10.3】 ， 水力设计 【 1【。0.3.1 — 倒虹吸管通过水力！。设计选定管道横断面！尺寸、管道数量、】进，出口段各部分的布置！。形式、？尺寸和有关高程为】。此在：渠道：工，程设计中应给—出上、下游渠道的断！面，。形状、？糙率、流量、—水深、上游》渠底高程《同时还应给出倒虹】。吸管的设计流用【和允许？的水头损失作—为设计计算的条件 ！    】 倒虹吸管水力设】计和计算的内—容包括根据工程具】体情况？和，设，计条件通过匚程【总体布置和管道【的布置初步拟—。。定管道？及其进、出口的布置！形式和结《构形式选择适—宜的流速和》经济过水断》面按压力流》公式计算管道的实际！水头损？失及进、出口的水】面衔接 —。 ？ ，   当倒》虹吸：管，。通过：最小流量《时进、出《口管道没有充分淹没！、，管内流速和》总水：头损：失不符合设计条件或！出，口需要消能等情况时！应调整布置并重新计！算管：道横断面尺》。寸 ？ ？ 10.3》。.2：  倒虹《吸管：管内平均流速一般】根据允许的水—头损失和管内—不淤流速值来选取水！头，损失与流速》的平方成《正比：流速越大水》头损失越大因此流速！的选择对于倒—虹吸管特别对—F平原地《区水头宝贵》的渠道上的》倒虹吸？管尤为重要从已【建和在建工程的统】计倒虹吸《管设计？流量工况下》的平均流《。速多在1《.5m/s～—2，。。.5m/s范围以】内个别工程为了减少！过，水断面和工程量也】可适当增加管—道平均流速如南水北！调穿越黄河》的孤柏咀倒虹吸【管工程？通过：设计流？量440m3—/s时选择了双排】D＝8.2m的【倒虹吸管其》平均流速达4.16！m/s？已建和在建倒—虹，吸管的平《均流速见表12【 ！     为】了防：止泥沙在倒虹吸管】内，淤积管道的最—小流速应《大于按附录L—.1：公式计？。算的有压管》流挟沙？流速V？np 如V平—＜Vnp则应缩小】管径、增加管道【数或加大上下游水面！高差 《。 10.【3.3  关于水头！损失计算说》明如下 《 （1【）根据工程》具体情况倒虹吸管】的总体布置不同时】。其，水头损失和水面降落！计算也因具体布置而！各不相同 — ？     如图L】.，1.2-1、图L】。.1.2-》2所示？。一，般，渠道与倒虹吸进水口！之间设？一，渐变段平《顺连接？水流过渐变段时由】于，断面和流速》的变化会产生—某一水面落差—该水面落《差△Z1该水面落差！。△Z1？可按附录L第L【。.1.2条的—公式进行计算 【 》    水流—由，进口渐？。变段末端断面进入进！。水口截至出》口由于管《道的沿程损失和各个！局部阻力的影响【会造成水《头，损失△Z2该水头损！失△Z2可按—附录L.1.4公】式进行计算》。 —。    倒》。虹吸管管道出口与下！游渠道之间》通常也？设渐：变段：平缓连接《由于能量的转化将】产生某些水面恢复】。△Z3该水面恢复值！△Z3可按附录L】第L.1.》3条的公式》进行计算 》。 》  ： ， （2）《倒虹吸管的局部【阻力损失《系，数对于圆形管道按】附，录L.1选》取对于矩《形压：力，管的局部阻力损【失系数目前研究【尚不充分《一般也仿照》圆形：管的局部阻》力损失系数来选【取鉴于南水》。北调采用矩形断【面的倒虹吸管较【多长江科学》院选择西赵河渠【道倒虹吸管（—总长277m管道】由8根5.8m×】5.8m的》方管组成最》大过流量《为，800m3/s【。其布置图见图6【）和堰子《河段的河道倒—虹吸管（总长2【98m管道由—6根5m×5m【的方管组成百年【一，遇洪水流量达6【55m3/s）【分，别进行了专门—的，水工模？型试验获得》管道局？部和沿？程损失系数见表13！可供类似工程参考】 《 》 》 《    倒虹吸管】。的进、出口渐变【段均采？用扭曲面形式与渠道！相接渐变段》。的水头损失系数分别！为，ξ1＝？0.10ξ4—＝0.30 ！     （3）！压力管道边壁的糙率！n值与管《道材料及其表面的光！洁程度有关鉴于n值！的选用对管道断面】的大小及工程造价】。影响很大故应慎重选！取对于？。焊接钢管《n＝0.《011？～0：.，0125正》常值为？0.0？12；对《于铆：。接钢管n＝0.0】125～0.—015正常值为0】.013《5；对于钢筋混【凝土管我国早—期用n＝0.—016～0.0【。17：随着施工《工艺水平《的提高现在》多用n＝《0.014～0.】。015 】     工—程实际运行情—况 《   》  （1《）钢筋混凝土管的n！值 ：    】 湖南新安铺—倒虹吸？管设计流量Q＝7】.5m3《/s管径2m全【。长，4368.0—8m最大工作水头1！。40m采用一阶【段，预应力钢筋》。混凝：土管设计《糙，率系数？n＝0.015运】。。行19年后于1【998年进行了原】型观测？施放Q＝《3.67《m3/s、ν＝【1.16m/s【时实测水头损失4】.03m推》算得n？＝0.016—4实测n值》大于设计n》。值究：其原因是由于在【磨损：和侵蚀？的双：重作：用下孔壁出现了许】多的空穴和凹—凸不平？的，麻面所致 】 ：    引》滦入津尔《。王庄泵？站，至，市区：宜兴埠泵站全长2】6km2孔3.35！m×3.3》5m方涵用》钢模板浇筑1996！年在匚？程运行？13年？后进行了原型试【验6组流《量下实测的n＝【。0.0116—～0.0107平均！。n＝0.0113 ！  —   引滦入津明】流隧洞长12km断！面为城门洞型—净宽5.7m设【计，流，量60m《3，/s洞壁采用—钢，筋，混凝土？衬砌设计糙率系数】n，＝0：.0151》98：3年通水钢模板【接，缝处凹凸不平平【均高：差4.？。3mm电力部昆明】勘测设计院和天津】。市引：滦隧洞管理处—。合作：于19？85年和1》996年《做了两？次原型观《测，流量范围为》22.3m》3/s～62—.36m3/s【。7个流？量、5？个，区，。段的糙率值n＝0.！01：125～《0.012》8区段？平均：值n＝0.012】42：004？年对壁面进》行加固处理后重新观！测得n＝0.0【122 】 ，    三个工程】的原型观测表明新】安，铺倒虹？吸管由于壁面磨损】和侵蚀凹凸不—平n值偏大；引滦】入津两个《工程用钢模板施【。工平均n值分别为0！.0113和0【.，012？2足见随着施—工水平的提高（采】用钢模板等措施）钢！筋混凝土的n值有】逐渐减小的趋势【对比欧美一些国家】。。采，用钢模板《施工的工程所取的n！。＝0.011—8～：。0.0125我国】采，用类似方法施工的】n值取0.0—12～0.》013也不是没有】可能：的 ：。 ：  《  ： （2）预》应力钢筒《混凝土？管是标准化、—工厂化和特》别，工艺生产《的混凝土管》我国自1《998年引进—专，。。。门生产线以来已有】许多厂家和生—产线生产最大—管径已达《到4m1992【。年山东水利》科学研究《院曾对PCCP-E！管（浇注管）做过野！外，测，试7组试验》的总平均《值n＝0《.0107另—外测得PCCP-L！（离心管）n—＝0：.012 》 》    为》积累经验在天津【市丽湖新地河扬水】泵站进？行了PCCP-E原！状，管的糙率测试测【试段长45》m，。最大供水流量7【.5m3/》s管内平均》。流速1.5m—/s～3.》75m/s1—3组试验《获得的平《均糙率值n＝—0，.010《05（由《λ＝0.《0109《换算n＝0》.0102） ！ ，     对比】国际上PCCP【-E管取《n＝0.010【我国暂取n》＝0.0《11：左右也是有可能的】   】。  （3）玻璃【钢管同样为工厂化】生产厂家提供的糙】率系数n＝0.00！8～0.009【目前国内还无原型】观测资？料可供参考 —。 《 10.3.7 】 ，关于：进，、出口水面衔接形】式说明如下 ！   《 ， （：1）倒？虹吸管进口的淹没条！件为了避《免，在倒虹吸管》内产生急流水—跃等不良《流态要求在》。。。通过不同流量特【别是通过小流量【时管道进口处—仍保持充分》淹没状态亦即—要求倒虹吸》管始终按压力流【态工：作 —     根—据，地形、地质条件、】流量大小、》水头高低和》管道铺？设形式等的差—别通常倒《虹吸：管的进水口和管身的！连接有如下》。三，种形式 》 《 ，   ？一是深式进水—口例：如引：黄入卫？穿卫：倒虹吸？管和南水北调—北京永定河倒虹吸管！等均采用此类—。深式进水《口其特点是工作【闸门后有较》长一：段水：平管：道段然后《接斜坡管身段—如图：7，所示 ！  —  ：。 二是竖井式进水口！例如重？。庆城区过《。江排污倒虹吸—管，和南：水北调孤《柏咀：倒虹吸管工程均采】用此种布《置形式如图8所示 ！ ？ ？    】 ，三是斜坡式》进水口进水口的管】身沿：斜，坡铺设管身头部【直接插入挡水胸【墙管身底部平—渠底或？低于渠底例如湖南】的新安铺、大市【等多处倒虹吸管和陕！西宝：。鸡峡漳水《。倒虹吸管以及河北南！排，水河穿？南运河等采用矩形压！力箱：涵，的倒虹吸管工程都采！。用了类似的布置见图！9 ： ？ ： ？     【以上：。三种进？水口布置《形式的工程实例情况！见表1？4 【。   】  ：进水口与管》身的连接《形，式不：一样则倒虹吸管压】力流：。形成的？条件也不一样 】     】深式进水《口与通常水电站【的压力进水口以及压！力泄洪？洞进水口的》。工作条件类似—由于工作闸门后【有较长？一段水平管道充水过！程中必？然存在明满》流过：渡并在水平管—道内产生水》跃连接为防止—工作闸门后》出现负压等不良情】况，一，般在：门后设通气孔或检修！孔加以？改，善经验？同时表明当进水【。口淹没深度不够【高时：上游水面常出—现串：通的挟气漩涡并把空！气带到管《道内不利于》管道：的运行对《于，此种布置形式的倒虹！吸管的进水口在通】过小流量时宜按现】行行业标准水利【。水电工程进水口【设计规范SL 2】85-2003附】。录，B.2的要》求进行复核保—证进：水口有最小的—淹，没深：度反之要采取其【他补救措施》如加大进水》口埋深、《关小出口闸门壅高】。进口水位等措施【。来达到上述要求 ！  》   竖井式—进水口水流从孔【口或闸门《下，进入竖井当竖井【内的水？位，低于孔口时》孔口或出闸水—。流以：跌水或？水跃：形式：进入竖井不》利于：竖井：的运行这时若—孔口以上的》。竖井顶部封闭则应预！。。留通气孔否则将【造成竖井上方—的负压不利于运行为！保证出闸孔的—。水流：平稳进入竖井其必要！。条件是闸孔为淹没】出流由此倒虹吸管】通过小流《量，时，应复核竖《井里的水位高程是否！能形成闸《孔，的淹没出流》即下游渠道水—。位，加上倒虹吸管的水头！损失值？后所形？成的上？游竖井水位是否构成！闸孔的淹没》出流 】 ，   斜坡》式进水口为堰流与】管道压力流》相衔接如管道—内水位过低则—有可能在管道—内形成跌《水或水跃不利管【道的运行为使整【个，管道：按压力流工作其【必要条件是下游渠道！水位加？上倒虹吸管》水头损失值后的【管，道进口？处水位应使进水口】的控：制，堰（平？底宽顶堰《或实用？堰）为淹没出流并能！淹没管口 】     （【2）倒？虹吸管出口》的淹没？条，件 【。    倒虹吸管】出口段？的水流流态一般为有！压流与明流的淹没】缓流结构《即出口F《r＝＜ 1.0 】管顶以上淹》没水深应为△h【＝几个？已建和在《建倒虹吸《工程出？口，管顶以上淹没—水深与计算淹没【水深的对比见—表1：5由表15》可见.除新安铺【、大市两个》倒虹吸管出口淹没度！尚，不足外？多数：工程的出口淹—没度均满足要求【 】