机场排水陡槽及其设置方法与流程

1.本发明涉及机场排水系统，尤其是一种能够实现水流有效消能，上下游排水沟之间顺利过渡的机场排水陡槽及其设置方法。

背景技术：

2.对于我国山区机场来说，大多数情况下，为了满足机场建设要求的同时节约土方的开挖与回填，在机场端保险区、边坡区等区域或多或少存在地势设计坡度过大的情况，在机场排水设计时就不得不设置陡槽或跌水结构，而合理得排水陡槽设计不仅能改善排水性能，而且能有效防止排水沟的冲刷破坏。

技术实现要素：

3.本发明所要解决的就是目前在机场坡度较大的区域，需要设置陡槽或跌水结构，以避免排水沟被水流冲刷破坏的问题，提供一种能够实现水流有效消能，上下游排水沟之间顺利过渡的机场排水陡槽及其设置方法。
4.本发明的机场排水陡槽及其设置方法，其特征在于该排水陡槽设置在上游排水沟和下游排水沟之间的陡坡段，包括陡槽槽身、对冲消能横条、陡槽底板和陡槽垫层，陡槽槽身上端与上游排水沟连接，下端与下游排水沟连接，陡槽底板设置在陡槽槽身底部，陡槽底板与陡坡段坡面之间设置有陡槽垫层；对冲消能横条呈v字形，等间距固定在陡槽底板上，对冲消能横条两端的端头均与陡槽槽身内壁连接，相邻两条对冲消能横条端头之间的间距为l0。
5.所述的对冲消能横条包括消能横条i和消能横条ii，消能横条i为两端高、中间低的结构，消能横条ii为两端低、中间高的结构，消能横条i和消能横条ii上的最高高度为z1，最低高度为z2，消能横条i和消能横条ii交错布置在陡槽底板上，且v字形开口方向相反。
6.所述的相邻两条对冲消能横条端头之间的间距l0计算方法如下：
7.1)根据实际地形和上下游排水沟高差，确定排水陡槽的斜面长度为l、底坡敷设坡度i、沟底净宽为b，边坡系数为m，排水陡槽设计流量为q；
8.2)根据下列计算式，利用试算法计算临界水深hk：
[0009][0010]ak
＝(b+mhk)hk……………………
(2)
[0011]bk
＝b+2mhk…………………………
(3)
[0012]
其中，a为动能修正系数，取a＝1.05；q为排水陡槽设计流量，单位为m3/s；g为重力加速度，单位为m/s2；ak为临界水深断面过水面积，单位为m2；bk为临界水深断面水面宽度，单位为m；b为排水陡槽槽底净宽，单位为m；m为排水陡槽边坡系数，对于矩形断面，则m＝0；hk为临界水深，单位为m；
[0013]
4)计算排水陡槽内正常水深h0，根据谢才公式，根据流量及断面形状和粗糙系数，求出排水陡槽内正常水深h0；
[0014]
5)根据临界水深hk与正常水深h0确定排水陡槽内渐变流水面曲线的类型，排水陡槽为急坡渠道，且陡槽内水深大于正常水深h0，小于临界水深hk；即水流从上游排水沟流速排水陡槽时，陡槽起点处的水深等于临界水深hk，并沿着陡槽逐渐减少，形成b3型降水曲线，降水曲线终端水流断面最小，流速最大，将对冲消能横条布置在降水曲线终端，达到最佳消能效果，此时相邻两条对冲消能横条端头之间间距l0即为降水曲线长度；
[0015]
6)计算降水曲线长度，即对冲消能横条布置间距l0：设定排水陡槽起端水深h1＝hk，末端水深为正常水深h0，通过以下公式计算b3型降水曲线长度：
[0016][0017][0018][0019][0020][0021][0022][0023]
其中，为降水曲线内水流平均流速，单位为m2/s；为降水曲线内平均水力半径；为降水曲线内断面平均谢才系数，
[0024]v0-降水曲线起端水流平均流速，单位为m2/s；
[0025]
vk‑‑
降水曲线末端水流平均流速，单位为m2/s；
[0026]r0-降水曲线起端水力半径，根据起端排水陡槽槽底净宽b，单位为m，起端水深hk确定；其中a0为起端断面面积，单位m2，a0＝b*hk，x0为起端断面湿周，单位为m，
[0027]rk
‑‑
降水曲线末端水力半径，根据末端排水陡槽槽底净宽b，单位为m，末端水深h0确定；其中ak为末端断面面积，单位m2，ak＝b*h0，xk为末端断面湿周，单位为m，
[0028]c0-降水曲线起端谢才系数，n，r0同前；
[0029]ck
‑‑
降水曲线起端谢才系数，n，rk同前；
[0030]-平均水面坡度，无量纲数。
[0031]
所述的对冲消能横条中最高高度z1为陡槽槽身高度的1/10至1/4，z2为z1的1/3至1/2。
[0032]
所述的对冲消能横条两端斜边与陡槽槽身垂线的夹角θ为10
°
至30
°
。
[0033]
本发明的机场排水陡槽及其设置方法，合理设计排水陡槽的结构，有效借助结构及空气的阻力，实现排水陡槽内的水流横向与纵向的碰撞，达到较好的消能效果；增加了机
场排水陡槽的类型，尤其适用于机场地面坡度在5％-25％的陡坡段设置的排水沟，具有较好应用前景；通过排水陡槽内部结构的改造，改善了排水沟排水性能的同时防止了排水沟的冲刷破坏。
附图说明
[0034]
图1为本发明排水陡槽结构示意图。
[0035]
图2为本发明排水陡槽断面示意图。
[0036]
图3为消能横条i结构示意图。
[0037]
图4为消能横条ii结构示意图。
[0038]
其中，上游排水沟1，下游排水沟2，陡槽槽身3，对冲消能横条4，陡槽底板5，陡槽垫层6。
具体实施方式
[0039]
实施例1：一种机场排水陡槽及其设置方法，该排水陡槽设置在上游排水沟和下游排水沟之间的陡坡段，包括陡槽槽身、对冲消能横条、陡槽底板和陡槽垫层，陡槽槽身上端与上游排水沟连接，下端与下游排水沟连接，陡槽底板设置在陡槽槽身底部，陡槽底板与陡坡段坡面之间设置有陡槽垫层；对冲消能横条呈v字形，等间距固定在陡槽底板上，对冲消能横条两端的端头均与陡槽槽身内壁连接，相邻两条对冲消能横条端头之间的间距为l0。
[0040]
对冲消能横条包括消能横条i和消能横条ii，消能横条i为两端高、中间低的结构，消能横条ii为两端低、中间高的结构，消能横条i和消能横条ii上的最高高度为z1，最低高度为z2，消能横条i和消能横条ii交错布置在陡槽底板上，且v字形开口方向相反。
[0041]
相邻两条对冲消能横条端头之间的间距l0计算方法如下：
[0042]
1)根据实际地形和上下游排水沟高差，确定排水陡槽的斜面长度为l、底坡敷设坡度i、沟底净宽为b，边坡系数为m，排水陡槽设计流量为q；
[0043]
2)根据下列计算式，利用试算法计算临界水深hk：
[0044][0045]ak
＝(b+mhk)hk……………………
(2)
[0046]bk
＝b+2mhk…………………………
(3)
[0047]
其中，a为动能修正系数，取a＝1.05；q为排水陡槽设计流量，单位为m3/s；g为重力加速度，单位为m/s2；ak为临界水深断面过水面积，单位为m2；bk为临界水深断面水面宽度，单位为m；b为排水陡槽槽底净宽，单位为m；m为排水陡槽边坡系数，对于矩形断面，则m＝0；hk为临界水深，单位为m；
[0048]
4)计算排水陡槽内正常水深h0，根据谢才公式，根据流量及断面形状和粗糙系数，求出排水陡槽内正常水深h0；
[0049]
5)根据临界水深hk与正常水深h0确定排水陡槽内渐变流水面曲线的类型，排水陡槽为急坡渠道，且陡槽内水深大于正常水深h0，小于临界水深hk；即水流从上游排水沟流速排水陡槽时，陡槽起点处的水深等于临界水深hk，并沿着陡槽逐渐减少，形成b3型降水曲线，降水曲线终端水流断面最小，流速最大，将对冲消能横条布置在降水曲线终端，达到最
佳消能效果，此时相邻两条对冲消能横条端头之间间距l0即为降水曲线长度；
[0050]
6)计算降水曲线长度，即对冲消能横条布置间距l0：设定排水陡槽起端水深h1＝hk，末端水深为正常水深h0，通过以下公式计算b3型降水曲线长度：
[0051][0052][0053][0054][0055][0056][0057][0058]
其中，为降水曲线内水流平均流速，单位为m2/s；为降水曲线内平均水力半径；为降水曲线内断面平均谢才系数，
[0059]v0-降水曲线起端水流平均流速，单位为m2/s；
[0060]
vk‑‑
降水曲线末端水流平均流速，单位为m2/s；
[0061]r0-降水曲线起端水力半径，根据起端排水陡槽槽底净宽b，单位为m，起端水深hk确定；其中a0为起端断面面积，单位m2，a0＝b*hk，x0为起端断面湿周，单位为m，
[0062]rk
‑‑
降水曲线末端水力半径，根据末端排水陡槽槽底净宽b，单位为m，末端水深h0确定；其中ak为末端断面面积，单位m2，ak＝b*h0，xk为末端断面湿周，单位为m，
[0063]c0-降水曲线起端谢才系数，n，r0同前；
[0064]ck
‑‑
降水曲线起端谢才系数，n，rk同前；
[0065]-平均水面坡度，无量纲数。
[0066]
对冲消能横条中最高高度z1为陡槽槽身高度的1/10至1/4，z2为z1的1/3至1/2。对冲消能横条两端斜边与陡槽槽身垂线的夹角θ为10
°
至30
°
。

技术特征：

1.一种机场排水陡槽及其设置方法，其特征在于该排水陡槽设置在上游排水沟和下游排水沟之间的陡坡段，包括陡槽槽身、对冲消能横条、陡槽底板和陡槽垫层，陡槽槽身上端与上游排水沟连接，下端与下游排水沟连接，陡槽底板设置在陡槽槽身底部，陡槽底板与陡坡段坡面之间设置有陡槽垫层；对冲消能横条呈v字形，等间距固定在陡槽底板上，对冲消能横条两端的端头均与陡槽槽身内壁连接，相邻两条对冲消能横条端头之间的间距为l0；间距l0计算方法如下：1)根据实际地形和上下游排水沟高差，确定排水陡槽的斜面长度为l、底坡敷设坡度i、沟底净宽为b，边坡系数为m，排水陡槽设计流量为q；2)根据下列计算式，利用试算法计算临界水深h
k
：a
k
＝(b+mh
k
)h
k
……………………
(2)b
k
＝b+2mh
k
…………………………
(3)其中，a为动能修正系数，取a＝1.05；q为排水陡槽设计流量，单位为m3/s；g为重力加速度，单位为m/s2；a
k
为临界水深断面过水面积，单位为m2；b
k
为临界水深断面水面宽度，单位为m；b为排水陡槽槽底净宽，单位为m；m为排水陡槽边坡系数，对于矩形断面，则m＝0；h
k
为临界水深，单位为m；4)计算排水陡槽内正常水深h0，根据谢才公式，根据流量及断面形状和粗糙系数，求出排水陡槽内正常水深h0；5)根据临界水深h
k
与正常水深h0确定排水陡槽内渐变流水面曲线的类型，排水陡槽为急坡渠道，且陡槽内水深大于正常水深h0，小于临界水深h
k
；即水流从上游排水沟流速排水陡槽时，陡槽起点处的水深等于临界水深h
k
，并沿着陡槽逐渐减少，形成b3型降水曲线，降水曲线终端水流断面最小，流速最大，将对冲消能横条布置在降水曲线终端，达到最佳消能效果，此时相邻两条对冲消能横条端头之间间距l0即为降水曲线长度；6)计算降水曲线长度，即对冲消能横条布置间距l0：设定排水陡槽起端水深h1＝h
k
,末端水深为正常水深h0，通过以下公式计算b3型降水曲线长度：，通过以下公式计算b3型降水曲线长度：，通过以下公式计算b3型降水曲线长度：，通过以下公式计算b3型降水曲线长度：，通过以下公式计算b3型降水曲线长度：，通过以下公式计算b3型降水曲线长度：，通过以下公式计算b3型降水曲线长度：其中，为降水曲线内水流平均流速，单位为m2/s；为降水曲线内平均水力半径；为
降水曲线内断面平均谢才系数，v0—降水曲线起端水流平均流速，单位为m2/s；v
k
‑‑
降水曲线末端水流平均流速，单位为m2/s；r0—降水曲线起端水力半径，根据起端排水陡槽槽底净宽b，单位为m，起端水深h
k
确定；其中a0为起端断面面积，单位m2，a0＝b*h
k
，x0为起端断面湿周，单位为m，r
k
‑‑
降水曲线末端水力半径，根据末端排水陡槽槽底净宽b，单位为m，末端水深h0确定；其中a
k
为末端断面面积，单位m2，a
k
＝b*h0，x
k
为末端断面湿周，单位为m，c0—降水曲线起端谢才系数，n，r0同前；c
k
‑‑
降水曲线起端谢才系数，n，r
k
同前；—平均水面坡度，无量纲数。2.如权利要求1所述的机场排水陡槽及其设置方法，其特征在于所述的对冲消能横条包括消能横条i和消能横条ii，消能横条i为两端高、中间低的结构，消能横条ii为两端低、中间高的结构，消能横条i和消能横条ii上的最高高度为z1，最低高度为z2，消能横条i和消能横条ii交错布置在陡槽底板上，且v字形开口方向相反。3.如权利要求1所述的机场排水陡槽及其设置方法，其特征在于所述的对冲消能横条中最高高度z1为陡槽槽身高度的1/10至1/4，z2为z1的1/3至1/2。4.如权利要求1所述的机场排水陡槽及其设置方法，其特征在于所述的对冲消能横条两端斜边与陡槽槽身垂线的夹角θ为10
°
至30
°
。机场排水陡槽及其设置方法，涉及机场排水系统。本发明的排水陡槽设置在上游排水。

技术总结

机场排水陡槽及其设置方法，涉及机场排水系统。本发明的排水陡槽设置在上游排水沟和下游排水沟之间的陡坡段，包括陡槽槽身、对冲消能横条、陡槽底板和陡槽垫层，陡槽槽身上端与上游排水沟连接，下端与下游排水沟连接，陡槽底板设置在陡槽槽身底部，陡槽底板与陡坡段坡面之间设置有陡槽垫层；对冲消能横条呈V字形，等间距固定在陡槽底板上，对冲消能横条两端的端头均与陡槽槽身内壁连接，相邻两条对冲消能横条端头之间的间距为。本发明借助结构及空气的阻力，实现排水陡槽内的水流横向与纵向的碰撞，达到较好的消能效果；适用于机场陡坡段设置的排水沟；通过排水陡槽内部结构的改造，改善了排水沟排水性能的同时防止了排水沟的冲刷破坏。的冲刷破坏。的冲刷破坏。