水力分析与计算任务书及指导书

1、水力分析与计算课程设计任务书及指导书（水工专业适用）广东水利电力职业技术学院水利系水资源教研室二一六年十二月目 录第一部分 水力分析与计算课程设计任务书2第二部分 水力分析与计算课程设计指导书5第三部分 水力分析与计算课程设计计划7第一部分 水力分析与计算课程设计任务书一、目的 通过对某水库工程的水力计算，使学生对实际工程中的水力问题有较全面的了解，促使学生将所学的知识有机地联系起来，进一步提高运用水力学知识去分析和解决实际问题的能力，为水工专业课和实践能力的培养打下牢固的基础。二、内容 1、河岸溢洪道的水力计算； 2、输水涵管的水力计算。三、水库工程水力计算资料及任务（一） 资料某水库是一宗

2、以灌溉为主、结合防洪、发电的综合利用工程。设带平板闸门的宽顶堰开敞式河岸溢洪道。1.水库设计洪水标准工程等别为等，永久性主要建筑物为3级，永久性挡水建筑物、泄水和输水建筑物的洪水标准按50年洪水重现期设计，1000年洪水重现期校核。相应设计洪水标准为： p= 2%设计洪水位为54.97米，泄量Q=251.40m3/s；p=0.1%校核洪水位为57.31米，泄量Q=313.60 m3/s。正常水位为52.52米，泄量125.61 m3/s ；汛前限制水位51.52米；2.溢洪道的有关资料宽顶堰堰顶高程49.00米，堰的相对高度为P/H=0米；堰顶设两扇平板闸门，溢洪道共设2孔，每孔净宽 6.6米

3、，闸孔高度为3.85m； 闸墩头为圆形，墩厚1.4米；边墩为半圆形,厚1.0m；混凝土糙率可取n=0.0120.015；堰后设陡坡段，泄洪闸陡坡宽14.60米，陡坡分二段，第一段长38.53米，i=0.258，第二段长17.55米，i=0.281；陡坡段边墙高度要求比掺气水深超高0.5米；溢洪道纵剖面简图及平面简图、输水涵管简图（见附图）。3. 输水涵管有关资料输水涵管主管长147米，直径1.50米；灌溉支管长80米，直径1.00米；发电支管长47米，直径0.80米。涵管进口底高程34.50米，出口底高程34.50米；灌溉支管出口高程27.50米，下游尾水位30.40米。 (糙率n=0.012

4、)局部水头损失系数： 进口拦污闸=0.693 进口 =0.50 弯管 =0.40 渐变段 =0.25 闸阀 =0.20 闸槽 =0.104.其他资料溢洪道下游河床高程为25.00米；水库水位容积泄量关系（见表1）；溢洪道下泄流量下游水位关系（见表2）；起挑流量为Q=37.23m3/s；河道糙率n=0.033；下游河道岩石软弱破碎，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51.52米时，闸门全开。表1 水库水位容积泄量关系水 库 (m)52535455565758库容(万立方米)20932

5、31025352765300432403471泄量(m3/s)98.08151.02211.00252.44280.83306.04330.16表2 下泄流量下游水位关系泄量（m3/s） 2.6939.60171.64401.90水位（m）25.0027.3728.7830.38（二） 任务1. 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，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。2. 绘制正常水位到汛前限制水位相对开度下泄流量的关系曲线；绘制汛前限制水位以上的水库水位下泄流量的关系曲线。3. 溢洪道下游挑流消能计算：水

6、流衔接计算；挑距长度、冲刷坑深度、冲刷坑后坡计算。4. 计算输水涵管在不同水位下的过流量。（三） 要求编写计算说明书。说明书要求条理分明，字体工整；写出采用的计算公式和各项系数等选用的原则；计算成果要求有一个算例，其余可列成表格和绘制必要的计算工作曲线及工程简图。第二部分 水力分析与计算课程设计指导书任务1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，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。一、 引用资料（见任务书）二、 计算原理（一）方法：先根据水面曲线的性质判别各坡段水面曲线的型式，然后按50年一遇洪水流量。采用分段

7、求和法计算各坡段水面曲线。在此基础上，考虑掺气水深（7m/s时）设计陡坡段边墙高（比掺气水深超高0.5m）。再按千年一遇洪水校核，即计算出校核洪水流量通过时陡坡段的水面曲线，将各断面水深与边墙高比较，若水深大于边墙高，则应加高边墙，若水深均小于边墙高，则原设计合理。（二） 采用公式（参考水力计算手册或教材）1. 判别水面曲线型式：正常水深的试算： 矩形断面临界水深 ： 三、 计算过程：1. 水面曲线分析1) 水平段（i=0） 判别水面曲线型式先求闸下出流的收缩断面水深，由于，故为闸孔出流由查水力学书得，单宽流量 ，对应第二共轭水深)。假设水平段发生水跃，则水跃长度Lj = 6.9(，在实际工程

8、上一般认为发生在闸门下游距离为（0.51.0）的断面处，若：水跃长度+（23） 7m/s时，需考虑掺气水深，在此基础上来设计边墙。写出算例，其余各断面计算结果列于表。掺气水深 ： 陡槽的边墙高度：3.按校核洪水量校核边墙高按千年一遇洪水泄流量Q=313.6m3/s计算出各坡段水面曲线，计算方法同前。2）第一陡坡段（i=0.258） 判别水面曲线型式 推算水面曲线。3）第二陡坡段（i=0.281）同上。4) 掺气水深计算同上。比较当通过千年一遇洪水时，边墙高是否满足要求，若不满足需重新设计。1. 绘制陡坡段纵剖面水面曲线图：按比例和制图规范绘制在米格纸上。任务2：绘制正常水位至汛前限制水位相对开

9、度下泄流量的关系曲线；绘制汛前限制水位以上的水库水位下泄流量的关系曲线。一、引用资料（见任务书） 二、计算原理（一）方法：先分析资料，正常高水位系指为满足设计的兴利要求，设计枯水年开始供水时应蓄到的水位；汛前限制水位指水库在汛前期允许兴利蓄水的上限水位。绘制正常水位至汛前限制水位前限制水位相对开度下泄流量的关系曲线时，下泄流量由闸门控制，其值等于进库流量，流量计算按闸孔出流考虑。而绘制汛前限制水位以上的水库水位下泄流量的关系曲线时，闸门底提升到汛前限制水位51.52m时，闸门全开, 闸孔高度为e=3.85m。由于设有胸墙，若为堰流，胸墙对水流有局部约束，故要计算e/H判别是闸孔出流还是堰流，若

10、e/H0.65按闸孔出流计算，e/H0.65按堰流计算。（二）所用公式（参考水力计算手册或教材）1. 绘制 zQ关系曲线计算闸孔出流流量公式Q=其中 式中 Q闸孔出流流量(m3/s) 流量系数 b 过水净宽 (m) e 闸门开度 (m) H上游堰顶作用水头（m）2. 绘制ZQ关系曲线 闸孔出流流量公式Q= 堰流流量公式 其中 式中 淹没系数 侧收缩系数 边墩形状系数 闸墩形状系数 m流量系数 b每孔的净宽（m） B过水净宽（m） H0上游堰顶总水头（m）三、 计算过程1. 绘制zQ关系曲线（1）zQ关系计算：当=0.15，0.2,0.3,0.4,0.5,0.6,0.65时，写出算例，计算结果列

11、表。 Ze/HQ关系曲线计算表（供参考）ZHe/HQ=mmmmm3/s52.520.15520.1551.520.1552.520.2520.251.520.22. 绘制zQ关系曲线图3.绘制ZQ关系曲线（1）闸孔出流ZQ关系曲线计算由于e/H0.65按闸孔出流计算，计算方法同上。 闸孔出流ZQ关系曲线计算表（供参考）ZHe/HQ=mmmmm3/s5555.55757.31（2）绘制闸孔出流ZQ关系曲线图（3）堰流 ZQ关系曲线计算 写出算例，其它水位对应的泄流量列表计算。据以上结果可作堰流ZQ的关系曲线图。任务3： 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、冲刷坑后坡计算。

12、绘制冲刷坑纵图。一、 引用资料（见任务书）二、 计算原理（一）方法：先绘制水库水位泄量关系曲线图和下泄流量下游水位关系曲线图。再进行设计流量Q=251.4m3/s时的水流衔接形式计算，若此时第二陡坡段末端水深（视为收缩断面水深）对应的第二共轭水深大于或等于下游水深时产生远离式水跃或临界水跃，要进行消能结构水力计算，若小于下游水深，产生淹没式水跃，不需消能。若要消能，采用底流式消能或挑流式消能措施。（二）所用公式（参考水力计算手册或教材）1. 水流衔接形式式计算：水跃方程，前已列；2. 底流式消能或挑流式消能结构水力计算公式见教材。若要消能，采用底流式消能或挑流式消能措施。三、 计算过程1. 下

13、游水流衔接计算由前面的计算结果，查得Q=251.4m3/s时，末端段面水深h=hc，计算hc对应的第二共轭水深，判断是否要消能。2、挑流消能结构水力计算写出算例，并判断冲刷坑是否会危及坝身安全。其他流量计算列表。注意：计算中，需知起挑流量为37.23m3/s313.6 m3/s各流量对应的上游水位及下游水位，可在水库水位泄量关系曲线与下泄流量下游水位关系曲线查找到相应的上游水位及下游水位。总结得出结论，表明各流量对应的冲刷坑后坡是否满足i，若满足，不会危及坝身安全，挑流的消能设计合理。否则重新设计。绘制冲刷坑纵剖面图：按制图规范绘制在米格纸上。3底流式消能水力计算可设计挖深式消力池或消力坎式消

14、力池。参考教材。任务4：计算输水涵管在不同水位下的过流量。 一、引用资料（见任务书）二、计算原理（一）方法：分叉管路从主管起点至任一分叉管道的终点都可视为一条串联管道，所以分叉管道的水力计算按串联管道进行。考虑最不利情况，将输水涵管主管与最长灌溉支管长80米串联，最长灌溉支管面积A等于发电支管与灌溉支管这两条支管面积之和（即=A），然后再由面积A算出其直径d。由于管道局部变化地方全在输水涵管主管段，故将局部水头损失全考虑在主管段，然后将各管段沿程水损与主管段局部水头损失叠加起来，灌溉支管出口处受到下游水位（30.4m）影响，按串联管恒定淹没出流流量公式可计算在不同水位下的过流量。水位计算范围：

15、35m57.31m。（二）所用公式（参考水力计算手册或教材）流量公式：式中上下游水位差，=z（忽略）（m）A出口断面面积。（m）其中第i段管道沿程阻力系数。= ,C同前。、第i段管道的长度、直径和横断面面积。三、计算过程：写出算例，其余列表计算。 第三部分 水力分析与计算课程设计计划一、时间安排星期计 算 内 容一1、 布置综合练习； 2、溢洪道上的水面线计算。二1、溢洪道上的水面线计算；2、溢洪道上的边墙高计算。三1、水位相对开度下泄流量计算；2、库水位下泄流量计算。四水流衔接计算、消能计算。五输水涵管过流量计算说明：1每位同学要独立完成计算；2一边计算一边编写计算说明书，不另外安排时间；3

16、实习周后的下一周周一交计算说明书。二、基本要求 1、学生在整个实习过程中，应以安全第一，要遵守纪律，听从指导老师的安排。在实习过程中要注意安全防范，不要擅自缺席或离校，要遵守学院的作息时间，严格遵守设计纪律，原则上不得请假；班干部要协助老师维持好秩序，做好实习期间的日常管理工作。学生在教师的指导下，应积极、主动地独立完成毕业设计所规定的全部任务。应严格按照进度进行设计，不得无故拖延。2、编写设计说明书：要求条理清楚，结论正确，写出采用的计算公式和各项系数等选用的原则，文字通顺，字迹工整，用钢笔撰写或计算机打印；设计图纸要求表达正确，图面清晰，层次清楚，线条匀称，字体工整。图纸中应注明图名及比例；图中文字一律用仿宋体书写，图中线条应粗细主次分明。计算成果列成表格和绘制必要的计算工作曲线和工程简图。 3、设计