段村水利枢纽课程设计说明书[1]

黄河水利职业技术学院段村水利枢纽工程设计说明书级：水工0701级指导老师：王勤香学号：名：孟素玉日： 2008.3.30简介水力学是研究以水为代表的液体的宏观机械运动规律，其在工程技术中的应用。 水力学包括水静力学和水动力学。研究了水静力学在液体静止或相对静止状态下的力学规律及其应用，探讨了液体内部压力分布、液体对固体接触面的压力、液体对悬浮体和潜在体的浮力和悬浮体的稳定性，解决了贮水容器、输水管、挡水构件、水中悬浮构件如池、水箱、水管、闸门。 堤坝、船舶等静力荷载计算问题。水动力学研究了液体运动状态下的力学规律及其应用，主要探讨了管流、明渠流、堰流、孔流、射流多孔介质渗流的流动规律及流速、流量、水深、压力、水工建筑物结构的计算，以解决给水排水问题。 公路桥涵、农田排水灌溉、水电、防洪、河流整治、港口工程水力学问题。随着经济建设的发展，水力学学科引出了一些新的分支，处理了特定条件下的水力学问题，如河流泥沙运动解决河床变迁问题的动床水力学、风浪解决防护结构动力作用和近岸底沙冲淤作用等问题的波浪理论等。本书适用于高等职业学校和高等专业学校的水电建筑工程、水利工程等专业水力学教育，也可作为水文水资源、水土保持等专业教育用书。因为编者水平有限，书的缺点和错误是不可避免的。 诚实的读者批评了。目录第一部分基本资料2第二部分计算设计部51 .确定水路断面52 .确定控制段在垂直水流方向上的宽度53 .管理渐变段的长度是否满足要求(扩散角度必须小于15 ) .4 .计算溢洪道水面曲线(按设计洪水水位计算) .5 .挑库的形状和尺寸(溢洪道出口河底高347米，岩石坚固，完整性差)116 .管理溢洪道是否符合放水要求(设计检查的两种情况)137 .根据放水孔下游的水流联络形式设计消力池尺寸14第一部分简介段村水利枢纽设计任务书段村水利枢纽工程位于颍河上游登封县境内。 把流域面积控制在94.1平方公里。 据水能计算，该中枢死亡水位为348米，最令人高兴的利水位为360.52米，相应的库存容量为1423.07万立方米。 设计洪水位为每50年363.62米，相应仓储容量为1998.36万立方米，溢洪道放水量为540立方米/秒，放水孔流出量为540立方米/秒，校核洪水位为500年一次364.81米，相应仓储容量为2299.68万立方米根据地形、地质条件初步制定了河流中的条件。1 .溢洪道溢洪道为六段结构，如(1)所示。1 .引渠段长120米，底坡i=0； 边坡1:1.5，混泥衬砌。2 .控制段采用平底坎宽顶堰，顺流长20米。3 .渐变段的截面为矩形，长60米，斜面1:50。4 .第I陡沟段断面为矩形，底宽40米，坡度下降1/200。 长五百九十六米。5 .第陡槽段截面的起始和尺寸与第一陡槽段相同，坡度下降1/8，长度下降40米。6 .选流消能段设计洪水时，下游尾渠水位选350.64米，下游河底海拔347.2米。2 .放水孔如图2所示，放水孔由11段构成。1 .进口段采用喇叭式塔式进水口，进口设有隔污栅，进水口底高342米，长10米。 进口局部水头损失系数。2 .闸室段形状为4米*4米矩形切口，长6米：闸槽=0.13 .渐变段的截面从4米*4米变为直径d=3.5米的圆形，长度10米：渐变段=0.054 .洞身段洞段d=3.5米，长170米。5 .第二阶段截面由圆形变为3.2米*3.2米的矩形截面，长度为10米。6 .洞后闸门底部海拔341米，长12米。7 .平坡段底宽3.2米，长7米。8 .扩散斜面段扩散角15、比降1:59 .消能段10 .扭转面：11 .尾渠底高337米，比0.001米，底宽14米，边坡1:1.5水力计算8 .确定水路断面。9 .确定控制段在垂直水流方向的宽度。10 .管理渐变段的长度是否满足要求(扩展角必须小于15 )。11 .计算溢洪道水面曲线(按设计洪水水位计算)。12 .制定坎的形状和尺寸(溢洪道出口河底海拔347米，岩石坚硬，完整性差)。13 .管理溢洪道是否符合放水要求(设计检验的两种情况)。14 .根据放水孔下游水流联络形式设计消力池尺寸。计算成果1 .提出计算结果，绘制概略图。2 .绘制溢洪道水面曲线。3 .写学水力学的体会和意见。第一部分：溢洪道的水力计算一、确定水路断面。1 .资料：梯形断面，边坡i=0，边坡1:1.5，混凝土衬里。已知设定为2.m=1.5I=0n=0.014q=540m3/sh=363.62-360.52=3.1 V允许=2.53.0m/s要使用的表达式： A=(b mh)h Q=VA解：设定V=2.8 m3/s A=192.86m2b=-mh=57.56mb=57.56m是梯形截面的宽度。二、确定控制截面垂直水流方向的宽度1 .平底切开宽堰，沿流长20米已知设定为2.q=540 m3/s=0.951=2.8m/sb0=57.56 m要使用的表达式： Q=(1)H0=H (2)(3)解：假定导水路段为自由径流，淹没系数=1.0流量系数m=0.385、=0.98根据式(2)H0=H=3.1B0=b mh=57.56 1.53.5=62.21m式(1) :用q=求出：把b代入式(3)齐墩果酸为圆弧形，a0=0.10使用迭代法，如下表所示再次代入式(1)0.9800.9670.968b(m )49.3750.0449.98最后计算b=50m三、管理渐变段的长度是否满足要求(扩散角必须小于15 )。解： Tana=计算中a=4.715管理渐变段的长度应满足扩散小于15的要求四、计算溢洪道水面线曲线(按设计洪水位计算)。由水流变化规律可知水深为临界水深hk。 控制段水流的单幅流量，断面为矩形时临界水深1 .计算渐变段的水面线分析：该段为非棱柱体明渠，首先按工艺分割通道，计算截面尺寸。 由于该收缩截面较短，因此分为s1=s2=30m两个阶段。渐变段水面线计算简图根据几何关系，2-2截面的底宽为45m，利用公式进行计算，求出中间截面2-2水深h2和出口截面水深h3. 为了便于计算，把上式改写为进口端面1-1的水要素：溢洪道为急流，水面线总趋势2-2断面水深小于1-1断面水深，因此2-2断面水深h2=1.888m时，同样计算2-2断面的各水力要素，然后见附表1渐变3-3截面水深h3=1.931m是第I陡坡部分的控制水深。2 .计算第I陡沟段水面线；第I急沟段属于棱柱体信道，可以用棱柱体信道的水面线计算进行。(1) .判断水面线的种类。基于公式采用试验算法计算正常水深h0。其中，Q=540 i=0.005 n=0.014槽底宽度b=40m先取h0=1.0mA=b*h0=40.000*1=40.000mX=b 2*h0=40.000 2=42.000m米R=A/X=40.000/42.000=0.952m设h0=1.2m、1.5m、1.869m，其计算结果如附表2所示。附表2估算为正常水深h0=1.869mq=540/40=13.5m米临界水深由此可知，第I陡坡沟段正常水深h0=1.869m 临界水深hk=2.649m，该段为陡坡，该段的最初水深h=1.931m，为b2型水面曲线。3 .计算第II陡沟段水面线；第II急沟段属于棱柱体通道，可以用棱柱体通道的水面线计算进行。(1) .判断水面线的种类。基于公式采用试验算法计算正常水深h0。其中，Q=540 i=0.125 n=0.014槽底宽度b=40m先取h0=1.0mA=b*h0=40.000*1=40.000mX=b 2*h0=40.000 2=42.000m米R=A/X=40.000/42.000=0.952m使h0=0.8m、0.6m、0.696m，估算结果如附表4所示。估算为正常水深h0=0.696m因为q=540/40=13.5m临界水深。由此可知，第II陡坡沟段正常水深h0=0.696m 临界水深hk=2.649m，该段为陡坡，该段的最初水深h=1.873m，因此为b2型水面曲线。(5)制作出挑库形状和尺寸(溢洪道出口河底高347米，岩石坚硬，完整性差)，计算出挑库距离，管理是否满足稳定的要求。分析腹泻设计洪水时，选择下游水位350.64m，下游河底海拔347.2m。 由于鼻甲适当的拾取角为1535，所以经验上一般设为R=(410)h解：1.根据索格条件计算以下数据。拾取角为23，电弧半径： R=8h=81.093=8.744m下游水深：=350.64-347.2=3.44m米挑库海拔：=360.52-600.02-0.005596-0.12540 (r-rcos 23 )=360.52-1.2-2.98-5 (8.744-8.7440.921 )=352.03m米上游水位和挑库高度： S1=363.62-352.03=11.59m坎高： a=352.03-347.2=4.84m米sin23=0.391 cos23=0.9212 .计算空中挑库单宽流量：流能比：流速系数：空中间距：3 .估计坑深度ts因岩石坚硬，完整性差，选择k=1.35Z=363.62-350.64=12.98m米4 .计算水中的沥青短距离校核冲刷孔对坎深度的影响：124；所以，即使洗洞，也不会威胁切片的安全。六、控制泄洪孔是否满足泄洪要求已知n=0.014(1)判断水流h=363.62-342=21.62毫米a=3. 5毫米因为H/a=21.62/3.5=6.18 1.5因此，泄水孔是有压力的。进口段始端为1-1截面，第ii渐变段终端列能量方程式H0=Z V2/2g hf hjH0=363.62-341=22.62m Z=3.2m所以呢取得：=13.34m/sV2七、控制泄洪洞是否符合要求。(1)判别放水孔的污水流联络形式；出口段和消力池段为相同宽度矩形截面，下游边坡为i=0.001以1-1截面和2-2截面以下的下游底部标高底面为基准面。 列能量方程式为：(1)从坡到1:5，扩散角为平坡宽度为3.2m，为：B=13.92，代入(1)式：整理成了：用反复法计算=0时从=0.4865开始依次代入=0.4978 .基于水跃式的共轭水深=用截面求临界水深：用试验算法计算下游水深=1.8m底宽为13.92m时在这种情况下，重试流量远小于设计流量读取=1.81、1.82、1.83=1.83时为90因此设为=1.83因此，该段发生了远驱式水跃，为了控制水跃的位置，必须减少扩散段的长度在下游建设挖掘式消力池。(二)、深挖式消力池的水力计算1 .计算消力池的深度d下游河流槽中流速3.0m/s估计水深d=fufu 3.