L.1 倒虹吸管水力计算

    式中：v_np——有压管流挟沙流速（不淤极限流速，m/s）；

          ω₀——泥沙沉降速度（mm/s）；

          ρ——挟沙水流中含沙量（以重量百分比计算）；

          Q_np——出现v_np时管内通过的流量（m³/s）；

          d₇₅——小于该粒径的泥沙重量占75％的泥沙粒径（mm），可由渠道泥沙级配曲线上查得；管道通过设计流量时流速v应能满足v＞v_np的要求，而通过小流量时若v＜v_np，仍会产生淤积。此时应采用双管或者多管布置，以提高单管过水流速v来满足不淤要求。

L.1.2  倒虹吸管进口渐变段（图L.1.2-1），其局部水头损失按公式（L.1.2-1）计算：

    忽略渐变段起始断面与末端断面间的沿程损失，两断面间的水面落差△Z₁（图L.1.2-2）应按式（L.1.2-2）计算：

    式中：h_j1——进口渐变段的局部水头损失（m）；

          △Z₁——进口渐变段的水面落差（m）；

          v₁、v₂——分别为渠道进口渐变段始、末断面的平均流速（m/s）；

          g——重力加速度（m/s²）；

          ξ₁——进口渐变段的局部损失系数，与渐变段的形式有关，按表L.1.2选取。

L.1.3  倒虹吸管出口渐变段（图L.1.3），其局部水头损失按公式（L.1.3-1）计算：

    忽略渐变段起始断面与末端断面间的沿程损失，两断面间的水面恢复值△Z₃应按下式计算：

    式中：H_j2——出口渐变段的局部水头损失（m）；

          △Z₃——出口渐变段的水面恢复值（m）；

          v、v₃——分别为管道出口和出口渐变段末断面的平均流速（m/s）；

          ξ₂——出口渐变段的局部损失系数，与渐变段的形式有关，按表L.1.2选取。

L.1.4  倒虹吸管的水头损失包括局部水头损失和沿程水头损失两大类。倒虹吸管的水头损失按下列公式计算：

    1  倒虹吸管的局部水头损失应按下式计算：

    式中：h_j——倒虹吸管的局部水头总损失（m）；

          ψ、ψ_i一一分别表示管道出口断面面积和局部阻力损失处的相应断面面积（m²）；

          ξ_i——为某一局部水头损失系数，如拦污栅、闸门槽、进水口、弯管、出水口等的局部水头损失系数（不包括ξ₁和ξ₂）。

    各类水头损失系数的计算方法如下：

      1）拦污栅水头损失系数ξ_s。

    当拦污栅无独立支墩时（图L.1.4-1），应按下式计算：

    当拦污栅有独立支墩时，应按下式计算：

    式中：ξ_s——包-拦污栅水头损失系数；

          β₁、β₂一一分别为拦污栅栅片及拦污栅支墩形状系数，可按表L.1.4-1 取值；

          s₁、b₁——分别为拦污栅栅片厚度及栅片间距（mm）；

          s₂、b₂——分别为拦污栅支墩厚度及支墩间净距（mm）；

          a——拦污栅栅面的倾角（度）。

      2）进水口水头损失系数ξ_j。

    进水口水头损失系数与进口形状是否圆顺有关，可按表L.1.4-2取值。竖井式倒虹吸管进口损失系数可取1.0，缓坡式无修圆进口，可取0.5。

      3）闸门槽水头损失系数上，平板门门槽水头损失系数ξ_m为0.05 ～0.15。

      4）压力管道渐变段水头损失系数ξ_jb。

    当压力管道由方变圆或收缩时，ξ_jb＝0.05；当压力管道由圆变方或扩大时，ξ_jb＝0.10（扩散角不宜大于10°）。

      5）压力管道的弯道水头损失系数ξ_w。

    压力管道的弯道水头损失系数与拐角θ、拐弯半径R及管道内径D₀有关，可先由表L.1.4-3查出ξ_90°值（图L.1.4-2），再从表L.1.4-4 查出γ，则ξ_w＝γξ_90°。

      6）旁通管的水头损失系数ξ_p：

    倒虹吸管的冲沙、放空、进人孔等旁通管的损失系数，一般采用0.10。

      7）管道出口水头损失系数ξ_c：

    倒出口吸管出口入明渠的损失系数可按表L.1.4-5选取。

    2  倒虹吸管的沿程阻力水头损失可按下列公式计算：

    式中：h_f一一倒虹吸管沿程阻力总水头损失（m）；

          C_i——管身计算段水流的谢才系数（/s），谢才系数C与糙率有关；

          R_i——管身计算段水流的水力半径；

          L_i——管身计算段的管长（m）；

          ω——管道出口横断面积（m²）；

          ω_i——管身计算段横断面积（m²）；

          n——边壁糙率，与边壁材料有关。

    3  倒虹吸管的总水头损失hw应按下式计算：

    4  进口渐变段末端至管道出口的总水面降落△Z₂的计算。进口渐变段末端至管道出口水面降落由两部分组成：一是进口渐变段至倒虹吸进口间的连接段的水面降落；二是管道进口至出口的总水头损失（h_ω）。由此，进口渐变段末端至管道出口的总水面降落△Z2应按下式计算：

L.1.5  倒虹吸管过流能力应按下列公式计算：

    式中：Q——管道的泄流量（m³/s）；

          ω——管道出口的横断面积（m²）；

          V——管道的断面平均流速（m/s）；

          △Z₂——进口渐变段末端断面至管道出口断面的水面落差（m）；

          g——重力加速度（m/s²）；

          μ——流量系数；

          ω₂——进口渐变段末端的过水面积（m²）。

L.1.6  倒虹吸管进口渐变段起始断面至出口渐变段末端断面之间的水面总落差应按下式计算：

L.1.7  倒虹吸管出口消力池计算：

    倒虹吸管出口与下游渠道之间，常以渐扩式扭曲面联结，并根据需要在该联结段内设置消力池，边界条件比较复杂。初步估算时，可取池长L≥（3～4）h（h为渠道设计水深，单位为m），池深T≥（0.5D＋δ＋0.3m）（D为管内径或管高，δ为管壁厚度，单位均为m）。

    消力池的尺寸（图L.1.7-1）可采用计及铅直边墙阻力在内的理论公式进行近似估算。

    1  扩散式消力池的共轭水深度应按下列公式计算：

    式中：F_r——跃前断面弗劳德数；

          v₁，h＇——跃前断面平均流速和水深（m）；

          β——共轭断面底宽比；

          b₁、b₂——跃前与跃后断面的宽度（m）；

          η——共轭断面水深比；

          h＂——跃后断面第二共轭水深（m）。

    为方便设计，η＝f（F_r，β）的关系可由图L.1.7-2查算。

    2  消力池池深T可按下式计算：

    式中：σ——安全系数，可取σ＝1.05～1.10；

          △Z——消力池出口水面落差（m）；

          Q——倒虹吸管过流量（m³/s）；

          b₂——消力池出口宽度（m）；

          ψ——水流自消力池出流的流速系数，一般取ψ＝0.95；

          h_t——消力池出口渠底以上水深（m）。

    3  水跃长度L＇可按下列公式计算：

    池长可取