水工隧洞水力计算

水工隧洞水力计算的内容，一般有：泄流能力计算、水头损失计算、绘制压坡线（有压流）、水面线的计算（无压流）。1、泄流能力水工隧洞泄流能力计算，分有压流和无压流两种情况。实际工程中，多半是根据用途先拟定隧洞设置高程及洞身断面和孔口尺寸，然后通过计算校核其泄流量。若不满足要求，再修改断面或变更高程，重新计算流量，如此反复计算比较，直至满意为止。（1）有压流的泄流能力有压流的泄流能力按公式（1）计算： (1) 式中Q泄流量；流量系数；A隧洞出口断面面积；g重力加速度。 式中 H出口孔口静水头； 隧洞进口上游行近流速水头。流量系数随出流条件不同而略有差异，自由出流和淹没出流分别按公式（2）和公式（3）计算： (2) (3)式中 A隧洞出口断面面积； A2隧洞出口下游渠道过水断面面积； j局部水头损失系数；Aj与j相应流速之断面面积；Li、Ai、Ri、Ci某均匀洞段之长度、面积、水力半径和谢才系数。上述泄流能力计算公工适用于有压泄水隧洞，对发电的有压引水隧洞，其过流能力决定于机组设计流量，即流量为已知，要求确定洞径。（2）无压流的泄流能力无压泄水隧洞的洞身底坡常大于临界坡度，洞内水流呈急流状态，其泄流能力不受洞长影响，而受进口控制，若进口为深孔有压短管，仍可按公式(2)和公式(3)计算，而忽略其沿程水头损失（根号中的最后一项）。表孔堰流进口的斜井式无压隧洞，其泄流能力由堰流公式计算： (4)式中 侧收缩系数；m流量系数；B堰顶宽度（m）；H0包括行近流速水头的堰顶水头。流量系数和侧收缩系数与堰型有关。为保证曲线堰面与斜井底板有准确的切点，使过水表面平整，建议采用WES标准剖面堰型，其曲线方程和有关计算参数可参见武汉水利电力学院编的水力计算手册。隧洞的水头损失包括沿程水头损失和局部水头损失，其计算方法可参见武汉水利电力学院编的水力计算手册。2、绘制压坡线连接隧洞沿程测压管水头，即得有压隧洞的压坡线。设计时应根据隧洞可能的支运行条件绘制最高和最低压坡线。前者供确定隧洞各段的最大设计内水压力，后者用以检验洞内会否出现负压力。绘制压坡线的步骤如下：1）根据水流连续方程计算隧洞沿程各不同断面的流速；2）逐段计算沿程水头损失和各项局部水头损失；3）从隧洞出口断面底板高程为基准的隧洞进口总水头中，自上而下沿程逐段逐项累减各项水头损失，得各转换断面上的总水头；4）从各转换断面的总水头中减去相应的流速水头，得各转换断面上的测压管水头，连接各测压管水头，即得隧洞沿程压坡线。以隧洞进口上游最低运行水位为准算出的压坡线，若出现低于隧洞洞顶高程者，说明该段洞身将发生负压，通常情况下，不允许隧洞在负压上运行。降低隧洞高程，加大隧洞洞径，收缩隧洞出口断面尺寸，以及改善出口体型，均可提高洞身压力，达到消除负压之目的。3、水面线的计算明流隧洞的过水断面多为矩形，计算水面线较为简便的方法是直接分段求和法。对两相邻过水断面建立能量方程式可得 (5)式中 x隧洞沿程分段长度； E两相邻断面之比能差，E=E2-E1； ib洞底坡度； if能线坡度，； E比能， ； y断面水