[发明专利]一种二分之五次方抛物线形明渠及其水力最优断面

说明书

本发明公开了一种二分之五次方抛物线形明渠，该明渠的渠道断面形状为二分之五次方抛物线形，开口向上，二分之五次方抛物线形渠道断面的曲线表达式为形状系数h为水深，B为水面宽度，该渠道过水断面的面积该渠道的湿周该明渠水力最优断面的最优宽深比形状系数为正常水深临界水深过流面积A＝1.4916h²，湿周P＝3.09633h。本发明不仅能够提高抛物线形断面的水力学特性，而且能够提高输水能力。

技术领域

本发明涉及一种输水渠道，具体地说是一种二分之五次方抛物线形明渠及其水力最优断面，属于灌区输水渠道规划设计技术领域。

背景技术

渠道输水断面对渠道过流能力、水深、建造成本等均有很大的影响。常见的渠道输水断面为梯形、矩形断面。随着渠道建造工艺的改进，大型衬砌机器的应用，曲线形断面的建造约来越容易，也越来越受到欢迎。例如巴基斯坦的High Level渠，西班牙的Genil-Cabra渠等[1]均采用了平方抛物线形断面。学者们普遍认为曲线型断面有这些优点[2-4]:曲线形渠道断面没有或拐角点少，应力集中点少，因而由应力集中可能产生的裂缝少，渗漏量少；自然形成的河道或非衬砌渠道更多呈现曲线型断面的形状；曲线形渠道断面从渠底到渠堤边坡是渐变的，因而稳定性更好；曲线形渠道具有更好的水力学特性。

目前公开的抛物线形渠道断面主要有平方抛物线形断面和半立方抛物线形断面。学者们对常规的抛物线形断面已经进行了大量的研究，不仅研究了平方抛物线形渠道的水力最优断面[2,5]、经济断面[6]，也研究了具有抛物线形底和三角形边坡的复合断面[7]，平底的平方抛物线形断面[3,4]，以及平底的半立方抛物线形断面[8]等。

图1为平方抛物线形渠道断面(y＝ax²)(a为形状系数，y为纵坐标，x为横坐标)，图2为半立方抛物线形渠道断面(y＝ax^3/2)断面。然而，在宽度和深度相同的情况下，平方抛物线形和半立方抛物线形断面的底部较尖，仍然会影响过流能力。而三次抛物线形断面边坡太陡，容易造成渠道边坡滑坡，施工难度较大，适用于地质条件很好的情况。

参考文献

[1]Anwar A A and de Vries T T.Hydraulically efficient power-lawchannels[J].Journal of Irrigation and Drainage Engineering,2003,129(1):18-26.

[2]Mironenko A P,Willardson L S,and Jenab S A J.Parabolic canaldesign and analysis[J].Journal of Irrigation and Drainage Engineering,1984,110(2):241–246.

[3]Das J A.Optimal design of channel having horizontal bottom andparabolic sides[J].Journal of Irrigation and Drainage Engineering,2007；133(2):192–197.

[4]Easa S M.Improved channel cross section with two-segment parabolicsides and horizontal bottom[J].Journal of Irrigation and DrainageEngineering,2009,135(3):357-365.

[5]Loganathan G V.Optimal Design of Parabolic Canals[J].Journal ofIrrigation and Drainage Engineering,1991,117(5):716-735