导流隧洞泄流计算说明书.doc

附录A 导流隧洞泄流计算A1 隧洞水流流态判别A1.1 对iik的缓坡隧洞(i为底坡，ik为临界坡)a1.2 为无压流2ma1.2 为半有压流(1)a2m 为有压流式中：为自进口上游渐变流断面到隧洞出口断面间的局部能量损失系数之和；为舍齐系数； l为洞长；为满流时的水力半径； i为隧洞底坡； a为洞高； 出口断面佛汝德数的平方，当出口断面周边为大气时，由试验得 1.62；当出口断面上游有底板时，认为界限状态下的出口断面水深为临界水深hk，即ahk，则有 1。A1.2 对iik的陡坡隧洞a1.2 为无压流1.2a1.5 为半有压流a1.5 为有压流A2 无压流隧洞泄流计算A2.1 长、短洞判别(1)当底坡为缓坡而趋于平坡，长短洞的界限长度为lk(512)H，当洞长llk为长洞；llk为短洞。(2)当底坡接近临界底坡ik时，lk1.3(512)H。(3)当底坡为陡坡(iik)，泄流能力不受洞长影响，按短洞工作考虑。A2.2 短洞泄流计算(2)短洞泄流能力不受洞长影响，进口水流为宽顶堰流，按宽顶堰流公式计算泄流量。式中：b为矩形隧洞过水断面的宽度，当过水断面为非矩形时，bk/hk；hk为临界水深；k为相应于hk时的过水断面面积；s为淹没系数，当下游水位较高，已淹没进口的收缩断面，使该处的水深hc0.75H0时，为淹没出流，s值与比值hc/H0有关，当hc0.75H0时，为自由出流，s1，当淹没时，hc可近似的以下游水位减去进口底板高程而得；hc为进口断面处的水深；H0 为以隧洞进口断面底板高程起算的上游总水头；m 为流量系数，决定进口翼墙的型式、上游水库或渠道的过水断面面积与隧洞过水断面面积之比，一般取m0.320.36，若进口翼墙较平顺，断面缩窄较小，应取较大的m值，反之应取较小的m值，见附表A3。A2.3 长洞泄流计算对于长洞，一般需要由下游向上游推算水面曲线，以求得进口断面处的水深hc，以hc/H。在有关图表查出s，再用式(2)解算。A3 半有压流隧洞泄流计算A3.1 半有压短洞与长洞的判别(1)对自由出流缓坡(iik)隧洞，洞长llkm时，为半有压短洞，llkm时，为半有压长洞。lkmlilsl。 (3)l。1.3a，li1.4a，ls可由推算c1型水面曲线决定，其中收缩水深hc可由下式计算：hc/a0.037H/a0.5730.182 (4)式中：为流量系数，按附表A4取值。(2)对自由出流，陡坡隧洞，正常水深hoa，llks时，为半有压短洞，llks时，为半有压长洞。lkslilslo (5)li1.4a，lo00.5a，ls可用分段求和法由推算c2型水面曲线决定，hc仍按式(4)计算。A3.2 计算公式及计算方法(6)(1)对半有压短洞，不论是缓坡或是陡坡，均可用下式进行泄流计算。式中： 为隧洞断面面积；和分别为流量系数和洞口水流收缩系数，可由附表A4查取。(2)对于缓坡半有压长洞，其出口明流段的长度lo很小，可按有压的自由出流，采用式(7)进行计算。(3)对陡坡半有压长洞，由于发生有害的不稳定流态，难以进行水力计算，在设计中应予避免。A4 有压流隧洞泄流计算 (7)式中：为流量系数，按下式计算： (8)式中：为隧洞出口断面面积；i为某一局部能量损失系数，与之相应的流速所在的断面为i(指根号内第二项中的i)；li为隧洞某一段的长度，与之相应的断面面积、水力半径和舍齐系数分别为i(指根号内第三项中的i)、i、i；T0为上游水面与隧洞出口底板高程差及上游行近流速水头 之和，一般可认为ToT；hp为隧洞出口断面水流的平均单位势能，hp0.5aP/；当淹没出流时，hp等于下游水深hsa为出口断面洞高；P/为出口断面平均单位压能，当自由出流时，P/一般小于0.5a。A5 进口段设置有压短管(深式有压短管进口)的无压隧洞的泄流计算(9)对于进口段设置有压短管的无压隧洞，其底坡i一般应大于ik，水流由有压短管泄出，以后为高速明流，当下游水位不影响隧洞的泄流能力(水跃位于收缩断面的下游)时，其泄流量可按有压短管出流公式进行计算：式中：H为由有压短管出口的闸孔底板高程算起的上游库水深； b为隧洞进口闸孔底宽； e为闸孔高度(或开启高度)； hc为闸孔后的收缩水深，hce； 为有压短管出口的工作闸门或闸孔垂直收缩系数，当有压短管的顶部有倾斜压板且工作闸门全开时，按附表A5取值；当有压短管的顶部无倾斜压板时，按附表A6、附表A7取值； 为有压短管的流量系数，由下式计算： (10)式中： 为流速系数，一般约为0.97； c为收缩断面面积，cBe； i为自进口上游渐变流断面至有压短管出流后的收缩断面之间的任一局部能量损失系数； i为与i相应的过水断面面积； la为有压短管的长度； a、a、a分别为有压短管的平均过水断面面积及相应的水力半径及舍齐系数。当有压短管的顶部没有倾斜压板，工作闸门全开时，值可由附表5查取。附表A附表A1 隧洞局部水头损失系数名称图 形局 部 能 量 损 失 系 数断面突然扩大断面突 然缩小进口直 角 =0.50角稍加修圆 =0.20喇 叭 形 =0.10流线形(无分离绕流) =0.050.06切 角 =0.2581012152025k0.140.160.220.300.420.62圆 形 渐扩管1020406080100140k10.400.250.200.200.300.400.602/100.100.200.300.400.500.600.700.800.901.0K20.410.400.380.360.340.300.270.200.160.100圆 形渐缩管矩形变圆形渐缩管=0.05(相应于中间断面的流速水头)圆形变矩形渐缩管=0.10(相应于中间断面的流速水头)圆 形 缓弯管e/a0.10.70.80.90.050.040.02值相应于收缩断面流速水头,不包括门槽损失平板门门 槽=0.050.20(一般用0.1)弧开门附表A2 糙率n值表洞壁表面特征糙率n水泥抹面光 滑0.012一 般0.013粗 糙0.014混 凝 土 衬 砌0.0140.015浆 砌 块 石0.017干 砌 块 石0.020.025喷 混 凝 土0.020.03钢 板 衬0.011不 衬 洞光滑平整的表面0.0250.035锯齿形不规则表面0.0350.045附表A3 平底宽顶堰流量系数附表A3(a) 直角形翼墙进口的平底宽顶堰流量系数b/B0.00.10.20.30.40.50.60.70.80.91.0m0.3200.3220.3240.3270.3300.3340.3400.3460.3550.3670.385附表A3(b) 八字形翼墙进口的平底宽顶堰流量系数ctgb/B0.00.10.20.30.40.50.60.70.80.91.00.50.3430.3440.3460.3480.3500.3520.3560.3600.3650.3730.3851.00.3500.3510.3520.3540.3560.3580.3610.3640.3690.3750.3852.00.3530.3540.3550.3570.3580.3600.3630.3660.3700.3760.3853.00.3500.3510.3520.3540.3560.3580.3610.3640.3690.3750.385注：为扩散角附表A3(c) 圆弧形翼墙进口的平底宽顶堰流量系数/bb/B0.00.10.20.30.40.50.60.70.80.91.00.000.3200.3220.3240.3270.3300.3340.3400.3460.3550.3670.3850.050.3350.3370.3380.3400.3430.3460.3500.3550.3620.3710.3850.100.3420.3440.3450.3430.3490.3520.3540.3590.3650.3730.3850.200.3490.3500.3510.3530.3550.3570.3600.3630.3680.3750.3850.300.3540.3550.3560.3570.3590.3610.3630.3660.3710.3760.3850.400.3570.3580.3590.3600.3620.3630.3650.3680.3720.3770.3850.500.3600.3610.3620.3630.3640.3660.3680.3700.3730.3780.385 注：为圆弧半径附表A3(d) 斜角形翼墙进口的平底宽顶堰流量系数e/bb/B0.00.10.20.30.40.50.60.70.80.91.00.0000.3200.3220.3240.3270.3300.3340.3400.3460.3550.3670.3850.0250.3350.3370.3380.3410.3430.3460.3500.3550.3620.3710.3850.0500.3400.3410.3430.3450.3470.3500.3540.3580.3640.3720.3850.1000.3450.3460.3480.3490.3510.3540.3570.3610.3660.3740.3850.2000.3500.3510.3520.3540.3560.3580.3610.3640.3690.3750.385 注：斜角为45，直角边为e B 进口宽度 B 堰顶宽度附表A4 流量系数及水流收缩系数进口首部类型图形走廊式0.5760.715衣领式0.5910.726从填方斜坡伸出的管道0.5960.726进口首部类型图形具有边坡为1111.5的圆锥体的洞口式0.6250.735具有潜没侧墙的叭式(=30)填土边坡为11.50.6700.740附表A5 闸门垂直收缩系数及流量系数压板斜率1：11：41：51：60.850.8950.9140.9180.800.8620.8800.884附表A6 平板闸门水流收缩系数e/a0.10.20.30.40.50.6150.6200.6250.6300.645e/a0.60.70.80.90.6600.6900.750.80 注a为闸孔高度。附表A7 弧形闸门水流收缩系数 c/a e/a1.21.41.61.80.100.7000.7250.8000.8700.200.7000.7200.7700.7120.300.6950.7200.7470.7750.400.6900.7150.7320.7550.500.6900.7150.7300