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虹吸排水流量计算方法

虹吸排水流量的计算需综合考虑流体力学原理与管道特性，具体步骤如下：

一、基本公式

虹吸流量计算公式为：
$\mathrm{<span\; style="font-size:16px;">�</span>}<span\; style="font-size:16px;">=</span>{\mathrm{<span\; style="font-size:16px;">�</span>}}_{\mathrm{<span\; style="font-size:16px;">0</span>}}<span\; style="font-size:16px;">\cdot </span>\mathrm{<span\; style="font-size:16px;">�</span>}<span\; style="font-size:16px;">\cdot </span>\sqrt{\mathrm{<span\; style="font-size:16px;">2</span>}\mathrm{<span\; style="font-size:16px;">�</span>}\mathrm{<span\; style="font-size:16px;">�</span>}}$
或等效形式：
$\mathrm{<span\; style="font-size:14px;">�</span>}<span\; style="font-size:14px;">=</span>\mathrm{<span\; style="font-size:14px;">�</span>}<span\; style="font-size:14px;">\cdot </span>\sqrt{\frac{\mathrm{<span\; style="font-size:14px;">2</span>}\mathrm{<span\; style="font-size:14px;">�</span>}\mathrm{<span\; style="font-size:14px;">�</span>}}{\mathrm{<span\; style="font-size:14px;">1</span>}<span\; style="font-size:14px;">+</span><span\; style="font-size:14px;">\sum </span>\mathrm{<span\; style="font-size:14px;">�</span>}<span\; style="font-size:14px;">+</span>\mathrm{<span\; style="font-size:14px;">�</span>}\frac{\mathrm{<span\; style="font-size:14px;">�</span>}}{\mathrm{<span\; style="font-size:14px;">�</span>}}}}$
其中：

• ‌Q‌：虹吸管流量（m³/s）；
• ‌μ₀‌：流量系数，综合反映管道阻力影响；
• ‌A‌：虹吸管横截面积（m²），$\mathrm{<span\; style="font-size:16px;">�</span>}<span\; style="font-size:16px;">=</span>\frac{\mathrm{<span\; style="font-size:16px;">�</span>}{\mathrm{<span\; style="font-size:16px;">�</span>}}^{\mathrm{<span\; style="font-size:16px;">2</span>}}}{\mathrm{<span\; style="font-size:16px;">4</span>}}$；
• ‌g‌：重力加速度（9.8 m/s²）；
• ‌H‌：作用水头（上下游水位差，m）‌；
• ‌Σζ‌：局部阻力系数之和（如弯头、滤网等）；
• ‌λ‌：沿程阻力系数（与管材粗糙度相关）；
• ‌L/d‌：管道总长与内径的比值‌

二、关键参数确定

1. ‌作用水头（H）‌

   • 直接取虹吸管进口与出口的水位高程差，例如河道水位120m与灌溉渠道118m时，H=2m‌。

2. ‌局部阻力系数（Σζ）‌

   • 根据管道附件类型查表或参考设计规范：
     • 无底阀滤网：ζ=2.5；
     • 60°弯管：ζ=0.55/个‌。

3. ‌沿程阻力系数（λ）‌

   • 采用达西-魏斯巴赫公式计算：
     $\mathrm{<span\; style="font-size:16px;">�</span>}<span\; style="font-size:16px;">=</span>\frac{\mathrm{<span\; style="font-size:16px;">0.316</span>}}{\mathrm{<span\; style="font-size:16px;">�</span>}{\mathrm{<span\; style="font-size:16px;">�</span>}}^{\mathrm{<span\; style="font-size:16px;">0.25</span>}}}$（湍流区，雷诺数Re=vd/ν）；
   • 或根据经验公式（如曼宁系数、海曾-威廉公式）估算‌

三、计算步骤

1. ‌计算管道横截面积‌
   $\mathrm{<span\; style="font-size:16px;">�</span>}<span\; style="font-size:16px;">=</span>\frac{\mathrm{<span\; style="font-size:16px;">�</span>}<span\; style="font-size:16px;">\cdot </span>{\mathrm{<span\; style="font-size:16px;">�</span>}}^{\mathrm{<span\; style="font-size:16px;">2</span>}}}{\mathrm{<span\; style="font-size:16px;">4</span>}}$A=4π⋅d2（d为管道内径，单位：m）‌。

2. ‌确定总阻力系数‌
   $\mathrm{<span\; style="font-size:16px;">1</span>}<span\; style="font-size:16px;">+</span><span\; style="font-size:16px;">\sum </span>\mathrm{<span\; style="font-size:16px;">�</span>}<span\; style="font-size:16px;">+</span>\mathrm{<span\; style="font-size:16px;">�</span>}\frac{\mathrm{<span\; style="font-size:16px;">�</span>}}{\mathrm{<span\; style="font-size:16px;">�</span>}}$1+∑ζ+λdL，需逐项累加局部与沿程阻力‌。

3. ‌代入公式求解流量‌

   • 示例：某钢筋混凝土虹吸管（d=0.4m，H=2m，Σζ=2.5+2×0.55=3.6，λ=0.02，L=27m）流量计算：
     $\mathrm{<span\; style="font-size:16px;">�</span>}<span\; style="font-size:16px;">=</span>\frac{\mathrm{<span\; style="font-size:16px;">�</span>}<span\; style="font-size:16px;">\cdot </span>\mathrm{<span\; style="font-size:16px;">0.</span>}{\mathrm{<span\; style="font-size:16px;">4</span>}}^{\mathrm{<span\; style="font-size:16px;">2</span>}}}{\mathrm{<span\; style="font-size:16px;">4</span>}}<span\; style="font-size:16px;">\cdot </span>\sqrt{\frac{\mathrm{<span\; style="font-size:16px;">2</span>}<span\; style="font-size:16px;">\cdot </span>\mathrm{<span\; style="font-size:16px;">9.8</span>}<span\; style="font-size:16px;">\cdot </span>\mathrm{<span\; style="font-size:16px;">2</span>}}{\mathrm{<span\; style="font-size:16px;">1</span>}<span\; style="font-size:16px;">+</span>\mathrm{<span\; style="font-size:16px;">3.6</span>}<span\; style="font-size:16px;">+</span>\mathrm{<span\; style="font-size:16px;">0.02</span>}<span\; style="font-size:16px;">\cdot </span>\frac{\mathrm{<span\; style="font-size:16px;">27</span>}}{\mathrm{<span\; style="font-size:16px;">0.4</span>}}}}<span\; style="font-size:16px;">\approx </span>\mathrm{<span\; style="font-size:16px;">0.35</span>}\text{<span style="font-size:16px;">\hspace{0.17em}</span>}\text{<span style="font-size:16px;">m³/s</span>}$‌

四、注意事项

1. ‌空化风险‌

   • 虹吸管顶部负压需控制，避免管内压强低于汽化压力导致空化，可通过限制管顶高程或增大管径解决‌。

2. ‌材料与工况适配‌

   • HDPE/PVC-U管材需满足抗压≥450kPa，并适应-25℃~60℃温差‌。

3. ‌验证设计合理性‌

   • 实际流量与理论值偏差应≤10%，否则需检查阻力系数选取或管道布置‌。

通过上述公式与步骤，可精准计算虹吸排水流量，为工程设计与运维提供依据‌。

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