水力學(xué)計(jì)算說(shuō)明書(shū)

1、水力學(xué)實(shí)訓(xùn)設(shè)計(jì)計(jì)算書(shū)指導(dǎo)老師：柴華前言任務(wù)二：分析溢洪道水平段和陡坡段的水面曲線形式，考慮高速水流摻氣所增加的水深，算出陡坡段邊墻高。邊墻高按設(shè)計(jì)洪水流量校核；繪制陡坡縱剖面上的水面線。任務(wù)三：繪制正常水位到汛前限制水位相對(duì)開(kāi)度下泄流量的關(guān)系曲線；繪制汛前限制水位以上的水庫(kù)水位下泄流量的關(guān)系曲線。任務(wù)四：溢洪道消力池深、池長(zhǎng)計(jì)算：或挑距長(zhǎng)度、沖刷坑深度和后坡校核計(jì)算任務(wù)二：分析溢洪道水平段和陡坡段的水面曲線形式，考慮高速水流摻氣所增加的水深，算出陡坡段邊墻高。邊墻高按設(shè)計(jì)洪水流量校核；繪制陡坡縱剖面上的水面線。1. 根據(jù)100年一遇洪水設(shè)計(jì)，已知駝峰堰上游水位25.20，堰頂高程18.70，堰

2、底高程為17.45，計(jì)算下游收縮斷面水深hC，P=18.70-17.45=1.25m H=25.20-18.70=6.5mP/H=1.25÷6.5=0.19<0.8 為自由出流m=0.32+0.171(P/H)0.657 =0.442 設(shè)H0=H，由資料可知溢洪道共兩孔，每孔凈寬10米，閘墩頭為圓形，敦厚2米，邊墩圍半圓形，混凝土糙率為0.014.故查表可得： 0=0.45 k=0.7=1-0.2（k+（n-1）0）×H0/nb=0.92H0=（q/（m（2g）0.5）2/3=6.77mE0=P+H0=6.77+1.25=8.02m查表的：流速系數(shù)=0.94根據(jù)公式E

3、0=hc+q2/2g2hc2，可求出hc=3.63m q=Q/B=633.8÷22=31.69m3/s則其共軛水深：hc”= hc(1+8q2/g hc3)1/2-1)=5.92m水躍發(fā)生位置Lj=6.9(hc”- hc)=6.9×(5.92-3.29)=18.15m>5m,故不發(fā)生水躍。2.臨界水深hk計(jì)算：根據(jù)矩形斷面渠道臨界水深hk的計(jì)算，其水面寬度與底寬相等，即B=b，M=bh, 令，則，q為單寬流量，a為動(dòng)能修正系數(shù)。所以：hk=4.68m平坡段水面曲線計(jì)算（1） 判斷水面曲線的型式該段為平坡,收縮斷面hc=3.63,hk=4.68，屬于C區(qū)的水面曲線為C0

4、型壅水曲線。（2） 水面曲線計(jì)算以閘后斷面為控制斷面向下游推算。將渠道分為4段，已知1-1斷面水深h1=3.63米，假定h2=3.634米、h3=3.648、h4=3.642、h5=3.6455米，根據(jù)已知渠道全長(zhǎng)（即L=5m）。將上述成果繪于圖上聯(lián)起來(lái)就得到水面曲線。具體計(jì)算結(jié)果如下：取1-1和2-2為例計(jì)算，上游斷面1-1 h1=3.63米A1=bh1=3.63×20=72.6m2v1=Q/A1=633.8/72.68=8.73 (=1)Es1=h1+v12/2g=3.63+8.732/（2×9.8）=7.518m同理，可算出h2=3.634m，A2=72.68m2，v

5、2=8.72m2/s，Es2=7.514 Es=-0.0046 計(jì)算平均水力坡降 計(jì)算 同理：J1=0.003489 =1/2(J1+J2)=0.0348 = =1.31 。其他斷面如表所示以圖可知5-5斷面水深可得為3.646m依據(jù)斷面數(shù)據(jù)，畫(huà)出水面曲線圖，如圖所示陡坡段水面曲線計(jì)算（1：10）1. （1）試算法和圖表法求正常水深 試算法。假設(shè)一系列的正常水深h0值，代入天然河道公式Q=AC ，計(jì)算出相應(yīng)的流量Q值。根據(jù)水深和流量值繪出h0Q關(guān)系曲線，然后根據(jù)已知流量Q，在曲線上查出需求解得天然河道水深h0.求h0，hk,判別水面線類(lèi)型。設(shè)h0=2.49，2.485，2.475，2.465，

6、2.45.，分別計(jì)算出相應(yīng)的面積A，濕周X，水利半徑R，謝才公式C及流量Q值，見(jiàn)表。水深試算1h0(m)A(m2)(m)R(m)C(m1/2/s)Q=Ri(m3/s)2.4954.7826.982.03039326.03068642.53612392.48554.6726.972.02706725.98804639.67100042.47554.4526.952.02040825.90267633.96014092.46554.2326.932.01373925.81717628.27514392.4553.926.92.00371725.68869619.7961729由表數(shù)據(jù)繪出h0Q曲線

7、，如圖所示。根據(jù)設(shè)計(jì)流量Q=633.8m3/s，在曲線上差的渠道正常水深h0=2.474m 臨界水深令，則，q為單寬流量，a為動(dòng)能修正系數(shù)。所以：hk=(q2/g)1/3=4.39m。H-Q曲線圖2.432.442.452.462.472.482.492.5642.5361239639.6710004633.9601409628.2751439619.7961729H-Q曲線圖（3） 判斷水面曲線的型式hk> h>h0, 渠道為陡坡,故水曲線為B2型降水曲線 （4） 水面曲線計(jì)算斷面為控制斷面向下游推算。將渠道分為4段，已知1-1斷面水深h1=3.646米，假定h2=3.21米、h

8、3=2.966、h4=2.775、h5=3.633米，根據(jù)已知渠道全長(zhǎng)（即L=20.1）。將上述成果繪于圖上聯(lián)起來(lái)就得到水面曲線。具體計(jì)算結(jié)果如下：取1-1和2-2為例計(jì)算，上游斷面1-1 h1=3.646米A1=bh1=3.63×20=80.201m2 v1=Q/A1=633.8/80.201=7.9026(=1)Es1=h1+v12/2g=3.646+7.92/（2×9.8）=6.831m同理，可算出h2=3.21m，A2=70.62m2，v2=8.97m2/s，Es2=7.319 Es=0.4877 計(jì)算平均水力坡降 計(jì)算 同理：J1= 0.002755 =1/2(J

9、1+J2)=0.0034 = = 5.04 。其他斷面如表所示以圖可知5-5斷面水深可得為2.633m依據(jù)斷面數(shù)據(jù)，畫(huà)出水面曲線圖，如圖所示邊墻高計(jì)算：已知各斷面水深h、流速v、水利半徑R，查表可知摻氣水深系數(shù)k=0.005可求出個(gè)斷面邊坡高墻1-1斷面高強(qiáng)計(jì)算：已知h1=3.646m、v1=7.902m2/s、R1=2.738m = =0.89764 ha= =3.646÷0.89764=4.54364陡坡段邊墻高度要求比摻氣水深超高2m故邊坡墻高度為：6.5m同理，可求出2-2、3-3、4-4、5-5斷面邊坡墻高度，如表所示：斷面h（m）A(m2)x(m)R(m)C(m0.5/s

10、)v（m/s）h墻1-1斷面3.645580.20129.2912.738076590.9838367.90264460.895766.541262-2斷面3.2170.6228.422.484869889.5242298.97479470.8580876.0680873-3斷面2.96665.25227.9322.33610288.6077999.71311220.8291545.7951544-4斷面2.77561.0527.552.21597187.83157310.3816540.8011865.5761865-5斷面2.63357.92627.2662.124477487.21650

11、210.9415460.7766945.409694陡坡段水面曲線計(jì)算（1：3.02）1. （1）試算法和圖表法求正常水深 試算法。假設(shè)一系列的正常水深h0值，代入天然河道公式Q=AC ，計(jì)算出相應(yīng)的流量Q值。根據(jù)水深和流量值繪出h0Q關(guān)系曲線，然后根據(jù)已知流量Q，在曲線上查出需求解得天然河道水深h0.求h0，hk,判別水面線類(lèi)型。設(shè)h0=2，1.9，1.897，1.85，1.8，分別計(jì)算出相應(yīng)的面積A，濕周X，水利半徑R，謝才公式C及流量Q值，見(jiàn)表。水深試算2h0(m)A(m2)(m)R(m)C(m1/2/s)Q=Ri(m3/s)244261.69230821.69625714.61741.

12、941.825.81.62015520.77122635.93551.89741.73425.7941.61797320.74325633.64921.8540.725.71.58365820.3033598.39541.839.625.61.54687519.83173562.0565由表數(shù)據(jù)繪出h0Q曲線，如圖所示。根據(jù)設(shè)計(jì)流量Q=633.8m3/s，在曲線上差的渠道正常水深h0=1.896m 臨界水深hk=(q2/g)1/3=4.39m。H-Q曲線圖1.71.751.81.851.91.9522.05714.6174141635.9355028633.6492306598.3954242

13、562.0564586H-Q曲線圖（5） 判斷水面曲線的型式因?yàn)榍罏槎钙拢襤k> h>h0,故水曲線為c0型降水曲線 （6） 水面曲線計(jì)算斷面為控制斷面向下游推算。將渠道分為4段，已知1-1斷面水深h1=2.633米，假定h2=2.3米、h3=2、h4=1.8、h5=1.62米，根據(jù)已知渠道全長(zhǎng)（即L=28.97m）。將上述成果繪于圖上聯(lián)起來(lái)就得到水面曲線。具體計(jì)算結(jié)果如下：取1-1和2-2為例計(jì)算，上游斷面1-1 h1=2.633米A1=bh1=2.633×22=57.926m2v1=Q/A1=633.8/57.926=10.94 (=1)Es1=h1+v12/2g

14、=3.63+8.732/（2×9.8）=7.518m同理，可算出h2=2.3m，A2=50.6m2，v2=12.5m2/s，Es2=10.3 Es=1.56 計(jì)算平均水力坡降 計(jì)算 同理：J1=0.0074 =1/2(J1+J2)=0.093 = =4.85 。其他斷面如表所示以圖可知5-5斷面水深可得為1.62m依據(jù)斷面數(shù)據(jù)，畫(huà)出水面曲線圖，如圖所示邊墻高計(jì)算：已知各斷面水深h、流速v、水利半徑R，查表可知摻氣水深系數(shù)k=0.005可求出個(gè)斷面邊坡高墻1-1斷面高強(qiáng)計(jì)算：已知h1=2.633m、v1=10.9m2/s、R1=2.1m = =0.77 ha= =3.646÷

15、0.77=3.4陡坡段邊墻高度要求比摻氣水深超高2m故邊坡墻高度為：5.4m同理，可求出2-2、3-3、4-4、5-5斷面邊坡墻高度，如表所示：斷面h（m）A(m2)x(m)R(m)C(m0.5/s)v（m/s）h墻1-1斷面2.63357.92627.2662.124477487.21650210.9415460.7766945.4096942-2斷面2.350.626.61.902255685.62517312.5256920.7038285.0038283-3斷面244261.692307783.97239414.4045450.6151754.6151754-4斷面1.839.625.

16、61.54687582.72418916.0050510.5420364.3420365-5斷面1.6235.6425.241.412044481.47631417.7833890.4667054.086705綜上所述：兩陡坡相接及平坡與陡坡相接各斷面墻高分別為6.5m，5.4m及下游墻高4.1m,按千年一遇洪水流量校核，可得陡坡各斷面曲線圖如下：（方法與百年計(jì)算相同）一陡坡二陡坡段一陡坡滲氣水深斷面h（m）A(m2)x(m)R(m)C(m0.5/s)v（m/s）h滲氣1-1斷面3.645580.20129.2912.738076590.9838369.3826760.8590764.5045

17、762-2斷面3.4676.1228.922.632088590.3871589.88570680.8407364.3007363-3斷面3.2671.7228.522.514726589.70261610.4921920.8174284.0774284-4斷面3.0767.5428.142.400142189.00808911.1415460.7912183.8612185-5斷面2.89263.62427.7842.289951188.31361911.8272980.7623893.654389二陡坡滲氣水深斷面h（m）A(m2)x(m)R(m)C(m0.5/s)v（m/s）h滲氣1-1

18、斷面2.89263.62427.7842.289951188.31361911.8272980.7623893.6543892-2斷面2.5656.3227.122.076696286.88646813.3611510.6951253.2551253-3斷面2.2549.526.51.867924585.3656615.202020.6130352.8630354-4斷面2.0244.4426.041.706605284.09022116.9329430.5384492.5584495-5斷面1.86240.96425.7241.592442983.1254418.3697880.480502

19、2.342502依表可知，千年一遇滲氣水深均低于其相對(duì)應(yīng)邊墻高度如：一陡坡：h1滲=4.5m<h1墻=6.5，h5滲=3.65<h5墻=5.4. 二陡坡：h1滲=3.65m<h1墻=5.4，h5滲=2.3<h5墻=4.1.陡坡縱剖面上的水面曲線：任務(wù)三：繪制正常水位到汛前限制水位相對(duì)開(kāi)度下泄流量的關(guān)系曲線；繪制汛前限制水位以上的水庫(kù)水位下泄流量的關(guān)系曲線。1、閘孔出流計(jì)算已知斷面正常水位為24m，汛前限制水位為22.9m，現(xiàn)假設(shè)e/H=0.1、0.2、0.3、0.4、0.5、0.6，當(dāng)e/H=0.1，Z=24時(shí)，H=24-18.7=5.3m故e=e/H*H=0.53m0

20、=0.685-0.19*e/H=0.685-0.19*0.1=0.666Q=0be =0.666×20×0.53×=71.95253m3/s同理可算出水位23.8、23.5、23.2及22.9m時(shí)的下泄流量如表：”Z（m）e/HH(m)eu0Q(m3/s)240.15.30.530.66671.9525323.80.15.10.510.66667.9184123.50.14.80.480.66662.0146223.20.14.50.450.66656.2925622.90.14.20.420.66650.7582正常水位到汛前限制水位相對(duì)開(kāi)度下泄流量的關(guān)系曲線如

21、圖所示。e/H Z Q 0.10.20.30.40.50.62471.95139.8203.54263.18318.71417.4523.867.92131.96192.13248.42300.84394.0523.562.01120.49175.43226.83274.69359.823.256.291O9.37159.242205.9249.34326.622.950.7698.62143.58185.656224.83294.52、繪制汛前限制水位以上水庫(kù)水位下泄流量的關(guān)系曲線已知汛前限制水位為22.9m，水庫(kù)水位為26.3m，當(dāng)Z=22.9時(shí)，H0=22.9-18.7=4.2mH P=

22、18.717.45=1.25m故P/H=1.25/4.2=0.298>0.24 m0=0.414（P/H）-0.0652=0.414×(0.298) -0.0652=0.45 當(dāng)P/H<0.24時(shí)， m0=0.385+0.171×（P/H）0.657=10.2k+（n-1）0H/nb=10.2×0.7+(21)×0.45×4.2÷2÷10=0.952因?yàn)橄掠嗡槐妊唔數(shù)偷亩?，?yīng)為自由出流，故s=1.0Q=sm0BH3/2=1.0×0.952×0.45×20××4.23/2=326.5m3/s同理可求出當(dāng)Z=23.5、24.5、25.5、26.3m時(shí)的下泄流量，如表：ZHP/Hm0Q(m3/s)22.94.20.2976190.4480410.9517324.974823.95.20.2403850.4543240.9402448.485624.55.80.2155170.3912020.9333451.567425.36.60.189394