平底悬链线形明渠水力最优断面求解

摘要：

断面设计是渠道设计的重要内容之一,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.该文提出了一种具有平底和悬链线形侧边的明渠断面.这种断面将平底和悬链线侧边平滑连接,既具有平底断面建造容易、灵活,管护方便,底部容易压实,侧边和平底可以用不同材料建造(以降低成本)等优点,也具有悬链线形断面过流能力大、无应力集中拐角、不宜渗漏、防冻胀能力强,耐久性好等优点,可广泛应用于大、中、小型渠道及寒区,具有良好的实用价值.推导了过流面积、湿周、水面宽度等水力断面特性计算公式.提出了一个更简单的正常水深的迭代算法.基于拉格朗日乘子法,推导出了平底悬链线形明渠的水力最优断面,结果表明其水力最优断面的底宽与水深比、水面宽与水深比、底宽与形状系数比、水面宽度与形状系数比、形状系数与水深比均为常数:宽深比等于0.405,形状系数与水深比等于0.474,水面宽与水深的比值为2.112,底宽与形状系数的比值为0.855.与现有平底断面(梯形、平底抛物线形、平底半立方抛物线形)进行了比较,结果表明,在过流面积或湿周一定的情况下,平底悬链线形断面的过流能力最大,相反,在流量一定的情况下,平底悬链线形断面的过流面积、湿周、水面宽度是最小的.与传统的悬链线形渠道进行了比较,增加平底后,在同等条件下,平底悬链线形渠道水力最优断面的过流能力不仅没有降低,反而增加了,意味着其经济性也优于传统的悬链线断面.研究为平底悬链线形渠道设计提供理论支撑.

关键词：形状、水力学、渠道、平底、悬链线形、水力最优断面

所属期刊栏目：35

分类号：TV131.4(水利工程基础科学)

资助基金：山东省自然科学基金ZR2017LEE028;山东省"一事一议"周飞艨人才计划项目;山东省重点研发计划2016GSF117038;国家"十二五"科技支撑计划2015BAB07B02-6

在线出版日期：2019-05-29（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）

页数：共10页

页码：90-99