水力学课程设计

1、水力学综合练习计算书指导老师：x x x学生姓名：x x x学号：x x x 班级： x x x xx年xx月目录 前言 .21、 目的和意义.22、 计算内容.23、 工程资料.24、 练习任务45、 计算过程.4前言 水力学是一门技术基础课，该课程具有理论性强、公式多、水流运动型太复杂、与工程实际联系密切等特点。为了加深同学们对水坝水闸的认知和理解，而已让同学们去自已去设计并进行计算。 之所以进行水力学实训，进行水库，河岸溢洪道的设计与校核。就是为了加深同学们动手设计实践能力，对水库，水坝工程项目进一步研究！这对于深化巩固所学过的理论知识，加深对有关公式及图表的实用范围和使用方法的印象，培

2、养灵活运用知识，独立解决实际问题的能力，初步了解工程设计中水力计算的基本内容，调动和提高学习专业课的积极性，为水工专业课和实践能力的培养打下牢固的基础有着十分重要的意义。 因而对于这次实训，希望同学们能够做到人人动手实践，动手计算，对水库的加回水曲线的计算要认真落实，校核。并对河岸溢洪道的水力计算，闸门的运用情况，进行设计，验证，是否达到安全程度。相信同学们会好好的认真对待这次水力学实训。1、目的和意义 水力学是一门技术基础课，该课程具有理论性强、公式多、水流运动型太复杂、与工程实际联系密切等特点。而这些也给我们带来学习的困难，在每一章内容中除了阐明水力学基本原理之外，只是解决一两个水力学问题

3、，在实际工程中的水利学计算，一般包括几类水力学问题。因此，在理论课结束后，安排一定的时间，对同学们进行一次较全面，较系统的理论联系实际的训练，让同学们综合运用所学过的知识，去解决实际生产课题，是十分必要的。这对于深化巩固所学过的理论知识，加深对有关公式及图表的实用范围和使用方法的印象，培养灵活运用知识，独立解决实际问题的能力，初步了解工程设计中水力计算的基本内容，调动和提高学习专业课的积极性，为水工专业课和实践能力的培养打下牢固的基础有着十分重要的意义。给我们初步了解工程设计中水利学计算的基本内容，对我们水工专业课和实践能力具有十分重要的意义。2、计算内容 1、水库的回水（水面）曲线计算 2、

4、河岸溢洪道的水力计算3、工程资料 某水库以灌溉为主，结合防洪、供水、和发电、设计带弧形闸门的驼峰堰开敞式河岸溢洪道。 3.1水库设计洪水标准 本水库的水工建筑物为级工程，相应设计洪水标准为： 百年一遇（p=1%）设计 相应设计泄流量q=633.8 相应闸前水位为25.39米 相应下游水位为4.56米千年一遇洪水（p=0.1%）校核相应校核泄流量q=752.5相应上游水位为26.3米相应下游水位为4.79米正常高水位为24.0米，迅前限制水位22.9m ，水库上游河道断面实测资料见附表；河道糙率n=0.044、 溢洪道的有关资料驼峰剖面选用广东省水科所1979提出的形式（参阅武汉水院水力学教研室

5、编的水力计算手册，p156图3-2-16a堰流量系数 堰顶设两扇弧形闸门，转轴高程23.2m；溢洪道共两孔，每孔净宽限10米； 闸墩头为圆形，墩厚2米；边墩为半圆形；混凝土糙率可取 n=0.0120.015； 堰顶高程为了18.70米；堰底高程为了17,45米； 堰后设陡段边墙高度要求比掺气水深超高2米；溢洪道纵剖面、平面示意图（见图2）5、 其它资料 溢洪道下游河床高程为0.00米；溢洪道下泄流量下游水位关系曲线见表1；挑不出去的流量q=35m/s;水库上游河道断面实测资料见表2；河道糙率n=0.04;下游河道岩石弱破碎，冲刷坑系数k=1.6；水库下游无防洪任务。 闸门运用情况；洪水来临，用

6、闸门控制下泄流量等于进库流量，保持汛前限制水位不变；当闸门底提升到汛前限制水位22.9米时，闸门全开。表一溢洪道下泄流量下游水位关系下游水位（米）下泄流量（）4.79752.504.56633.804.50600.004.40500.004.30400.004.22350.004.00300.003.30200.002.15100.001.2050.001.0035.00表2 上游河道断面实测资料断面号距离(米)水位(米)过水断面a()水面宽b(米)1-1（坝前第一断面） 3700 24001800240024.5 1005169.16 25.0 1087 172.25 25.5 118217

7、5.36 26.0 1272 178.47 26.5 1372 181.58 2-225.0 762112.20 25.5 822113.88 26.0 882 115.56 26.5 942117.24 27.0 1002120.20 3-325.5 743 108.80 26.0 805110.50 26.5 867112.20 27.0 929113.50 4-426.0 601112.33 26.5 655120.92 27.0 709129.51 27.5 774138.80 5-526.5 801128.39 27.0 884131.32 27.5 967134.00 28.0 1

8、062139.50 任务二： 分析溢洪道水平段和陡坡段的水面曲线形式，考虑高速水流掺气所增加的水深中，算出陡坡段边墙高。边墙高按设计洪水流量设计，校核洪水流量校核；绘制陡坡纵剖面上的水面曲线。（二）计算过程： 根据水面曲线的性质判别各坡段水面曲线的型式，然后按百年一遇洪水流量，采有分段求和法和计算各坡段水面曲线，在此基础上，考虑掺气水深的影响。（一）水平段(i=0，水平长度l1=20m)（1） 该水库按百年一遇洪水为设计标准：p=1设计洪水位25.39m,泄流量q633.8m3/s。 下流堰高：p=p=18.70-17.45=1.25m 堰上水头:h=25.39-18.7=6.69m 堰流量系

9、数：=0.19hc=3.625m则其水跃长度=6.9=6.9(5.922-3.625)=15.849m水平段：（i=0,=0,=0.95,q=633.8m/s）假设总长l故曲线在c区，属c0型水面曲线。（2）用分段求和法计算c0型壅水曲线，以闸后收缩断面为控制向下游推算，将渠道分成五个断面：由此可得：a=bh =4h+b r= c=r v= es=h+ = l=上式中：b为泄洪闸的陡坡的宽度，为该断面的湿周，a为过水断面的面积， r为水力半径,es为断面比能，为流段内的平均水力坡降，l为流段长度。 r为水力半径,es为断面比能，为流段内的平均水力坡降，l为流段长度。用不同的h值试算，列于下表：

10、（表 2）流段号havxrci-esesll13.62572.58.7423.89934.52.10180.8390.00550.00550.00540.00540.00550.00550.00540.00547.5240.006870.007940.006730.006671.251.251.251.251.2381.4371.2251.21923.63172.68.7273.88634.522.10380.8537.51733.63872.768.7113.87134.552.10680.8677.50943.64472.888.6963.85934.572.10880.8807.5025

11、3.6573.08.6823.84634.62.11080.8937.49655.121由上表可知，水平段：（i=0,=0,=0.95,q=633.8m/s）总长l=5m15.849m,故假设成立。故曲线在c区，属c0型壅水曲线。第一陡坡（1：10）1、 判别水面曲线：ko=2004.3 m/s 用以下公式：a=bh =4h+b r= c=r v= k=ac；试算ho如下表：（表 3）试算hoqbhoavxrckko=2004.3633.8221.124.2026.19034.99524.21.00071.4281728.571633.8221.4531.9019.86820.14024.91

12、.28174.4392687.758633.8221.226.4024.00729.40624.41.08272.3721987.4633.8221.2627.7222.86426.67224.521.13172.902148.723633.8221.2427.2823.23327.53924.481.11472.7292094.458（图 1）由曲线表图可查得：ko=2004.3 m/s，对应的水深即为正常水深ho=1.26m, 单宽流量q=q/b=633.8/22=28.81临界水深：又因为ho=1.26m,h=4.39m, 因而故渠道为陡坡，又因为 ho=1.26 h=3.625 hk,

13、 所以该水面曲线在b区，陡坡1的水面曲线为b型曲线。2 用分段求和法计算水面曲线，计算同水平段般例表得：（表 4）计算同水平段般例表得：（表 4）陡坡havxrci-esesll53.6580.307.8933.17829.32.74184.4980.00360.00450.00550.00670.00840.0960.0950.0950.0930.0916.8280.2954.04.04.04.04.03.0583.0834.21424.2715.82763.3573.708.5993.77328.72.56883.5867.1230.29473.1569.309.1454.26728.32

14、.44882.9277.4170.39882.9564.909.7654.86627.92.32682.2207.8150.39892.7560.5010.4765.59927.52.20081.4598.3490.533102.5556.1011.2976.51227.12.07080.6379.0620.71320.454第二陡坡段：（i=1:3.02）长度为20.00m，其宽度为22m,流量不变. 水面曲线的分析：首先计算其正常水深h0,且ko=1101.4m/s,取用试法。a=bh =4h+b r= c=r v= k=ac 列表得：（表 4）列表得：（表 5）试算koqbhavxrck

15、ko=1101.4 633.8221.022.00 28.80942.34524.00.9166670.40021482.867633.8220.817.60 36.01166.16423.60.7457668.02031033.836633.8220.919.80 32.01052.27823.80.8319369.27131251.015633.8220.8618.92 33.49957.25423.720.7976368.7871162.333633.8220.8418.48 34.29660.01323.680.7804068.53701118.89（图 2）算出ho=0.83m,7m

16、/s时需考虑掺气水深，在此基础上设计边墙。以第一陡坡段55断面计算掺气系数k=0.005 h5=3.65,v5=7.89,r5=2.741含水比= ,掺气水深：ha= 3.65/0.989=3.69 陡坡边段边墙高度要求比掺气水深超高2米。h= ha+2 m =3.69+2=5.69m从第一陡坡第5断面开始计算至第16断面：（表 7）断面 号掺气水深hvrha超高(m)设计边墙高53.657.8929022.7406140.9885353.69233125.69233163.358.5997292.5679440.9855193.39922473.159.1457432.4487630.982

17、8713.20489782.959.7657942.3261650.9795113.01170892.7510.476032.20.975182.819992102.5511.297682.0701110.9695022.630218102.5511.297682.0701110.9695022.63021824.630218112.2512.804041.8679250.957142.350754122.0514.053221.7279690.9449012.16954131.9115.083291.6274210.9334242.046229141.7916.094461.5394840.

18、9209411.943665151.716.946521.4724410.9094961.869167161.6317.674291.4196360.8990651.812995所以陡坡第一段的边墙高设计值为：5.69m, 第二段边墙高设计为：4.63m.按校核洪水流量校核：该水库按千年一遇洪水为设计表准：p=0.1设计洪水位26.3m,泄流量q752.5m3/s。p=p=18.7-17.45=1.25m h=26.3-18.7=7.6m=0.190.24m=0.385+0.171()=0.442q=q/b=37.625 查表:=0.7,o=0.25该溢洪道有2孔，每孔净宽为10m,侧收缩系数

19、:=1-0.2+(n-1)o= 1-0.20.7+(n-1) 0.25x =0.936ho=()=7.74m 取ho=7.5mvo=q/h=5.017 m/s eo=ho+p=7.5+1.25=8.75meo=hc+ hc= =80.03试算,hc=0, hc=3.024mhc=3.024m , hc=3.739mhc=3.739m , hc=3.996mhc=3.996m , hc=4.103mhc=4.103m , hc=4.150mhc=4.150m , hc=4.171mhc=4.171m , hc=4.180mhc=4.180m , hc=4.185m故:hc=4.185m则计算过程

20、同设计时相同，列表得：水平段：（表 8）流段号havxrci-esesll14.18583.700 8.9904.12336.742.27881.9350.005290.005320.005340.005360.005290.005320.005340.005368.3080.00680.00610.00690.00601.251.251.251.251.2891.2961.3031.12324.17883.560 9.0054.13736.7122.27681.9228.31534.17183.420 9.0204.15136.6842.27481.9108.32244.16483.280

21、9.0354.16536.6562.27181.8978.32954.15883.160 9.0484.17736.6322.27081.8868.33555.013第一陡坡段：（表 9）试算koqbhavxrckko=2380 752.5221.124.200 31.0950449.3317124.2171.428571728.571752.5221.4531.900 23.5893428.3906724.91.28112474.439572687.758752.5221.226.400 28.5037941.4523424.41.08196772.372621987.4752.5221.2

22、828.160 26.722336.4327224.561.1465873.075652203.472752.5221.3429.480 25.5257833.2431424.681.19448973.575922370.578（图 3）（表 10）陡坡havxrci-esesl54.15891.476 8.2263.452530.33.01785.8640.003550.004490.005320.006380.008160.096440.095500.094670.093610.091817.61050.38440.29150.38230.38230.49683.98303.05484.0

23、3954.08505.410563.7582.500 9.1214.24429.52.79684.7837.994773.5578.100 9.6354.73629.12.68384.2038.286483.3573.700 10.2105.318928.72.56783.5868.668993.1569.300 10.8586.01528.32.44882.9279.1657102.8562.700 12.0017.34827.72.26381.84710.19820.573第二陡坡段： （表 11）试算koqbhavxrckko=1308 752.522122.000 34.2045559

24、.69137240.91666770.40021482.867752.5220.817.600 42.7556893.2677723.60.74576368.020331033.836752.5220.919.800 38.0050573.6930523.80.83193369.27131251.015752.5220.9520.900 36.0047866.1400323.90.87447769.849511365.161752.5220.9320.460 36.7790869.0153523.860.85750269.621681319.07（图 4）陡坡2havav/2gxrcj-i-j

25、-esesl102.8562.70 12.0017.34827.72.26381.8470.0112910.0151810.0189370.0227220.026970.031830.319830.315940.312180.308400.304150.2992910.19881.53081.42901.27281.32371.45051.56284.78644.52294.07704.29214.76905.2217112.5556.10 13.4139.17927.12.07080.63711.7297122.3551.70 14.55510.80826.71.93679.74513.15

26、87132.2148.62 15.47712.22126.421.84079.07114.4315142.0945.98 16.36513.66526.181.75678.45815.7552151.9843.56 17.27515.22525.961.67777.86317.2058161.8841.36 18.19316.88825.761.60577.29318.768627.669（表12）校核边墙高：（表 13）断面 号掺气水深hvrha设计边墙高54.1588.2262013.0174170.9886874.2055765.69233163.759.1212122.796610.9

27、850493.80691873.559.6350832.6838490.9826583.61265183.3510.210312.5679440.9797083.41938793.1510.858592.4487630.9760233.227385102.8512.001592.2635380.9685552.942529102.8512.001592.2635380.9685552.9425294.630218112.5513.413552.0701110.9575392.663078122.3514.555131.936330.947132.481179132.2115.477171.84

28、02730.9377242.35677142.0916.365811.7563030.927812.252617151.9817.275021.6779660.9168092.159665161.8818.193911.605590.9048242.077751因为校核边墙高ha0.24所以：mo=0.414()=0.448 =1-0.2+(n-1)o=0.9601q=mobh=327.84 m/s当z不断变化取值时，q有不同的数值：（表 16）bszhp/hmoq20122.94.20.2976190.96010.448041327.843120123.14.40.2840910.95820

29、.449402351.907220123.34.60.2717390.95630.450706376.515220123.54.80.2604170.95440.451959401.651220123.750.250.95250.453163427.299820123.95.20.2403850.95060.454324453.446520124.15.40.2314810.94870.455443480.077620124.35.60.2232140.94680.456524507.1798根据以上数据绘制成图为：（图 6）任务四 溢洪道下游挑流消能计算，水流衔接计算，挑距长度，冲刷坑深度，

30、冲刷坑扣坡或消力池计算。一，资料：连续式挑坎，挑坎高程为6.6m，挑角=，溢洪道下 游河床高程为0.00m,下游河道岩石破碎，软弱，冲刷坑道系数为 =1.6以q=752.5 m/s ,z=26.3m , z=4.79m ,为例进行计算：由已知可得，s=26.3-6.6=19.7m , z=26.3-4.79=21.51m , a=6.6-0=6.6m , ht=4.79-0=4.79m sin22=0.3746 , cos22=0.9272 q=34.205 m/s k=0.12496 , =0.945 又cos=0.8828 故：=28 ， tan=0.5319 空中挑距：lo=28.319m , 冲刷坑深度：t=kqz-ht=15.362m 水下挑距：l=37.89m 总挑距：