巴歇尔槽尺寸选取

在水利工程中，巴歇尔槽是一种常见的开渠流设计形式，它以美国工程师亨利·巴歇尔命名，巴歇尔槽在农田灌溉、排水工程和城市防洪系统中应用*。在设计巴歇尔槽时，尺寸选取是一个关键因素，直接影响着渠道的排灌能力、水流稳定性和工程造价等方面。

巴歇尔槽尺寸选取需要考虑众多因素，包括水流流量、渠道坡度、渠道材料、经济因素等。尺寸选取得当，可以保证渠道安全运行，提高排灌效率，降低工程造价。因此，深入了解巴歇尔槽尺寸选取的方法和影响因素，对水利工程设计者而言至关重要。

巴歇尔槽简介

巴歇尔槽是一种具有标准几何尺寸的矩形开渠流，其特点是渠底和侧壁之间的交接处为直角，且渠道横断面保持不变。巴歇尔槽的设计目标是要在给定的流量和渠道坡度下，找到能够使水流稳定流动的*小尺寸，从而节省工程造价。

巴歇尔槽尺寸选取方法

巴歇尔槽尺寸选取通常包括确定渠道宽度和渠道深度两个方面。渠道宽度又包括底部宽度和顶宽，其中底部宽度对水流稳定性影响较大，顶宽则主要影响渠道容积和工程造价。渠道深度则直接关系到渠道排灌能力和水流稳定性。

渠道宽度选取

巴歇尔槽的渠道宽度选取通常需要考虑水流稳定性和工程造价两个方面。当渠道流量较大或渠道坡度较陡时，应适当增加渠道宽度，以保证水流稳定；而当工程造价限制严格时，则需要尽量减小渠道宽度，在满足水流稳定性的前提下节省工程成本。

常用的渠道宽度选取方法有以下两种：

巴歇尔公式法：巴歇尔公式是基于水流稳定性的理论公式，用于计算渠道底部宽度。该公式考虑了水流断面形状、流速分布和摩擦损失等因素，能够较好地保证水流稳定性。巴歇尔公式为：

$$

w= \frac{4Q^2}{B^2R}

$$

其中，w 为渠道底部宽度，Q 为渠道流量，B 为渠道坡度，R 为曼宁粗糙系数。

巴歇尔公式法适用于各种类型的渠道，包括混凝土渠道、土质渠道和石砌渠道等。在使用该方法时，需要注意的是，该公式适用于均匀流条件，当渠道存在局部收缩或扩张时，可能需要进行修正。

试验法：试验法是通过水模试验或现场试验来确定渠道宽度，这种方法考虑了实际情况，能够获得更准确的结果。但试验法也存在一些局限性，例如水模试验的尺度效应和现场试验的高成本问题。

水模试验通常适用于小型渠道或特殊渠道设计，通过构建与实际渠道几何相似的模型，在实验室条件下模拟水流情况，从而获得稳定的渠道宽度。现场试验则适用于大型水利工程，通过在实际工地进行试验，直接观测水流情况，确定合适的渠道宽度。

渠道深度选取

渠道深度选取直接关系到渠道排灌能力和水流稳定性。渠道深度过浅可能导致水流不稳定和排灌能力不足，而渠道深度过深则意味着更高的工程成本和更多的土方开挖工作。

常用的渠道深度选取方法有以下两种：

经济深度法：经济深度法是基于工程造价考虑的渠道深度选取方法，其目标是确定在给定流量和坡度条件下，能够使工程造价*小的渠道深度。该方法通常结合渠道宽度选取进行，在保证水流稳定性的前提下，选择造价*的渠道深度和宽度组合。

经济深度法适用于工程造价限制较严格的项目，能够在一定程度上节省成本。但需要注意的是，该方法可能无法满足特殊的排灌要求，如需要保证一定水位或流量等。

水位控制法：水位控制法是基于实际排灌需求的渠道深度选取方法，其目标是保证渠道具有满足特定水位或流量要求的排灌能力。该方法通常适用于需要保证下游水位或流量稳定性的项目，如灌溉渠道或防洪渠道等。

水位控制法结合了水力学和工程学的计算，通过确定渠道底宽比和流量，反推所需渠道深度。该方法能够保证渠道具有满足特定水位或流量要求的排灌能力，但可能需要较大的渠道深度和更高的工程成本。

巴歇尔槽尺寸选取的注意事项

在进行巴歇尔槽尺寸选取时，还需要注意以下几点：

渠道材料：渠道材料包括混凝土、土石、钢筋混凝土等，不同的材料具有不同的力学性能和造价，这将影响渠道尺寸选取。例如，混凝土渠道通常具有更高的强度和更小的尺寸，而土石渠道则可能需要较大的尺寸来保证稳定性。

渠道断面收缩和扩张：在实际工程中，渠道可能存在局部断面收缩或扩张的情况，这将影响水流稳定性和渠道容积。在尺寸选取时，需要考虑这些因素，并可能需要对巴歇尔公式进行修正。

渠道防渗：在部分水利工程中，渠道防渗是需要考虑的重要因素，这将影响渠道材料选择和工程造价。在尺寸选取时，需要综合考虑防渗措施对渠道尺寸和造价的影响。

经济因素：在工程项目中，经济因素通常是需要考虑的重要约束条件。在尺寸选取时，需要在满足水流稳定性和排灌要求的前提下，尽可能降低工程造价。

案例分析

以下是一个巴歇尔槽尺寸选取的实际案例：

某水利工程项目需要建设一条用于农田灌溉的巴歇尔槽渠道，渠道坡度为0.001，渠道流量为5立方米/秒，曼宁粗糙系数为0.012。渠道材料为混凝土，工程造价预算限制为每立方米1000元。

渠道宽度选取

根据巴歇尔公式，可以计算出渠道底部宽度为：

$$

w= \frac{4Q^2}{B^2R} = \frac{4(5)^2}{(0.001)^2 \times 0.012} \approx 13.9 \ m

$$

由于工程造价限制，需要进一步优化渠道宽度。假设渠道顶宽为底部宽度的1.5倍，则渠道宽度组合为：底部宽度14米，顶宽21米。

渠道深度选取

根据经济深度法，在保证水流稳定性的前提下，选择造价*的渠道深度。假设渠道底宽比为0.5，则渠道深度为：

$$

y= \frac{w}{2B} = \frac{14}{2 \times 0.001} = 7000 \ mm

$$

*终选取的渠道尺寸为：底部宽度14米，顶宽21米，深度7米。该尺寸组合满足水流稳定性要求，同时工程造价控制在预算范围内。

小结

巴歇尔槽尺寸选取是水利工程设计中的重要环节，需要综合考虑水流稳定性、排灌能力和工程造价等因素。常用的渠道宽度选取方法包括巴歇尔公式法和试验法，渠道深度选取方法包括经济深度法和水位控制法。在实际工程中，还需要注意渠道材料、断面收缩和扩张、防渗和经济因素等对尺寸选取的影响。通过合理选取巴歇尔槽尺寸，可以保证渠道安全运行，提高排灌效率，降低工程造价。