边平滑连接；所述平底悬链线形明渠的断面曲线的表达式为：式中，a为形状系数；x为横坐标，单位m；y为纵坐标，单位m；cosh为双曲余弦函数；b为平底宽，单位m。2.根据权利要求1所述的一种新型平底悬链线形明渠，其特征是，所述两条位于平底两侧的悬链线侧边对称布置且与平底两端平滑连接，没有拐点。3.根据权利要求1所述的一种新型平底悬链线形明渠，其特征是，所述平底悬链线形渠道的流量为：其中，Q为流量，m3/s；a为形状系数；b为平底宽，h为水深；n为糙率；i为渠底纵向比降。4.根据权利要求1所述的一种新型平底悬链线形明渠，其特征是，所述平底悬链线形明渠渠道的正常水深的计算公式为：式中hk为正常水深第k次迭代结果，m。5.根据权利要求1所述的一种新型平底悬链线形明渠，其特征是，所述平底悬链线形明渠渠道的断面面积和湿周计算公式为：Ahc＝a(ηacosh(η/2)+cosh(η/2)βa-2sinh(η/2)a-βa)Phc＝a(2sinh(η/2)+β)其中，6.根据权利要求1所述的一种新型平底悬链线形明渠，其特征是，所述平底悬链线形明渠渠道的水力最优断面的数学模型为：目标函数：MinAhc＝a(ηacosh(η/2)+cosh(η/2)βa-2sinh(η/2)a-βa)使目标函数最小化的约束条件：其中，Φ(η,β,a)为约束函数，与η、β、a有关，A为过流断面积，i为渠底纵坡，n为糙率，Phc为湿周。7.一种新型平底悬链线形明渠的水力最优断面求解方法，其特征是，包括：将输水渠道水力断面形状设计为平底悬链线形断面；建立平底曲线形明渠水力最优断面的求解模型；求解平底悬链线形明渠水力最优断面。8.根据权利要求7所述的一种新型平底悬链线形明渠的水力最优断面求解方法，其特征是，所述方法具体包括：(1)、将输水渠道水力断面形状设计为平底悬链线形断面，平底悬链线形断面表示为：式中，x为横坐标，m；y为纵坐标，m；a为形状系数；h为水深，m；b为平底宽，m；由式(1)可以得到h、B和b之间的关系为式中B为悬链线形部分的水面宽度，m；h为水深，m；平底悬链线形水渠断面的水面总宽度Bhc为底宽b和悬链线形部分的水面宽度B之和，表示为式中Bhc为平底悬链线形断面的水面总宽度，m；平底悬链线形水渠断面面积为：式中Ahc为水深h对应平底悬链线形断面面积，m2；将式(2)中的h代入式(4)，则断面面积Ahc为湿周为平底和两个侧边长度之和，用积分法可得到式中Phc为湿周，m；将式(2)中的B代入式(6)，湿周Phc表示为平底悬链线形渠道的流量采用曼宁公式...
【专利技术属性】
技术研发人员：韩延成，梁梦媛，唐伟，初萍萍，王月蕾，周心悦，张浩男，
申请(专利权)人：济南大学，
类型：发明
国别省市：山东,37
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