10.3 ！ 水：力设计 】 10.3.1！ ， 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＝8.2—m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Vnp— 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2【77m管《道，由8根？5.8m×》5.8m的方管组】成最大过流量为【。800？m3：/s其布置图见【图，6）和堰子河段的】河道倒虹吸管—（总长298—m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.】10：ξ，4＝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【.01？25正常《值为0.01—2；对于铆接钢【管n＝0.01【25～0.015正！常值为0.0—135；对于钢筋】混凝土管我》国早：期，用n＝？0.01《6，～0.017随着】施工工艺《水，平的提高现在多用】n＝0.0》1，4～0.015 】     ！。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＝7.5m—3/s管径2m全长！。4，368.08m【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199】8年进行了》原型：观测施放Q＝3【.67m3/s、】ν＝1？.16？m/s时实测水【头损失4.0—3m推算得》n＝0.0》。164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26？km2孔3》.35m×》3.35m方涵【用钢：模板浇筑《199？6年在匚程运行1】3，。年后进行了原—型，试验6？。组流量下实测的【n＝0.01—16～0.010】。7平均n《＝0.0113 】     ！引滦入津明流隧洞长！12：。km断？面为城门洞型—净宽5.7m—设，计，。流量60《m，3/s洞《壁，采用钢筋混凝—土衬砌设计糙率系数！n＝0.0》1，5198《3年通水钢模板【接缝处凹凸不平平均！。。高差4.3m—m，电，力，。部昆明勘测设计院和！天津市引滦》隧洞管理《处，。合作：于1985》年和19《96：年做了两次》原型观测《流量范围为》22.3m3/s】～，62.36m—3，/s7个流量—、5个区段》的糙率值n＝—0.：0112《5～0.0128】区，段平均值n＝0【.01242—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—.0122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＝0.0》1，18～0《.0125我国【采用类似《方法施？工的n？值取0.01—2～0.0》13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，1998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4m—199？2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P！CCP-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，.5：m/s～3.7【5m/s13组试验！获得的？平均糙率《值n＝0.》01：005（由λ＝0】。.0109换—算n＝0《.0102） 【  —   对比国—际上PCCP-【E，管取n＝0.01】0我国暂取n—＝，0，.0：1，1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：.008～0—.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14 — ！     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S：。L 285-2【003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Fr＝＜ —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15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 》 》