小型跌水与陡坡在不同地形落差的经济比较

刘 明

（新疆生产建设兵团勘测规划设计研究院 乌鲁木齐市 843000）

跌水与陡坡在小型渠道工程中运用较多，本文针对不同落差情况分别对跌水和陡坡方案进行经济技术比较，为在不同落差条件下进行设计选择提供依据。

1 跌水与陡坡的设计

本次对跌水与陡坡的方案，进出口统一采用扭面与上下游渠道连接，跌口均采用矩形跌口，消力池采用常规底流式消力池。

1.1 跌水与陡坡进口尺寸的设计

跌水和陡坡进口过流能力按《灌溉与排水工程设计规范》附录Q 中公式（1）与（2）计算，跌口为矩形时：

进口为扭曲面连接时：

式中 Q——跌水设计流量（m3/s），

m——矩形跌口流量系数；

bc——矩形跌口宽度（m）；

g——重力加速度（m/s）；

H0——计及堰前流速水头的堰上水头（m）；

1.2 小型跌水与陡坡消力池的设计

本次跌水与陡坡均采用矩形消力池进行计算。

（1）收缩水深与跃后水深计算。

小型跌水收缩水深h1和跃后水深h2按式（3）与（4）进行计算：

式中 E0——从池底算起的上游总能头（m）；g 取9.81；

Ф——流速系数，可近似取1.0；

Fr1——跃前断面的水流弗汝德数。

（2）池长计算。

消力池总长度为：

2 不同地形落差跌水与陡坡方案比较

跌水与陡坡设计见图1、图2。

图1 跌水设计图

图2 陡坡设计图

2.1 落差小于2 m 跌水与陡坡方案比较

根据地面落差和计算公式计算出各部分尺寸、主要工程量及工程投资见表1、表2。

表3为跌水与陡坡设计要素表，表4为跌水与陡坡主要工程量及投资比较表（跌差1.8 m）。

2.2 落差大于2 m 小于5 m 时跌水与陡坡方案比较

根据地面落差和计算公式计算出各部分尺寸、主要工程量及工程投资见表5、表6。

表1 跌水与陡坡设计要素表

表2 跌水与陡坡主要工程量及投资比较表（跌差2 m）

表3 跌水与陡坡设计要素表

表4 跌水与陡坡主要工程量及投资比较表(跌差1.8 m)

表5 跌水与陡坡设计要素表

表6 跌水与陡坡主要工程量及投资比较表

2.3 落差大于5 m 时多级跌水与单级陡坡方案比较

因落差大于5 m 时，一般先计算得出的陡坡坡脚流速大小，当流速不超过材料的抗冲流速时，可采用单级陡坡或多级跌水方案，本次采用跌差为6 m，对三级跌水和陡坡进行技术经济比较，采用三级跌水设计见图3。

计算成果见表7，主要工程量及工程投资见表8。

图3 三级跌水设计图

表7 跌水与陡坡设计要素表

表8 工程量及投资比较表

3 结语

通过以上计算可知，小型跌水与陡坡在不同地形落差条件下，工程投资是有差异的，在跌差小于2 m的条件下，跌水比陡坡投资低，当跌差超过2 m 时，不论是单级跌水、还是设置多级跌水，跌水均没有设陡坡经济，因此在灌区中小型落差建筑物选择陡坡作为设计方案是经济合理的。

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3 钢架用于桥梁加固的探索与研究[J].建筑技术，2010（09）：818-820.4 杜文风 张慧.空间结构[M].北京：中国电力出版社，2008.