溢洪道设计24页

1、水力学课程设计目录前言.1第一章 水力学课程设计基本资料第一节 绪论.2第二节 溢洪道的基本资料.2第三节 泄洪洞的基本资料.3第二章 溢洪道的水力计算第一节 确定引水渠断面.4第二节 确定控制段垂直水流方向的宽度.5第三节 校核渐变段长度是否满足要求.9第四节 计算溢洪道水面曲线.9第五节 拟定挑坎形状和尺寸及其校核.13第三章 泄洪洞的水力计算第一节 验算泄洪洞是否满足泄洪要求.15第二节 判别泄洪洞下游水流衔接形式、设计消力池尺 寸.17附录 溢洪道布置示意图.20 泄洪洞布置示意图.21 溢洪道水面曲线简图.22总结.23前言水力学是一门专业技术基础课。是高等职业技术教育水利类各专业的

2、支撑性课程，为了使学生掌握水力学。学好水力学，本书主要编写了段村水利枢纽的设计计算过程，该过程点概了水利类各专业需要的基本知识。根据各主业的需要，可适当调整。水力学试验在水力学学科中占有重要的地位。为提高实践技能，本书介绍了段村水利枢纽 的基本试验过程。通过该过程的练习，使学生能理论联系实际，掌握水力学试验的方法和步骤。水力学试验也是水力学课程考核的重要内容，应引起重视。本书把计算和试验结合在一起，能使同学对水力学有个更新的认识。本次设计与计算是水工0708班邓亮亮经过一个星期的努力完成的。在此期间得到了田老师的大力指导和帮助，在此表示感谢。同时因时间仓促，设计中的缺点和错误在所难免。望老师和

3、同学们予以批评指正。计算者：邓亮亮整理编辑：邓亮亮编者2009年4月第一章水利学课程设计基本资料第一节 绪论段村水利枢纽工程位于颖河上游，登封县境内。控制流域面积94.1平方公里，根据水能计算。该枢纽死水位348米。最多兴利水位360.52米。相应库容1423.07万立方米。设计水位安50年一遇363.62米。相应库容为1998.36万立方米。溢洪道泄洪量540万立方米每秒。泄洪洞泄流量为90立方米每秒。校核洪水位按500年一遇，为364.81米。相应库容为2299.68万立方米，溢洪道泄流量800立方米每秒。泄洪洞些流量为110立方米每秒。根据地形地质条件和水利条件初步拟定。第二节 溢洪道基

4、本资料溢洪道有六段组成。如附图一所示1. 引水渠 长120米底坡i = 1:5 混凝土衬砌。2控制段 采用平底宽顶堰， 顺水流长度20米。3渐变段 断面为矩形，长60米。底坡1: 50 。4第陡槽段 断面为矩形，底宽40米，坡降为1/200，长596米。5第陡槽段 断面开头及尺寸同第陡槽段，坡降1/8，长40米。6挑流坎消能 下泄设计洪水时 ，挑坎下游尾水渠水位350.64米。下有水位高程347.2米。第三节 泄洪洞泄洪洞由11段组成,如附图二所示。1进口段 采用喇叭形塔架式进水口,进口设拦污栅=0.15口底部高程342米,长10米.进口局部水头损失系数=0.1。2闸室段 形状为4米4米矩形断

5、面,长6米； 门槽=0.13渐变段 断面由4米4米变为直径d=3.5米的圆形,长1米； 渐变段=0.05。4洞身段 洞段d=3.5米,长170米。5第二渐变段 断面由圆形变为3.2米3.2米的矩形断面，10米。6. 洞后闸室段 底部高程为341米,长12米。7. 平坡段 底宽3.2米,长7米。8. 扩散斜坡段 扩散角,比降1:5。9. 消能段hc=,10. 扭曲面：11. 尾水渠 底部高程337米,比降0.001米,底宽14米,边坡1:1.5。水力计算1. 确定引渠段面。2. 确定控制段垂直水流的宽度。3. 验算渐变段长度是否满足要求(扩散角应小于)。4. 计算溢洪道水面曲线(按设计洪水流量计

6、算)和各断面掺气水深。5. 拟定挑坎形状和尺寸(溢洪道出口河底高程347米,岩石坚硬,完整性较差)。计算挑距,验算是否满足稳定要求。计算成果1. 交计算成果，并绘制简图。2. 绘制溢洪道水面曲线。3. 写出学习水力学的体会和意见。第二章 溢洪道的水力计算第一节 确定引水渠断面一、形式引水渠断面底坡i=0 ,边坡1:1.5的梯形断面.如图所示二、确定尺寸V=2.53.0 A=(B+mh)h m=1.5H=363.62360.523.1 A=(B+mh)h =(b1.53.1)3.1 当Q为设计流量时，即：Q=540m3/s，由A= ，可得 (B +1.53.1)3.1=540/2.4 可得B=6

7、8m 当Q为校核流量时，即：Q=800m3/s，由A= ，可得 (B +1.53.1)3.1=800/2.4 可得B=71.27m 综上可知：引渠底宽B=71.27m.第二节 确定控制段垂直水流方向的宽度一 确定堰宽计算公式：因为=20，h=3.1，4/h=6.6710，所以为宽顶堰自由出流，淹没系数。泄洪量Q=540侧收缩系数，由于此段为平底坎宽顶堰，上游堰高，故流量系数设H0h=3.1由公式 得 540=1.0*0.385*0.96*b*b=60.5m 即为堰宽。二检验尺寸是否合理 一、确定堰前水深。圆弧型进口：B0=B+mh=75.92 b/B0=0.8 上游引水渠水面宽度B1= 故圆弧

8、半径 由b/B0=0.8，查表8-7得：Q=540b=60.5M=0.367v2/19.6=0.293878H0HQ3.12.806122536.52753.1052.811122537.82613.112.816122539.12573.1152.821122540.42643.122.826122541.72813.1252.831122543.03093.132.836122544.33473.1352.841122545.63953.1133612.82540=0.367*1.0*60.5*由于泄洪量Q=540，因此可确定堰前水深H=2.82m. 二、推引水渠段水面线1判别水面线类型该

9、渠道正常水深引水渠图 2-2由得：临界水深HK=2.01m，因 因此为型水面线。2、水面线计算引水段计算简图如图2-2所示1-1断面：=2.82m. 则=（60.5+1.52.82）2.82=212.91 m断面比能 1-1断面的水力要素：=60.5+22.82 混凝土衬砌，糙率n=0.014 设2-2断面 同理可得 断面比能1-1断面和2-2断面的比能差： 2-2断面的水力要素： 两断面水力要素的值： 平均水力坡降： 引水渠段长度： 由引水渠段长120m,故所设的2-2断面水深不符合，应重新设并计算。计算结果见表2-1计算表21故引水渠2-2断面水深为2.873m、校核库水位2-2断面与 3

10、-3断面列能量方程：计算简图见图2-2。由于2-2与3-3断面非常接近，可近似认为因水库进口处稍微修圆，查表4-3得局部水头损失系数取0.20库水位=Z+360.52=2.923+360.52=363.44m由上可知所求库水位满足要求，即确定的尺寸合理。第三节 校核渐变段长度是否满足要求图2-364.4666校核渐变段长度是否满足要求，也就是验算渐变段的扩散角是否应小于15（见简图2-3）。已知渐变断面为矩形，长60m，底坡1:50Q=tan= =9.65 15故渐变段长度满足要求。第四节 溢洪道水面线推算4064.46一、渐变段水面线推算 单宽流量 q = /s332211 h= h=（见图

11、24）1:50 h =2.3m =32m =28m图2-4 11断面的水力要素： A=bh=60.462.0=120.92m x=b+2h=60.46+22.0=64.46m R = C= V= 11断面比能 E=h+2.0+1.0 = 3.0 m 设22断面的水深 h=1.85m 则 b= A=bh=1.8550.23 = 92.916mX=b+2h= 50.23 +21.85 =53.93m R=C=V= 22断面比能 11与22断面比能之差 平均值 C=V=R= 平均水力坡降 J=11与22段的长度 可近似认为h,满足。由11，22，33断面的水深可画出水面线，见附图三。二、第一陡槽段水

12、面线的推算已知断面为矩形，底宽40米，坡降1/200，长596米。见图（25）。596m22331:200 1判别水面线类型（1）计算正常水深11糙率 ，设 则 图2-5 X = 因不合要求，应重设。计算过程见表12列表计算结果表121.907643.81.73578.35801.8774.843.741.7178.11540.251.857443.71.69377.98530.92由表可知，正常水深。(2)计算临界水深 单宽流量 由于，故底坡为陡坡，有实际水深2.3，故此段水面线为型水面线。2、水面线的计算 将该陡槽段分为11，22，33断面（见图25）。计算结果表表13断面1-12.392

13、5.871.764.060.2144.62.0680.596.231.9679.93.01051052-22.05826.592.224.2744.11.8679.210.306.951.7878.594.36491.8596.83-31.85747.302.724.5743.71.6977.96由表1-3结果可知，1-1至3-3断面的总长度为596.8m,而渠道长为596m,故第一陡槽段末的水深为1.85m.三、第二陡槽段的水面线推算第二陡槽段的水面线可由两端水深直接画出。经计算第二陡槽段末的水深为h=1.08m.第五节 拟定挑坎形状和尺寸及校核一、拟定挑坎形状和尺寸1、形式：连续式2、尺寸

14、：初步拟定=30，挑坎高程350.64m 反弧半径 R=(410)h h=1.08m 故R=71.08=7.56m根据所给数据算出下列数据 上游水位与挑坎顶点高差 坎高 上游水深 Sin30=0.5 cos30=0.87(1)计算空中挑距 流能比 流速系数 故空中挑距 =（2）估算冲刷坑深度 因岩基坚硬完整性较差，选K=1.25 (3) 计算水下挑距 总 挑 距 ： 3 、校核冲刷坑对坝身的影响 由于，故可以认为冲刷坑不会危及坝身安全。第三章 验算泄洪洞是否满足要求第一节 计算泄洪洞的泄流量Q是否大于等于90 进口段与出口段闸室段列能量方程，见附图2。 H= 又知 H=363.62-342=2

15、1.62 m,=3.2 m. 由连续方程得 Q= 则： =0.64，=1.06=，=m（1）进口段 （2）闸室段 （3）渐变段 h=L=0.0015V h=0.05V=0.0018 V(4)洞身段 =（1）=0.0644 h=L=170 V=0.0447 V h=0.0644=0.0037 V(5)第二渐变段 h=L=0.0025 Vh=0.05=0.0026 V=0.05 V=0.0166 V21.62=3.2+0.05 V+0.0166 V 18.42=0.11762 V V=156.61 故V=12.51Q=AV=12.5110.24=128.10由于Q 90 因此泄洪洞满足泄洪量要求。

16、第二节 判别泄洪洞下游衔接形式并设计消力池尺寸一、判别泄洪洞下游水流衔接形式1求断面的水深 求得B=13.92m 所以所以 用迭代发计算先忽略,则由上式可得:m,故取 =0.43m. 2、相应于单宽流量的临界水深为共轭水深为 m3、计算通过试算法计算. 设=2.8mm 则A=(14+2.8故取=2.8 ，应为。因此该段能产生远驱式水跃。为了控制水跃位置，减少保护段的长度在下游建立挖深式消力池。二、挖深式消力池的水利计算1计算消里池的深度d 下游流速 V估算池深 取水面跌落=0.3363-0.1126=0.2237m则消力池的深度d=1.66m2.计算消力池的长度水跃长度按由 得 用迭代法可计算

17、出 m m故取故消力池的长度为20.83m。总 结水力学是一门专业技术基础课，为了使同学们掌握水力学，学好水力学，并且能熟练的应用到水利工程中，所以这学期我们开设了理论与实践相结合的这门课程，特别在这次课程设计中，我们更是受益匪浅，在这里，我们八班对田老师表示由衷的感谢！在这次课程设计中，不但学到了不少新的知识，更重要的是让我们理解了团队精神和成功之后的那份喜悦心情。在田老师的精心安排下，我们班的小组随意组合，为的是相互寻找缺点，以使成果更加完美，在指导教师讲解完相关知识和注意事项以后，我们组分工明确，各取所长。其实，每个同学都有自己的优点和不足，老师让我们随意组合，就是让我们每个同学都参与进去，融入集体，说出自己的想法，使我们的设计成果精益求精，并且时间有限，如果一组几个人没有团结精神，设计成果一定不能按时完成，所以我们都投入了极大的热情，在规定的时间内以优异的成绩完成了这项任务。在设计过程中，难免会遇到各种的困难，面对这些困难时，我们也产生过放弃的念头，但我们一次又一次的说服自己不要放弃，因为放弃就意味着以前的努力都白费了，我们不甘心。我们坦然